Диссертация (Разработка метода расчета рабочих процессов и создание пневмовакуумной установки сепарации ДНК), страница 2

Также необходимоподдерживать определенный температурный режим, благодаря которомуколичество произошедших в растворе реакций за некоторый промежутоквремени резко увеличивается. Благодаря множественному копированиюфрагментов происходит быстрое увеличение продуктов реакции, которыестановятся видимы невооруженным глазом и могут быть обнаружены.Основными областями применения метода ПЦР являются [3]:–диагностика инфекционных заболеваний;–диагностика онкологических заболеваний;–диагностика генетических заболеваний;–идентификация личности;–диагностика патогенов в пище.Наиболее приоритетным направлением диагностики с помощью ПЦРявляется диагностика инфекционных заболеваний.

ПЦР-диагностика позволяетнепосредственновыявлять патогенныемикроорганизмы,приводящиекзаболеванию, даже при малом их содержании в пробе.Развитие ПЦР-диагностики онкологических заболеваний сдерживаетсяограниченными знаниями в области генома человека, связанной с опухолевымиобразованиями. Однако внимание ученых сконцентрировано на том, чтобынайти способы борьбы с данными патологиями.10Диагностика генетических заболеваний также во многом зависит отнаучного прогресса в исследовании фрагментов ДНК человека, которые влияютна зарождение и развитие болезни. Ранняя диагностика инфекционных игенетическихзаболеванийпозволитпровестилечениедопоявлениявыраженных симптомов.Динамично развивается на сегодняшний момент применение ПЦР вобласти идентификации личности, в которую также входят судебная медицина,криминалистика,трансплантацияоргановитканей.Наименеераспространенное применение ПЦР имеется в области диагностики патогенов впище.Подготовительным этапом проведения исследований ДНК с помощьюполимеразной цепной реакции является сложный процесс пробоподготовки.Целью данного этапа является получение раствора ДНК с наименьшимсодержанием примесей, негативно влияющих на ПЦР.В нашей стране достаточно остро стоит проблема нехватки эффективныхустановок для пробоподготовки, т.к.

основные производители находятся зарубежомипоставляютдорогостоящееоборудование,невсегдасоответствующее требованиям анализа. Имеется целый ряд установок дляавтоматизированной пробоподготовки, однако такие установки используются впромышленном масштабе, а в небольших лабораториях и центрах клиническойдиагностики не являются рентабельными. Перспективным направлениемпроектирования биомедицинской техники в области подготовки проб являетсясоздание эффективной мобильной установки для очистки ДНК-проб, принципдействия которой основан на использовании вакуумной откачки.

Такаяустановка называется установкой вакуумной сепарации (УВС). Она незаменимапри обнаружении заражения местности, в небольших медицинских диспансерахи лабораториях, а также в силовых структурах. Кроме того подобную установкуможно использовать как модуль подготовки проб в автоматизированныхсистемах пробоподготовки.11Объектом исследования является:Установка вакуумной сепарации ДНК.Предметом исследования являются:Рабочие процессы, протекающие в рабочей полости установок вакуумнойсепарации,иопределяющиеихтехническиеиэксплуатационныехарактеристики.Целью работы:Разработкаметодарасчетарабочихпроцессов,протекающихвустановках вакуумной сепарации, и создание пневмовакуумной установкисепарации ДНК.Задачи исследования:1.Разработка метода расчета и математической модели рабочих процессов вустановках вакуумной сепарации ДНК.2.Созданиеметодики проведенияэксперимента,экспериментальногостенда и проведение исследований рабочих процессов в установках вакуумнойсепарации.3.Проведение численных исследований рабочих процессов в УВС ипроверка адекватности математической модели.4.Проведение расчетно-теоретических исследований рабочих процессов вУВС на основе разработанной математической модели.5.Разработка пневмовакуумной установки сепарации ДНК.Научная новизна:1.Впервые применительно к установкам вакуумной сепарации разработанметод расчета рабочих процессов, включающий математическую модельдвухфазноготечениярабочей среды черезпористое тело, сучетомраспределенных параметров в рабочей полости блока вакуумной сепарации.Разработанный метод расчета позволил провести детальный анализ рабочихпроцессов в УВС при различных режимах работы, что невозможно реализоватьс использованием экспериментальных методов исследования.122.Впервые получены расходные характеристики движения рабочей средыпри течении ее через ячейки типового 96-луночного планшета очистки иопределенстатистическийразбросгидравлическихсопротивлений(коэффициентов проницаемости) пористых тел внутри ячеек.3.Впервые определены гидродинамические параметры взаимодействиярабочей среды с элементами типового 96-луночного планшета очистки:коэффициенты проницаемости материала пористого тела ячеек, коэффициентпористости материала пористого тела и краевой угол смачивания материалапланшета очистки.4.Впервыепроведенорасчетно-теоретическоеисследованиерабочихпроцессов в блоке вакуумной сепарации, позволившее получить картиныраспределенияосновныхопределяющихпараметровтечения,оценитьнеравномерность поля давлений в рабочей полости установки и перепаддавления, при котором происходит смена режима течения в областикаплеобразования под рабочей ячейкой между капельным и струйным.5.Предложена новая конструкция пневмовакуумной установки сепарациирастворов ДНК, параметры которой получены на основе численногоисследования рабочих процессов, позволившего повысить эффективность ееработы.Теоретическая и практическая значимость работы заключается в том, что:1.Разработан метод расчета рабочих процессов в установках вакуумнойсепарации ДНК, позволяющий сделать разработку новых установок болееэффективной, снизить затраты времени и средств на разработку благодаряпроведению численного исследования на начальных этапах проектирования.Разработанныйметодрасчетапозволяетпроектироватьновыеболееэффективные установки вакуумной сепарации и устройства для повышениястабильности качества очистки проб.2.Разработана новая пневмовакуумная установка сепарации ДНК длямолекулярно-биологических лабораторных исследований.133.Результаты работы использованы при выполнении НИР «Созданиенаучнойбазыразработкивакуумногоипневмоэлектромеханическогооборудования с применением методов быстрого прототипирования» (ШифрГБ3301сп) и НИР «Расчетно-теоретические и экспериментальные исследованиярабочих процессов в устройствах систем пробоподготовки для анализа ДНКметодом ПЦР» (Шифр ГЭ3302сп) в МГТУ им.

Н.Э. Баумана, Москва.4.Работа проводилась при поддержке центра развития инновационнойинфраструктуры и молодежного предпринимательства МГТУ им. Н.Э. Баумана.Благодаря научным результатам работы получены грант Фонда содействияразвитию малых форм предприятий в научно-технической сфере, стипендияПравительства РФ, стипендия Президента РФ. Работа получила развитие спомощью программы “Формула Биотех 2016”, организованной в НаучномПарке МГУ им. М.В. Ломоносова.5.Результаты диссертационной работы внедрены на предприятии ЗАО«Синтол», г.

Москва в процессе проведения научно-исследовательской иопытно-конструкторской работы по разработке роботизированного комплексадля молекулярно-генетических исследований и внедрены в учебный процессФГБОУ ВПО МГТУ им. Н.Э. Баумана, г. Москва, что подтверждено актами овнедрении.Достоверность полученных данных обеспечена с помощью сравнениярезультатов вычислительных экспериментов на основе разработанного методарасчета и математической модели с данными, опубликованными в открытыхисточниках литературы и данными, полученными в практике молекулярнобиологическихлабораторныхисследованийииспытанийустройствпробоподготовки.Апробация результатов работы:Основные положения работы докладывались автором на конференциях:Всероссийская конференция молодых ученых и специалистов «Будущеемашиностроения России».

МГТУ им. Н.Э. Баумана (Москва, 2011, 2012, 2013,2014, 2015 гг.);14Четвертаяаспирантоввсероссийскаяистудентовнаучнаяконференция“Вакуумная,молодыхкомпрессорнаяученых,техникаипневмоагрегаты”. МГТУ им. Н.Э. Баумана (Москва, 2012 г.);Вторая научно-техническая конференция аспирантов, магистрантов,студентов, творческой молодежи профильных предприятий и организаций,посвященная 70-летию ОмГТУ. ОмГТУ (Омск, 2012 г.);Пятнадцатая научно-техническая конференция «Медико-техническиетехнологии на страже здоровья «МЕДТЕХ-2013» (Португалия, 2013 г.);Международный научный форум молодых ученых «Наука будущего.Наука молодых» (Севастополь, 2015 г.).Экспериментальныйизготовленныеврамкахстендработыиустановкабыливакуумнойпредставленынасепарации,выставках:Молодежная научно-инженерная выставка «Политехника».