Отзыв ведущей организации (Разработка метода расчета рабочих процессов и создание пневмовакуумной установки сепарации ДНК)

УТВЕРЖДАЮ: Врио директора ФГБНУ «аюль1~К» „«ВсероссЪЩ,,кий научно-исследовательский .".,;;.институт сельй~~х ственной я,;,. ' бяояфйеургии>, а -, -,::-'.~-'"'.;-";!:,. "=" . ' . Я.И. Алексеев ~:ГЬ,;,~" -;ф, "'~ ':-Ф 1::;Ъ ''тфря 2016 г. "6~4ЬЩ'»: .„, " ' ведущей организации Федеральное государственное бюджетное научное учреждение «Всероссийский научно-исследовательский институт сельскохозяйственной биотехнологии» о диссертационной работе Пугачука Апександра Сергеевича «Разработка метода расчета рабочих процессов и создание пневмовакуумной установки сепарации ДНК», представленной к защите в диссертационном совете Д 212.141.16 при ФГБОУ ВПО МГТУ им.

Н.Э. Баумана на соискание ученой степени кандидата технических наук по специальности 05.04.06 «Вакуумная, компрессорная техника и пневмосистемы» Актуальность работы Представленное исследование имеет своей целью разработку метода расчета рабочих процессов, протекающих в технических устройствах пробоподготовки, и создание установки для выделения ДНК, принцип действия которой базируется на методе вакуумной сепарации, — пневмовакуумной установки сепарации ДНК.

Диссертационная работа посвящена сложной и актуальной проблеме — созданию возможности проектирования эффективных установок для проведения важнейшего этапа молекулярно-биологических исследований — выделения высокомолекулярных соединений. До настоящего времени установки вакуумной сепарации ДНК не могли получить широкого распространения из-за отсутствия методов расчета, позволяющих обеспечить необходимые рабочие параметры. Предложенный автором метод расчета рабочих процессов позволяет проводить комплекс численных исследований и вычислительных экспериментов на стадии проектирования установок вакуумной сепарации, что значительно повышает эффективность новых разработок и снижает затраты на их проектирование. Актуальность проведенных в работе исследований обусловлена необходимостью расчета рабочих характеристик установок вакуумной сепарации ДНК с целью обеспечения максимальной очистки исходных проб от примесей нецелевых белков и возможности автоматизации данного процесса.

Последнее особенно важно в связи с современным развитием метода полногеномного секвенирования, что многократно расширило сферу использования ДНК-анализа на практике. Поэтому актуальность темы диссертации А.С. Пугачука не вызывает сомнений. Научная новизна результатов исследования, выводов и рекомендаций Автором впервые разработан метод расчета рабочих процессов в установках вакуумной сепарации, включающий в себя математическую модель двухфазного нестационарного течения рабочей среды через пористое тело под действием перепада давлений. Впервые определены гидродинамические параметры стандартного многолуночного устройства для пробоподготовки — планшета очистки, определен разброс параметров проницаемости ячеек с сорбентом. Впервые получены характеристики течения рабочей среды в ячейках установки вакуумной сепарации.

Впервые проведено численное исследование рабочих процессов в установках вакуумной сепарации, позволившее получить картины распределений скоростей, давлений и фаз в рабочей полости установки. На основе расчетно-теоретического исследования впервые предложена конструктивная схема пневмовакуумной установки сепарации ДНК, реализованная на практике.

Практическая значимость работы Практическая ценность разработанного автором метода расчета рабочих процессов в установках вакуумной сепарации обусловлена необходимостью разработки новых установок для пробоподготовки с более высокими показателями эффективности с сохранением преимуществ метода вакуумной сепарации. Разработанный метод расчета является альтернативой экспериментальному методу получения требуемых рабочих характеристик при проектировании новых установок.

Он позволяет сократить трудоемкость и время проектирования установок вакуумной сепарации и при этом повысить эффективность их работы. Разработка изделий медицинского назначения, к которым относятся установки вакуумной сепарации, входит в одно из приоритетных направлений развития науки, технологий и техники в РФ. Разработанная автором пневмовакуумная установка сепарации ДНК является перспективным прототипом установки для проб о подготовки, который может быть использован в качестве отдельного модуля автоматизированного комплекса пробоподготовки.

Результаты работы Разработан метод расчета рабочих процессов, протекающих в установках вакуумной сепарации. Создана математическая модель двухфазного нестационарного движения рабочей среды в ячейках установки вакуумной сепарации, позволяющая определять основные параметры нового оборудования для пробоподготовки на стадии его проектирования. Разработан экспериментальный стенд и проведена серия экспериментов, результаты которых подтверждают работоспособность математической модели. Определены экспериментальные расходные характеристики и коэффициенты гидравлического сопротивления ячеек типового планшета очистки, широко применяемого в лабораторной практике.

На основе разработанной математической модели проведено расчетно- теоретическое исследование, позволившее определить конструктивные и функциональные параметры новой установки вакуумной сепарации. Разработана пневмовакуумная установка сепарации ДНК и получен патент на полезную модель данной установки. Установка успешно апробирована в лабораторных условиях.

Достоверность результатов Достоверность результатов численного расчета, полученных автором на основе разработанного метода расчета рабочих процессов в установках вакуумной сепарации, подтверждается сопоставлением их с экспериментальными данными, полученными в работе, а также данными, полученными в практике молекулярно-биологических лабораторных исследований и испытаний устройств пробоподготовки. Оценка содержания работы Текст диссертационной работы хорошо структурирован, изложен на 150 страницах машинописного текста и сопровожден 8 таблицами и 63 рисунками, Диссертация состоит из введения, пяти глав, основных результатов и выводов.

Каждая глава посвящена решению задачи, поставленной в соответствии с целью работы. Экспериментальная часть работы содержит промежуточные выводы. В первой главе выполнен обзор состояния вопроса исследования рабочих процессов в установках вакуумной сепарации ДНК. Проведен подробный обзор методов выделения ДНК, оборудования пробоподготовки, методов расчета и численного исследования рабочих процессов, протекающих в них. Оценены факторы, влияющие на работу установок выделения высокомолекулярных структур. Обоснована практическая ценность работы, сформулирована цель и задачи исследования. Во второй главе наиболее полно описана математическая модель рабочих процессов в установках вакуумной сепарации, выбран метод решения входящей в нее системы дифференциальных уравнений.

Данная математическая модель посвящена описанию двухфазного нестационарного течения рабочей среды в полости блока вакуумной сепарации — основного элемента установки. Разработанная модель позволяет проводить расчет распределений давлений, скоростей и фаз при различных условиях работы установок вакуумной сепарации в динамическом режиме. В конце главы приведен метод расчета рабочих процессов, позволяющий проводить численное исследование рабочих процессов с применением разработанной математической модели для различных типов элементов очистки, входящих в установки вакуумной сепарации ДНК. Третья глава посвящена проведению комплекса экспериментальных исследований, направленных на изучение протекания рабочих процессов в установках вакуумной сепарации и определение необходимых коэффициентов, входящих в математическую модель.

Проведена разработка экспериментального стенда и методики проведения эксперимента. Исследованы расходные характеристики течения рабочей среды в ячейках планшета очистки блока вакуумной сепарации. В целях последующей проверки адекватности математической модели определены характеристики капельно-струйного режима течения рабочей среды, Четвертая глава посвящена проверке адекватности разработанной математической модели и проведению численных исследований рабочих процессов на ее основе. Оценка адекватности проведена в результате сопоставления экспериментальных и расчетных данных характеристик расхода, давления и распределения фаз.

Численное исследование проведено с использованием частной математической модели, описывающей стационарное однофазное течение рабочей среды и обшей математической модели, которая была разработана во второй главе. Математические модели использованы для расчетных областей, содержащих одну, четыре ячейки и всю рабочую полость установки вакуумной сепарации.