Характеризация наночастиц кристаллического кремния, легированного железом, и их модификация цитрат-анионами для использования in vivo

Objectives. This paper presents data on the development and study of the structural properties of iron-doped crystalline silicon (nc-Si/SiOx/Fe) nanoparticles obtained using the plasma-chemical method for application in magnetic resonance imaging diagnostics and treatment of oncological diseases. This work aimed to use a variety of analytical methods to study the structural properties of nc-Si/SiOx/Fe and their colloidal stabilization with citrate anions for in vivo applications.Methods. Silicon nanoparticles obtained via the plasma-chemical synthesis method were characterized by laser spark emission spectroscopy, atomic emission spectroscopy, Fouriertransform infrared spectroscopy, and X-ray photoelectron spectroscopy. The hydrodynamic diameter of the nanoparticles was estimated using dynamic light scattering. The toxicity of the nanoparticles was investigated using a colorimetric MTT test for the cell metabolic activity. Elemental iron with different Fe/Si atomic ratios was added to the feedstock during loading.Results. The particles were shown to have a large silicon core covered by a relatively thin layer of intermediate oxides (interface) and an amorphous oxide shell, which is silicon oxide with different oxidation states SiOx (0 ≤ x ≤ 2). The samples had an iron content of 0.8–1.8 at %. Colloidal solutions of the nanoparticles stabilized by citrate anions were obtained and characterized. According to the analysis of the cytotoxicity of the modified nanosilicon particles using monoclonal K562 human erythroleukemia cells, no toxicity was found for cells in culture at particle concentrations of up to 5 µg/mL.Conclusions. Since the obtained modified particles are nontoxic, they can be used in in vivo theranostic applications.Цели. В работе приводятся данные по разработке и изучению структурных свойств полученных плазмохимическим методом наночастиц кремния nc-Si/SiOx/Fe, легированных железом. Цель работы – исследование свойств наночастиц кремния, легированных железом, комплексом аналитических методов и их стабилизация цитрат-анионами для применения в диагностике методом магнитно-резонансной томографии и лечении онкологических заболеваний.Методы. Наночастицы кремния, полученные плазмохимическим методом синтеза, были охарактеризованы лазерно-искровым эмиссионным методом, методом атомной эмиссионной спектроскопии, Фурье-ИК-спектроскопией, рентгеновской фотоэлектронной спектроскопией. Гидродинамический диаметр наночастиц оценивали методом динамического светорассеяния. Исследование токсичности наночастиц проводили с помощью колориметрического МТТ теста на метаболическую активность клеток. В исходное сырье при загрузке добавляли элементарное железо с разным атомным соотношением Fe/Si.Результаты. Было показано, что частица имеет кремниевое ядро с аморфной оксидной оболочкой, представляющей собой оксиды кремния с разной степенью окисления SiO x (0 ≤ x ≤ 2). Содержание железа в образцах составило от 0.8 до 1.8 ат. %. Были получены и охарактеризованы коллоидные растворы наночастиц, стабилизированные цитрат-анионами. Анализ цитотоксичности модифицированных частиц нанокремния с использованием моноклонизированных клеток эритролейкоза человека К562 показал отсутствие токсичности для клеток в культуре при концентрации частиц до 5 мкг/мл.Выводы. Полученные модифицированные частицы не обладают токсичностью, поэтому их можно рекомендовать для использования в in vivo приложениях для тераностик

Quantum phase transitions and thermodynamic properties in highly anisotropic magnets

The systems exhibiting quantum phase transitions (QPT) are investigated within the Ising model in the transverse field and Heisenberg model with easy-plane single-site anisotropy. Near QPT a correspondence between parameters of these models and of quantum phi^4 model is established. A scaling analysis is performed for the ground-state properties. The influence of the external longitudinal magnetic field on the ground-state properties is investigated, and the corresponding magnetic susceptibility is calculated. Finite-temperature properties are considered with the use of the scaling analysis for the effective classical model proposed by Sachdev. Analytical results for the ordering temperature and temperature dependences of the magnetization and energy gap are obtained in the case of a small ground-state moment. The forms of dependences of observable quantities on the bare splitting (or magnetic field) and renormalized splitting turn out to be different. A comparison with numerical calculations and experimental data on systems demonstrating magnetic and structural transitions (e.g., into singlet state) is performed.Comment: 46 pages, RevTeX, 6 figure

On the methodology for assessing the quality of telemedicine services in the doctor-doctor system

The objective was to develop a system of indicators of telemedicine services in the "doctor – doctor" system in order to improve the quality of the organization of remote interaction between medical organizations in providing medical care using telemedical technologies.Цель работы – разработать систему показателей телемедицинских услуг в системе «врач – врач» с целью повышения качества организации дистанционного взаимодействия между медицинскими организациями при оказании медицинской помощи с применением телемедицинских технологий

Fast Control Systems: Nonlinear Approach

International audienceThis chapter treats the problem of fast control design for nonlinear systems. First, we discusses the question: which nonlinear system can be called fast? Next, we develop some tools for analysis and design of such control systems. The method generalized homogeneity is mainly utilized for these purposes. Finally, we survey possible research directions of the fast control systems

Review on computational methods for Lyapunov functions

Lyapunov functions are an essential tool in the stability analysis of dynamical systems, both in theory and applications. They provide sufficient conditions for the stability of equilibria or more general invariant sets, as well as for their basin of attraction. The necessity, i.e. the existence of Lyapunov functions, has been studied in converse theorems, however, they do not provide a general method to compute them. Because of their importance in stability analysis, numerous computational construction methods have been developed within the Engineering, Informatics, and Mathematics community. They cover different types of systems such as ordinary differential equations, switched systems, non-smooth systems, discrete-time systems etc., and employ di_erent methods such as series expansion, linear programming, linear matrix inequalities, collocation methods, algebraic methods, set-theoretic methods, and many others. This review brings these different methods together. First, the different types of systems, where Lyapunov functions are used, are briefly discussed. In the main part, the computational methods are presented, ordered by the type of method used to construct a Lyapunov function

Dynamical effective parameters of elastic superlattice with strong acoustic contrast between the constituents

Analytical formulas are obtained for frequency-dependent effective elastic modulus and effective mass density for a periodic layered structure. The proposed homogenization procedure is valid at sufficiently high frequencies well above the lowest band gap in the acoustic spectrum of the structure. It is shown that frequencydependent effective parameters may take negative values either in different regions of frequencies or in the same quite narrow region. This property demonstrates that 1D elastic structure may behave in the limit of small Bloch wave vectors as a double-negative acoustic metamaterial.Отримано аналітичні формули для частотно-залежних ефективного модуля пружності та ефективної щільності періодичної шаруватої структури. Запропонована процедура гомогенізації справедлива при досить високих частотах, що перевищують частоту першої забороненої зони в акустичному спектрі структури. Показано, що залежні від частоти ефективні параметри можуть набувати від’ємних значень або в різних частотних областях, або в одній досить вузькій області. Ця властивість показує, що одновимірна пружна структура в межі малих блоховських хвильових векторів може поводитися як акустичний метаматериал, у якого обидва ефективні параметри від’ємні.Получены аналитические формулы для частотнозависимых эффективного модуля упругости и эффективной плотности периодической слоистой структуры. Предложенная процедура гомогенизации справедлива при достаточно высоких частотах, превышающих частоту первой запрещенной зоны в акустическом спектре структуры. Показано, что зависящие от частоты эффективные параметры могут принимать отрицательные значения либо в различных частотных областях, либо в одной достаточно узкой области. Данное свойство показывает, что одномерная упругая структура в пределе малых блоховских волновых векторов может вести себя как акустический метаматериал, у которого оба эффективных параметра отрицательны