Отчет о научно-исследовательской работе по теме "Новые явления при взаимодействии лазерного излучения, плазмы, корпускулярных и радиационных потоков с конденсированными средами как основа инновационных технологий" Этап 3 ( заключительный) код ( шифр) научной темы, присвоенный учредителем ( организацией): 0723-2020-0035

Объектом исследования являются хромиты редкоземельных элементов - перспективные материалы для получения нагревательных элементов высокотемпературных печей сопротивления с окислительной атмосферой, токопроводящих систем энергетических установок, мультиферроиков, катализаторов, и т.д.; высокотемпературные сверхпроводящие композитные ленты второго поколения – перспективные материалы для разработки источников высоких магнитных полей, в том числе в ускорителях и токамаках; полупроводниковые гибридные структуры, содержащие тонкопленочные слои оксидов и халькогенидов металлов; параметры электронного пучка и плазменного канала; сильноточные импульсные Z-пинчевые разряды динамика их развития, потоки эмитируемых заряженных частиц и излучение в рентгеновском диапазоне спектра; неравноплечный интерферометр с нониусной схемой; аналоговые и цифровые радиофотонные оптические СВЧ-тракты; методы формирования комплексного импульсного отклика когерентных дифракционных оптических систем; плазменные потоки с ненулевым параметром замагниченности; лазерно-синтезированные наноматериалы на основе висмута (Bi) и нитрида титана (TiN) – перспективные для применения в качестве сенсибилизаторов функционального воздействия в диагностике и терапии раковых заболеваний соответственно; наночастицы пористого кремния в качестве наноконтейнеров и перспективный противоопухолевый препарат – салиномицин, для применения в качестве адресного агента для лечения раковых заболеваний; наноразмерные радиофармпрепараты на основе кремниевых наночастиц с радионуклидами рения-188 (188Re) и галлия-68 (68Ga) – перспективные для применения в качестве терапевтического агента для лечения раковых заболеваний; опытный образец (прототип) диагностической тест системы для детекции опухолевых биомаркеров на основе Ферстеровского резонансного переноса энергии между флуоресцентными квантовыми точками и органическими красителями, позволяющий детектировать близко локализованные опухолевые маркеры или различные эпитопы одного опухолевого маркера с высокой точностью; гибридные наноструктуры, состоящие из ап-конверсионных наночастиц (АКНЧ) и молекул красителей, в частности фотосенсибилизаторов (ФС), разрешенных для клинического применения и/или находящихся в стадии клинических исследований. Пара легирующих АКНЧ ионов сенсибилизатор-активатор выступает в роли сенсибилизатора для красителя (в случае ФДТ при ИК возбуждении) или краситель выступает сенсибилизатором для пары РЗИ (в случае усиления люминесценции РЗИ); 3D-изображения, полученные с применением атомно-силового микроскопа (АСМ) для регистрации единичных биомолекул, ассоциированных с заболеваниями; ансамбли магнитных наночастиц окислов железа, которые широко используются в биомедицине, для адресной доставки лекарств, для магнитной визуализации, магнитной гипертермии и прочее. Цели: изучение влияния условий синтеза на кристаллическую и локальную структуру порошков хромитов редкоземельных элементов состава LnCrO3; исследование влияния потоков заряженных частиц на второе критическое поле и магнито-полевую зависимость критического тока ВТСП-композитов; изучение факторов, определяющих эффективность и стабильность кремниевых фотокатодов с тонкопленочным со-катализатором на основе аморфного сульфида молибдена при фото-активированном расщеплении воды, а также в поиске и мотивации нового направления по формированию эффективных каталитических материалов для таких фотокатодов; оптимизация параметров электронного пучка и плазменного канала для получения ускоренных электронов с узким энергетическим спектром и максимальной энергией; определение параметров плазменных потоков и характеристик рентгеновского излучения из сильноточных импульсных разрядов и возможности их использования для модификации поверхности различных материалов; разработка методики измерения скорости распространения ударных волн в жидкости с помощью VISAR и PDV систем; исследование точностных характеристик метода нониусной неравноплечной интерферометрии при измерении массовой скорости в быстро протекающих экспериментах; теоретическое и экспериментальное моделирование цифровых методов линеаризации и характеризации радиофотонных систем обработки сигналов, а также подходов к их созданию; разработка алгоритмов расчёта моделей фазовых компьютерно-синтезированных голограмм двумерных объектов и их численная и экспериментальная апробация с применением чисто-фазовых голографических носителей; экспериментальное исследование корреляционного инвариантного распознавания объектов в некогерентном свете; разработать и исследовать технологию создания функциональных композитных материалов методом ПЛНМП (прямого лазерного нанесения металлического порошка), а также определить факторы, влияющие на их свойства; определение ключевых особенностей генерации замагниченных потоков лазерной плазмы, характерные достижимые значения замагниченности в зависимости от механизма генерации магнитного поля, а также влияние магнитного поля на динамику распространения таких потоков; разработка методов биосенсинга и терапии онкозаболеваний с использованием лазерно-синтезированных наноматериалов на основе висмута (Bi) и нитрида титана (TiN); разработка новых методов использования наночастиц и наноконтейнеров для биомедицинских целей; исследование терапевтической эффективности селективных наноразмерных радиофармпрепаратов на основе кремниевых наночастиц и радионуклидов 188Re и 68Ga; проведение доклинических испытаний опытного образца (прототипа) диагностической тест системы, по детекции опухолевых биомаркеров; исследование процессов передачи энергии между наночастицами, легированными редкоземельными ионами, и молекулами фотосенсибилизатора; разработка методов и средств выявления биомолекул, ассоциированных с заболеваниями с 3D–визуализацией и распознаванием объектов на поверхности; теоретическое изучение магнитных свойств ансамблей наночастиц магнетита с кубической анизотропией в вязкой жидкости, теоретическое изучение спектров ферромагнитного резонанса линейных цепочек наночастиц магнетита, расчет энергии магнито-дипольного взаимодействия однодоменных сфероидов. В работе описаны режимы синтеза широкого ряда однофазных порошков хромитов редкоземельных элементов состава LnCrO3 (Ln = La, Ce, Pr, Nd, Sm, Eu, Gd, Dy, Ho, Yb и Y), установлена взаимосвязь кристаллической и локальной структуры с условиями синтеза. Описано влияние пучков ионов Cu2+ с энергией 6,3 МэВ на второе критическое поле и магнито-полевую зависимость критического тока современных ВТСП-лент при различном флюенсе. Получены новые важные с научной и практической точек зрения сведения о возможности повышения эффективности кремниевых фотокатодов при выделении водорода путем оптимизации структурно-фазового состава каталитической пленки на основе сульфида молибдена и поверхностного слоя кремниевого носителя. Предложен способ внесения неоднородности в плазменный канал, позволяющий улучшить характеристики ускоренного электронного пучка. В работе проведено сравнении характеристик плазменных потоков, эмитируемых в вакуумном искровом и плазмофокусном разрядах. Актуальность такого сравнения обусловлена схожестью процессов, происходящих на конечной стадии пинчевания разрядов. Описан способ совместного использования VISAR и PDV методов для измерения скорости распространения ударных волн в жидкости. Представлена оценка точностных характеристик метода нониусной неравноплечной интерферометрии при измерении массовой скорости в быстро протекающих экспериментах. Предложено использование современных паттернов и эвристики оптимизации цифровых и аналоговых форматов модуляции в волоконно-оптический линиях связи и при характеризации аналоговых радифотонных трактов. Описаны различные режимы реализации компьютерно-синтезированных голограмм в когерентных дифракционных схемах с использованием носителей с фазовым, и бинарным фазовым типом модуляции, определены и исследованы методы повышения качества восстановленных изображений, такие как добавление случайных фазовых масок и пространственное мультиплексирование. В работе представлены результаты численного моделирования и экспериментальной реализации корреляционного распознавания сложных объектов на различных фонах с помощью оптоэлектронной лазерной системы. В работе разработана и исследована технология создания функциональных композитных материалов методом ПЛНМП (прямого лазерного нанесения металлического порошка), а также определить факторы, влияющие на их свойства. Рассмотрены механизмы и способы создания потоков лазерной плазмы с управляемым параметром замагниченности, обеспеченным использованием известных лазерных методов создания магнитных полей в гидродинамическом и кинетическом режиме. Приводится анализ динамики таких плазменных потоков, определён новый безразмерный параметр, свойственный лазерной плазме и соответствующий влиянию электрического поля на эволюцию системы. В работе отработаны режимы синтеза перспективных наноматериалов на основе висмута и нитрида титана для биосенсинга и терапии онкологических заболеваний соответственно, а также были продемонстрированы преимущества полученных наноформуляций перед существующими аналогами. Продемонстрировано использование пористых кремниевых наночастиц с естественным оксидным покрытием как усилителей кавитации и наноконтейнеров для лекарств в экспериментах in vitro и in vivo. Описаны синтезированные перспективные радиофармпрепараты на основе 188Re-КНЧ и 68Ga-КНЧ и исследована их фармакокинетика в организме мышей линии BALB/c с аденокарциномой толстого кишечника. Продемонстрирован опытный образец (прототип) тест системы, позволяющей проводить детекцию опухолевых биомаркеров с высокой точностью с разрешением, превосходящим традиционные микроскопические методы, благодаря применению метода микроскопии времени жизни флуоресценции. В ходе доклинических исследований были оценены параметры опытного образца (прототипа) диагностической тест системы по детекции опухолевого маркера CEA. Были получены снимки флуоресцентной детекции заданного маркера, а также определены параметры Ферстеровского резонансного переноса энергии и затухания флуоресценции. Описаны новые люминесцирующие агенты, поглощающие и люминесцирующие в ближнем инфракрасном диапазоне на основе редкоземельных ионов. Усиления люминесценции редкоземельных ионов происходит за счет покрытия наночастиц молекулами красителей. Описаны методы и средства автоматической обработки нескольких файлов, полученных в результате сканирования микрочипов с помощью атомно-силового микроскопа, от момента загрузки файлов до построения гистограмм с формированием гистограммы по многим снимкам. Получен расчет удельной поглощаемой мощности ансамбля наночастиц, распределенных в вязкой жидкости, в этом случае поглощение энергии переменного магнитного поля связано не только с динамикой магнитных моментов частиц, но и с вращением частиц в жидкости как целое. Изготовлены лабораторные опытные партии порошков хромитов редкоземельных элементов. Показано, что структура и фазовый состав синтезированных порошков хромитов РЗЭ в случае использования обоих типов прекурсоров (с атомным отношением Ln : Cr = 1 : 1), не зависимо от степени окисления хрома в исходных соединениях, определяется условиями термообработки. Изготовлена партия образцов ВТСП лент второго поколения, облучённая ионами Cu2+ с различными флюенсами. Показана деградация критических сверхпроводящих параметров с увеличением флюенса облучения. Сделан вывод, что наиболее сильно деградация критических параметров проявляется при флюенсах свыше 1.25×1013 см-2. Получены технологические карты синтеза одиночных валиков с помощью ПЛНМП с применением широкого спектра металлических порошков. Апробирована технология восстановления формы лопаток газовых турбин из жаропрочного сплава ЭП718 с применением технологии ПЛНМП. Разработана лабораторная технология синтеза порошков хромитов редкоземельных элементов. Изготовлены и аттестованы лабораторные опытные партии однофазных порошков хромитов редкоземельных элементов. Изготовлены лабораторные опытные партии коллоидных растворов наноматериалов на основе висмута и нитрида титана, образцы наноконтейнеров, состоящие из наночастиц пористого кремния для капсулирования полезной нагрузки - перспективных противоопухолевых препаратов (салиномицин); лабораторные опытные партии радиофармпрепаратов на основе 188Re-КНЧ (кремниевые наночастицы) и 68Ga-КНЧ; диагностические зонды путем ориентированного конъюгирования квантовых точек с однодоменными антителами к CEA; гибридные структуры ап-конверсионных частиц.