КАРТОЧКА ПРОЕКТА ФУНДАМЕНТАЛЬНЫХ И ПОИСКОВЫХ НАУЧНЫХ ИССЛЕДОВАНИЙ,
ПОДДЕРЖАННОГО РОССИЙСКИМ НАУЧНЫМ ФОНДОМ

Информация подготовлена на основании данных из Информационно-аналитической системы РНФ, содержательная часть представлена в авторской редакции. Все права принадлежат авторам, использование или перепечатка материалов допустима только с предварительного согласия авторов.

 

ОБЩИЕ СВЕДЕНИЯ

---

Номер 18-72-00109

НазваниеДинамический магнитный отклик ансамбля композитных магнитных частиц. Влияние межчастичных корреляций.

РуководительЗверев Владимир Сергеевич, Кандидат физико-математических наук

Организация финансирования, регион федеральное государственное автономное образовательное учреждение высшего образования "Уральский федеральный университет имени первого Президента России Б.Н. Ельцина", Свердловская обл

Период выполнения при поддержке РНФ

07.2018 - 06.2020

Конкурс№29 - Конкурс 2018 года по мероприятию «Проведение инициативных исследований молодыми учеными» Президентской программы исследовательских проектов, реализуемых ведущими учеными, в том числе молодыми учеными.

Область знания, основной код классификатора 02 - Физика и науки о космосе, 02-207 - Магнитные явления

Ключевые словамагнитная жидкость, композитные частицы, переменные магнитные поля, динамическая восприимчивость, уравнение Фоккера-Планка, компьютерное моделирование

Код ГРНТИ29.03.77, 29.17.25, 29.17.41

СтатусЗакрыт досрочно

---

 

ИНФОРМАЦИЯ ИЗ ЗАЯВКИ

---

Аннотация
В последнее десятилетие наблюдается новая волна интереса к магнитореологическим материалами в связи с их применением в диагностике и терапии (Shevchenko et al, App. Nanoscience, 2018). В настоящий момент экспериментальные технологии вышли на уровень, когда стало возможным осуществлять контроль синтеза на уровне отдельных частиц, их внутренней структуры, формы, топологии (Baraban et al., Phys. Rev. E., 2008; Zhao and Gao, Adv. Mat., 2009; Smoukov et al., Soft Matter., 2009; Sacanna et al., JACS, 2012). За счет введения ферромагнитных частиц увеличивается контрастность снимков магнитно-резонансной томографии. Усиленная разрешающая способность позволяет получить информацию о расположении рубцовых зон после перенесенного инфаркта миокарда, но оставляет без ответа вопросы современной физиологии, например, о ходе, например, о ходе, расположении волокон в миокардиальной ткани. Это, в свою очередь, существенно ограничивает возможности прогнозирования результата проведения сердечной ресинхронизирующой терапии (Kirk, Kass Circ. Res., 2013). В связи с этим на первый план выходит развитие новых методов неинвазивной диагностики. На данный момент разрабатываются несколько методик реконструкции пространственного распределения магнитных частиц, в основе которых лежат измерения спектров динамической восприимчивости и/или магниторелаксометрия (Coene et al., Phys. Med. Biol., 2017). В них ансамбль магнитных наночастиц используется в качестве чувствительного элемента, поскольку благодаря своим размерам они могут проникать в любые участки тела. Использование магнитных капсул вместо традиционных магнитных наночастиц позволяет увеличить временное разрешение и улучшает соотношение сигнал-шум (Kratz et al. PLoS ONE, 2018). Благодаря магнитным капсулам усиливается эффективность магнитно-индукционной гипертермии, а также рассматривается возможность применения одного и того же типа частиц как для диагностики, так и для последующей терапии. Данные системы уже используется при биосепарации и в биосенсорах. Все вышесказанное говорит об актуальности исследования магнитных микро- и нанорзамерных капсул. Изучение нового типа частиц проводится в основном экспериментально, что закономерно для развивающейся области. В данном проекте предполагается комплексное теоретическое изучение динамических магнитных свойств одиночных магнитных капсул, их парного взаимодействия, а также ансамблей частиц в суспензии, методами молекулярной динамики и с помощью построения функции плотности распределения вероятности ориентации магнитного момента частицы. Естественно, что модели необходимы для физически верного и непротиворечивого описания уже проведенных компьютерных и ряда экспериментальных исследований, а также могут сыграть важную роль при разработке материалов с новыми функциональными свойствами, необходимыми в медицинских технологиях. Новизна проекта связана прежде всего связана с развитием статистико-механического формализма и методов компьютерного моделирования для описания неравновесных магнитных свойств магнитнореологических смесей нового типа, что является фундаментальной и важной задачей как с точки зрения физики магнитных материалов, так и с точки зрения потенциального практического применения.

Ожидаемые результаты
Феррочастицы в магнитной капсуле могут варьироваться по своим размерам и кристаллографическим свойствам, их положение фиксировано и может быть не только случайным. Задачей проекта является модификация динамической теории среднего поля для учета указанных свойств, создание основы для расчета эффективной намагниченности в зависимости от параметров магнитной капсулы (положения феррочастиц, их собственных магнитных свойств и взаимодействие). Это естественный путь для решения задачи прогнозирования динамических характеристик суспензии из магнитных капсул. Полученные теоретические решения будут сравниваться с данными компьютерного моделирования и экспериментальными зависимостями намагниченности и динамической восприимчивости. Компьютерное моделирование будет проводиться с помощью метода молекулярной динамики, который хорошо зарекомендовал себя в задачах получения спектра динамической восприимчивости. Таким образом, в рамках исследования будет использована комплексная методология, включающая проведение аналитических расчетов, реализацию численных методов решения возникающих уравнений, компьютерное моделирование методом молекулярной динамики.

---

 

ОТЧЁТНЫЕ МАТЕРИАЛЫ

---