Absolute quantum yield measurements of fluorescent proteins using a plasmonic nanocavity

One of the key photophysical properties of fluorescent proteins that is most difficult to measure is the quantum yield. It describes how efficiently a fluorophore converts absorbed light into fluorescence. Its measurement using conventional methods become particularly problematic when it is unknown how many of the proposedly fluorescent molecules of a sample are indeed fluorescent (for example due to incomplete maturation, or the presence of photophysical dark states). Here, we use a plasmonic nanocavity-based method to measure absolute quantum yield values of commonly used fluorescent proteins. The method is calibration-free, does not require knowledge about maturation or potential dark states, and works on minute amounts of sample. The insensitivity of the nanocavity-based method to the presence of non-luminescent species allowed us to measure precisely the quantum yield of photo-switchable proteins in their on-state and to analyze the origin of the residual fluorescence of protein ensembles switched to the dark state

Friction coefficient obtained using AFM as a criterion of changes in the surface properties after low-temperature plasma treatment

This research was supported by the grant of Belarussian Republican Foundation for Fundamental Research BRFFR No.F17-118

Расчет эффективных механических характеристик подработанного массива горных пород

An approach has been developed to construct functional expressions for calculating the effective mechanical characteristics of the undermined rock massif during its repeated mining, taking into account the disturbance of the different-type massif continuity and the time passed after the undermining. The approach was developed as applied to the conditions of the Starobin potash salt deposit. It is based on introducing special correction factors into the expressions for mechanical characteristics of the massif. At the same time, the state of the undermined massif area is considered in the continuum model approximation. It is shown that one of the most important factors to be considered when constructing the functional dependence for mechanical characteristics of the undermined layered massif is to take into account the mutual slippage of layers and their lamination related to it, because the strength characteristics such as bonding strength and internal friction coefficient mainly change when the massif is undermined. The algorithm for calculating the mechanical properties of the undermined massif proposes the use of correction factors that take into account the heterogeneity of the rock massif; lamination and slippage of the contacting layers; changes in the properties of the undermined massif with variation of the depth of repeated mining; changes in the properties resulting from the technological disturbance of the massif initial equilibrium state (primary undermining, time passed since the primary undermining).Разработан подход к построению функциональных выражений для расчета эффективных механических характеристик подработанного массива горных пород при его повторной подработке с учетом нарушений сплошности массива различного характера и времени, прошедшего после подработки. В основу подхода положено введение специальных поправочных множителей в выражения для механических характеристик массива. При этом состояние подработанной области массива рассматривается в приближении моделей сплошных сред. Показано, что одним из важнейших факторов, который требуется учитывать при построении функциональной зависимости для механических характеристик подработанного слоистого массива, является учет взаимного проскальзывания слоев и связанного с ним их отслоения, так как при подработке массива главным образом изменяются такие прочностные характеристики, как сцепление и коэффициент внутреннего трения. Алгоритм расчета механических характеристик подработанного массива предлагает использование поправочных множителей, учитывающих неоднородность массива горных пород; расслоение и проскальзывание контактирующих слоев; изменения свойств подработанного массива при изменении глубины повторной отработки, изменение свойств в результате технологического нарушения естественного равновесного состояния массива (первичная подработка, время, прошедшее со времени первичной подработки)

Критерии предельного состояния и прочностные характеристики повторно подрабатываемых массивов горных пород

Methodological approaches to the selection of ultimate state criteria and strength characteristics of the repeatedly undermined rock massifs were developed. These approaches were designed to provide parametric support to the geomechanical modelling of the massif stress-strain state and the mining systems of the Starobin potash deposit mine fields planned for the additional mining of the mineral reserves left. It was established that a complex criterion must be used to study the massif ultimate state. Determination of such criterion can be carried out using the developed approaches. The first approach is to select several criteria that evaluate the massif ultimate state by certain types of the massif stress-strain state. These criteria are the following: the criterion of the maximum normal stresses, criterion of the maximum linear strains, the criterion of the maximum shear stresses and the Coulomb–Mohr failure criterion. The second approach is to construct an integrated failure state criterion for materials whose ultimate tensile and compressive stresses differ significantly. In this case, parameters characterizing the type of stress state and properties of the material are introduced. These parameters together determine the destruction character – tear or shear. To describe the rocks behavior in the extreme strength stage of deformation, it is proposed to apply deformation theory of strength using the developed strain failure criterion. When calculating the strength characteristics of the repeatedly undermined rock massif, it is recommended to use a structural attenuation coefficient as the product of several factors, taking into account various types of disturbances in the primary undermined massif and the time factor. The Coulomb–Mohr strength condition is recommended to be used taking into account the composite structural attenuation coefficient. Dependencies have been developed to describe the change in the strength characteristics of rocks in the undermined massif, considering the attenuation coefficient.Разработаны методические подходы к выбору критериев предельного состояния и прочностных характеристик повторно подрабатываемых массивов горных пород, предназначенных для параметрического обеспечения геомеханического моделирования напряженно-деформированного состояния массива и горнотехнических систем участков шахтных полей Старобинского месторождения калийной руды, планируемых для доизвлечения оставленных запасов полезного ископаемого. Установлено, что для изучения предельного состояния массива необходимо применять комплексный критерий. Определение такого критерия можно выполнить с использованием разработанных подходов. Первый подход заключается в выборе нескольких критериев, оценивающих предельное состояние массива по отдельным типам напряженно-деформированного состояния массива: критерия наибольших нормальных напряжений, критерия наибольших линейных деформаций, критерия наибольшего касательного напряжения, критерия Кулона–Мора. Второй подход заключается в построении объединенного критерия предельного состояния предлагаемого вида для материалов, у которых предельные величины напряжений на растяжение и сжатие отличаются существенным образом. При этом вводятся параметры, характеризующие вид напряженного состояния и свойства материала, которые в совокупности определяют характер разрушения – отрыв или срез. Для описания поведения горных пород в запредельной по прочности стадии деформирования предлагается применять деформационную теорию прочности с использованием разработанной зависимости деформационного критерия прочности. При расчете прочностных характеристик повторно подрабатываемого массива горных пород рекомендуется применять коэффициент структурного ослабления в виде произведения нескольких коэффициентов, учитывающих различные типы нарушения первично подработанного массива и временной фактор. Условие прочности Кулона–Мора рекомендуется использовать с учетом составного коэффициента структурного ослабления. Разработаны зависимости, описывающие изменение прочностных характеристик пород в подработанном массиве с учетом коэффициента разрыхления

Оптимизация излучающей катушки программно-аппаратного комплекса для исследования эффективности экранирования низкочастотного электромагнитного излучения

Optimization of the radiation coil of the hardware-software complex for studying the effectiveness of shielding of low-frequency electromagnetic radiation will make it possible to assess the effectiveness of shielding coatings at a higher level. This fact will make it possible to develop coatings with improved characteristics. The purpose of this work was to determine the optimal characteristics of the emitting coil which will ensure its stable operation and magnetic field strength in the frequency range up to 100 kHz.The parameters of the manufactured samples, such as inductance (L), active (R) and total resistance (Z), were obtained using an MNIPI E7-20 emittance meter. In practice, the coils with the optimal parameters calculated theoretically were connected to a current source and amplifier. To detect electromagnetic radiation, a multilayer inductor connected to a UTB-TREND 722-050-5 oscilloscope was used as a signal receiver.The results of measurements showed that the resistance of multilayer coils is approximately 1000 times higher than that of single-layer coils. Also, for multilayer coils, an avalanche-like increase in total resistance is observed starting from a frequency of 10 kHz, while for single-layer coils there is a uniform increase in total resistance over the entire frequency range up to 100 kHz.The paper presents results of research on the correlation of the performance of single-layer and multilayer inductors depending on their parameters in the frequency range from  20 Hz  to  100 kHz. Values of the voltage required to provide the magnetic field strength of 1, 5, 20 Oe at 25 Hz and 100 kHz have been calculated. After analyzing the data obtained, the optimal parameters of the inductor were found which ensure stable performance in the frequency range up to 100 kHz.Оптимизация излучающей катушки программно-аппаратного комплекса для исследования эффективности экранирования низкочастотного электромагнитного излучения позволит на более качественном уровне оценивать эффективность экранирующих покрытий. Данный факт даст возможность разрабатывать покрытия с улучшенными характеристиками. Целью данной работы являлось определение оптимальных характеристик излучающей катушки, которые обеспечат её стабильную работу и напряжённость магнитного поля в частотном диапазоне до 100 кГц.Параметры изготовленных образцов, такие как индуктивность, активное и общее сопротивление, были получены, используя измеритель иммитанса МНИПИ E7-20. На практике катушки с оптимальными параметрами, вычисленными теоретически, были подключены к источнику и усилителю тока. Для детектирования электромагнитного излучения в качестве приёмника сигнала использовалась многослойная катушка индуктивности, подключённая к осциллографу UTB-TREND 722-050-5.Результаты измерений показали, что сопротивление многослойных катушек приблизительно в 1000 раз больше сопротивления однослойных. Также у многослойных катушек наблюдается лавинообразный рост общего сопротивления, начиная с частоты 10 кГц, в то время как у однослойных катушек происходит равномерный рост общего сопротивления на всём диапазоне частот до 100 кГц. Представлены результаты исследований корреляции рабочих характеристик  однослойных  и многослойных  катушек  индуктивности  в  зависимости  от  их  параметров  в  частотном  диапазоне от 20 Гц до 100 кГц. Рассчитаны значения напряжения, необходимого для обеспечения напряжённости магнитного поля 1, 5, 20 Э при 25 Гц и 100 кГц. Проанализировав полученные данные, найдены оптимальные параметры катушки индуктивности, обеспечивающие стабильные рабочие характеристики в диапазоне частот до 100 кГц

Melting of tantalum at high pressure determined by angle dispersive x-ray diffraction in a double-sided laser-heated diamond-anvil cell

The high pressure and high temperature phase diagram of Ta has been studied in a laser-heated diamond-anvil cell (DAC) using x-ray diffraction measurements up to 52 GPa and 3800 K. The melting was observed at nine different pressures, being the melting temperature in good agreement with previous laser-heated DAC experiments, but in contradiction with several theoretical calculations and previous piston-cylinder apparatus experiments. A small slope for the melting curve of Ta is estimated (dTm/dP = 24 K/GPa at 1 bar) and a possible explanation for this behaviour is given. Finally, a P-V-T equation of states is obtained, being the temperature dependence of the thermal expansion coefficient and the bulk modulus estimated.Comment: 31 pages, 8 figures, to appear in J.Phys.:Cond.Matte

On the Transmit Beamforming for MIMO Wiretap Channels: Large-System Analysis

With the growth of wireless networks, security has become a fundamental issue in wireless communications due to the broadcast nature of these networks. In this work, we consider MIMO wiretap channels in a fast fading environment, for which the overall performance is characterized by the ergodic MIMO secrecy rate. Unfortunately, the direct solution to finding ergodic secrecy rates is prohibitive due to the expectations in the rates expressions in this setting. To overcome this difficulty, we invoke the large-system assumption, which allows a deterministic approximation to the ergodic mutual information. Leveraging results from random matrix theory, we are able to characterize the achievable ergodic secrecy rates. Based on this characterization, we address the problem of covariance optimization at the transmitter. Our numerical results demonstrate a good match between the large-system approximation and the actual simulated secrecy rates, as well as some interesting features of the precoder optimization.Comment: Published in Lecture Notes in Computer Science 8317, pp. 90-102, 2014. (Proceedings of International Conference on Information-Theoretic Security (ICITS), Singapore, November 2013

Тонкие композиционные покрытия на основе желатина с неорганическими наночастицами

A technique for the formation of gelatin thin films and composite coatings with silicon dioxide and zinc oxide nanoparticles by spin coating has been developed. New data of the morphology and structural characteristics of the formed gelatin and nanocomposite films were obtained by atomic force microscopy. The dependences of the roughness parameters of composite coatings on the content of silicon dioxide and zinc oxide nanoparticles in the polymer matrix are presented. It has been shown that the introduction of inorganic nanoparticles into the gelatin structure makes it possible to form nanocomposites with a rough surface. It has been established that the silicon dioxide nanoparticles incorporation leads to hydrophobization of the surface of polymer-inorganic films based on gelatin. Modification with zinc oxide nanoparticles (up to 8 mg per 1 mg of gelatin) improves the wettability of nanocomposite coatings with water.Разработана методика формирования тонких пленок желатина и композиционных покрытий с наночастицами диоксида кремния и оксида цинка методом спин-коатинга. Методом атомно-силовой микроскопии получены новые данные о морфологии и структурных характеристиках сформированных желатиновых и нанокомпозиционных пленок. Представлены зависимости параметров шероховатости композиционных покрытий от содержания наночастиц диоксида кремния и оксида цинка в полимерной матрице. Показано, что введение неорганических наночастиц в структуру желатина позволяет формировать нанокомпозиты с более развитой поверхностью. Установлено, что введение наночастиц диоксида кремния приводит к гидрофобизации поверхности полимер-неорганических пленок на основе желатина, в то время как модификация наночастицами оксида цинка (до 8 мг на 1 мг желатина) позволяет улучшить смачиваемость нанокомпозиционных покрытий водой