Inventions of Scientists, Engineers and Specialists from Different Countries in the Area of Nanotechnologies. Part IV

Introduction. Advanced technologies impress people\u27s imagination demonstrating the latest achievements (materials, methods, systems, technologies, devices etc.) that dramatically change the world. This, first of all, concerns nanotechnological inventions designed by scientists, engineers and specialists from different countries. Main part. The paper briefly reviews inventions made by scientists, engineers and specialists from different countries: Russia, USA, China, Belarus, Great Britain, Vietnam, Denmark, the Kyrgyz Republic. The application of the results of scientists\u27, engineers\u27 and specialists\u27 investigations, including inventions in the area of nanotechnology and nanomaterials allow achieving significant efficiency in construction, house and communal service, related sectors of economy. For example, the invention A method to modify concrete with complex additive which includes hydrothermal nanoparticles SiO2 and multi-layer carbon nanotubes refers to methods of modifying concrete by introducing combination of nanoparticles with high specific surface into concrete mixture and can be used in production of precast and monolithic parts and structures of buildings and facilities of different purpose. This method of nanomodifying concrete makes it possible to achieve increased mechanical characteristics of concrete: compressive strength (25-77% at the age of 28 days) and bending strength, resistance to damage, Young\u27s mod of elasticity and shearing modulus, density (up to 10%), accelerated hardening at the early age and rate of strength development, decreased water absorbtion ability and improved indicators of porous structure (pore size and pore differential size uniformity), decreased total capillary porosity, increased frost resistance. The specialists can also be interested in the following nanotechnological inventions: a method to obtain polycrystalline diamond films; phase change materials for building construction: an overview of nano-/microencapsulation, solar collector of transpiration type; a method to obtain composition for antimicrobic coating on the basis of silver sulphide associates with molecules of methylene blue; broadband electromagnetic absorbing coating; a method to produce dry building mixtures; self-organizing nanostructures and separation membrane including aquaporin water channels and the methods to produce and use them; a method to obtain nanocrystalline titanium dioxide with anatase structure, etc. Conclusion. One of the most challenging tasks the economy of every country face is to increase industrial competitiveness through technological upgrade. From the side of the state and companies the principal object to control in this process are the people and enterprises dealing with introduction of inventions and new technologies

Time-reversible Dynamical Systems for Turbulence

Dynamical Ensemble Equivalence between hydrodynamic dissipative equations and suitable time-reversible dynamical systems has been investigated in a class of dynamical systems for turbulence. The reversible dynamics is obtained from the original dissipative equations by imposing a global constraint. We find that, by increasing the input energy, the system changes from an equilibrium state to a non-equilibrium stationary state in which an energy cascade, with the same statistical properties of the original system, is clearly detected.Comment: 16 pages Latex, 4 PS figures, on press on J. Phy

Inertial- and Dissipation-Range Asymptotics in Fluid Turbulence

We propose and verify a wave-vector-space version of generalized extended self similarity and broaden its applicability to uncover intriguing, universal scaling in the far dissipation range by computing high-order (\leq 20\/) structure functions numerically for: (1) the three-dimensional, incompressible Navier Stokes equation (with and without hyperviscosity); and (2) the GOY shell model for turbulence. Also, in case (2), with Taylor-microscale Reynolds numbers 4 \times 10^{4} \leq Re_{\lambda} \leq 3 \times 10^{6}\/, we find that the inertial-range exponents (\zeta_{p}\/) of the order - p\/ structure functions do not approach their Kolmogorov value p/3\/ as Re_{\lambda}\/ increases.Comment: RevTeX file, with six postscript figures. epsf.tex macro is used for figure insertion. Packaged using the 'uufiles' utilit

Dragon-kings: mechanisms, statistical methods and empirical evidence

This introductory article presents the special Discussion and Debate volume "From black swans to dragon-kings, is there life beyond power laws?" published in Eur. Phys. J. Special Topics in May 2012. We summarize and put in perspective the contributions into three main themes: (i) mechanisms for dragon-kings, (ii) detection of dragon-kings and statistical tests and (iii) empirical evidence in a large variety of natural and social systems. Overall, we are pleased to witness significant advances both in the introduction and clarification of underlying mechanisms and in the development of novel efficient tests that demonstrate clear evidence for the presence of dragon-kings in many systems. However, this positive view should be balanced by the fact that this remains a very delicate and difficult field, if only due to the scarcity of data as well as the extraordinary important implications with respect to hazard assessment, risk control and predictability.Comment: 20 page

On two-dimensionalization of three-dimensional turbulence in shell models

Applying a modified version of the Gledzer-Ohkitani-Yamada (GOY) shell model, the signatures of so-called two-dimensionalization effect of three-dimensional incompressible, homogeneous, isotropic fully developed unforced turbulence have been studied and reproduced. Within the framework of shell models we have obtained the following results: (i) progressive steepening of the energy spectrum with increased strength of the rotation, and, (ii) depletion in the energy flux of the forward forward cascade, sometimes leading to an inverse cascade. The presence of extended self-similarity and self-similar PDFs for longitudinal velocity differences are also presented for the rotating 3D turbulence case

Genetic variation of RFXANK gene in Stavropol sheep breed

Using of NimbleGen sequencing technology for detection of polymorphisms RFXANK gene in Stavropolsheep breed, we found 20 SNPs. That is, two SNP in exons - c.63C>A (non synonymous) in exon II and c.498G>A in exon VI (synonymous). Others SNP is in introns: c.-343T>C, c.- 111T>G, c.187+328G>A, c.338-94G>A, c.632–124G>A, c.713-82G>A, c.187+62G>A, c.188-588G>C, c.188- 127C>T, c.565-44A>G, c.712+309C>T, c.712+354C>T, c.712+309C>T, c.187+394C>T, c.187+469A>G, c.187+71G>C, c.188-670A>G, c.713-107G>T. Some of them are presented together

О ВОЗМОЖНЫХ РЕАЛИЗАЦИЯХ ЗАКОНА РАСПРЕДЕЛЕНИЯ РЕДКИХ СИЛЬНЕЙШИХ ЗЕМЛЕТРЯСЕНИЙ

Assessment of long-term seismic hazard is critically dependent on the behavior of tail of the distribution function of rare strongest earthquakes. Analyses of empirical data cannot however yield the credible solution of this problem because the instrumental catalogs of earthquake are available only for a rather short time intervals, and the uncertainty in estimations of magnitude of paleoearthquakes is high. From the available data, it was possible only to propose a number of alternative models characterizing the distribution of rare strongest earthquakes. There are the following models: the model based on theGuttenberg – Richter law suggested to be valid until a maximum possible seismic event (Мmах), models of 'bend down' of earthquake recurrence curve, and the characteristic earthquakes model. We discuss these models from the general physical concepts supported by the theory of extreme values (with reference to the generalized extreme value (GEV) distribution and the generalized Pareto distribution (GPD) and the multiplicative cascade model of seismic regime. In terms of the multiplicative cascade model, seismic regime is treated as a large number of episodes of avalanche-type relaxation of metastable states which take place in a set of metastable sub-systems.The model of magnitude-unlimited continuation of the Guttenberg – Richter law is invalid from the physical point of view because it corresponds to an infinite mean value of seismic energy and infinite capacity of the process generating seismicity. A model of an abrupt cut of this law by a maximum possible event, Мmах is not fully logical either.A model with the 'bend-down' of earthquake recurrence curve can ensure both continuity of the distribution law and finiteness of seismic energy value. Results of studies with the use of the theory of extreme values provide a convincing support to the model of 'bend-down' of earthquakes’ recurrence curve. Moreover they testify also that the 'bend-down' is described by the finite distribution law, i.e. the bend-down occurs more efficiently than it is envisaged in the commonly used model developed by Y. Kagan (which treats the bend-dawn as an exponential decay law). However, despite the finiteness of the distribution law, density of magnitudes decline quite slowly in the area close to the maximum possible Мmах event as (Мmах – M)n, where n varies in the range between 4 and 6 in the majority of cases. As a result Мmах value can be estimated only with a large error. In rare cases, if the space-and-time area under study contains higher number of strongest earthquakes, the empirical distribution law becomes close to the exponential law; in this case n value is quite high, and Мmах values becomes unstable and tend to infinite growth.In our study, the distribution law of strongest earthquakes was investigated by the methods based on the extreme values theory (world data and several regional catalogues were examined), and the results of calculation do not reveal cases of  occurrence of characteristic events. However, such a seismic regime was revealed in a number of cases from paleoseismicity data and from some instrumental regional catalogues. Conditions providing for the occurrence of characteristic earthquakes are studied here using the multiplicative cascade model. According to [Rodkin, 2011], this model provides the simulation of all known regularities of seismic regime, such as a decrease in b-value in the vicinity of strong earthquakes, development of aftershock power cascade, and existence of seismic cycle and foreshock activity. This article considers an extension of the cascade model by adding of non-linear members in the kinetic cascade equation in order to describe effects of the 'bend-down' of the earthquake recurrence curve and the characteristic earthquakes occurrence. It is shown that in terms of the multiplicative cascade model, the occurrence of characteristic earthquakes is connected with development of the nonlinear positive feedback between the size of the current rupture zone and the rate of its further growth.The modelling results are compared with data on seismicity of the South-Eastern Asia, which suggest that the regime providing the occurrence of characteristic earthquakes appears to be typical of the seismic regime of subduction zones (while it is not observed outside such zones). It is concluded that the non-linear positive feedback that controls the possibility of occurrence of characteristic earthquakes may be caused with the presence of deep fluids of increased concentration in the subduction zones. Принципиальное значение для оценки долгосрочной сейсмической опасности имеет поведение хвоста функции распределения редких сильнейших землетрясений. Краткость инструментальных каталогов землетрясений и большая погрешность определения магнитуд палеоземлетрясений не дают возможности надежно исследовать этот вопрос на основе эмпирических данных. На основе таких данных оказалось возможным только сформулировать несколько альтернативных моделей распределения редких сильнейших землетрясений. Наиболее распространенными моделями являются следующие: модель продолжения выполнимости обычного закона Гутенберга – Рихтера вплоть до некоторого максимально возможного события Мmах, модели с загибом вниз графика повторяемости землетрясений, модель реализации характеристических землетрясений. В статье эти модели анализируются на основе общих физических соображений, теоретических представлений, следующих из теории экстремальных значений (на основе использования Обобщенного распределения максимальных значений (GEV) и Обобщенного распределения Парето (GPD), и модели описания сейсмического режима мультипликативным каскадом. Последняя модель трактует сейсмический режим как совокупность эпизодов лавинообразной реализации (релаксации) метастабильных состояний, протекающих на множестве метастабильных подсистем.Модель неограниченного по магнитуде продолжения обычного закона Гуттенберга – Рихтера заведомо неточна, так как отвечает бесконечным значениям величин сейсмической энергии и мощности сеймогенерирующего процесса. При этом модель резкого обрезания этого закона некоторым максимально возможным событием Мmах также не вполне логична. Модель с загибом вниз графика повторяемости землетрясений позволяет обеспечить как непрерывность закона распределения, так и конечность величин сейсмической энергии. Результаты применения теории экстремальных значений весомо подкрепляют модель загиба вниз графика повторяемости. При этом выявляется, что загиб описывается конечным законом распределения, то есть оказывается более быстрым, чем предполагается в рамках широко распространенной модели Я. Кагана (отвечающей экспоненциальному закону убывания). Однако, несмотря на конечность закона распределения, плотность распределения магнитуд М в области максимально возможного события Мmах убывает достаточно медленно, как (Мmах – M)n, где n варьируется в большинстве случаев в диапазоне от 4 до 6. Отсюда следует, что величина Мmах может быть оценена обычно только с большой погрешностью. Изредка, если в исследуемой пространственно-временной области оказывается повышенное число сильнейших землетрясений, получаемый закон распределения приближается к экспоненциальному, при этом значения n становятся весьма большими, а значения Мmах существенно неустойчивыми.Проведенные расчеты закона распределения сильнейших землетрясений методами теории экстремальных значений (по мировым данным и ряду региональных каталогов) не выявили примеров реализации характеристических событий. Однако использование данных по палеосейсмичности и некоторые отдельные каталоги инструментальных данных свидетельствуют в пользу встречаемости такого сейсмического режима. Условия возникновения характеристических землетрясений исследованы в рамках модели мультипликативного каскада. Ранее было показано [Rodkin, 2011], что эта модель позволяет имитировать такие известные закономерности сейсмического режима, как уменьшение наклона графика повторяемости в окрестности сильных землетрясений, развитие афтершокового степенного каскада и предвестниковой активизации, а также существование сейсмического цикла. В статье обсуждается расширение схемы каскада добавлением нелинейных членов в кинетическое уравнение каскада с целью описания эффектов загиба вниз графика повторяемости землетрясений и возможности возникновения характеристических землетрясений. Показано, что в рамках модели мультипликативного каскада условием реализации характеристических землетрясений является развитие нелинейной цепи положительной обратной связи между размерами области сейсмического разрушения и скоростью ее дальнейшего роста. Результаты моделирования сопоставляются с данными по сейсмичности Юго-Восточной Азии, согласно которым режим возникновения характеристических землетрясений является типичным для сейсмического режима зон субдукции и не наблюдается вне этих зон. Делается вывод, что ответственная за реализацию характеристических землетрясений цепь нелинейной положительной обратной связи может быть обусловлена наличием в зонах субдукции резко повышенных концентраций глубинного флюида.

Allotransplantation of cultured parathyroid cells from a living unrelated donor to a kidney transplant recipient: the first clinical observation

АЛЛОТРАНСПЛАНТАЦИЯПОЧЕК ТРАНСПЛАНТАЦИЯГИПОПАРАТИРЕОЗПОСЛЕОПЕРАЦИОННЫЕ ОСЛОЖНЕНИЯПАРАТИРОЦИТЫИММУНОСУПРЕССИЯЦель. Продемонстрировать возможность успешного лечения послеоперационного гипопаратиреоза тяжелой степени тяжести путем аллотрансплантации культивированных паратироцитов реципиенту с по- чечным трансплантатом. Материал и методы. Реципиентом паратиреоидного аллотрансплантата была 37-летняя женщина с почечным трансплантатом и гипопаратиреозом тяжелой степени тяжести на фоне интенсивной заместительной терапии. Симптомы тетании, высокая судорожная готовность (симптомы Труссо, Хвостека), крайне низкие показатели общего/ионизированного кальция (1,71/0,98 ммоль/л) и паратгормона (1,7 пг/ мл) в периферической крови явились показанием к паратиреоидной аллотрансплантации. В толщу левой плечелучевой мышцы реципиента имплантировали 21?106 культивированных паратироцитов, полученных от живого неродственного донора (62-летней женщины) с вторичным гиперпаратиреозом. Выбор места для паратиреоидной аллотрансплантации обусловило отсутствие артериовенозной фистулы на стороне пере- садки. Иммуносупрессивная терапия включала прием 150 мг/сутки циклоспорина, 720 мг/сутки микофе- ноловой кислоты, 6 мг/сутки метилпреднизолона. Результаты. В послеоперационном периоде осложнений вмешательства, местных и общих побоч- ных эффектов на паратиреоидный клеточный аллотрансплантат отмечено не было. Через 1 месяц после пересадки паратироцитов наступила клинико-лабораторная компенсация гипопаратиреоза: концентрация паратгормона возросла до 14,7 пг/мл и достигла максимального значения (61,7 пг/мл) через 3,5 месяца. На протяжении 6-месячного периода наблюдения судорожный синдром не возникал, симптомы Труссо и Хвостека купировались, объем пероральной заместительной терапии существенно уменьшился, исчезла потребность в парентеральном введении солевых растворов кальция. Через 6 месяцев после пересадки па- циентка ведет привычный образ жизни и принимает per os 0,5 г кальция в сутки. Заключение. Комбинированная аллотрансплантация трупной почки и культивированных паратиро- цитов, выделенных из гиперплазированной паратиреоидной ткани живого неродственного донора, являет- ся эффективным методом лечения перманентного гипопаратиреоза тяжелой степени тяжести у пациентов, нуждающихся в органной трансплантации с последующей иммуносупрессивной терапией.Objectives. To demonstrate the possibility of successful treatment of a severe postsurgical hypoparathyroidism by the cultured parathyrocyte allotransplantation to a kidney transplant recipient. Methods. A 37-year-old female with the kidney transplant and a severe postsurgical hypoparathyroidism on the background of intensive replacement therapy was a recipient of parathyroid allograft. The indications for parathyroid autotransplantation include symptoms of tetany, high convulsive readiness (Chvostek’s and Trousseau’s signs), extremely low rates of total/ionized calcium (1,71/0,98 mmol/L) and parathyroid hormone (1,7 pg/ml) in the peripheral blood. Culture (21?106) of parathyroid cells obtained from a living unrelated donor (62-year-old female) with the secondary hyperparathyroidism was implanted into the recipients’ left brachioradialis muscle. Site selection for parathyroid allograft was conditioned by the absence of arteriovenous fistula on the side of the transplantation. Immunosuppressive therapy consisted of 150 mg/day of cyclosporine, 720 mg/day of mycophenolic acid, 6 mg/day of methylprednisolone. Results. No postoperative complications of the intervention, local and general side effects on the parathyroid cell allograft were observed. Clinical and laboratory improvement of hypoparathyroidism occurred 1 month after the transplantation: parathyroid hormone concentration increased up to 14,7 pg/ml and reached a maximum value (61,7 pg/mL) after 3,5 months. No convulsions were observed over a 6-month follow-up, Chvostek’s and Trousseau’s signs were stopped, the amount of oral substitution therapy significantly reduced, and there was no more need for parenteral administration of calcium salt solutions. Six months after transplantation a patient led a very active life and took per os 0,5 g/day of calcium. Conclusion. Combined allotransplantation of cadaveric kidneys and cultured parathyroid cells obtained from the hyperplastic parathyroid tissue of a living unrelated donor is considered to be an effective treatment of permanent severe hypoparathyroidism in patients who need the organ transplantation with subsequent immunosuppressive therapy