name: Разработка системы датчиков для микробиореакторов
keyword_list: лаборатория на кристалле оптоволоконный датчик давления оптоволоконный датчик рН электрохимический биосенсор
abstract: Целью работы является разработка универсальной элементной базы микробиореакторов, ориентированной на использование массово-доступных технологий производства. Для достижение указанной цели решались следующие задачи:
  1.	Анализ конструктивно-технологических требований к разрабатываемой электронной компонентной базе, обеспечивающих ее применимость в исследовательских микробиореакторах широкой сферы применения.
  2.	Разработка, изготовление и испытание микрофлюидной системы макета микробиореактора, включающей систему управления подачей рабочих жидкостей, смешивающие каскады с пассивным и ультразвуковым смешиванием, а также управляющее программное обеспечение.
  3.	Разработка, изготовление и испытание экспериментального образца высокочувствительного фотодатчика с управляющим программным обеспечением для использования в составе оптоволоконных сенсоров. 
  4.	Разработка, изготовление и испытания экспериментального образца оптоволоконного сенсора pH, регистрирующего изменение pH в широком диапазоне значений.
  5.	Разработка, изготовление и испытание экспериментального образца оптоволоконного сенсора давления для контроля избыточного давления в транспортной системе микробиореактора.
  6.	Разработка экспериментального образца электрохимического биосенсора, чувствительного к белковым соединениям, участвующим в биотехнологических процессах.
  ОСНОВНЫЕ РЕЗУЛЬТАТЫ И ВЫВОДЫ:
  1.	Разработана новая модульная конструкция микробиореактора, включающая сменные одноразовые блоки с системой транспортных каналов, оптоволоконных и электрохимических сенсоров, а также внешние подключаемые электронные модули и интерфейсный блок, обеспечивающий их коммутацию. Конструкция ориентирована на использование лазерной микрообработки пластин ПММА и локального формирования мембран из ПДМС.    
  2.	Разработана аппаратно-программная система управления шприцевым насосом на основе элементной базы массового применения и среды разработки LabVIEW, обеспечивающая точность позиционирования поршня шприца не хуже 50 мкм. При использовании стеклянно-металлических  микрошприцов для хроматографии обеспечивается точность дозирования ~ 1 нл. 
  3.	Разработан детектор ультразвука для контроля ультразвуковых сигналов, используемых при перемешивании жидкостей.  Детектор использует МЭМС микрофоны серии SPU0410, которые обеспечивают чувствительность детектора не менее 15 мВ/Па при частоте сигнала 40 кГц, а также цифровую обработку для деления несущей частоты сигнала при работе в режиме реального времени. 
  4.	Разработанная методика количественной оценки степени смешивания окрашенных жидкостей в смесительном каскаде микробиореактора на базе метрики CIEDE2000 позволяет классифицировать смесительные каскады по эффективности смешивания жидкостей.
  5.	Разработанные смесительные каскады с топологией (геометрией) многогранников Вороного, полученных для случайного набора точек, обеспечивают эффективность смешивания не менее 85% для чисел Рейнольдса выше 10, благодаря механизму многократного расщепления ламинарных потоков с последующим диффузионным смешиванием.
  6.	Разработанный способ формирования микрозазора многомодового оптоволокна в составе микробиореакторов позволяет достичь уровня потерь излучения не более 10 дБ при размерах микрозазора менее 1000 мкм и может быть использован при изготовлении оптоволоконных датчиков.
  7.	Разработанный фотоприемник, использующий трансимпедансный усилитель с интегратором в цепи обратной связи для подавления фоновой засветки, позволяет регистрировать сигналы оптоволоконного сенсора с отношением сигнал/шум не менее 40 дБ.
  8.	Разработан оптоволоконный датчик pH, использующий метод измерения поглощения света при прохождении через жидкую среду транспортного канала микробиореактора, содержащую биосовместимый индикатор. Показано, что при использовании в качестве индикатора фенолового красного в сочетании с источником света, имеющего доминирующую длину волны ~525 нм,  достигается точность измерение pH ±0.2  в диапазоне от 6.5 до 9.
  9.	Разработанный способ локального формирования ПДМС-мембран исключает необходимость использования операций плазменной активации поверхности ПММА-подложки. 
  10.	Разработан оптоволоконный датчик давления, использующий отклонение ПДМС-мембраны для изменения интенсивности светового потока, проходящего через микрозазор многомодового оптоволокна. Показано, что при использовании мембраны, работоспособной в диапазоне давлений (1030-1100) гПа, обеспечивается точность измерения давления не хуже 2 гПа. 
  11.	Разработан электрохимический биосенсор для микробиореактора, использующий чувствительный слой трипсина для детектирования казеина в интервале концентраций (10-6 - 10-3) М/л.
chairman_dissertation_council.name: Валентин
chairman_dissertation_council.surname: Иевлев
chairman_dissertation_council.patronymic: Михайлович
chairman_dissertation_council.position: Заведующий кафедрой
chairman_dissertation_council.degree: Доктор физико-математических наук
chairman_dissertation_council.rank: Профессор
chairman_dissertation_council.wos_research_id: P-9039-2019
chairman_dissertation_council.scopus_author_id: 1412149000
chairman_dissertation_council.rinc_id: 21729
chairman_dissertation_council.territory: РОССИЯ
organization_supervisor.name: Лариса
organization_supervisor.surname: Клюева
organization_supervisor.patronymic: Александровна
organization_supervisor.position: Начальник ОДС
organization_supervisor.territory: РОССИЯ
rubrics.code: 47.33.33
rubrics.name: Оптоэлектронные приборы
oecds.code: 02.02.IQ
oecds.name: ENGINEERING, ELECTRICAL & ELECTRONIC
speciality_codes.name: Электронная компонентная база микро- и наноэлектроники, квантовых устройств
speciality_codes.code: 2.2.2.
supervisors.fio: Бормонтов Е.Н.
supervisors.scientific_degree: Доктор физико-математических наук
supervisors.speciality_code: Физика полупроводников
supervisors.responsible_type: Научный руководитель
opponents.fio: Пронин И.А.
opponents.scientific_degree: Доктор технических наук
opponents.speciality_code: Физика полупроводников
opponents.responsible_type: Оппонент
opponents.fio: Буданов А.В.
opponents.scientific_degree: Доктор физико-математических наук
opponents.speciality_code: Физика конденсированного состояния
opponents.responsible_type: Оппонент
protection_organization.short_name: ФГБОУ ВО "ВОРОНЕЖСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ ТЕХНИЧЕСКИЙ УНИВЕРСИТЕТ", ВОРОНЕЖСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ ТЕХНИЧЕСКИЙ УНИВЕРСИТЕТ, ФГБОУ ВО "ВГТУ", ВГТУ
protection_organization.name: ФЕДЕРАЛЬНОЕ ГОСУДАРСТВЕННОЕ БЮДЖЕТНОЕ ОБРАЗОВАТЕЛЬНОЕ УЧРЕЖДЕНИЕ ВЫСШЕГО ОБРАЗОВАНИЯ "ВОРОНЕЖСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ ТЕХНИЧЕСКИЙ УНИВЕРСИТЕТ"
protection_organization.ogrn: 1033600070448
protection_organization.supervisor_name: СЕРГЕЙ
protection_organization.supervisor_surname: КОЛОДЯЖНЫЙ
protection_organization.supervisor_patronymic: АЛЕКСАНДРОВИЧ
protection_organization.organization_type: Организация
protection_organization.okogu: Министерство науки и высшего образования Российской Федерации
protection_organization.okopf: Федеральные государственные бюджетные учреждения
author_organization.short_name: ФГБОУ ВО "ВГУ"
author_organization.name: ФЕДЕРАЛЬНОЕ ГОСУДАРСТВЕННОЕ БЮДЖЕТНОЕ ОБРАЗОВАТЕЛЬНОЕ УЧРЕЖДЕНИЕ ВЫСШЕГО ОБРАЗОВАНИЯ "ВОРОНЕЖСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ УНИВЕРСИТЕТ"
author_organization.ogrn: 1023601560510
author_organization.supervisor_name: ДМИТРИЙ
author_organization.supervisor_surname: ЕНДОВИЦКИЙ
author_organization.supervisor_patronymic: АЛЕКСАНДРОВИЧ
author_organization.organization_type: Организация
author_organization.okogu: Министерство науки и высшего образования Российской Федерации
author_organization.okopf: Федеральные государственные бюджетные учреждения