Том 24, № 3 (2024)

Представлена реализация квантового кинетического уравнения для электронной подсистемы графена, полностью отражающая характеристики и особенности модели сильной связи ближайших соседей по кристаллической решетке для этого материала. В отличие от версии, построенной на основе приближения безмассовых фермионов, предложенное решение свободно от ограничения на допустимые значения энергии рассматриваемых состояний. Это обеспечивает возможность численно моделировать процессы заселения электронных состояний в зоне проводимости и их эволюцию во внешнем электрическом поле в расширенном диапазоне частот и значений напряженности поля. Последнее важно для исследования сверхбыстрой динамики электронов и нелинейных эффектов в этом перспективном материале. Выполнено сравнение результатов использования кинетического уравнения при ограничении энергии возбуждаемых состояний непосредственной окрестностью точки Дирака, где результаты новой реализации и приближения безмассовых фермионов ожидаемо близки. Вне таких ограничений продемонстрированы качественные и количественные различия, учет которых необходим для корректного моделирования процессов в сильных полях.

Объект исследования, цель: Целью исследования является установление возможности неинвазивного определения степени анестезии, которой подвергается лабораторное животное. Для достижения этой цели предлагается использование таких методов анализа сигналов электроэнцефалограммы (ЭЭГ), как быстрое преобразование Фурье, метод машинного обучения K-Means и расчёт статистических характеристик. Модель и методы: Данные ЭЭГ были получены в результате эксперимента, в котором две группы лабораторных крыс получали два различных вида анестетика. Данные ЭЭГ были нормированы, после чего при помощи метода БПФ были вычислены спектры мощности сигналов. Далее для классификации данных и определения стадии анестезии применялся метод машинного обучения K-Means. Также были рассчитаны статистические характеристики для выявления характерных особенностей сигналов на каждой стадии анестезии. Результаты: Показано, что предложенные методы анализа данных позволяют различить нормальное состояние, анестезирование и летальный исход при повышении дозировки анестезии у лабораторных животных.

В исследовании были синтезированы эмульсионные микрогели (ЭМ) методом ультразвуковой гомогенизации на основе изолята сывороточного белка (ИСБ), содержащие антибактериальные препараты (АБ) (цефазолин (ЦЗ), цефтриаксон (ЦТ)). В основе метода получения ЭМ лежит денатурация ИСБ при ультразвуковом воздействии на раствор биомолекул с последующим образованием микрогелевой оболочки на поверхности капель масла. Изучены физико-химические свойства ЭМ в зависимости от их состава (дзетапотенциал частиц ЭМ, профили высвобождения АБ из частиц ЭМ), а также антимикробная активность ЭМ. Было показано, что количество высвобожденного АБ из синтезированных носителей в первые сутки эксперимента составляет 10% во всех исследованных модельных системах. Суммарное количество высвобожденного АБ за 144 ч достигает 20% в физиологическом растворе и 30% в искусственной моче. Все образцы ЭМ, содержащие ЦЗ, вызывали угнетение роста E. coli в течение 7 суток. Свободный ЦЗ сохранял активность на протяжении первых суток. Микрогели, содержащие ЦТ, продемонстрировали антибактериальный эффект на протяжении 14 суток. Продолжительность периода полного подавления роста у всех контрольных растворов АБ была существенно меньше по сравнению с образцами ЭМ. Таким образом, показано, что иммобилизация АБ (ЦЗ, ЦТ) в ЭМ методом ультразвуковой гомогенизации не влияет на их терапевтическую эффективность и позволяет существенно увеличить продолжительность и интенсивность антибактериального действия этих препаратов на культуре E. coli. 

Предпосылки и цели: Согласно известным экспериментальным данным, различные метаболиты арахидоновой кислоты оказывают сосудосуживающее либо сосудорасширяющее действие, что, в свою очередь, влияет на нейронную активность. Воздействовать на уровень производства метаболитов можно несколькими путями: регуляцией уровня кислорода или глутамат-зависимым повышением концентрации астроцитарного кальция в ответ на активность нейронов. Для анализа возможных паттернов активности нервной ткани в ответ на изменение метаболического профиля разработана математическая модель, в рамках которой были проведены вычислительные эксперименты как в локальном случае, так и на пространственных шаблонах. Материалы и методы: В работе предложена точечная модель и её дальнейшее расширение для моделирования пространственно-распределённой системы связанных нейроглиоваскулярных единиц. Для проверки работоспособности модели включено внешнее воздействие, приводящее к увеличению нейронального калия и возникновению распространяющейся кортикальной депрессии, и внешнее воздействие на кальциевую активность с целью анализа влияния метаболитов арахидоновой кислоты на исследуемый процесс. Результаты: Разработана новая точечная модель нейроглиоваскулярной единицы, которая симулирует влияние метаболитов арахидоновой кислоты на кортикальную депрессию, при этом расширение точечной модели на пространственно-распределённый случай позволило определить пути влияния астроцитарной активности на пространственно-временные характеристики волны распространяющейся кортикальной депрессии. Численные исследования точечной и пространственной моделей подтвердили соответствие решений наблюдаемым экспериментальным эффектам, в том числе связанным с особенностями влияния метаболитов арахидоновой кислоты на скорость, обширность и время жизни волн депрессии. Предполагается, что в дальнейшем результаты теоретического исследования могут быть использованы для поиска путей вывода нервной ткани из патологических состояний, возникающих при эпилепсии, мигренях и ряде нейродегенеративных заболеваний, в том числе связанных с возникновением волн кортикальной депрессии. 

Представлены результаты экспериментальных исследований флуктуаций эффективной омической проводимости систем межэлектродных проводящих мостиков на основе плотноупакованных наночастиц анатаза при длительном воздействии постоянного тока. Установлено, что при подходе к порогу протекания, обусловленному обеднением ансамбля свободных носителей заряда (электронов) в мостиках, происходят качественные изменения динамики флуктуаций падения напряжения на системах мостиков(в частности, существенное возрастание показателя Херста структурных функций флуктуаций падения напряжения, коррелирующее с резким спадом эффективной омической проводимости исследуемых структур). Для интерпретации наблюдаемых особенностей предложена качественная феноменологическая модель, рассматривающая влияние случайных последовательностей локальных актов блокирования и пробоя стохастических каналов проводимости в исследуемых структурах на деградацию эффективной омической проводимости структур. 

Методом золь-гель технологии получены силикатные мезопористые просветляющие покрытия на основе композиций SiO2@CuO(ZnO) для стеклянных пластин. Для исследования оптических показателей золей были приготовлены базовый золь SiO2 и золи SiO2 с добавлением ацетата цинка и ацетата меди (6% и 10% по массе диоксида кремния). Полученные золи наносились на стекла методом адсорбции из раствора (dip-coating) при комнатной температуре (23 ± 10°С). Скорость извлечения из раствора варьировали от 105 до 160 мм/мин. Стекла с нанесенными на обе стороны покрытиями сушили при комнатной температуре до образования пленки и подвергали термообработке в муфельной печи при температуре 500°С. В момент отжига происходило разложение солей меди и цинка и формирование композитного состава плёнок SiO2@CuO и SiO2@ZnO. Определено, что толщина покрытий на стекле варьировалась от (95 ± 20) до (137 ± 7) нм при скорости вытягивания 105 и 160 мм/мин соответственно. Спектральные измерения оптического пропускания и отражения стекол с мезопористыми покрытиями проводились в диапазоне 400–800 нм. Приведены результаты измерения спектров прозрачности стекла с двухсторонними однослойными покрытиями из золей с разным составом и скоростью вытягивания. Показано, что мезопористые композитные покрытия SiO2@CuO(ZnO) с разным составом демонстрируют увеличение прозрачности стекла на 2-3% в оптическом диапазоне 400–800 нм.

В работе представлены результаты по изучению влияния изгиба на структурные свойства пленок кристаллического кремния на гибкой подложке. Кристаллизация аморфных пленок производилась воздействием на них лазерного излучения. Исследуемые образцы состоят из слоя кремния толщиной 1 мкм, нанесенного на полиимид, и слоя олова толщиной 40 нм, нанесенного поверх слоя кремния. Пленки кремния и олова были нанесены методом магнетронного напыления. Напыление кремния производилось в двух режимах: режиме постоянного и импульсного напряжения. Кристаллизация проводилась методом металл-индуцированной лазер-стимулированной кристаллизации. С помощью метода комбинационного рассеяния света (КРС) была изучена структура кремния после воздействия лазера для оценки степени кристаллизации. Измерения проводились для прямой и деформированной под углом 40° полиимидной подложки, что позволило выявить различный механизм распределения механических напряжений в кремниевых плёнках с различным содержанием аморфной фазы. Установлено, что при содержании аморфной фазы в кристаллизованной плёнке на уровне 46% не происходит сдвига пика КРС при её изгибе, а в случае пониженного до 33% содержания аморфной фазы сдвиг пика КРС при изгибе кристаллизованной плёнки наблюдается. Предложено следующее объяснение полученных результатов. При высоком содержании аморфной фазы изгиб приводит к деформации аморфных участков, в то время как кристаллические области остаются практически не деформированными. В плёнках с меньшим содержанием аморфной фазы возникающие при изгибе деформации распространяются и на кристаллическую составляющую, приводя к возникновению в ней механических напряжений, которые выражаются в сдвиге пика КРС на изогнутой плёнке.

В истории физико-математического образования в Саратовском государственном университете (СГУ) в 1920–1950-х гг. видное место занимает фигура Георгия Петровича Боева (25.11.1898–08.07.1959). Он был одним из первых студентов и выпускников открытого в университете в 1917 г. физико-математического факультета, первым его аспирантом, первым деканом механико-математического факультета, первым научным руководителем вычислительного центра СГУ. В статье описываются различные этапы творческой биографии Г. П. Боева: период учебы и работы преподавателем в СГУ в 1917–1930 гг., период работы профессором и заведующим кафедрой математики в Ивановском текстильном институте (1930–1934), второй период работы в СГУ (1934–1959) в должности профессора и заведующего математическими кафедрами (1934–1959), а также исполняющего обязанности директора НИИ математики, механики и физики при СГУ (1939–1941), декана физико-математического факультета (1943–1945), декана мехмата (1945–1947), проректора СГУ по учебной работе (1947–1950), научного руководителя проблемной лаборатории «Вычислительный центр» (1957–1959). Изложение биографии Г. П. Боева основано на архивных материалах, его личных записях и воспоминаниях коллег, анализе его научного наследия. Статья отдает дань уважения незаурядной личности Г. П. Боева и одновременно служит иллюстрацией тех исторических условий, складывавшихся в области высшего образования в стране, в которых ему было суждено жить и работать.