Магнітна сепарація наночастинок в ліпідних оболонках за фракціями (стр. 6 )

8. Волканін Є. Є. Баланс сил при магнітній сепарації наночастинок / О. М. Андрусенко, А. В. Некрасов, Є. Є. Волканін // Вісник Кременчуцького
державного політехнічного університету імені Михайла Остроградського. – 2009. – Вип. 4/2009 (57), част. 1. – С. 55–58.

9. Волканин Е. Е. Использование метода конечных элементов при
проектировании магнитного сепаратора наночастиц / И. П. Кондратенко, А. В. Некрасов, Е. Е. Волканин // Проблемы автоматизированного электропривода.
Теория и практика. Вестник Национального технического университета «Харьковский политехнический институт». – Харьков, 2010. – Вып. 28. – С. 491–493.

10. Волканин Е. Е. Исследование магнитогидродинамического сепаратора / И. П. Кондратенко, А. В. Некрасов, Е. Е. Волканин // Електромеханічні і
енергозберігаючі системи. – 2011. – № 3/2011 (15). – С. 107–109.

Статті в інших виданнях України

11. Волканін Є. Є. Магнітогідродинамічний сепаратор наночастинок / І. П. Кондратенко, І. К. Хаєцький, А. В. Некрасов, Є. Є. Волканін // Праці Луганського відділення Міжнародної Академії інформатизації. – 2011. – № 2 (24). – С. 26–29.

Матеріали конференцій

12. Волканін Є. Є. Використання наночастинок у біомедицині та їх магнітна
сепарація // Електромеханічні системи, методи моделювання та оптимізації: [збірник матеріалів конференції VII Всеукраїнська наук.-техн. конф. молодих учених і
спеціалістів, 02–04 квітня 2009 р.]. – Кременчук: КДПУ, 2009. – С. 189–190.

13. Волканін Є. Є. Магнітна сепарація з використанням наночастинок / А. В. Некрасов, Є. Є. Волканін, К. О. Латишев // Фізичні процеси та поля технічних і біологічних об’єктів : [тези доповідей. VIII Всеукраїнська наук.-техн. конф. 2009 р.]. – Кременчук: КДУ, 2009. – С. 39–41.

14. Волканін Є. Є. Рівняння руху наночастинок в робочому проміжку
високоградієнтного магнітного сепаратора / Є. Є. Волканін, А. В. Некрасов, В. М. Будніков // Проблеми енергоефективності та енергозбереження : [збірник тез доповідей Всеукраїнської науково-практичної конференції студентів, аспірантів і молодих учених, 14–16 листопада 2012 р.]. – Кіровоград: КНТУ, 2012. – С. 59–62.

15. Волканін Є. Є. Аналіз впливу сили дифузії на магнітну сепарацію
наночастинок / Є. Є. Волканін, А. В. Некрасов, А. І. Котиш // Підвищення рівня
ефективності енергоспоживання в електротехнічних пристроях і системах :
[матеріали V Міжнародної науково-технічної конференції, 29 червня–1 липня 2014 р.]. – Луцьк–Шацькі озера: ЛНТУ, 2014. – С. 40–42.

Патенти

16. Патент на корисну модель № 000, Україна, В03С 1/025 (2006.01),
А61К 9/51 (2006.01). Високоградієнтний магнітний сепаратор наночастинок за
фракціями / Загірняк М. В., Кондратенко І. П., Волканін Є. Є.; патентовласник:
Кременчуцький національний університет імені Михайла Остроградського; заявл. 18.11.13; опубл. 11.03.14, Бюл. № 5. – 7 с.

17. Патент на корисну модель № 000, Україна, В03С 1/32 (2006.01),
А61К 9/51 (2006.01). Сепаратор з магнітною системою Фарадея для розділення
наночастинок за фракціями / Загірняк М. В., Кондратенко І. П., Волканін Є. Є.;
патентовласник: Кременчуцький національний університет імені Михайла
Остроградського; заявл. 18.11.13; опубл. 11.03.14, Бюл. № 5. – 4 с.

Анотація

Волканін Є. Є. Магнітна сепарація наночастинок в ліпідних оболонках за фракціями. – На правах рукопису.

Дисертація на здобуття наукового ступеня кандидата технічних наук за спеціальністю 05.09.01 – Електричні машини й апарати. – Кременчуцький національний університет імені Михайла Остроградського, Кременчук, 2015.

У дисертації розв’язано актуальну наукову задачу магнітної сепарації за фракціями наночастинок, що застосовуються в біомедицині.

Однією з проблем, які існують при виробництві нанопрепарату для біомедичного застосування, є одержання монодисперсної фракції магнітних наночастинок. Наразі розподіл за розмірами здійснюється методом центрифугування. Внаслідок малої різниці мас наночастинок різних фракцій сепарація може тривати до декількох діб. Крім того, для здійснення зазначеного процесу, необхідна наявність високовартісного устаткування – ультрацентрифуг. Більш продуктивним процесом є магнітна сепарація, тому що наночастинки різних розмірів значно різняться значенням магнітного моменту. Існуючі системи магнітної сепарації, що працюють з мікро - і наноматеріалом призначені для інших задач – розділяють вихідний продукт на магнітний і немагнітний.

Шляхами розв’язання цієї проблеми є розробка сепаратора з магнітною системою Фарадея, яка призначена для виділення із вихідного препарату наночастинок розміром 20…80 нм, та розробка системи високоградієнтної магнітної сепарації, яка призначена для вилучення наночастинок більш вузького діапазону – 40…60 нм. Розроблені методи та методики визначення параметрів магнітних сепараційних систем. Чисельні експерименти побудови траєкторій наночастинок у сепараційних каналах сепараторів підтвердили, що розроблені методи та методики дозволяють створити магнітні сепаратори, які розділяють фракції наночастинок.

Ключові слова: нанопрепарат, наночастинка, поверхнево-активна речовина, високоградієнтна магнітна сепарація, магнітна система Фарадея.

Аннотация

 Е. Магнитная сепарация наночастиц в липидных оболочках по фракциям. – На правах рукописи.

Диссертация на соискание ученой степени кандидата технических наук по специальности 05.09.01 – Электрические машины и аппараты. – Кременчугский национальный университет имени Михаила Остроградского, Кременчуг, 2015.

В диссертации решена актуальная научная задача магнитной сепарации по фракциям наночастиц, применяемых в биомедицине. Одной из проблем, существующих при производстве нанопрепаратов для биомедицинского применения, является получение монодисперсной фракции магнитных наночастиц. В настоящее время распределение по размерам осуществляется методом центрифугирования. Вследствие малой разности масс наночастиц различных фракций сепарация может продолжаться до нескольких суток. Кроме того, для осуществления указанного процесса, необходимо наличие дорогостоящего оборудования – ультрацентрифуг. Более продуктивным процессом является магнитная сепарация, потому что наночастицы различных размеров значительно отличаются значением магнитного момента. Существующие системы магнитной сепарации, работающие с микро- и наноматериалами предназначены для других задач – разделения исходного продукта на магнитную и немагнитную фракции. Обзор существующих систем показал, что научные исследования нужно вести в направлении высокоградиентной магнитной сепарации (ВГМС) и магнитной сепарации с рассекателем тонких потоков (SPLITT).

Показано, что магнитное разделение фракций нанопрепарата наиболее эффективно при намагничивании наночастиц до насыщенного состояния. При этом значение магнитного момента разделяемых частиц максимально большое, кроме того, неизбежная неоднородность напряженности поля в рабочем зазоре магнитной системы не влияет на значение магнитной силы, действующей на частицу. Поэтому одним из условий магнитной сепарации наночастиц по размерам является создание в рабочем зазоре магнитной системы такого магнитного поля, при котором частицы намагничены до насыщения.

Численным моделированием доказано, что на наночастицу в потоке жидкости при наложении высокоградиентного поля влияет гидродинамическая сила и сила магнитного поля. Другими силами можно пренебречь, так как их действие незначительно и не повлияет на результаты сепарации.

При производстве нанопрепарата для целевой доставки лекарственных средств и визуализации (диапазон 20...80 нм) необходимо применять сепарацию SPLITT с магнитной системой Фарадея. Доказано, что наибольшая область однородного градиента в рабочем зазоре магнитной системы Фарадея наблюдается при определенных геометрических параметрах полюсов. В разработанной системе в области однородного градиента размещается сепарационный канал. В работе разработан метод, определяющий взаимосвязь магнитного момента наночастицы определенного размера, геометрических параметров сепарационного канала, режима работы и градиента напряженности магнитного поля рабочего зазора. Также создана методика определения основных параметров магнитного сепаратора с магнитной системой Фарадея. Численное моделирование сепарационной системы показало, что рассчитанные параметры приемлемы для технической реализации.

При производстве нанопрепарата для биомагнитной сепарации и гипертермии применить сепаратор с магнитной системой Фарадея для выделения узкого диапазона (40...60 нм) наночастиц невозможно, потому что близкое расположение рассекателей потока приведет к появлению турбулентных зон в сепарационном канале и перемешиванию фракций частиц. Для извлечения указанного диапазона фракций наночастиц возможно применить ВГМС, т. к. магнитная сила в такой системе зависит от формы и магнитных свойств матрицы. Получено уравнение баланса сил, действующих на наночастицу в потоке жидкости в поле намагниченного стержня матрицы. На основании указанных уравнений разработан метод определения геометрических параметров ферромагнитного стержня. Также разработаны методы определения границы области извлечения и границы области захвата. Создана методика определения параметров высокоградиентного магнитного сепаратора наночастиц. Численное моделирование системы высокоградиентной магнитной сепарации показало, что рассчитанные параметры стержней матрицы приемлемы для технической реализации.

Известно, что математическое моделирование методом конечных элементов с использованием современных программных приложений имеет высокую достоверность. Поэтому проведен сравнительный анализ теоретических результатов и результатов математического моделирования с целью проверки достоверности научных положений, выводов и рекомендаций. Численные эксперименты построения траекторий наночастиц в сепарационных каналах сепараторов подтвердили, что разработанные методы позволяют создать магнитные сепараторы, разделяющие фракции наночастиц.

Ключевые слова: нанопрепарат, наночастица, поверхносно-активное вещество, высокоградиентная магнитная сепарация, магнитная система Фарадея.

ABSTRACT

Volkanin E. E. Мagnetic separation of nanoparticles in lipid membranes by fractions. – On the rights of manuscript.

The thesis for the degree of candidate of technical sciences, specialty 05.09.01 – Electrical machinery and apparatus. – Kremenchuk Mykhailo Ostrohradskiy National University, Kremenchuk, 2015.

The thesis is solved an actual scientific problem of magnetic separation by fractions of nanoparticles used in biomedicine.

One of the problems that exist in the production of nanopreparation for biomedical application is to obtain a monodisperse fraction of magnetic nanoparticles. Currently, the size distribution is carried out by centrifugation. Due to the small mass difference nanoparticles separation of different fractions can last up to several days. In order to implement this process, requires costly equipment – ultracentrifuges. More productive process is magnetic separation because nanoparticles of different sizes differ significantly the value of the magnetic moment. Existing magnetic separation systems that work with micro - and nanomaterials intended for other tasks – separating the original product on the magnetic and nonmagnetic.

By solving this problem is the development of magnetic separator Faraday system that is designed to highlight the source of the drug nanoparticles of 20...80 nm and development vysokohradiyentnoyi magnetic separation system, which is designed to extract nanoparticles narrower range – 40...60 nm. The methods of determining the parameters of magnetic separators. Numerical experiments in constructing trajectories nanoparticles separation channel separators confirmed that the methods can create magnetic separators that divide fractions nanoparticles.

Key words: nanopreparat, nanoparticles, surfactant, high gradient magnetic separation, magnetic Faraday system.

 

Волканін Євген Євгенович

МАГНІТНА СЕПАРАЦІЯ НАНОЧАСТИНОК

В ЛІПІДНИХ ОБОЛОНКАХ ЗА ФРАКЦІЯМИ

(Автореферат)

Підписано до друку 28.07.2015. Формат 30х42/4

Папір Polspeed. Ризографія. Ум. друк. арк. 0,8.

Обліково-видавн. арк. 0,8. Наклад 100 прим. Зам. № 000

Видавничий відділ

Кременчуцького національного університету імені Михайла Остроградського

в, м. Кременчук, Полтавська обл., 39600