Приборостроение физико-химической биологии. Рубрика в журнале - Научное приборостроение
Статья научная
Показана возможность применения полимерных тест-структур DVD-дисков, представляющих собой регулярные ряды выступающих и углубленных элементов фиксированной ширины и глубины, для оценки разрешающей способности и линейных размеров в сканирующем капиллярном микроскопе (СКМ). Совмещение сечений, полученных методом атомно-силовой микроскопии (АСМ) и в СКМ, позволило выполнить калибровку линейных размеров сканера и оценить разрешение в СКМ за счет измерения уширения границы перепада высоты регулярных структур диска. Показана возможность проводить оценку пространственного разрешения и проникающей способности нанопипеток с разными апертурой и углом схождения.
Бесплатно
Применение металл-оксидных сорбентов для извлечения диазинона из воды
Статья научная
Проведено исследование степени экстракции инсектицида диазинона из водной матрицы на наночастицах оксидов титана, циркония и железа(III), полученных в ходе модифицированного золь-гель синтеза, в сравнении с коммерческим порошком TiO2 (P25). Степень извлечения диазинона для оксидов циркония и титана составила 86 и 77 % соответственно, для порошка TiO2 (P25) значение степени извлечения не превышало 46 %.
Бесплатно
Принципы, технологии и устройства "капельной" микрофлюидики. Ч. 1 (обзор)
Статья обзорная
"Капельная" микрофлюидика является перспективной основой создания микроустройств для анализа различных биологических объектов и синтеза веществ в предельно малых изолированных объемах. Хотя за последние годы зарубежными исследователями были продемонстрированы впечатляющие возможности "капельной" микрофлюидики для многих практических применений, ее потенциал до сих пор не исчерпан. Обзор представлен в нескольких частях. В первой части обзора изложены следующие темы. - Физика процесса. Образование капель. - Моделирование процессов в "капельной" микрофлюидике. - Устройства для формирования капель. В темах освещены основные представления о физике процессов в "капельной" микрофлюидике, рассмотрены механизмы и режимы формирования капель с применением микрофлюидных устройств различной конструкции.
Бесплатно
Принципы, технологии и устройства "капельной" микрофлюидики. Ч. 2 (обзор)
Статья обзорная
Обзор представлен в нескольких частях. В первой части обзора изложены следующие темы. - Физика процесса. Образование капель. - Моделирование процессов в "капельной" микрофлюидике. - Устройства для формирования капель. Во второй части приведены разделы: - устройства для слияния капель: пассивные методы и активные методы; - обработка и модификация поверхности; - создание стабильных эмульсий в микрофлюидных устройствах. Здесь подробно обсуждаются базовые топологии микроустройств для слияния капель. Особое внимание уделяется методам и способам модификации рабочей поверхности полидиметилсилоксана - материала, наиболее часто применяемого для прототипирования микрофлюидных чипов. В отдельном разделе представлены способы создания стабильных эмульсий с использованием поверхностно-активных веществ.
Бесплатно
Статья научная
В работе предлагается концепция построения аппаратно-программного комплекса контроля концентрации глюкозы в биологической среде, основанного на мультисенсорном подходе. Предлагаемый подход мониторинга концентрации глюкозы в биологической среде сочетает в себе комбинацию методов инфракрасной спектроскопии, импедансометрии и термометрии, позволяющую взаимно компенсировать влияние внешних факторов на параметры системы. Предложены аппаратные средства стабилизации лазерного источника излучения, заключающиеся в применении высокочастотного импульсного режима работы источника, внедрении прецизионного драйвера тока и средств активной температурной стабилизации. Программные средства обеспечивают синхронизацию и предварительную фильтрацию оптических, импедансных и температурных сигналов, децимацию данных, формирование вектора признаков, включающего усредненные интенсивности излучений, их отношение, среднеквадратические отклонения и значения температур компонентов системы, а также построение единой базы данных параметров системы. Для расчета концентрации глюкозы по неоднородным данным построена регрессионная модель, наиболее точное решение которой осуществляется с помощью ансамблевого метода машинного обучения XGBoost. Испытания предлагаемого подхода показали, что общая относительная погрешность измерения в диапазоне 40−400 мг/дл составляет около 17.2%, а клиническая точность по шкале ошибок Паркс достигает 98.4%.
Бесплатно
Статья научная
Современная медицинская робототехника уделяет большое внимание разработке подходов к созданию управляемых магнитным полем миниатюрных робототехнических устройств, предназначенных для проведения диагностики, терапевтических воздействий и малотравматичных хирургических операций внутри тела пациента. В настоящей работе представлена компьютерная модель, описывающая особенности движения простейшего микроробота, выполненного в виде тонкого плоского диска, а также продемонстрированы результаты ее тестовых применений в нескольких экспериментальных конфигурациях.
Бесплатно
Статья научная
Предложена новая методика автоматического определения температуры Тm плавления ДНК, основанная на аппроксимации зависимости флуоресцентного отклика плавления ДНК. Диапазон аппроксимации определяется автоматически и используется для вычислений величины Тm. Полностью исключена составляющая погрешности, которая определяется дискретностью сигналов. Показана возможность сокращения времени анализа. На основе предложенной методики разработана экспериментальная версия программного обеспечения режима плавления ДНК высокого разрешения для анализаторов нуклеиновых кислот АНК-32, АНК-48 и экспериментального образца АНК-96. Экспериментально определены случайная и систематическая погрешности измерения величины Тm
Бесплатно
СБОР ГЕНЕТИЧЕСКИХ БИОМАТЕРИАЛОВ (ДНК) С ПОВЕРХНОСТЕЙ: МЕТОДЫ И УСТРОЙСТВА
Статья научная
В обзоре рассмотрены современные технологии и тенденции развития в разработке приборов для взятия проб, в том числе контактной ДНК с различных поверхностей и предметов. В статье рассматривается эффективность сенсорных методов восстановления ДНК и устройств, используемых для сбора ДНК с различных поверхностей на месте преступления для судебно-медицинской лаборатории, а также рассмотрены проблемы, ограничения методов и современные тенденции развития. Разобраны распространенные и новые методы сбора проб, а именно: соскабливание, вырезание, тампоны (и протирание тампонами), подтяжка лентой и гелем, замачивание, Bardole M-vac, сухой и влажный вакуум и другие.
Бесплатно
СЕКВЕНС РНК ВИРУСА COVID-19: КОРОТКИЙ ОБЗОР
Статья научная
Первая статья по массивному параллельному РНК-секвенсу была напечатана лишь в 2018 г., т. е. за два года до начала коронавирусной пандемии. Первая удовлетворительная статья по секвенсу COVID-19 поступила в редакцию Nature 3 февраля 2020 г. и была опубликована 12 марта. В этой статье сообщалось о РНК-секвенсе последовательности из 29 903 нуклеотидов этого вируса. Пионерская статья в журналах Американского химического общества на эту тему (23 марта) посвящена бумажным чипам.
Бесплатно
Создание и исследование полимерных тестовых структур для сканирующей капиллярной микроскопии
Статья научная
Созданы и исследованы полимерные тестовые структуры для использования в качестве тестовых образцов в сканирующей капиллярной микроскопии (СКМ). Использован метод импринтинга на поверхности этилен-винилацетата. В качестве исходной матрицы использована периодическая кремниевая структура с выступами/лунками круглого профиля. Геометрические параметры исходной кремниевой матрицы и созданной полимерной структуры определены с помощью атомно-силового микроскопа (АСМ). Исследованы искажения формы и геометрических размеров полимерной тестовой структуры, обусловленные технологией импринтинга. Этилен-винилацетатные полимерные тестовые структуры, полученные методом импринтинга, позволяют проводить калибровку сканера в СКМ в латеральной плоскости (X, Y). Предложен метод оценки апертуры зонда-нанопипетки при использовании субмикронных лунок. Учитывая изменение размеров полимерной тестовой структуры со временем, необходимо проводить периодическую поверку ее размеров с помощью АСМ-метода.
Бесплатно
Статья научная
На сегодняшний день микрофлюидные технологии представляют интерес как для фундаментальной науки, так и в связи с возможными практическими приложениями в области биомедицины и генной инженерии. Применение методов литографии, основанных на использовании заряженных электронных и ионных пучков, открывает широкие возможности по созданию микро- и наноканалов, наноразмерных пор, а также внедренных в них функциональных наноструктур более сложной формы. В рамках данного исследования была разработана и апробирована методика создания микрофлюидных чипов с двумя проточными ячейками (камерами) объемом не более 0.05 см3, соединенных между собой системой наноканалов шириной ~90 нм. Данная методика позволяет создавать массивы каналов с заданной шириной и глубиной. Системы с микро- и наноканалами и нанопорами могут найти применение в исследованиях транспортных свойств как ионов, так и различных молекул при их движении через наноканалы. Кроме того, подобные структуры могут быть успешно использованы при разработке высокочувствительных биосенсорных систем и в системах "lab-on-achip".
Бесплатно
Статья научная
Лабораторные биореакторы малого объема (до 5 л) являются удобным и эффективным инструментом для проведения биотехнологических процессов, тематика которых весьма разнообразна. Главной целью их использования являются углубленное изучение особенностей процессов, проводимых в контролируемых условиях, а также их дальнейшая оптимизация и масштабирование. В данной работе предложен лабораторный биореактор малого объема ЛБ-1 (1.5 л), перемешивание в котором осуществляется за счет возвратного тока жидкой фазы между двумя цилиндрическими емкостями под действием сжатого воздуха (перколяция). При этом насыщение питательной среды газами происходит в пленке жидкости на поверхности емкостей и твердотельных носителей. Массообменные характеристики позволяют классифицировать ЛБ-1 как пленочный биореактор колонного типа, который может быть использован для культивирования микроорганизмов, чувствительных к механическому воздействию, а также для иммобилизованных омываемых культур. Кроме того, был разработан погружной теплообменник, особенности работы которого выявлены с помощью численного моделирования процесса термостатирования. На основе результатов гидродинамического моделирования был разработан паростерилизуемый крестообразный разъем с перегородкой для асептического отбора проб.
Бесплатно
Флуоресценция 9-аминоакридина в препаративных суспензиях грибов Aspergillus и Penicillium
Статья научная
В статье приводятся результаты экспериментальных исследований флуоресценции 9-аминоакридина в водных суспензиях, содержащих диспергированный мицелий и споры грибов-биодеструкторов рода Aspergillus и Penicillium. Показано, что кроме характерного для аминопроизводных акридина тушения флуоресценции в основном максимуме (460 нм для 9-аминоакридина) имеет место появление длинноволновой флуоресценции (около700 нм). Предложена модельная схема, объясняющая генерацию длинноволновой флуоресценции как результат димеризации молекул красителя на полисахаридной матрице грибного мицелия. Предложено использовать измерение уровня длинноволновой флуоресценции как инструментальный метод контроля развития грибов на различных материалах.
Бесплатно
Статья научная
Предложен способ определения основных параметров амплификации полимеразной цепной реакции в реальном времени (ПЦР-РВ): эффективности ПЦР и длительности температурного цикла. По результатам проведенных экспериментов и сравнительных расчетов определены режимы амплификации, обеспечивающие сокращение времени анализа и повышение производительности анализаторов нуклеиновых кислот.
Бесплатно
Электропроводность и полупроводниковые параметры биологических мембран
Статья научная
В статье обосновывается туннельная природа трансмембранного тока и суммируются представления о механизмах этого тока. Произведен расчет параметров, характеризующих электропроводность мембран, в частности кинетики электронных переходов, удельной электропроводности, подвижности и концентрации носителей, что целом позволяет рассматривать биологическую мембрану как эквивалентный полупроводник. Материал статьи направлен, в частности, на проблему разработки и исследования биотехнических устройств на основе естественных и синтезированных биологических мембран.
Бесплатно
Статья научная
Экспериментально исследовано получение заряженных частиц (ионов, кластеров) из жидкости в сильном электрическом поле в воздухе с использованием динамического деления потока жидкости на мениске при нормальных условиях. Показано существование безкапельных режимов получения заряженных частиц для потоков жидкости до 1000 мкл/мин, концентрации растворенного вещества до 1 М и содержания кислоты в растворе до 1 %. В зависимости от экспериментальных условий продемонстрировано существование как "классических" режимов электрораспыления жидкости в воздухе при нормальных условиях, так и сущест-вование безкапельного режима получения тока заряженных частиц. Продемонстрирована работа спектро-метра ионной подвижности с затвором Бредбери-Нильсена при безкапельном режиме получения заряженных частиц на примере детекции суспензиии клеток эпидермоидной карциномы человека А431. Концентрация клеток в суспензии 1 млн/мл.
Бесплатно
