BIOCOMPATIBLE BIOMIMETIC POLYMER STRUCTURES WITH AN ACTIVE RESPONSE FOR IMPLANTOLOGY AND REGENERATIVE MEDICINE PART I: BASIC PRINCIPLES OF THE ACTIVE IMPLANT’S BIOCOMPATIBILITY

Physical and chemical criteria of biocompatibility of the active polymer implants and stimuli-responsive scaffolds are considered. From the standpoint of the surface physics and controlled wetting, the possibilities of dynamic control of biocompatibility and adaptive changes in the implant properties in response to the signal from the surrounding tissues are considered. The basic properties of the active biocompatible and biomimetic implantable materials, which distinguish them from the passive implants, are summarized. The latter include: electrophysical and electrophysiological membrane biocompatibility (up to the analogy with biomembranes – the so-called Fendler’s “membrane mimetics”); excitability, that is, the ability to qualitatively change their state in response to the external stimulus; compatibility of the matching parameters and impedances of biomembranes and active implantable materials; the presence of the main types of the energy conversion characteristic of biomembranes (chemiosmotic, electrochemical, electromechanical, etc.); the ability to transport and release pharmaceuticals consistent with the parameters of the cellular microenvironment and regulated by its state. Due to the qualitative change in the biomedical aim of such implants (from replacing the natural function to its regeneration and maintenance), there is a possibility of implementing various new biologically relevant functions using these materials, such as the ability to sensing and actuation, based on their reactivity and signal / energy conversion capacity. Of particular interest is the adaptive realization of the above functions in a growing and developing organism during its ontogenesis

Role discovery in node-attributed public transportation networks: the model description

Modeling public transport systems from the standpoint of the theory of complex networks is of great importance to improve their efficiency and reliability. An important task here is to analyze the roles of nodes and weighted links in the network, respectively modeling groups of public transport stops and their linking routes. In previous works, this problem was solved based on only topological and geospatial information about the presence of routes between stops and their geographical location which led to the problem of uninterpretability of the discovered roles. In this article, to solve the problem, the model additionally considers information about the social infrastructure around the stops and discovers topological, geospatial, and infrastructure roles jointly. The public transport system is modeled using a special weighted network — with node attributes where nodes are non-overlapping groups of stops united by geospatial location, node attributes are vectors containing information about the social infrastructure around stops, and weighted links integrate information about the distance and number of transfers in routes between stops. To identify the model, it is sufficient to use only open urban data on the public transport system. Role discovery for stops is carried out by clustering network nodes in accordance with their topological and attributive features. An extended model of the public transport system and a new approach to solving the problem of discovering the roles of stops, providing interpretability from the topological, geospatial and infrastructural points of view, are proposed. The model was identified on the open data of Saint Petersburg about metro stations, trolleybus and bus stops as well as organizations and enterprises around the stations and stops. Based on the data, balanced parameters for grouping stops, assigning link weights and constructing attribute vectors are found for further use in the role discovery task. The results of the study can be used to identify transport and infrastructure shortcomings of real public transport systems which should be considered to improve the functioning of these systems in the future

Nonlinear ion-acoustic (IA) waves driven in a cylindrically symmetric flow

By employing a self-similar, two-fluid MHD model in a cylindrical geometry, we study the features of nonlinear ion-acoustic (IA) waves which propagate in the direction of external magnetic field lines in space plasmas. Numerical calculations not only expose the well-known three shapes of nonlinear structures (sinusoidal, sawtooth, and spiky or bipolar) which are observed by numerous satellites and simulated by models in a Cartesian geometry, but also illustrate new results, such as, two reversely propagating nonlinear waves, density dips and humps, diverging and converging electric shocks, etc. A case study on Cluster satellite data is also introduced.Comment: accepted by AS

Ультрафиолетовое излучение импульсно–периодических разрядов высокого давления в ксеноне

Pulsed quartz-jacketed high-pressure xenon lamps, operating in the periodic pulse repetition modes, despite the appearing UV radiation sources of other types, remain a critical component of the processing equipment used in photochemistry, photo-medicine, nanoelectronics, biology, etc. Their main advantages, namely high power and radiation energy are slightly devalued by a relatively low efficiency of the shortwave radiation. Available literature data concerning the influence of various factors on the energy level of short-wave radiation in xenon need to be systematised and generalised because they have been obtained under conditions of uncontrolled quartz-jacketed transmission. The transmission of quartz can degrade after a while and, in addition, undergo great changes during the pulse. Besides, as a rule, in the literature, there is no detailed description of a complete kit of experimental setting. As a result, to analyse the factors affecting the efficiency of studying in the UV range is difficult, and there arises a relevant problem to optimise this type of discharge parameters to increase the efficiency in the range of 220-400 nm. A mathematical model of the radiation source, realistically describing the processes in the xenon plasma and in the stabilising envelope, can be a reliable ground for such a study. The paper shows an impact of the discharge channel diameter and length, the filling pressure of xenon, the pulse duration, the parameters of discharge circuit, and the current of pilot arc on the radiation yield. Based on the simulation-found relationship of internal plasma parameters (temperature distributions, fields of particle concentration and radiation, dynamics of electrical resistance of discharge channel, and plasma emission spectra) with radiation characteristics of discharge, are determined conditions to ensure the greatest radiation yield in the UV region.  The experimental data prove the computational results. A material obtained gives practice-critical guidelines for development and correct selection of the short-wave radiation source.Импульсные ксеноновые лампы высокого давления в кварцевой оболочке, работающие в режимах периодического следования импульсов, несмотря на появление источников УФ- излучения других типов остаются важнейшим компонентом технологического оборудования, применяемого в фотохимии, фотомедицине, наноэлектронике, биологии и т.д. Главные их достоинства -  высокая мощность и энергия излучения - несколько обесценивает относительно низкая эффективность излучения в коротковолновой области. Имеющиеся литературные данные о влиянии различных факторов на уровень энергии коротковолнового излучения разрядов в ксеноне нуждаются в систематизации и обобщении, т.к. они получены в условиях неконтролируемого значения пропускания кварцевой оболочки. Пропускание кварца может деградировать со временем и, кроме того,  сильно меняться в течение импульса. Кроме того,  в литературе отсутствует, как правило, детальное описание полного набора условий проведения эксперимента. В итоге анализ факторов, влияющих на  эффективность изучения в УФ- области затруднен, и возникает актуальная задача оптимизации параметров разрядов указанного типа с целью увеличения КПД в области 220-400 нм. Надежной основой для проведения такой работы может служить расчетно- теоретическое исследование с помощью  математической модели источника излучения, реалистично описывающей процессы в плазме ксенона и стабилизирующей оболочке. В работе  показано влияние на  выход излучения диаметра и длины разрядного канала, давления наполнения ксенона, длительности импульса, параметров разрядного контура, тока дежурной дуги. На основе устанавливаемой при моделировании связи внутренних параметров плазмы (температурных распределений, полей концентрации частиц и радиации, динамики электрического сопротивления канала разряда и спектров излучения плазмы) с радиационными характеристиками разряда определены условия, обеспечивающие наибольший выход излучения в УФ- области. Результаты вычислений  подтверждены экспериментальными данными. Полученныйматериал дает важные для практики ориентиры для разработки и правильного выбора источника излучения коротковолнового диапазона

Лазерний топологічний спекл-аналізатор проліферативної та диференціаційної активності в культуральному морфогенезі.

An automated system for morpho-topological determination of cell division phases and structural differentiation of tissues during morphogenesis was implemented on the basis of topological properties of cell cultures, considered within the framework of set and manifold theories. A simple robotic hardware and software system based on Zeiss microscope with a modified stage and a Velleman manipulator KSR-1 allow to control the laser module position, carrying out the angular irradiation of samples either in transmission or in darkfield or luminescent modes and the subsequent mathematical data processing. This low-budget system can be easily assembled and programmed in any cytomorphological or histomorphological laboratory. The code for data processing in MATLAB is given at the end of the paper.Реализована автоматизированная система морфолого-топологического определения фаз деления клеток и структурной дифференциации тканей в ходе морфогенеза, основанная на топологических свойствах клеточных культур, рассматриваемых в рамках наивной теории множеств. Элементарный роботизированный программно-аппаратный комплекс на базе микроскопа Zeiss с модифицированным предметным столиком и манипулятора Velleman модели KSR-1 позволяет управлять положением лазерного модуля, осуществляя угловое облучение образцов как в трансмиссионном, так и в темнопольном или люминесцентном режимах, и математическую обработку результатов регистрации. Данная низкобюджетная система может быть собрана и запрограммирована в условиях цитоморфологической или гистоморфологической лаборатории с использованием подручных средств. Программный код для обработки данных в MATLAB приводится в тексте статьи.Реалізована автоматизована система морфолого-тополо­гіч­но­го визначення фаз поділу клітин і структурної диференціації тканин у ході морфогенезу, заснована на топологічних властивостях клітинних культур, що розглядаються в рамках наївної теорії множин. Елементарний роботизований програмно-апаратний комплекс на базі мікроскопа Zeiss з модифікованим предметним столиком і маніпулятора Velleman моделі KSR-1 дозволяє керувати положенням лазерного модуля, здійснюючи кутове опромінення зразків як в трансмісійному, так і в темнопольному або люмінесцентному режимах, і математичну обробку результатів реєстрації. Дана малобюджетна система може бути зібрана і запрограмована в умовах цитоморфологічної або гістоморфологічної лабораторії з використанням підручних засобів. Програмний код для обробки даних у MATLAB наводиться в тексті статті

Microwave-induced self-organization in mineral systems. III. FeCl3 colloid (200 W; 2.45 GHz; 1 min)

Microwave-induced self-organization of membraneous structures with different morphology in hydrolized FeCl3 colloid (200 W, 2.45 GHz,1 min). The local MW treatment conditions and the precoursor layer thickness determine the type of emerging structures