A Fractal Analysis of the Effect of Titanium Dioxides on the Biological Properties of Bioinorganic Composite Materials

V. P.  Meshalkin; Мешалкин В. П.; O. B. Butusov; Бутусов О. Б.; A. G. Kolmakov; Колмаков А. Г.; M. A. Sevost’yanov; Севостьянов М. А.; T. B. Chistyakova; Чистякова Т. Б.

doi:10.31857/S0040357123030120

Фрактальный анализ влияния диоксидов титана на биологические свойства бионеорганических композиционных материалов

Авторы: Мешалкин В.П.¹^,2, Бутусов О.Б.¹^,2, Колмаков А.Г.³, Севостьянов М.А.³, Чистякова Т.Б.⁴
Учреждения:
1. Российский химико-технологический университет им. Д.И. Менделеева
2. Институт физической химии и электрохимии им. А. Н. Фрумкина РАН
3. Институт металлургии и материаловедения им. А.А. Байкова РАН
4. Санкт-Петербургский государственный технологический институт (технический университет)
Выпуск: Том 57, № 3 (2023)
Страницы: 284-291
Раздел: Статьи
Дата публикации: 01.05.2023
URL: https://journals.rcsi.science/0040-3571/article/view/138464
DOI: https://doi.org/10.31857/S0040357123030120
EDN: https://elibrary.ru/RPHOUW
ID: 138464

Цитировать

Полный текст

Открытый доступ
Доступ закрыт

Доступ предоставлен
Доступ закрыт

Только для подписчиков

Аннотация
Об авторах
Список литературы
Дополнительные файлы
Статистика

Аннотация

Статья посвящена проблеме создания экологически безопасных материалов за счет использования нового поколения композитов на основе биоразлагаемых биосовместимых полимерных матриц с возможностью длительного контролируемого адресного высвобождения питательных и биопротекторных веществ. Разработаны методика и алгоритм использования фрактального анализа для оценки биологических свойств бионеорганического композиционного материала хитозан-оксид титана, который применяется в сельском хозяйстве для получения высокоэффективных комплексных удобрений. Разработанный алгоритм отличается от аналогов использованием скелетонов для расчета фрактальной размерности микрофотоизображений. Исследованы фрактальные и механические свойства органо-неорганических пленок бионеорганического композиционного материала хитозан-оксид титана. Полученные результаты имеют важное значение для оценки таких характеристик бионеорганических композиционных материалов, как биодеградируемость, биосовместимость, экологическая безопасность, которые имеют важное значение для защиты окружающей среды. Установлено существование зависимости между величиной коэффициентов асимметрии и эксцесса фрактальной размерности микрофотоизображений пленок хитозана и процентом содержания в них оксида титана. Результаты исследования механических свойств пленок композита хитозан-оксид титана позволяют сделать вывод о влиянии примесей оксида титана на прочность пленок.

Ключевые слова

бионеорганический композиционный материал хитозан-оксид титана, оптическая микроскопия, фрактальная размерность, механическая прочность, защита растений от вредных бактерий

Список литературы

Valeriy P. Meshalkin, Vincenzo G. Dovì, Vladimir I. Bobkov et al. State of the art and research development prospects of energy and resource-efficient environmentally safe chemical process systems engineering // Mendeleev Communications. 2021. V. 31. P. 593–604.
Meshalkin V.P., Butusov O.B., Reverberi Andrea, Kolmakov A.G., Sevostyanov M.A., Garabadzhiu A.V., Alexandrova A.G. Multifractal Analysis of the Mechanical Properties of the Texture of Biopolymer-Inorganic Composites of Chitosan-Silicon Dioxide. Energies 2022. V. 15. Iss. 19. 7147–7163. https://doi.org/10.3390/en15197147
Павлов А.Н., Анищенко В.С. Мультифрактальный анализ сложных сигналов // Успехи физических наук. 2007. Т. 177. № 8. С. 859–876.
Саркисов П.Д., Бутусов О.Б., Мешалкин В.П., Севастьянов В.Г., Галаев А.Б. Компьютерный метод анализа текстуры нанокомпозитов на основе расчета изолиний фрактальных размерностей // Теоретические основы химической технологии. 2010. Т. 44. № 6. С. 620–625.
Kozlov G.V., Yanovskii Yu.G. Fractal Mechanics of Polymers: Chemistry and Physics of Complex Polymeric Materials. Toronto, New Jersy: Apple Academic Press, 2015. 372 p.
Колоколова А.Ю., Тарасюк В.Т., Курбанова М.Н., Ильин А.А. Изучение антимикробных свойств модифицированных полимерных материалов // Вестник ВГУ 2019. Серия: Химия. Биология. Фармация. № 1. С. 12–19.
Озерин А.Н., Павлова-Веревкина О.Б., Зеленский А.Н., Аконова Т.А., Озерина Л.А., Сурин Н.М., Кечекьян А.С. Нанокомпозиты на основе модифицированного хитозана и окида титана // Высокомолекулярные соединения. 2006. Серия А. Т. 48. № 6. С 983–989.
Тюкова И.С., Суворова А.И., Окунева А.И., Шишкин Е.И. Получение и структура органо-неорганических гибридных пленок хитозан-оксид кремния // Высокомолекулярные соединения. 2010. Сер. Б. Т. 52. № 9. С. 1702–1709.
Янагисава К., Овенстон Дж. Кристаллизация анатаза из аморфного диоксида титана гидротермальным методом: влияние исходного материала и температуры // J. Phys. Chem. В. 1999. Т. 103. С. 7781–7787.
Кроновер Р.М. Фракталы и хаос в динамических системах. Основы теории. М.: Пост маркет, 2000. 352 с.
Stojić T., Reljin I., Reljin B. Adaptation of multifractal analysis to segmentation of microcalcifications in digital mammograms // Physica A: Statistical Mechanics and its Applications. 2006. V. 367. P. 494–508.
Mukundan R., Hemsley A. Tissue Image Classification Using Multi-Fractal Spectra // International J Multimedia Data Engineering and Management (IJMDEM). 2010. V. 1. P. 62–75.
Reljin I.S., Reljin B.D. Fractal geometry and multifractals in analyzing and processing medical data and images // Archive of Oncology. 2002. V. 10. P. 283–293.
Кантюков Р.А. Мультифрактальный анализ изображений турбулентных газовых потоков в газопроводах // Прикладная информатика. 2016. Т. 11. № 4(64). С. 42–56.