КАРТОЧКА ПРОЕКТА,
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 20-12-00031

НазваниеФизические свойства биоактивных систем с магнитными наночастицами

РуководительЗубарев Андрей Юрьевич, Доктор физико-математических наук

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

Годы выполнения при поддержке РНФ 2020 - 2022 

КонкурсКонкурс 2020 года «Проведение фундаментальных научных исследований и поисковых научных исследований отдельными научными группами»

Область знания, основной код классификатора 02 - Физика и науки о космосе, 02-204 - Нано- и микроструктуры

Ключевые словаМагнитные наночастицы; жидкие и мягкие среды; магнитные свойства; внутренние структуры; физическая гидромеханика; магнитореология

Код ГРНТИ29.17.31


 

ИНФОРМАЦИЯ ИЗ ЗАЯВКИ


Аннотация
Тромбирование кровеносных сосудов, разрушение и некротизация тканей организма являются очень распространенными и трудно излечимыми заболеваниями, часто приводящими к летальным исходам. Лечение этих заболеваний, как правило, требует больших финансовых затрат и длительного времени, в том числе, требуемого для восстановления организма пациента. Проблема обостряется общим повышением возраста населения и, обусловленным этим, увеличением числа заболеваний тканей и кровеносной системы жителей развитых стран, в том числе, России. При необходимости трансплантации, использование тканей пациента оказывается не всегда возможным; запасы донорских тканей, как правило, весьма ограничены. Поэтому важной и актуальной является задача развития новых, в том числе физических, методов повышения эффективности лечения этих заболеваний, разработка и исследование новых методов адресной доставки лекарств, а также новых материалов для биоинженерии, регенерации и трансплантации тканей организма с целью восстановления поврежденных или даже некротизированных участков ткани. Первым направлением проекта является исследование фундаментальных физических особенностей нового метода адресной доставки лекарств к тромбированным участкам кровеносных сосудов, развиваемом в ряде научных центров мира для лечения тромбозов и инсультов. Этот метод состоит во внедрении в кровеносные сосуды тромборазрушающего лекарства вместе с феррожидкостью, содержащей биологически интактные магнитные наночастицы. Под действием переменного магнитного поля частицы и их агрегаты приводятся во вращательное движение, которое индуцирует микро- и мезоскопические циркулярные потоки несущей жидкости (крови). Эти потоки намного интенсифицируют транспорт лекарства в тромбированных сосудах по сравнению с диффузионным транспортом, что создает возможности более быстрого и эффективного лечения сосудистых заболеваний, уменьшения рисков летальных исходов при инсультах и тромбозах. При реализации проекта экспериментально и теоретически будут исследованы фундаментальные особенности динамики и агрегирования магнитных наночастиц в осциллирующих и вращающихся магнитных полях; магнитного и гидродинамического взаимодействия вращающихся частиц и агрегатов; генерации ими разномасштабных циркуляционных течений несущей жидкости в сосудах, размеры и геометрия которых имитируют таковые для кровеносных сосудов. Второе направление проекта состоит в синтезе и исследовании новых материалов для инженерии и регенерации биологических тканей. Одним из активно развиваемых направлений в этой области является использование биосовместимых гелевых матриц (скаффолдов) для роста и инженерии клеточных структур и биологических тканей. Это обусловлено тем, что в таких матрицах темп размножения клеток и роста тканей оказывается существенно выше, чем в их отсутствии; скаффолды задают необходимое направление роста, а также внутреннюю архитектуру растущей ткани; служат для нее защитой от внешних воздействий. При этой технологии биосовместимая матрица имплантируется в область, где необходимо осуществить регенерацию ткани, и фиксируется там; клетки здоровой ткани растут через матрицу, восстанавливая, тем самым, целостность и функциональность всей ткани. Использование матриц роста позволяет в разы сократить стоимость и время лечения пациентов, а также риски послеоперационных осложнений. В клинической медицине биосовместимые гелевые импланты уже используются для лечения парадонтозов, при деградации и разрушении хрящевых тканей, переломах костей черепа и опорно-двигательной системы, в кардиологии. С точки зрения регенеративной медицины и биоинженерии тканей, биосовместимые гидрогели (гели на водной основе) являются одним из самых перспективных материалов. Использование магнитных гидрогелей в качестве матриц регенерации биологических тканей имеет ряд принципиальных преимуществ перед их немагнитными аналогами. Эти преимущества подробно обсуждаются в основной части заявки. Второй из главных задач проекта является синтез новых типов биологических магнитных гидрогелей для целей инженерии и регенерации биологических тканей, исследование фундаментальных особенностей внутренней архитектуры этих материалов, их физических свойств, поведения а также возможностей управления ими при помощи внешнего магнитного поля. Конечной целью проекта является создание фундаментальной научной основы применения магнитных наночастиц для развития новых технологий, адресной доставки лекарств к местам тромбирования кровеносных сосудов, а также для инженерии и регенерации биологических тканей. Оба направления проекта имеют дело с исследованием свойств и поведения ансамблей магнитных наночастиц в биологических жидких и мягких средах. Поэтому, с точки зрения фундаментальных исследований, они взаимно дополняют друг друга. Результаты, полученные при исследовании наночастиц в жидких средах, будут способствовать прогрессу при изучении поведения этих частиц в мягких гидрогелях, и наоборот.

Ожидаемые результаты
1. Будут установлены закономерности агрегирования, под действием переменного магнитного поля, ферромагнитных наночастиц, взвешенных в водных растворах и в растворах, чьи реологическим свойства имитируют свойства крови. Установившейся размер и форма агрегата будут определены как функции напряженности и частоты поля, размера и концентрации частиц, реологических характеристик несущей жидкости. 2. Будут установлены характеристики микроскопических и макроскопических циркуляционных течений, индуцированных магнитными частицами и их агрегатами в несущей жидкой среде под действием переменного магнитного поля. На основе этого будут определены транспортные характеристики молекулярной примеси (имитирующей тромборазрушающее лекарство) в сосудах, форма и размеры которых соответствуют кровеносным сосудам. 3. Будут разработаны методы синтеза альгинатных и пептидных феррогелей; определены термодинамические характеристики взаимодействия наночастиц магнитного наполнителя с несущей полимерной средой 4. Внутренняя архитектура альгинатных и пептидных феррогелей (особенности расположения частиц и конформации полимера, пористость и анизотропия композита) будет установлена в зависимости от типа несущего полимера, размера, формы и концентрации внедренных магнитных наночастиц, напряженности магнитного поля, в котором осуществлялся синтез материала и поля, действующего в момент измерений. 5. Будут определены магнитные (кривая намагниченности) и реофизические (зависимости реологического напряжения от величины и скорости изменения деформации) характеристики исследуемых магнитных биополимеров, их магнитострикционные характеристики как функции от размера, формы и концентрации внедренных частиц, а также напряженности магнитного поля, в котором осуществлялся синтез материала и поля, действующего в момент измерений. Эти результаты будут установлены как экспериментально, так и теоретически, при использовании аналитических и компьютерных методов. Теоретические исследования будут верифицироваться результатами проводимых экспериментов. Научная значимость и новизна этих результатов заключается, прежде всего, в том, что биологические феррогели и феррожидкости являются новым типом функциональных композитных материалов для высоко технологических медицинских и биоинженерных приложений. Сценарии структурных и фазовых превращений в них, тем более – под действием переменных магнитных полей, принципиально отличаются от изученных сценариев фазовых и структурных превращений в коллоидных системах на низкомолекулярных основах в нулевых или постоянных полях. Эти превращения и их влияние на физические свойства и поведение биополимерных магнитных материалов в литературе практически не исследовались. Впервые будут исследованы особенности гидродинамических неустойчивостей жидкостей с магнитными наночастицами в переменных магнитных полях и индуцируемых этими полями циркуляционных течений как на масштабах отдельных частиц и агрегатов, так и на масштабах, определяемых размером канала (сосуда) с этой жидкостью. Все запланированные результаты находятся на передовом уровне исследований систем и материалов с магнитными наночастицами (феррожидкостей, феррогелей), а также развития новых методов их высокотехнологического применения. Прикладная значимость результатов проекта состоит в развитии научной основы применения новых типов магнитных гидрогелей в качестве магнитоуправляемых матриц роста и инженерии биологических тканей, прежде всего, для целей регенеративной медицины, трансплантологии и инженерии биологических тканей, а также новых методов адресной доставки, лекарств в необходимое место организма (тромбированные участки кровеносных сосудов). Это позволит уменьшить необходимость в традиционных открытых хирургических вмешательствах, следовательно, уменьшить риск послеоперационных осложнений и летальных исходов, уменьшить время лечения и повысить комфортность лечения для пациентов. Возможность, на основе полученных результатов, развивать новые медико-биологические технологии, позволяющие решать сложные задачи современного здравоохранения, составляет потенциальный вклад проекта в экономику и социальную сферу России.


 

ОТЧЁТНЫЕ МАТЕРИАЛЫ


Аннотация результатов, полученных в 2020 году
Были проведены синтез, экспериментальные и теоретические исследования биосовместимых (альгинатных и пептидных) магнитных гидрогелей как перспективных материалов для создания магнитоуправляемых имплантов для биоинженерии, регенеративной медицины и трансплантологии. По этому направлению работ в 2020 году были проведены исследования термодинамики гидратации - альгината натрия (продукта обработки красных и бурых водорослей, в частности ламинарии). В силу своего химического строения альгинат натрия является природным полиэлектролитом, то есть при растворении в воде его мономерные звенья диссоциируют с образованием ионов. В результате макромолекула альгината приобретает отрицательный заряд, который компенсирован положительными противоионами Na+. Полиэлектролитная природа альгината существенным образом сказывается на его взаимодействии с водой Были проведены измерения адсорбции воды из паровой фазы на порошкообразном альгинате и рассчитаны термодинамические потенциалы взаимодействия альгината с водой. Результаты показывают, что все термодинамические потенциалы системы принимают отрицательные значения, что свидетельствует о термодинамической устойчивости образующихся растворов. Для детального анализа факторов, определяющих термодинамическое сродство альгината с водой, была развита термодинамическая модель различных вкладов в процесс взаимодействия воды и альгината. Полученное в результате аппроксимации значение параметра Флори-Хаггинса составило 0.8±0.1. Это значение хорошо совпадает с имеющимися в литературе значениями для таких природных полисахаридов как гуар, ксантан, геллан, агароза. Проведено измерение вкладов различных факторов в химический потенциал воды в растворах альгината. Все вклады в химический потенциал отрицательны, то есть процессы, рассмотренные выше способствуют гидратации. Показано, что вклад осмотического давления противоионов существенно меньше по своей величины других двух вкладов - невалентных взаимодействий и неравновесности стеклообразного ссотояния, которые сосоставимы друг с другом по величине. Помимо термодинамического сродства воды и альгината была исследована энергетика гидратации. На основании полученных данных были построены концентрационные зависимости энтальпии разбавления растворов альгината в воде во всем диапазоне составов - от 5 до 100% альгината в воде. Сделан вывод о том, что сложный характер концентрационной зависимости энтальпии разбавления является следствием суперпозиции рассмотренных выше процессов, протекающих при гидратации альгината натрия: невалентных взаимодействий, разрушения неравновесной структуры стекла и диссоциации звеньев в процессе разбавления раствора. Для разделения этих вкладов было применено термодинамическое моделирование, согласно которому измеряемые значения энтальпии разбавления представляют собой сумму вкладов от указанных выше процессов. Осуществлен синтез пептидных феррогелей для дальнейших экспериментальных исследований Были проведены исследования взаимодействия альгината натрия с поверхностью частиц магнетита, используемых в качестве магнитного наполнителя при синтезе биосовместимых феррогелей с физической сеткой. В рамках этой задачи была количествено определена энтальпия адгезии альгината к поверхности частиц магнетита. Для частиц магнетита с указанными характеристиками была определена энтальпия адгезии альгината к их поверхностям. Показано, что энтальпия растворения в воде пленок композитов альгинат+магнетит отрицательна во всем диапазоне содержания магнетита в композите, и постепенно убывает по абсолютной величине по мере увеличения содержания магнетита Эти данные были использованы для расчета концентрационной зависимости энтальпии взаимодействия альгината с поверхностью магнетита. Измерения показали, что энтальпия взаимодействия альгината с поверхностью магнетита имеет вид кривой с минимумом, полностью лежащей в области отрицательных значений энтальпии. Это указывает на энергетически выгодное взаимодействие альгината с поверхностью частиц магнетита. Были проведены экспериментальные исследования кинетики магнитострикции капли магнитного гидрогеля во внешнем поле. Определена зависимость величины стрикции от времени. Показано, что кинетика магнитострикции исследуемого феррогеля может быть объяснена только уменьшением со временем, после приложения поля, модуля упругости несущего полимера. Развита теоретическая модель кинетики магнитострикции феррогеля, основанная на представлении об уменьшении со времененм модуля упругости геля. Результаты расчетов количественно соответствуют эксперименту. 2. Были проведены исследования структурирования феррочастиц, взвешенных в водных растворах, под действием вращающегося поля, а также возможность генерирования, этими частицами, циркуляционных потоков в различных каналах. Эти исследования проводились с целью развития нового метода интенсификации транспорта лекарств в тромбированных кровеносных сосудах для лечения инсультов, тромбозов и других сосудистых заболеваний. В рамках этого направления развита математическая модель фазовой конденсации наночастиц в однородном постоянном переменном магнитном поле с произвольной зависимостью напряженности от времени. Решена задача об определении функции распределения по размерам агрегатов как функции объема агрегата и времени. Проведены экспериментальные и теоретические исследования фазового разделения коллоидной суспензии магнитных наночастиц под действием циркулярно поляризованных вращающихся магнитных полей с частотой в диапазоне 5 - 25 Гц. Показано, что в этом частотном диапазоне агрегаты вращаются синхронно с приложенным полем. На основании экспериментальных наблюдений сделаны следующие выводы. -Как и в постоянном магнитном поле, индуцированное полем фазоволе расслоение во вращающемся поле проявляется через появление плотных игольчатых агрегатов, состоящих из большого числа наночастиц. Размер агрегатов прогрессивно увеличивается со временем за счет поглощения агрегатами отдельных частиц и их коалесценции. Выявлены два фундаментальных отличия агрегирования в стационарном и во вращающемся полях: во вращающемся поле адсорбция частиц интенсифицируется за счет их конвекции относительно вращающихся агрегатов; - максимальный размер агрегатов ограничен фрагментацией в результате их гидродинамических взаимодействий (столкновений). Теоретически установлена функциональная зависимость скорости роста размера агрегата от его объема, подтверждаемая данными экспериментгов. Показано, что критический размер ядра и порог агрегации слабо зависят от частоты вращения агрегатов в исследуем диапазоне частот внешнего поля. Оценен максимально возможный размер агрегата, найдена его убывающая зависимость от частоты вращения поля. Показано, что рост и слияние агрегатов происходят на одинаковом масштабе времени порядка 1 мин, и зависит от частоты поля. Это означает, что объемная концентрация Φ агрегатов в суспензии непрерывно растет, а их численная концентрация n уменьшается со временем; и обе концентрации выходятна плато когда средний размер агрегата достигает максимального значения. Установлено, что экспериментальное распределение агрегатов по размерам значительно расширяется со временем, всегда сохраняя значительную долю мелких агрегатов, что напоминает классическую коагуляцию. Обнаружено принципиальное отличие от нуклеации в постоянном поде, состоящее в том, что в случае вращающегося поля достигается устойчивое состояние с конечным распределением по размерам агрегатов, а классическая коагуляция приводит к бесконечному их росту. Разработана теоретическая модель агрегирования частиц во вращающемся поле, согласующаяся с результатами экспериментов. . Развита теоретическая модель циркуляционных течений, возникающих в канале, заполненном ньютоновской жидкостью с помещенной в канал каплей феррожидкости. Предполагается, что система помещена в осциллирующее бегущее магнитное поле. Результаты расчетов, выполненных в рамках классической феррогидродинамики показывают, что под действием поля в рассматриваемой системе возникают циркуляционные течения с амплитудой от нескольких миллиметров до сантиметров в секунду. Это дает основание рассматривать внедрение феррожидкости в кровеносный сосуд с последующим воздействием магнитного поля как перспективный метод интенсификации транспорта лекарств в сосудах.

 

Публикации

1. - Магнитные наночастицы встроили в гель для адресной доставки лекарств Тасс Наука, 11 сентября (год публикации - ).

2. - Ученые на Урале создали феррогели, способные доставить лекарство по кровеносным сосудам Будущее России. Национальные проекты, 11 сентября (год публикации - ).

3. Андрей Зубарев, Максим Рабоссон-Мишель, Грегорий Вергер-Дюбои, Павел Кужир To the theory of ferrohydrodynamic circulating flow induced by alternating magnetic field. THE EUROPEAN PHYSICAL JOURNAL SPECIAL TOPICS, V.229, P 2961-2966 (год публикации - 2020).

4. М.Рабиссон-Мишель, Дж.Кверис-Кампос, С.Шауб, А.Зубарев, Г.Вергер-Дубуа, П.Кужир Kinetics of field-induced phase separation of a magnetic colloid under rotating magnetic fields J. Chem. Phys, Vol.153, Issue 15, 154902 (год публикации - 2020).

5. Мусихин А.Ю., Зубарев А.Ю Поле-индуцированный циркуляционный поток в магнитных жидкостях -, 2020619547 (год публикации - ).

6. Мусихин Антон Юрьевич, Зубарев Андрей Юрьевич Упругие свойства магнитных полимеров -, 2020663011 (год публикации - ).

7. Павел Кужир, Максим Рабиссон-Мишель, ДжордиКвериос-Кампос, Григорий Вергер-Дюбуа, Андрей Зубарев Unified mathematical model of the kinetics of nanoparticle phase condensation in magnetic fields Результаты включают ссылки по запросу math meth applied sciences Искать только math meth appl sciences Mathematical Methods in the Applied Sciences, 1-13 (год публикации - 2020).


Аннотация результатов, полученных в 2021 году
1. Измерена энтальпия адсорбции альгината натрия на частицах железа и оксида железа в водной среде.. Для порошка железа величина адсорбции в изученном диапазоне концентраций оказалась выше, чем для оксида железа.. Учитывая характерные размеры макромолекул полисахаридов в водном растворе, наиболее вероятно, что молекулы альгината адсорбировались в развернутой конформации. Наши результаты также показывают, что взаимодействие коллагена с поверхностью оксида железа оказывается более энергетически выгодным, чем с поверхностью МНЧ металлического железа. 2. Измерены концентрационные зависимости энтальпии разбавления водных растворов коллагена во всей области составов и энтальпии набухания гелей альгината кальция с варьируемой степенью гидратации. Рассчитанны значения энтальпии гидратации (смешения растворов) во всем диапазоне весовой доли полимера в растворе. Экспериментально измерены изотермы сорбции паров воды пленкой альгината кальция и порошком коллагена. Адсорбция воды пленкой альгината кальция приблизительно вдвое превышает адсорбцию порошком коллагена. Были рассчитаны концентрационные зависимости химических потенциалов воды и полимера в данных системах и концентрационные зависимости энергии Гиббса гидратации, Установлено, что термодинамическое сродство альгината кальция к воде приблизительно вдвое превышает сродство к воде коллагена. Были исследованы гидрогели с полувзаимопроникающими сетками на основе природного полисахарида – агарозы и синтетического полимера – полиакриламида (ПАА). Показано, что введение агарозы в химическую сетку ПАА приводит одновременно к увеличению степени набухания и к увеличению модуля сжатия DN-гидрогеля. Наиболее вероятно, что водородные связи формируются при взаимодействии амидных групп звеньев ПАА и гидроксильных групп звеньев агарозы. В составе полимерной цепи агарозы чередуются звенья, содержащие три гидроксильные группы, и звенья, содержащие одну гидроксильную группу. В среднем на два звена агарозы приходится четыре гидроксильные группы. 3. Методом электрического взрыва проволоки (ЭВП) были синтезированы и аттестованы репрезентативные партии магнитных наночастиц никеля Ni и никеля в углеродной оболочке Ni@C. Измерены значения удельной поверхности для базовой партии МНЧ Ni и для базовой партии МНЧ Ni@C. И в том и в другом случае частицы были не агрегированы и имели сферическую форму с отчетливо наблюдаемыми границами. 4. Осуществлен синтез биосовместимых феррогелей на основе полисахарида гуаровой камеди с частицами гексаферрита стронция. Результаты измерений показали, что исследуемые биосовместимые феррогели с физически сшитой сеткой при динамической нагрузке ведут себя как квазиупругие (упруговязкие) тела, при статической нагрузке – как вязкоупргугие жидкости. Физическая причина этого состоит в разрушении, за конечное время, сшивок сетки при внешней нагрузке. В исследуемом диапазоне частот время разрушения, по-видимому, было меньше времени осцилляций. Это обстоятельство необходимо учитывать при создании магнитоуправляемых имплантов для биологических тканей, находящихся не в статических условиях (мышцы, связки, хрящевые ткани). 5,6 Синтезированы биосовместимые гидрогели с взаимопроникающими полимерными сетками, заполненными магнитными субмикронными частицами оксида железа размером 100–400 нм с концентрацией частиц, варьирующейся широком диапазоне значений. Были измерены физиохимические, магнитные, механические и акустические характеристики феррогелей. Показано, что все исследуемые образцы способны на акустическое отражение от границы гель/вода, а также от внутренних поверхностей в феррогелях. Максимальная и средняя интенсивность отражения на границе феррогеля и воды линейно зависит от модуля жесткости образца. Установлена зависимость внутренней эхогенности феррогелей от концентрации внедренных магнитных частиц. Показано, что субмикронные частицы сильнее влияют на эхогенность феррогеля, чем наночастицы. Результаты исследований показывают, что эхогенные свойства субмикронных частиц позволяют получать информацию не только о внешней геометрии образца геля, но и о его внутренней структуре. Это значит, что ультразвуковые измерения могут использоваться для отслеживания динамики изменения формы, размеров и внутренней структуры феррогелей под действием внешнего магнитного поля. Таким образом, ультразвуковой метод является перспективным подходом для оптимизации биоимплантов и других бионженерных устройств и дает возможность управлять их свойствами и поведением. Были синтезированы магнитные гели на основе альгинатной кислоты. У образцов геля в однородных магнитных полях был измерен модуль Юнга; сдвиговые магнитореологические характеристик; а также величина магнитострикции. Была определена зависимость магнитомеханических характеристик образцов от их жесткости в отсутствии поля и концентрации внедренных частиц. Обнаружено, что магнитострикция имеет выраженный гистерезисных характер, объясняемый изменением пространственного расположения частиц под действием приложенного поля. Для объяснения магнитострикционных явлений была развита теоретическая модель, результаты которой количественно воспроизводят результаты измерений магнитострикционного эффекта. Исследование микроскопической структуры гелей показывает, что магнитные частицы объединяются в кластеры неправильной формы для гелей, отвержденных в отсутствие магнитного поля, и в удлиненные кластеры для гелей, отвержденных в магнитном поле. Эти кластеры ответственны за сильную магнитострикцию гелей, вследствие эффективного увеличения объемной концентрация магнитных включений (кластеры вместо отдельных частиц) в гелях. Таким образом, полученные результаты свидетельствуют о высоком потенциале магнитных гидрогелей на основе альгинатной кислоты и других полисахаридов для применения в различных областях современных высоких технолгий, включая инженерию и регенерацию биологических тканей, биосенсорику, мягкую робототехнику. Нами были также синтезированы и исследованы магнитные гидрогели на пептидных основах. Результаты проведенных исследований позволяют сделать вывод, что, вопреки неоднократно высказывавшимся в литературе надеждам, пептидные феррогели вряд ли могут быть перспективными для использования в качестве имплантов роста и биоинженерии тканей, несмотря на их привлекательность по другим своим характеристикам. 7. Построена математическая модель циркуляционных течений в длинном цилиндрическом сосуде, заполненном немагнитной жидкостью содержащей каплю (облако) феррожидкости, под влиянием бегущего осциллирующего магнитного поля; исследовали влияние формы магнитных наночастиц и внедренного облака феррожидкости на амплитуду и другие характеристики генерируемых циркуляционных течений. Предложенная модель учитывает взаимовлияние генерируемых течений и пространственного распределения частиц. Математически она представляет собой систему нелинейных дифференциальных уравнений в частных производных относительно скорости и концентрации частиц. Для решения уравнений математической модели была разработана специальная программа основанная на неявной схеме решения нелинейных дифференциальных уравнений. Результаты показывают 1) пространственное распределения частиц в облаке феррожидкости оказывает очень сильное влияние на амплитуду генерируемых циркуляционных течений. Чем сильнее выражена неоднородность этого распределения, тем больше скорость течений. 2) Форма частиц сильно влияет на скорость генерируемых течений – систем со стержнеобразными вытянутыми частицами скорость течений может превосходить таковую для систем со сферическими частицами, примерно, на два порядка величины. Таким образом, варьируя начальную форму внедренной капли феррожидкости и формы частиц, можно в очень широких диапазонах изменять скорость течений, генерируемых в сосуде, и добиваться оптимальной интенсивности транспорта тромболитиков. 8. Нами было также исследовано, дискутируемое в литературе, влияние особенности динамики частиц в тонком пристенном слое на макроскопические потоки в канале. Оказалось, что влияние этих особенностей очень слабо и, по крайне мере, в первом приближении, может быть проигнорировано, что позволяет не усложнять математическую сторону рассматриваемой задачи изменением стандартных граничными условий. Анализ псевдотурбулентных течений, генерируемых случайно расположенными магнитными частицами, вращающимися в линейно-поляризованном поле, показал, что эти течения не могут интенсифицировать перенос лекарств в тромбированном кровеносном сосуде. Это резульатт позволяет сконцентрировать внимание на макроскопических циркуляционных течениях, как основном механизме интенсификации транспорта лекарств в сосудах с тромбом.

 

Публикации

1. Вагуез-Перез Ф. Гила-Вшлчер К., Дюран Х., Зубарев А., Альварез де Киенфуегос, Родригес-Арго Л., Лопец-Лопец М. Composite polymer hydrogels with high and reversible elongation under magnetic stimuli Polymer, N 1 V 230 P 124093 (год публикации - 2021).

2. Динисламова О., Антонина В., Шкляр Т., Сафронов А., Бляхман Ф. Echogenic Advantages of Ferrogels Filled with Magnetic Sub-Microparticles Bioengineering, V 8 . P 140 (год публикации - 2021).

3. Зубарев А.Ю., Чириков Д.Н., Мусихин А.Ю., Рабиссон-Мишель М., Вергер-Дюбои Г., Хужир П. Nonlinear theory of macroscopic flow induced in a drop of ferrofluid Philosophical Transaction A, N 1, V 379, P 20200323. (год публикации - 2021).

4. Ильинова К. О,. Сафронов А. П, Бекетов И. В. ВЛИЯНИЕ ХИМИЧЕСКОГО СОСТАВА ЭПОКСИДНОЙ СМОЛЫ И ЕЕ НАПОЛНЕНИЯ НАНОЧАСТИЦАМИ ЖЕЛЕЗА, АЛЮМИНИЯ И ИХ ОКСИДОВ НА ЭНТАЛЬПИЮ ОТВЕРЖДЕНИЯ МЕТАФЕНИЛЕНДИАМИНОМ Журнал прикладной химии, Т. 94. Вып. 8, C.73-80 (год публикации - 2021).

5. Сафронов А.П., Зубарев А.Ю., Михневич Е.А., Русинова Е.В. A kinetic model for magnetostriction of a ferrogel with physical networking Philisophical Transaction A, 371, 0200315 (год публикации - 2021).

6. Сафронов А.П., Терзиян Т.В., Петров А.В., Бекетов И.В. Tuning of interfacial interactions in poly(isoprene) ferroelastomer by surface modification of embedded metallic iron nanoparticle NANOSYSTEMS: PHYSICS, CHEMISTRY, MATHEMATICS, 12 (4), P. 520–527 (год публикации - 2021).

7. Чириков Д.Н., Зубарев А.Ю. Численное решение диффузионно-конвективного течения в узком цилиндрическом канале -, 2021617348 (год публикации - ).