Апаратно-програмний комплекс для дослідження процесів осідання у технічних та біологічних суспензіях мікро- і наночастинок, які агрегують
Анотація
Запропоновано новий апаратно-програмний комплекс для автоматичної реєстрації, обробки та аналізу седиментаційних кривих в технічних або біологічних суспензіях мікро- або наночастинок, які агрегують, для оцінки індексу старіння технічних рідин, стану мікробіологічних суспензій або медичної діагностики. Комплекс включає центрифугу для створення неоднорідного поля сил, що прискорюють процес осідання. Реєстрація кривих осідання як висоти стовпчика агрегатів в нижній частині седиментаційної трубки проводиться за допомогою оптичних датчиків. Криві можуть зніматися багаторазово з додаванням чи без додавання різних речовин, зберігатися і оброблятися в базі даних. Запропонований метод був протестований, а відповідність значень годинного показника швидкості осідання еритроцитів та 10-хвилинного тесту в центрифузі підтверджено на великому масиві даних. Розроблено трифазну математичну модель суспензії, яка враховує захват частини рідини всередині агрегату. Дана модель більш точніше описує динаміку процесів седиментації у порівнянні з двофазною моделлю. Розроблено комп'ютерний код для обробки кривих та обчислення індексів, що характеризують стан суспензії. На основі даної моделі запропоновано новий показник для оцінки стану суспензії. Він має переваги, оскільки не потребує приведення досліджуваних зразків до однакових концентрацій. За допомогою математичної моделі можна визначити , а також швидкість агрегації частинок суспензії. В результаті можлива швидка оцінка агрегаційної здатності суспензії, яка характеризує «вік» технічної суспензії. Наведено приклад використання комплексу для оцінки показника агрегації еритроцитів крові з метою діагностики наявності харчової або лікарської алергії.
Завантаження
Посилання
/Посилання
M. Gad-el-Hak, MEMS Introduction and fundamentals. The MEMS Handbook. N.-Y.: Taylor & Francis Group, 228 p., 2006.
R. Ghodssi, and P. Lin (eds.), MEMS Materials and Processes Handbook. N.-Y.: Springer, 321 p., 2011.
W. Liou, and Y. Fang, Microfluid Mechanics: Principles and Modeling (Nanoscience and Technology), N.-Y.: McGraw-Hill Education Publ., 198 p., 2005.
G.E. Karniadakis, and A. Beskok, and N. Aluru, Microflows and nanoflows: Fundamentals and simulation, Interdisc. Appl. Math. Series, vol.29. N.-Y.: Springer-Science, 295 p., 2005.
A. Noy, and H.G. Park, and F. Fornasiero, and J.K. Holt, and C.P. Grigoropoulos, and O. Bakajin, “Nanofluidics in carbon nanotubes. Nano Тoday.” vol. 2, N 6, pp. 22-29, 2007.
V.A. Cherevko, and N.N. Kizilova, “Complex flows of immiscible microfluids and nanofluids with velocity slip bounary conditions.” Nanophysics, Nanomaterials, Interface Studies, and Applications, Springer Proceedings in Physics, vol. 183, O. Fesenko, L. Yatsenko (eds.). N.-Y.: Springer, pp. 207–230, 2017.
L.V. Batyuk, and N.N. Kizilova, and V.P. Berest, “Investigation of Antiradiation and Anticancer Efficiency of Nanodiamonds on Rat Erythrocytes.” IEEE 7th Intern. Conf. “Nanomaterials: Application & Properties”, Odessa, Ukraine, 04NB23, 2017.
H.K. Kanagala, “Modeling of Particle Agglomeration in Nanofluids. PhD Thesis.” Lehigh University Press, 47 p., 2013.
W.C. Thaker, and J.W. Lavelle, “Stability of settling of suspended sediments.” Phys. Fluids, vol. 21, pp. 291-292, 1978.
О.М. Datsok, and Ye.N. Zholonsky, and N.N. Kizilova, “Analysis of erythrocyte sedimentation in a non-uniform force field.” Electronics and Communication, №15, pp.145-149, 2002. [in Russian]
N. Kizilova, “Stability of erythrocyte sedimentation in a constant magnetic field.” Fluid Dynamics, vol.24, N6, pp.878-881, 1989.
I. Kushner, “The acute phase reactans and the erythrocyte sedimentation rate.” In: Textbook of rheumatology/Eds. W. Kelly, E.Harris, S. Ruddy, C. Sledge. Philadelphia: W.B. Saunders, pp. 668—676, 1981.
E. S. Losev, “Modeling the sedimentation of aggregating particles.” Izv. Akad. Nauk SSSR, Mekh. Zhidk. Gaza, N3, pp. 71-75, 1983.
О.М. Datsok, and Ye.N. Zholonsky, and N.N. Kizilova, “Two-phase model of the erythrocytes sedimentation in a non-uniform force field”, Visnyk Kharkov Polytechnic University, №135, pp.61-66, 2002. [in Russian]
V.A. Cherevko, and N.N. Kizilova, “Gravitational sedimentation of erythrocytes: experiments and theoretical model.” Vestnik of KhNU, ser. “Mathematics, applied mathematics, mechanics”, №875, pp.80-94, 2009. [in Russian]
N.N. Kizilova, and V.A. Cherevko, “Mathematical models of aggregation of biological macro- and nanoparticles.”Mechanics. Scientific research and educational development, Gomel, vol.8, pp. 92-99, 2014. [in Russian]
V.A. Baranets, and N.N. Kizilova, “Discrete modelling of aggregation and sedimentation of micro- and nanoparticles in suspensions.” Bulletin of V.N. Karazin Kharkiv National University, series “Mathematical modelling. Information technology. Automated control systems”, vol. 40, pp. 4-14, 2018. [in Russian]
Gad-el-Hak M. MEMS Introduction and fundamentals. The MEMS Handbook. N.-Y.: Taylor & Francis Group, 2006. 228 p.
Ghodssi R., and Lin P. (eds.). MEMS Materials and Processes Handbook. N.-Y.: Springer, 2011. 321 p.
Liou W., Fang Y. Microfluid Mechanics: Principles and Modeling (Nanoscience and Technology). N.-Y.: McGraw-Hill Education Publ., 2005. 198 p.
Karniadakis G.E., Beskok A., Aluru N. Microflows and nanoflows: Fundamentals and simulation. Interdisc. Appl. Math. Series, vol.29. – N.-Y.: Springer-Science, 2005. 295 p.
Noy A., Park H.G., Fornasiero F., Holt J.K., Grigoropoulos C.P., Bakajin O. Nanofluidics in carbon nanotubes. Nano Тoday. 2007. v. 2, N 6. P. 22-29.
Cherevko V., Kizilova N. Complex flows of immiscible microfluids and nanofluids with velocity slip bounary conditions. Nanophysics, Nanomaterials, Interface Studies, and Applications, Springer Proceedings in Physics. vol. 183. O. Fesenko, L. Yatsenko (eds.). N.-Y.: Springer. .2017. P. 207–230.
Batyuk L.V., Kizilova N.N., Berest V.P. Investigation of Antiradiation and Anticancer Efficiency of Nanodiamonds on Rat Erythrocytes. IEEE 7th Intern. Conf. “Nanomaterials: Application & Properties. Odessa, Ukraine. 2017. - 04NB23.
Kanagala H. K. Modeling of Particle Agglomeration in Nanofluids. PhD Thesis. Lehigh University Press, 2013. 47 p.
Thaker W.C., Lavelle J.W. Stability of settling of suspended sediments. Phys. Fluids. 1978. v. 21. P. 291-292.
Дацок О.М., Жолонский Е.Н., Кизилова Н.Н. Анализ оседания эритроцитов в неоднородном поле сил. Электроника и связь. 2002. №15. С.145-149.
Kizilova N. Stability of erythrocyte sedimentation in a constant magnetic field. Fluid Dynamics. 1989. v.24, N6. P.878-881.
Kushner I. The acute phase reactans and the erythrocyte sedimentation rate. In: Textbook of rheumatology/Eds. W. Kelly, E.Harris, S. Ruddy, C. Sledge. Philadelphia: W.B. Saunders, 1981. 668–676.
Losev E. S. Modeling the sedimentation of aggregating particles. Izv. Akad. Nauk SSSR. Mekh. Zhidk. Gaza. 1983. N3. P. 71-75.
Дацок О.М., Жолонский Е.Н., Кизилова Н.Н. Двухфазная модель оседания эритроцитов в неоднородном поле сил. Вестник ХГПУ. 2002. №135. С.61-66.
Кизилова Н.Н., Черевко В.А. Гравитационная седиментация эритроцитов: эксперименты и теоретическая модель. Вестник ХНУ. Сер. Математика, прикладная математика, механика. 2009. №875. С.80-94.
Кизилова Н.Н., Черевко В.А. Математические модели агрегации биологических макро- и наночастиц. Механика. Научные исследования и учебно-методические разработки. Сб. статей. Гомель. 2014. Вып.8. С.92-99.
Баранець В. А., Кизилова Н. Н. Дискретное моделирование агрегации и оседания микро- и наночастиц в суспензиях. Вісник Харківського національного університету імені В.Н. Каразіна, сер. «Математичне моделювання. Інформаційні технології. Автоматизовані системи управління». 2018. т.40. С.4-14.
