Введение к работе
Актуальность темы
Дисперсные среды составляют значительную часть окружающей среды, участвуют и в жизнедеятельности человека, и в различных технологических процессах. Особенно важную роль дисперсные среды играют в биологии и медицине, так как в этом случае носителями дисперсности выступают клетки, микроорганизмы, вирусы и т.п. Естественно, что получение новых знаний о состоянии и развитии дисперсных систем является важной задачей научных исследований. При этом значительную роль в таких исследованиях должны играть современные физические методы, использующие последние достижения в математической обработке данных, в оптических технологиях, вычислительной технике.
В свете вышесказанного, представляется важным дальнейшее совершенствование методов расчета параметров частиц по данным светорассеяния (обратная задача светорассеяния). А необходимость создания недорогой, удобной, автоматизированной и достаточно универсальной системы, позволяющей быстро и качественно проводить диагностику взвесей, актуальна и по сей день. Создание такой системы (программно-вычислительного комплекса - лазерного цитомонитора) даст возможность изучать поведение клеточных копуляций, решать экологические задачи по загрязнению атмосферы и водоемов и многое другое.
Цель работы и постановка задач
Целью диссертационной работы является создание и отладка программно-вычислительного комплекса позволяющего оперативно и достоверно проводить диагностику взвесей с целью определения функции распределения частиц взвеси по размерам. Процесс диагностики должен быть автоматизирован, чтобы обслуживание комплекса, не требовало высококвалифицированного персонала.
В соответствии с поставленной целью были сформулированы следующие задачи:
Создать программно-вычислительный комплекс (лазерный цитомони-тор), позволяющий проводить измерения индикатрисы рассеяния взвеси частиц в области малых углов. Представление данных об индикатрисе рассеяния должно осуществляться в электронном виде с возможностью дальнейшей обработки и анализа.
Разработать и апробировать математический аппарат, способный решать обратную задачу рассеяния для частиц размера 2-100 мкм. Создать программное обеспечение, позволяющее осуществлять удобное
ВИИНОТЄКА / О»
управление расчетами функции распределения взвеси по размерам с учетом тематики исследования.
Теоретически и экспериментально исследовать применимость нового метода по решению обратной задачи рассеяния при обращении мало-угловой индикатрисы, и сравнить результаты с результатами метода, предложенного Шифриным К.С.
Провести эксперименты по решению программно-вычислительным комплексом (ПВК) экологической задачи, а именно, для диагностики мелкодисперсной пыли в г. Москве.
Провести экспериментальное исследование функции распределения эритроцитов в зависимости от осмотичности раствора. Изучить влияние гиперосмотического воздействия на функцию распределения по размерам эритроцитов.
Оценить влияние воздействия химических реагентов, изменяющих форму клетки, на решение обратной задачи рассеяния с помощью лазерного цитомонитора.
Изучить возможности использования ПВК лазерного цитомонитора для анализа кинетики (динамики) размеров клеток крови при воздействии на них внешними факторами.
Научная новизна результатов
Предложен принципиально новый метод математической обработки экспериментальной индикатрисы рассеяния, дающий возможность учитывать дополнительную информацию о клеточной популяции, что позволяет вести оперативный мониторинг самых различных медико-биологических процессов с использованием простых и доступных клеточных проб, как в статическом, так и в динамическом режимах. При изучении клеточных распределений по размерам обычно имеют место полимодальные распределения, раскрывающие кластерную природу клеточного сообщества. Динамическими характеристиками клеточной популяции являются уровни "заселенности" кластеров. Скорость реорганизации клеток при переходе из кластера в кластер высока и составляет доли секунды. Используя данную информацию, метод обращения индикатрисы рассеяния в функцию распределения позволяет получать достоверные результаты.
Практическое значение работы
На основе оригинальной теории, математических алгоритмов, компьютерных программ и современных технических решений создана многоцелевая аналитическая система (лазерный цитомонитор) кинетической оценки реактивности клеток человека, животных и растений в реальном масштабе времени. Ее использование позволяет решать самые разнообразные задачи в области медицины, биотехнологии, фармакологии, сельского хо-
зяйства. Лазерный цитомонитор также может эффективно использоваться для эффективного экологического мониторинга обширных обитаемых территорий. Аналитическая система представляет собой комплекс методических и технических средств, работающих в автоматическом режиме.
Лазерный цитомонитор позволяет получить функции распределения клеток по размерам и их эволюцию во времени с разрешением порядка 0,02с. Данная работа также посвящена методическим вопросам определения функций распределения по размерам на биологических объектах и неорганических взвесях.
Апробация работы и публикации
Основные результаты диссертации докладывались на Международной научной конференции студентов, аспирантов и молодых ученых «Ломоносов» (Москва, 2002).
По материалам диссертации опубликовано 4 работы, список которых приведен в конце автореферата.
Опытная партия программно-аппаратных комплексов была изготовлена на Красногорском оптико-механическом заводе им. СА Зверева.
Структура и объем диссертации
