Новини

Літосфера Землі надихає на створення нових матеріалів

оголошення

Науковці Донецького фізико-технічного інституту імені О.О. Галкіна НАН України спільно з колегами з Університету Монаша (Австралія), Інституту колоїдів та інтерфейсів Макса Планка (Німеччина) та Інституту нанотехнологій Технологічного інституту Карлсруе (Німеччина) запропонували новий підхід до створення внутрішніх архітектур у металевих матеріалах, який назвали літоміметикою.

Цей підхід ґрунтується на тому, що композиції з різних металів зазнають значного зсуву під високим тиском. Для цього використовують нині добре розвинені методи інтенсивної пластичної деформації (ІПД) – крутіння під високим тиском, рівноканальне кутове пресування, ґвинтову екструзію тощо.

Дослідники показали, що ІПД-обробка забезпечує міцне з’єднання компонентів композиції між собою і контрольоване формування в ній мультимасштабних структур. На нижньому масштабному рівні утворюються наноструктури, головним елементом яких є нерівноважні висококутові межі зерен шириною близько 1 нм. На проміжних масштабних рівнях – із характерним розміром елементів 1-100 мкм – формуються мезоструктури, подібні до тих, що спостерігаються в літосфері землі: будини, вихори, складки тощо. Звідси й назва нового підходу – літоміметіка, тобто наслідування (від латинського «mimesis») літосфери.

Як приклад на малюнку нижче (в лівому блоці) представлено чотири мезоструктури, що формуються при зсуві металевих шаруватих композицій під тиском. Там же наведено схему процесу крутіння під високим тиском, за допомогою якого й одержано ці мезоструктури. У правому блоці показано подібні мезострутури літосфери, що виникають у ній при зсувах під тиском. Між блоками вказано назви мезоструктур.

Із застосуванням цього підходу можна створювати нові матеріали з високою в’язкістю руйнування, малою густиною, високоміцні, високопластичні, біосуміснісні тощо.

 

Докладніше про розробку – у статті:

Yan Beygelzimer, Roman Kulagin, Peter Fratzl, Yuri Estrin. Earth’s Lithosphere Inspires Materials Design. Advanced Materials (IF 27.398). (2020) https://doi.org/10.1002/adma.202005473 (in press)

Вітаємо

оголошення

 Щиро вітаємо Шило Артема Володимировича з успішним захистом кандидатської дисертації “Структурна організація та електрофізичні властивості гідратованої системи наночастинок на основі діоксиду цирконію” за спеціальністю 01.04.07 «Фізика твердого тіла» (фізико-математичні науки).

Привітання

оголошення

 Вітаємо співробітників Донецького фізико-технічного інституту доктора технічних наук, проф. Білошенка Віктора Олександровича, доктора фіз.-мат. наук, проф. Пашкевича Юрія Георгійовича,  доктора фіз.-мат. наук, проф.  Любчанського Ігора Леонідовича,  доктора фіз.-мат. наук Чабаненка Віктора Васильовича з одержанням відзнаки НАН України “За професійні здобутки”!

Зичимо міцного здоров’я та творчої наснаги!

Зручний мамограф

оголошення

Від 1993 року рішенням Всесвітньої організації охорони здоров’я жовтень проголошено місяцем боротьби проти раку молочної залози – задля збільшення обізнаності про важливість раннього виявлення цієї недуги та її лікування. Сьогодні рак молочної залози є найпоширенішим серед жінок онкозахворюванням: щороку у світі реєструється близько 1,38 млн нових його випадків і 458 тис. спричинених ним смертей. Причому більшість смертей – 269 тис. – припадає на країни з низьким і середнім рівнем доходу, де цю патологію діагностують переважно вже на пізніх стадіях – через низьку обізнаність громадян і труднощі з отриманням медичної допомоги. Оскільки нині знань про причини виникнення раку молочної залози недостатньо, то раннє діагностування патологічних змін залишається наріжним каменем контролю хвороби і значно підвищує шанси на її ефективне лікування, – наголошують у ВООЗ.

Україна не є винятком із сумної статистики: за даними Національного канцер-реєстру України, рак молочної залози посідає перше місце серед онкопатологій, на які страждають українки. Тож для визначення патологічних змін молочної залози з подальшим встановленням остаточного діагнозу за результатами клінічних обстежень фахівці Донецького фізико-технічного інституту імені О.О. Галкіна НАН України (ДонФТІ) спільно з колегами-медиками створили контактний цифровий термограф – ТКЦ-1.


Цей сучасний медичний прилад, внесений до Державного реєстру медичної техніки та виробів медичного призначення України, дозволених для застосування в медичній практиці, серійно виробляється Науково-виробничим підприємством «Метекол» (м. Ніжин) та використовується у вітчизняних медичних закладах для ранньої діагностики пухлинних захворювань молочної залози з метою виявлення груп ризику, контролю розвитку хвороби та її лікування.

Завдяки фінансовій підтримці Міністерства освіти і науки України за Державним замовленням на найважливіші науково-технічні  розробки у 2018–2019 роках ДонФТІ за участі фахівців Національного медичного університету імені О.О. Богомольця та Східноєвропейського національного університету імені Лесі Українки з використанням методів штучного інтелекту розробив автоматизовану експертну систему оцінки термограм молочної залози.

Алгоритм оцінки термограми молочної залози

За показниками оцінки розподілу поля температур молочної залози та його фрактальним аналізом  система дозволяє в автоматичному режимі виявити групу ризику за алгоритмом «норма – патологія». Досягнута чутливість системи склала 90,2%, специфічність – 85,1% (площа під кривою операційних характеристик, AUC=0,89). Верифікація системи здійснювалася на базі кабінетів діагностики низки українських медичних установ – усього використано 960 термограм.

Застосування цифрової контактної термографії із залученням автоматизованої експертної системи оцінки термограм значно полегшить організацію масових обстежень жінок для виявлення патологій молочної залози за рахунок прискорення та здешевлення такої процедури, а також дасть змогу охопити велику кількість пацієнток, віддалених від місць проведення рентгенівської мамографії, підвищить якість діагностики, уможливить своєчасне виявлення передпухлинних захворювань молочної залози, що, своєю чергою, сприятиме зниженню рівня захворюваності на рак молочної залози.

Докладніша інформація про розробку

Ефективне знезараження повітря у приміщеннях

оголошення

Незадовільна якість повітря у приміщеннях є серйозним фактором ризику для здоров’я людини та збереження матеріальних цінностей. Мікробіологічних забруднювачів існує величезна різноманітність – від пилку і спор рослин до бактерій, грибків, водоростей та деяких найпростіших, що потрапляють повітрям із довкілля, а також до мікроорганізмів і алергенів, які передаються від людини до людини.

Для усунення з повітря спор грибків і бактерій зазвичай використовуються методи фільтрації та дезінфекції. Проте метод фільтрації, навіть при використанні НЕРА-фільтрів (HEPA, High Efficiency Particulate Air – різновид високоефективного повітряного фільтра, який може вилучати з повітря дуже дрібні частинки завбільшки з кілька мікрон), тільки затримує бактерії та спори на фільтрах, де вони можуть розмножуватись і за певних умов потрапляти до приміщень. Дезінфекція газами й аерозолями може бути небезпечною для здоров’я людини та збереженості матеріальних цінностей, паперу тощо. Останнім часом розвиваються фотокаталітичні методи знешкодження мікроорганізмів у повітрі, які не призводять до утворення шкідливого озону, та їхня ефективність доволі низька. З огляду на це, у традиційних очищувачах повітря використовується послідовний  набір фільтрів – фотокаталітичний, плазмовий, вугільний, НЕРА-фільтри, – що суттєво здорожчує фільтрувальну систему та збільшує її розміри. Отже, існує проблема розміщення максимальної кількості ефективних засобів знищення мікроорганізмів у мінімальному об’ємі фільтру й підвищення ефективності матеріалів фільтру.

Новий композитний матеріал, розроблений у відділі фізичного матеріалознавства Донецького фізико-технічного інституту імені О.О. Галкіна НАН України (ДонФТІ) в рамках виконання проекту «Nanoguard 2AR» програми ЄС із досліджень та інновацій «Horizon 2020», діє на мікроорганізми комплексно: механічно – завдяки голчастим кристалам тетраподів ZnO, а також шляхом фотокаталітичного процесу на наночастинках ZnO та за допомогою дезінфекції наночастинками Ag (рис.1). Причому всі ці матеріали розміщуються на одному носії, тобто, умовно кажучи, сконцентровані в одній точці простору фільтру.

Рис.1. Схематичне зображення зовнішнього вигляду та механізму дії композитного  матеріалу на мікроорганізм

Композитний фотокаталітичний матеріал, що містить тетраподи ZnO, наночастинки ZnO і Ag у співвідношенні: тетраподи ZnO/ZnO NPs/Ag NPs 4 г/4 г/0,04 г, – готувався  ультразвуковим змішуванням в етиловому спирті й наносився на сітчасті носії фарбуванням. Ці носії сумарною площею близько 3 м2 було розташовано в об’ємі 0,02 м3 модуля у вигляді частини стандартного повітровода перерізом 0.2*02 м опромінювались ультрафіолетовим випромінюванням із довжиною хвилі 365 нм. Завдяки досить гнучкій конструкції модуль можна легко вмонтувати у будь-який повітропровід.

Пробне тестування модуля для очищення повітря у приміщенні від типових бактерій навколишнього середовища здійснювалось у лабораторії «AR Diagnostic» (Португалія). Модуль, поєднаний із комерційною повітряною завісою Ballu BHC-L08-S05, з метою очищення повітря у приміщенні й захисту його простору від забрудненого зовнішнього повітря випробовувався у стандартній залі для переговорів об’ємом 73,5 м3. Повітряна завіса захищала дверний отвір від зовнішнього брудного повітря.

         Результати випробувань показали зменшення концентрації бактерій та спор грибків у повітрі кімнати на 90% протягом 80-90 хв (рис.2).

Рис.2. Зменшення кількості колоній бактерій (а) та спор грибків (б) у приміщенні залу для засідань упродовж тестування

Тестування розробленого матеріалу у складі фотокаталітичного модуля для очищення повітря від типових мікроорганізмів, які пошкоджують паперові носії історичної інформації та інші матеріальні цінності, відбулось у дезінфекційному центрі Національної бібліотеки України імені В.І. Вернадського, об’єм якого – 36 м3 (рис.3).

Рис.3. Зовнішній вигляд модуля та його розміщення у дезінфекційному центрі

Повітряні проби для мікробіологічних випробувань до, під час і після роботи модуля збиралися шляхом активного відбору проб повітря за методом Кротова. Інкубація проб здійснювалася при температурі 25oC, аби забезпечити зростання колоній грибків і бактерій для підрахунків. Аналіз проб показав, що початковий рівень забрудненості повітря бактеріями та мікроорганізмами у дезінфекційному центрі становить 115 КУО/м3 (КУО – колонієтвірні одиниці). Коли персонал бібліотеки дезінфікував книжки, концентрація колоній мікроорганізмів у повітрі зросла до 150-200 КУО/м3, а після роботи модулю впродовж 60 хвилин – упала всемеро-вдесятеро й не перевищувала 20 КУО/м3 протягом подальшої роботи модуля до кінця робочого дня (рис.4). При цьому модуль споживав електричну потужність 300 Вт/г, а швидкість дезінфекції повітря склала 300 м3/г. Наступного дня на початку робіт концентрація мікроорганізмів становила 60 КУО/м3.

Рис.4. Зменшення кількості колоній мікробів у приміщенні дезінфекційного центру впродовж тестування

Отже, робота модуля протягом 4-х годин на добу забезпечує суттєве і стале зменшення концентрації мікроорганізмів у повітрі дезінфекційного центру.

За аналогічним принципом у ДонФТІ розроблено модуль з антивірусного оброблення повітря.

 

Докладніша інформація