Среди исследований, ведущихся в Томском политехническом университете, особое место занимают работы, связанные с медицинской инженерией и ресурсоэффективными технологиями
Кости на замену
Недавно студенты и молодые ученые ТПУ стали победителями и призерами Всероссийской научной конференции “Актуальные вопросы биомедицинской инженерии”. Обладатель Гран-при — магистрант Физико-технического института ТПУ Евгений Мельников — занят модифицированием биоразлагаемого материала на основе магния, способного заменить костную ткань человека. Вместе с Евгением Мельниковым призерами конференции стали также трое студентов Физико-технического института ТПУ: Тимур Мухаметкалиев, Роман Чернозем и Екатерина Чудинова. Все они занимаются изучением биосовместимых материалов для изготовления имплантатов.
Материалы, разрабатываемые учеными Центра технологий Томского политехнического университета, представляют собой композит на основе сплава магния с рядом металлов и кальций-фосфатным покрытием. Из него можно изготавливать неотторгаемые имплантаты, обладающие высокой прочностью и коррозийной устойчивостью. Область исследований Евгения Мельникова — магниевые сплавы AZ91 и AZ31, состоящие из магния, алюминия и цинка.
— Подобные материалы уже используются в мировой имплантологии, — поясняет Евгений Мельников. — Мы также изучаем разные сплавы и стараемся улучшить их свойства. Моя работа заключается в исследовании поверхностных свойств материала. Для совершенствования знаний я стажировался в Университете Дуйсбург-Эссен в Германии, где использовал методы сканирующей электронной микроскопии и рентгеноструктурного анализа. Были проведены и исследования смачиваемости поверхностей магниевых сплавов. Полученные результаты позволяют прогнозировать, что поверхность данного материала является биосовместимой.
Магниевые сплавы широко применяются в имплантологии и ортопедии. По словам специалистов, они идеально подходят для изготовления небольших по размеру костей и фрагментов, в то время как для замены крупных костей и суставов применяются имплантаты на основе титана. Отличие в том, что магний является самым легким металлом в Периодической таблице элементов Менделеева. Главное преимущество таких имплантатов — их схожесть с костным материалом благодаря легкости, упругости и прочности.
В Центре технологий ТПУ уже получены опытные образцы материалов, изучены их поверхностные свойства. Следующим шагом станут биологические испытания: ученые выяснят, как имплантаты взаимодействуют с живыми клетками и организмами.
В свете экономии
Ученые Томского политехнического университета разработали “умные” светодиодные фитосветильники, которые ускоряют рост растений и позволяют сельхозпредприятиям экономить на электроэнергии. С их помощью можно управлять спектром излучения, улучшая процесс фотосинтеза растений, что благотворно влияет на их рост.
— В больших промышленных тепличных хозяйствах расходы на электроэнергию — одна из основных строчек расходов, — отмечает инженер-исследователь кафедры лазерной и световой техники Института физики высоких технологий ТПУ Сергей Туранов. — Мы посчитали, что использование наших фитосветильников позволит сэкономить до 60-70% электроэнергии.
Сегодня в больших теплицах используют в основном газоразрядные, ртутные или натриевые лампы, каждая из которых потребляет 400-600 ватт. Потому они весьма неэкономичны для выращивания растений и опасны для людей: если разобьются или лопнут, ядовитое содержимое попадет в грунт и растения, выращиваемые под ними, будут заражены. Газоразрядные лампы к тому же сильно накаляются, могут обжечь растения световым потоком, потому их размещают на отдаленном расстоянии. Излучаемый ими свет проходит больший путь до растения, частично рассеивается, а значит, расходуется впустую.
“Фитосветильники не накаляются, их можно размещать вблизи растения, они безопасны для грунта и потребляют всего 75-90 ватт в зависимости от выбранной модификации”, — резюмирует Сергей Туранов.
От существующих на рынке тепличных фитосветильников разработанные в Томском политехе отличаются тем, что их можно “настроить” для каждого вида растений так, чтобы улучшить процессы его фотосинтеза. Спектральный состав света и интенсивность излучения фитосветильников, разработанных политехниками, можно изменить в любое время. Таким образом, ученые получают именно тот свет, который нужен растению на конкретной стадии его развития. У аналогов же спектральный состав и интенсивность излучения фиксированные — неизменные.
— Между тем из общего потока света каждое растение поглощает только тот спектр, который необходим ему. Например, мы установили, что у салата есть три стадии развития, требующие разных спектров излучения. На ранней стадии для фотосинтеза ему нужно больше синего спектра, подрастая, салат требует сочетания красного и белого световых излучений, а созревая, использует для фотосинтеза уже три спектра — синий, белый и красный, — рассказывает Сергей Туранов.
В команде политехников не только инженеры, но и ботаники. Вместе ученые вырастили уже несколько партий салата и провели исследования, как перемены светового спектра влияют на процессы его фотосинтеза. Поглощая “правильный” свет, по технологии политехников салат вырос на несколько дней быстрее, чем под обычными тепличными светильниками. “В среднем, салат созревает за 30-35 дней, у нас — за 26-28. Таким образом, за год сельхозпредприятию удастся вырастить примерно на 2-3 партии салата больше”, — отмечают ученые.
“Умные” светильники политехники уже испытали в теплице сельхозпредприятия “Овощевод” (д. Кисловка, Томский район). Испытания снова провели на салате. Ученые отмечают, что выращенный под фитосветильниками салат ничем не отличается от обычного. Для дальнейших исследований политехники разработали фитотрон: прообраз интеллектуальной теплицы, где в автоматическом режиме можно управлять температурой, влажностью, уровнем углекислого газа, спектральным составом светового излучения и его интенсивностью. В дальнейшем разработчики намерены найти “правильные” световые комбинации не только для салата, но и для других тепличных растений. Например, для помидоров или огурцов.
“У каждого растения своя спектральная чувствительность и реакция на определенную длину волн. Планируем создать банк данных с информацией о световых спектрах, подходящих индивидуально тому или иному виду растений. Это позволит подобрать любому растению “свой” режим облучения, который легко можно задать на нашем фитосветильнике”, — поделился планами Сергей Туранов.
Подготовила Нина ШАТАЛОВА
Фото с сайта http://news.tpu.ru
Нет комментариев