Shema de realizare a proiectului 19 15 01 01 - Anul 2021 - Etapa I
Faza nr. 66
Responsabil: Dr. M. Zamfirescu
Termen de predare: 13.05.2021
Titlu: "Simularea distribuției de câmp optic în structuri periodice de tip DLA și optimizarea geometriilor"
Abstract: Structurile tip DLA reprezintă microstructuri periodice ce pot fi utilizate pentru accelerarea de electroni utilizând radiație laser. Mecanismul de accelerare este asemănător instalațiilor de accelerare liniară prin radio-frecvențe, cu undă staționară. În cazul structurilor tip DLA, unda staționară este generată prin intermediul efectelor de focalizare în câmp apropiat, efecte generate de geometria specifică a structurii. Materialul utilizat, în acest caz, este transparent pentru lungimea de undă centrală a pulsului laser incident, λ=800 nm. Activitatea de cercetare din această etapă constă în proiectarea unor structuri tip DLA, simulări ale propagării unui câmp electromagnetic prin structuri și optimizarea geometriei structurii.
Structurile vor fi fabricate utilizând tehnologia de litografie 3D. Astfel, structurile au fost proiectate utilizând indicele de refracție pentru IP-Dip, ce reprezintă un fotorezist polimeric optimizat pentru scriere directă cu laser prin absorbție de 2 fotoni, la scară micrometrică. Simulările au fost realizate utilizând metoda diferențelor finite în domeniul timp. Proiectarea și simularea au fost realizate în limbajul de programare Python și utilizând pachetul software MEEP pentru rezolvarea ecuațiilor lui Maxwell. Rezoluția domeniului computațional este relativă la lungimea de undă, i.e. pasul rețelei de puncte a fost definit ca Δr = λ/15. În etapa de optimizare a fost modificată geometria structurii astfel încât să se țină cont de dimensiunea și forma spotului laser.
A fost, de asemenea, realizat un script Python pentru baleiajul parametrilor geometrici astfel încât să se identifice dimensiunile optime pentru obținerea unei distribuții de câmp electric corespunzătoare pentru accelerarea de electroni.
Abstract grafic:
Faza nr. 67
Responsabil: Dr. F. Gherendi
Termen de predare: 13.05.2021
Titlu: "Spectroscopie optică de emisie a plasmei netermice"
Abstract: Obiectivul fazei l-a constituit investigarea prin spectroscopie optică de emisie a plasmei netermice. S-a urmărit prin aceste investigații spectroscopice optice de emisie cu rezoluție temporală identificarea speciilor din plasmă, determinarea parametrilor plasmei și identificarea amplasării optime în plasmă a materialelor ce urmează a fi depuse sau modificate.
Abstract grafic:
Faza nr. 68
Responsabil: Dr. L. Ionel
Termen de predare: 13.05.2021
Titlu: "Analiza numerică a distorsiunilor spațio-temporale în sisteme laser bazate pe metoda de amplificare a pulsurilor laser ultrascurte prin deriva liniară în frecvență (Chirped Pulse Amplification)"
Abstract: Obiectivul acestei faze a constat în investigarea numerică a efectului distorsiunilor spațio-temporale asupra fasciculului laser la ieșirea dintr-un sistem optic bazat pe tehnica de amplificarea a pulsurilor laser ultra-scurte prin deriva de frecvență (Chirped Pulse Aplification - CPA) în vederea determinării parametrilor optimi de proiectare a unei configurații optice de interacție laser – țintă solidă. In acest scop, au fost proiectate diverse configurații laser bazate pe tehnica CPA pentru care s-a urmărit compensarea distorsiunilor spațio-temporale caracteristice acestor sisteme în vederea optimizării fascicului laser utilizat pentru interacții cu ținte solide. Au fost elaborate o serie de studii numerice bazate pe tehnica raytracing pentru a analiza din punct de vedere spațio-temporal propagarea fasciculului laser atât prin sistemul CPA, cât și prin ansamblul optic de interacție laser – țintă solidă. Rezultatele numerice obținute relevă faptul că distorsiunile spațio-temporale necompensate duc la o scădere a rezoluției temporale și implicit la o reducere a intensității pulsului laser la ieșirea din sistemul optic CPA. In același timp, se punctează și importanța stabilirii valorilor optime ale parametrilor geometrici pentru o maximă compensare a distorsiunilor spațio-temporale. Efectele descrise pot fi utile în stabilirea cu înaltă precizie a duratei de puls la ieșirea din sistemele CPA sau pentru a controla sau elimina deplasările laterale ale spotului laser cauzate de procese interne specifice ce au loc pe parcursul experimentelor ce implică sisteme laser CPA. Utilizarea unor astfel de abordări numerice permite determinarea de noi soluții ceea ce poate extinde rezultatele cu privire la structura câmpului electromagnetic sub limitele spațiale și temporale actuale pentru pulsuri laser în domeniul câmpurilor ultra-intense.
Abstract grafic:
Faza nr. 69
Responsabil: Dr. A. Dinache
Termen de predare: 13.05.2021
Titlu: "Generarea și testarea de cocktailuri de soluţii din medicamente expuse la radiaţie laser pe bacterii Gram-pozitive"
Abstract: Rezistenţa bacteriilor la antibiotice este o problemă globală, aceasta conducând la boli prelungite și rate mari de mortalitate. Ţinând cont că dezvoltarea de noi antibiotice a fost foarte redusă în ultimul timp, este necesar să se găsească metode alternative de combatere a rezistenţei la tratamente multiple a bacteriilor. Printre acestea se află și modificarea medicamentelor existente prin expunere la radiaţie laser. Cercetările anterioare au demonstrat că expunerea soluţiilor de medicamente la radiaţie laser generează fotoproduși ce pot avea activitate antibacteriană crescută faţă de medicamentul iniţial. Expunerea unui medicament antipsihotic, clorpromazina (CPZ), la radiaţie laser a dus la formarea unui cocktail de fotoproduși cu activitate antimicrobiană îmbunătăţită faţă de CPZ neiradiată (CPZ NIR).
În această fază s-a studiat efectul antimicrobian al CPZ NIR și CPZ iradiate (CPZ IR) cu laser asupra unor tulpini bacteriene Gram-pozitive planctonice și aderate. Metodele de testare folosite au fost: determinarea concentraţiei minime inhibitorii (MIC), determinarea concentraţiei minime de eradicare a biofilmului (MBEC) și testarea efectului anti-biofilm al CPZ NIR și CPZ IR asupra dispozitivelor de interes medical.
Cele mai bune rezultate ale CPZ NIR și CPZ IR au fost împotriva tulpinii de Enterococcus faecalis, însă și în cazul testelor pe tulpinile de Staphylococcus aureus s-a evidenţiat activitatea antimicrobiană îmbunătăţită a CPZ IR comparativ cu CPZ NIR.
În concluzie, rezultatele obţinute demonstrează posibilitatea reformulării medicamentului antipsihotic clorpromazina ca substanţă antimicrobiană atât iradiat, cât și neiradiat, subliniind că fotoprodușii obţinuţi în urma iradierii au avut activitate antibacteriană îmbunătăţită asupra tulpinilor Gram-pozitive testate.
Determinarea posibilelor mecanisme care stau la baza activităţii biologice crescute ale cocktailului de fotoproduși din CPZ IR a fost realizată cu ajutorul tehnicii computaţionale de andocare moleculară. Au fost obţinute rezultate bune pentru activitatea CPZ NIR și IR atât în interacţie cu FtsA (esenţială în diviziunea celulară), cât și cu enzima FabL (aceasta are un rol esenţial, dar încă neexplorat, în biosinteza acizilor grași), având energia liberă de legare estimată (EFEB) bună. Rezultatele arată că probabil acţiunea inhibitorie mai mare a medicamentului iradiat este dată de acţiunea sinergică a fotoprodusiilor.
Abstract grafic:
Faza nr. 70
Responsabil: Dr. C. Luculescu
Termen de predare: 13.05.2021
Titlu: "Aplicaţii ale spectroscopiei laser pentru identificarea medicamentelor active"
Abstract: În acest studiu se urmăresc diverse aplicaţii ale spectroscopiei Raman legate de industria farmaceutică. Spectroscopia Raman s-a dovedit a fi un instrument analitic valoros atât pentru identificarea, cât și pentru estimarea cantitativă neinvazivă a compușilor relevanţi în industria farmaceutică.
Multe alte tehnici pot fi folosite pentru identificarea și cuantificarea compușilor chimici sau componentelor diverselor formulări farmaceutice. Ceea ce face spectroscopia Raman ideală pentru aceste aplicații în comparaţie cu tehnici similare, cum ar fi FTIR, este abilitatea de a măsura prin containere optic transparente și mai ales insensibilitate față de răspunsul dat de apă. Spectroscopia Raman poate fi folosită atât pentru identificarea compușilor chimici, cât și pentru furnizarea de măsurări cantitative cu rezoluţie spaţială de ordinul micronilor.
Acest studiu urmărește să pună în lumină capacitatea spectroscopiei Raman de a identifica, de a autentifica și de a caracteriza calitatea produselor farmaceutice. Accentul se va pune pe abilităţile intrinseci ale metodei și mai putin pe compușii farmaceutici. Astfel, se face o comparaţie între medicamentele originale și generice, se identifică și aplică cu success diverse tehnici specifice spectroscopiei Raman pentru caracterizarea proprietăţilor fizico-chimice ale medicamentelor și ingredientelor active.
Abstract grafic:
Faza nr. 71
Responsabil: Dr. D. Miu
Termen de predare: 14.06.2021
Titlu: "Depunerea laser și caracterizarea morfo-structurală a multistraturilor Au/oxid pentru senzori"
Abstract: Prezenta fază prezintă morfologia multistraturilor de Au/oxid obţinute prin PLD în condiţii de depunere diferite: presiune, temperatură substrat, număr de pulsuri (pentru fiecare strat component), energie pe puls, lungime de undă a radiaţiei laser. Straturile simple de ZnO și suprafaţa stratului de Au depus peste straturi de ZnO au fost caracterizate prin microscopie de scanare electronică (Scanning Electron Microscopy-SEM), stabilindu-se dependenţa morfologiei lor de condiţiile de depunere.
Imagini SEM au scos în evidenţă dependenţa morfologiei straturilor de ZnO depuse prin PLD de presiunea de depunere și lungimea de undă a radiaţiei laser. Depunerea pe substraturi încălzite la temperaturi până la 500 °C, care asigură integralitatea traductorilor interdigitali din componenţa senzorilor SUAS, modifică de asemenea morfologia straturilor de ZnO. Straturile de ZnO cu proprietăţile cele mai promiţătoare din punctul de vedere al senzorilor SUAS pentru detecţia gazelor (H2) sunt cele mai poroase, obţinute în condiţii de presiune foarte ridicată (2 Torr O2) cu radiaţie UV (355 nm). De asemenea, straturile de ZnO obţinute cu radiaţie UV la 100 mTorr O2, la temperatura camerei și la 500 °C au structuri de interes pentru senzori, anume nanofire, respectiv reţea poroasă de nanofire interconectate așezate dezordonat. Straturile de Au depuse în condiţii diferite (presiune, număr de pulsuri) pe ZnO reproduc, în condiţiile studiate, morfologia stratului de ZnO. Structura multistrat Au/ZnO poros va conduce la îmbunătăţirea proprietăţilor senzorilor SUAS în care sunt încorporate prin mărirea efectului masic al răspunsului senzorului (prin porozitatea stratului de ZnO) și prin mărirea efectului acustoelectric (prin structura metal/oxid).
Au fost și realizaţi și testaţi senzori SUAS de tip Love Wave (LW-SAW), constând din straturi subtiri de Au cu porozităţi diferite și polimer (Polimetilmetacrilat – PMMA) ca strat de ghidare. Senzorii rezultaţi au fost testaţi folosind un biosistem bazat pe proteine cu aplicaţii în biosenzoristică, anume reacţia avidina-biotina. Răspunsul senzorilor (saltul de frecvenţă la funcţionalizare) la biotina-avidina, este îmbunătăţit atunci când stratul de Au are o porozitate mărită.
În concluzie, au fost îndeplinite toate obiectivele prezentei faze, și au fost create premizele pentru realizarea următoarei faze, care își propune înglobarea structurilor multistrat Au/oxid obţinute prin metode laser în senzori de tip SUAS pentru gaze și caracterizarea acestora.
Diseminarea s-a făcut prin trimiterea spre publicare a unui articol în revista Chemosensors (Manuscript ID: chemosensors-1254897), precum și depunerea unei cereri de acordare a unui brevet de invenţie la OSIM.
Abstract grafic:
Faza nr. 72
Responsabil: Dr. O. Toma
Termen de predare: 14.06.2021
Titlu: "Mecanisme de excitare în sisteme multi-site dopate cu ioni de pământuri rare"
Abstract: Au fost sintetizate probe policristaline de Er:CaSc2O4 și Er:BaGd2ZnO5 în care ionii de lantanide dopanţi ocupă poziţii multiple ("multi-site"). Probele ceramice de Er:CaSc2O4 au fost sintetizate prin reacţie în fază solidă din reactanţi de puritate înaltă și tăiate sub formă de discuri subţiri (grosime sub 0,5 mm) pentru a micșora pe cât posibil efectele împrăștierii luminii asupra spectrelor. Probele de Er:BaGd2ZnO5 sunt pulberi nanometrice obţinute prin metoda sol-gel.
Au fost identificaţi trei centri luminescenţi în Er:CaSc2O4, doi dintre ei corespunzând unor ioni Er3+ ce ocupă poziţii de Ca2+, iar cel de-al treilea ionilor de Er3+ din poziţii de Sc3+.
Procesele de absorbţie din stări excitate au fost identificate și caracterizate folosind metode de spectroscopie optică. Spectrele de absorbţie din stări excitate au fost înregistrate folosind un montaj experimental de tip pump-probe în dublă modulare. Spectrele de absorbţie din stări excitate au fost calibrate utilizând un model matematic simplu pentru a separa procesele de absorbţie din stări excitate de emisia stimulată și luminescenţă, precum și de absorbţia din starea fundamentală. Au fost determinate astfel secţiunile eficace ale proceselor de absorbţie din stări excitate.
Au fost puse în evidenţă procese de transfer de energie între centrii luminescenţi identificaţi, prin experimente de luminescenţă excitată selectiv și prin analiza curbelor de dezexcitare luminescentă.
Abstract grafic:
Faza nr. 73
Responsabil: Dr. C. Gheorghe
Termen de predare: 14.07.2021
Titlu: "Sisteme fotonice activate cu doi ioni trivalenţi de pământuri rare (Yb-Dy) bazate pe procese de conversie superioară în ceramici de tip CNGG. Noi tipuri de fosfori de tip perovskit cu emisie în roșu"
Abstract: I. Ceramicile transparente de tip Dy: CNGG si Dy, Yb: CNGG au fost obţinute prin metoda reacţiei în stare solidă. Toate probele au fost caracterizate prin difracţie de raze X, microscopie electronică de baleaj și spectroscopie optică. Investigaţii spectroscopice ale ionilor Dy3+ și Dy3+-Yb3+ în ceramici de tip Ca3(Nb,Ga)5O12 (CNGG) au fost efectuate în scopul evaluării ca fosfori sau materiale laser pentru emisie în vizibil. Diagramele cromatice CIE corespunzătoare spectrelor de emisie ale ionilor Dy3+ se situează în regiunea (galben-portocaliu) pentru ambele tipuri de probe, Dy: CNGG and Dy, Yb: CNGG.
II. A fost investigată emisia în roşu pentru fosforii de tip perovskit ABO3: Eu. Fosforii aleşi de tip perovskit SrLaGaO4, dopaţi cu concentraţii diferite de Eu3+ au fost obtinuţi prin reacție în fază solidă. Metoda de sinteză utilizată este modernă, ieftină și ușor de realizat. Puritatea fazei a fosforilor a fost analizată prin difracția de raze X. Difractogramele de raze X arată că toate materialele investigate de tip SrLaGaO4 obţinute prin reacţie în fază solidă sunt bine cristalizate indicând faza SrLaGaO4. Probele au fost caracterizate prin spectroscopie optică (excitaţie și luminiscență). S-a obținut luminiscență în roşu eficientă. Au fost analizate caracteristicile spectroscopice pentru a evalua potențialul acestor materiale ca fosfori pentru domeniul vizibil. Fosforii cu emisie în roșu joacă un rol cheie în îmbunătățirea iluminării și a calității afișajului diodelor emițătoare de lumină albă (PC-WLED).
Abstract grafic:
Faza nr. 74
Responsabil: Dr. R. Birjega
Termen de predare: 14.07.2021
Titlu: "Acoperiri cu compozite Mg,Al-LDH/polimeri (EVA și PP). Studiul comportării pe termen lung în mediu apos și în mediu salin"
Abstract: S-au preparat un număr de filme de nanocompozite de Mg,Al-LDH-EVA și Mg,Al-LDH-PPMA din ținte preparate din amestec de un hidrotalcit comercial(70%) respectiv polimer (30%). Ţintele au fost preparate prin metode specifice prelucrării polimerilor. Filmele depuse prin PLD pe substrate de Si(001) și MgAZ31 au aceleași caracteristici structurale ca țintele din care provin, sunt aderente și pentru cele care provin din depunerea la 532 nm sau pe substatul de Mg sunt superhidrofobice. Filmele își păstrează morfologia și compoziția chimică în urma imersiei în soluție salină așa cum imaginile SEM și datele EDS au evidențiat.
Abstract grafic:
Faza nr. 75
Responsabil: Dr. C. Ristoscu
Termen de predare: 14.07.2021
Titlu: "Nanostructuri de apatită biomimetică cu antibiotic înglobat fabricate prin MAPLE"
Abstract: O preocupare majoră apărută în timpul primei luptei mondiale împotriva infecțiilor asociate asistenței medicale se referă la rolul cheie al suprafeței în conservarea/viabilitatea și transferul virusului. Acest lucru face obligatorie curățarea repetată și cu atenție a suprafețelor pentru a preveni orice infecție. Abordarea noastră se bazează pe o eliberare locală și intensă a medicamentului pentru a depăși potențialele efecte secundare asociate administrării prelungite. Metoda noastră se bazează pe acoperirea cu ajutorul radiației laser a suprafețelor cu un amestec compozit organic / anorganic (64,8% fosfat de calciu amorf - 35% chitosan - 0,2% tetraciclină) capabil să lupte împotriva agenților infecțioși și să își păstreze activitatea pentru o perioadă lungă de timp, până la câteva zile.
Microscopia electronică cu baleiaj, spectroscopia în infraroșu cu transformată Fourier, difracția cu raze X, măsurători de udabilitate împreună cu teste antibacteriene și osteogene au fost folosite pentru a caracteriza performanțele fizico-chimice și eficiența antibacteriană a structurilor depuse. Eliberarea prelungită în fluidele simulate (cel puțin până la 72 de ore) a amestecului compozit care conține medicament (tetraciclină) a fost demonstrată prin studii de pierdere de masă și UV-VIS. Profilul de eliberare a medicamentului se bazează pe două etape: o eliberare inițială foarte rapidă (în prima oră), urmată de o evoluție mai lentă, activă pentru următoarele 72 de ore și probabil mai mult.
Acoperirile optimizate au inhibat puternic creșterea bacteriilor testate (Enterococcus faecalis și Escherichia coli), în timp ce încorporarea medicamentelor a promovat un răspuns antiinflamator în primele faze ale procesului de vindecare. Adăugarea de tetraciclină nu a avut niciun impact asupra citotoxicității compozite in vitro, acoperirile dovedind o biocompatibilitate excelentă, susținând o dezvoltare normală a celulelor MG63.
Prin urmare, se poate considera că structurile propuse deschid perspectiva unei noi generații de acoperiri antimicrobiene pentru implanturi, dar și pentru prevenirea infecțiilor nosocomiale.
Abstract grafic:
Faza nr. 76
Responsabil: Dr. C. Ticoş
Termen de predare: 15.09.2021
Titlu: "Fenomene termice la absorbţia fasciculelor de electroni de către micro/nano particule"
Abstract: În cadrul fazei nr. 76 a contractului 16N /08.02.2019, au fost investigate fenomene termice la absorbţia fasciculelor de electroni de către microparticule levitate într-o plasmă de radiofrecvenţă. Metodele de investigare s-au bazat pe determinarea vitezei pătratice medii şi pe determinarea distribuţiei vitezei, dar şi a componenelor vitezei. În urma acestor investigaţii s-a constatat că iradierea microparticulelor care levitează în plasmă cu un fascicul de 12 şi respectiv de 13 keV a dus la creşterea temperaturii clusterului de microparticule.
Abstract grafic:
Faza nr. 77
Responsabil: Dr. C. Poroşnicu
Termen de predare: 15.09.2021
Titlu: "Caracterizarea retenţiei de combustibil nuclear (D2) în filmele de W, Fe respectiv Cr co-depuse prin tehnologia HiPIMS"
Abstract: Componentele rectoarelor de fuziune nucleară au rolul de a proteja structura incintei şi alte sub-componente de efectele negative ale interacţiei dintre plasmă şi perete. EUROFER este materialul structural de referinţă pentru viitorul reactor DEMO. Obiectivul acestei faze a fost studiul condiţiilor optime de depunere a filmelor subţiri cu conţinut de wolfram, crom şi fier şi incluziuni gazoase de deuteriu. Au fost realizate straturi subţiri din materialele menţionate mai sus. Depunerile au fost realizate prin metodele DCMS şi HiPIMS. Toate filmele subţiri obţinute au fost studiate din punct de vedere morfologic, structural, compoziţional şi al retenţiei deuteriului în aceste materiale din perspectiva retenţiei de combustibil nuclear în timpul funcţionării reactorului de fuziune.
Filmele de W-Cr şi W-Fe obţinute prin depunerea prin metodele DCMS HiPIMS în atmosferă de argon-deuteriu au fost supuse ulterior analizelor morfologice prin investigaţii SEM şi compozitionale prin analiza cu ajutorul tehnicii de fluorescenţă de raze X (XRF). Acest studiu fiind în principal axat pe investigarea comportamentului de eliberare a deuteriului din structurile obţinute, au fost efectuate măsurări TDS pentru determinarea inventarului de deuteriu din probe. Structurile W-Cr şi W-Fe co-depuse în atmosferă de Ar + D2 au prezentat o uniformitate mare a filmului rezultat, iar pentru filmele subţiri obţinute în regim DCMS au fost evidenţiate structuri de suprafaţă, sub formă de semisfere. Desorbţia deuteriului din structurile analizate prezintă caracteristici similare eliberării combustiblului nuclear de fuziune din metale pe intervale largi de temperatură. Desorbţia deuteriului la temperatură scăzută este atribuită eliberării din capcane de energie joasă.
Abstract grafic:
Faza nr. 78a
Responsabil: Dr. E. Axente
Termen de predare: 15.10.2021
Titlu: "Generarea controlată de nanopicături în dispozitive microfluidice pentru captare unicelulară ( PARŢIAL ETAPA I)"
Abstract: În cadrul acestui proiect am realizat, caracterizat şi testat funcţionalitatea unei platforme inovative de generare controlată de picături monodisperse, cu volume reduse (<nL), în dispozitive microfluidice. Am descris pe scurt aspectele teoretice ale formării picăturilor şi am prezentat tehnologiile de microfabricare a unor biocipuri hibride PDMS/sticlă şi sticlă Foturan utilizând tehnici laser. Biocipul a fost asamblat şi conectat la sistemul de perfuzare, iar apoi au fost efectuate teste în condiţii de curgere specifice pentru generarea de picături. Am obţinut picături cu diametrul de 40, 80 şi respectiv 120 µm, ce corespund unor volume de 34, 268, şi respectiv 905 pL. Am demonstrat că atât dimensiunile, cât şi ratele de generare a picăturilor pot fi controlate uşor prin reglarea corespunzătoare a presiunilor şi debitelor de curgere (pentru vâscozităţi fixe ale fluidelor). Posibile aplicaţii se referă la sinteza de materiale (sfere polimerice), dar şi teste de captare şi izolare unicelulară în picături pentru aplicaţii biomedicale (se va continua în partea a doua a acestei faze).
Abstract grafic:
Faza nr. 79
Responsabil: Dr. I. Tiseanu
Termen de predare: 15.10.2021
Titlu: "Aplicaţii ale tehnicilor de analiză microstructurală a materialelor compozite prin microtomografie de raze X şi procesare avansată de imagini"
Abstract: În această fază s-a utilizat microtomografia de raze X (microXCT) ca tehnică de analiză neinvazivă, completă pentru optimizare, validare şi control în procesul de manufacturare aditivă de precizie prin diferite tehnologii (tehnologia LDM - Liquid Deposition Modelling; tehnologia FFF - Fused Filament Fabrication; metoda SLS – Selective Laser Sintering). Datorită puterii înalte de rezolvare a detaliilor interne, microtomografia de raze X s-a putut aplica de la caracterizarea morfologiei materiei prime la produsul final. În procesul de printare s-a utilizat o mare varietate de materiale precum: suspensie ceramică, filamente compozite armate cu fibre de sticlă/carbon şi pulberi metalice sau de poliamidă.
În lucrare se prezintă protocolul detaliat de analiză completă, defectoscopică şi metrologică, pe componente industriale printate prin tehnica SLS cu micro-pulbere de oţel ca materie primă. Defectele observate (pori mai mici de 20 µm) confirmă studiile de până acum legate de această tehnologie și anume că, precizia laserului și topirea locală, uniformitatea dimensională a pulberii și principiul de lucru conferă pieselor obținute proprietăți fizico-mecanice ridicate.
Un alt element de noutate implementat în această lucrare este reprezentat de aplicarea unui nou modul software pentru realizarea unor simulări mecanice (tracţiune, torsiune etc.) pe baza modelului CAD obţinut prin tomografie al epruvetelor printate 3D. Se poate considera că, prin multitudinea de informații obținute prin microXCT şi protocoalele de post-procesare dezvoltate se oferă posibilitatea optimizării metodelor de manufacturare aditivă, clasificarea produselor fabricate în industrie şi susţinerea alegerii materiei prime de calitate.
O altă secţiune importantă a lucrării a fost dedicată implementării unei metodologii noi de analiză prin imagistică de raze X a celulelor de acumulatori cu Li-Ion. Deşi aceste cercetări sunt într-o etapă preliminară s-au obţinut deja rezultate încurajatoare în stabilirea configuraţiilor optime de scanare tomografică de mare fidelitate a celulelor Li-Ion în special prin implementarea şi validarea metodei elicoidale de scanare şi reconstrucţie. Astfel s-a putut realiza deja un prim studiu privind identificarea defectelor în baterii de tip Li-ion care pot duce la scăderea performanţelor, respectiv scurtcircuitarea acestora. Un alt rezultat foarte promiţător poate fi considerat şi testarea cu succes a unei metode de identificare a celulelor Li-Ion funcționale/defecte prin analiza statistică a unor coeficienți de contrast radiologic. Metodologia de măsurare şi algoritmul de calcul al coeficienţilor de contrast au fost implementate şi testate pe un lot relativ restrâns de celule Li-Ion.
Abstract grafic:
Faza nr. 80
Responsabil: Dr. V. Dincă
Termen de predare: 15.10.2021
Titlu: "Dezvoltarea de bio-platforme biocompatibile micro şi nanostructurate pentru studiul efectului sinergetic al topografiei şi funcţionalizării (specific funcţionalizată sau complet funcţionalizată) asupra celulelor mamaliene - obţinerea şi analiza morfologică şi structurală de substraturi structurate prin texturare laser, MAPLE şi/sau prin transfer indus cu laserul –LIFT"
Abstract: Pentru orice aplicaţie biomedicală, înţelegerea modului în care celulele interacţionează cu materiale care prezintă atât topografii, cât şi funcţionalizări ce pot fi asociate cu un răspuns îmbunătăţit este de o importanţă majoră. Producerea unor astfel de suprafeţe cu caracteristici chimice şi fizice controlabile prezintă interes pentru studiul influenţei proprietăţilor substratului asupra funcţiilor celulare, conducând comunitatea ştiinţifică la dezvoltarea recentă de noi tehnici de funcţionalizare, dar şi de microfabricare de substraturi (ex. litografia, replicarea, texturarea laser, etc).
În acest context, obiectivul acestei faze a urmărit obţinerea de suprafeţe micro structurate multidimensionate prin texturare laser (folosind un laser cu excimer asistat de măşti cu atenuare variabilă şi replicare în PDMS), cât şi funcţionalizarea acestora cu un polimer biodegradabil RESOMER folosind tehnica MAPLE pentru a fi folosite în studiul efectului caracteristicilor de suprafaţă asupra răspunsului celulelor mamaliene.
Rezultatele preliminare pe celulele mamaliene prezentate au arătat că microtopografia substratului, dar şi funcţionalizarea dată de învelişurile polimerice biodegradabile reprezintă factori importanţi în răspunsul celular, oferind perspective interesante în ceea ce priveşte folosirea caracteristicilor de suprafaţă controlate /ajustate prin metode laser pentru proiectarea viitoarelor sisteme de inginerie tisulară, dar şi pentru studiul mecanismelor celulare. În cadrul acestei faze au fost prezentate 2 lucrări orale şi una invitată la conferinţe internaţionale, precum şi două articole în jurnale cotate ISI (unul în zona roşie, FI. 5.076, unul în zona galbenă FI 3.398).
Abstract grafic:
Faza nr. 81
Responsabil: Dr. S. Vizireanu
Termen de predare: 15.11.2021
Titlu: "Realizarea unei platforme de investigare a potențialului aplicativ al materialelor nanostructurate. (masuratori electrice si senzoristica)"
Abstract: În această etapă am realizat un sistem experimental complex, dezvoltat pentru determinarea functionalității unei game variate de senzori de gaze. Acest sistem permite evaluarea: i) caracteristicilor electrice ale materialelor active în senzori precum și ii) răspunsul senzorilor atunci când sunt expuși la diferite concentrații de gaze. Acestă platformă pentru caracterizarea senzorilor a fost obținută prin cumularea într-un întreg a mai multor instrumente și module existente, achiziționate sau realizate în etapa aceasta. Platforma conține următoarele subsisteme:
- incintă de testare senzori care include modulul pentru conectare electrică a senzorilor.
- unitate de admisie și control a gazelor care conține: butelii, mixer de gaze și fluxmetre, sistem de pompare și citire a presiunii.
- sursa de curent/tensiune SMU, Keithley 2612, conectată la calculator prin portul RS-232;
- calculator pentru comandă și control al sursei Keithley, pentru achiziția datelor, dar și pentru controlul fluxurilor de gaze.
Sistemul experimental proiectat și construit în cadrul acestei etape a fost testat la evaluarea unui număr semnificativ de senzori, atât comerciali, cât și obținuți în laborator. Am demonstrat funcționalitatea acestei platformei și am dezvoltat o procedură pentru măsurătorile de senzori. Această platformă va fi folosită la măsurători de senzori realizați din diferite nanomateriale obținute în INFLPR. O astfel de platformă este utilă și pentru caracterizarea din punct de vedere electric al nanostructurilor sintetizate în laboratorul nostru (filme subțiri de grafene și grafene verticale, nanostructuri hibride din grafene/nanoparticule și nanostructuri tratate în diferite plasme), literatura de specialitate menționând materiale similare cu aplicații în senzoristică.
Pe parcursul acestei etape am identificat mai multe surse furnizoare de electrozi stabili în timp și care rezistă la temperaturi de peste 600 C, electrozi pe care am depus diferite tipuri de nanomateriale. Am rezolvat problema contactării rapide și ferme a mai multor tipuri de electrozi. Pe parcursul măsurătorilor electrice am observat că senzorii trebuie stabilizați în timp (câteva zeci de minute) după care se poate trece efectiv la măsurători. Am identificat mai multe metode de îmbunătățire a sensibilității la stimuli externi a nano-materialelor depuse în laborator, cum ar fi: decorarea, activarea în plasmă, doparea cu azot, tratarea termică, transferul LIFT etc. Am identificat și discutat cu mai multe persoane din INFLPR interesate în măsurătorile de senzori, inclusiv doctoranzi.
Obiectivele fazei au fost îndeplinite și a fost creat un punct de plecare în demostrarea unor aplicații de senzori de gaze pentru nanostructurile obținute prin tehnici cu laser și plasmă.
Abstract grafic:
Faza nr. 82
Responsabil: Dr. F. Dumitrache
Termen de predare: 15.11.2021
Titlu: "Studii privind stabilizarea dispersiilor concentrate pe bază de nanoparticule sintetizate prin piroliză laser cu aplicații în medicină și farmacologie"
Abstract: Se raportează sinteza de nanoparticule (NPs) de oxid de fier în diferite dimensiuni (4 nm-18 nm). NPs au forme cvasi-sferice, se organizează în agregate precum lanțuri afânate sau ghem compact modul de organizare influențează dispersabilitatea și încărcarea electrostatică a NPs în fluide pe bază de apă. Proprietățile magnetice și morfo-structurale depind cu dimensiunea NPs. Se obțin în condiții experimentale determinate NPs de oxid de fier: maghemită/ magnetită cu magnetizare foarte ridicată: până la 85emu/g, NPs superparamagnetice sau ferimagnetice.
Sunt descrise obținerea de NPs de TiO2 și TiO2 dopat cu Fe prin metoda pirolizei laser. Înainte de obținerea nanopulberii de TiO2 dopat cu Fe (12,28 at %), au fost identificate condițiile experimentale optime pentru obținerea TiO2 în fază majoritară anatas sau rutil ca probe de referință. Astfel caracterizarea probei referință pentru doparea cu Fe indică prezența majoritară a fazei anatas (~81%) și dimensiunea medie a cristalitelor cuprinsă în intervalul (7,4-14,3) nm. NPs sunt analizate comprehensiv: XRD, TEM, SAED, EDS, XPS, Raman, Mossbauer, curbe de magnetizare.
Suspensii simple sau stabilizate (L-DOPA, chitosan, CMC-Na) au fost preparate, sunt analizate prin TEM și DLS, găsind soluții optime pentru obținerea de dispersii stabilizate concentrate în medii apoase.
Se utilizează una din pulberile de NPs de oxid de fier tip maghemită cu 6 nm diametru mediu pentru prepararea de suspensii stabilizate și funcționalizate cu porfirin tetraamoniu (TPPS). NPs și suspensia stabilizată/ funcționalizată sunt analizate comprehensiv. Se testează aplicarea acestora ca tratament fotodinamic în melanoame, rezultatele obținute fiind remarcabile: S-a dovedit efectul anti-tumoral al ɣ-Fe2O3 NPs funcționalizate cu (TPPS) pe celule de melanom uman expuse la PDT (fotodinamic) prin iradiere LED în albastru. Efectul de apoptoză celulară se inițiază la concentrații mai mici de TPPS chiar decât tratamentul simplu cu soluție de TPPS, deoarece internalizarea celulară se produce mai facil prin intermediul NPs de oxid de fier.
Abstract grafic:
Faza nr. 83
Responsabil: Dr. M. Bercu
Termen de predare: 15.11.2021
Titlu: "Analiza de gaze multi-component in fotoacustică aplicată poluanţilor"
Abstract: Sănătatea umană și ecosistemele sunt amenințate de poluarea aerului și în prezent, a doua mare problemă a oamenilor, după schimbările climatice este reprezentată de poluarea aerului. Odată cu creșterea urbanizării și evoluția vieții și confortului uman în ultimii ani, calitatea aerului a atras o atenție considerabilă. Emisiile de compuși organici volatili (COV) precum benzenul și toluenul în aerul înconjurător sunt o consecință a urbanizării și dezvoltării. Amoniacul este un poluant de mediu care are un rol foarte important în formarea aerosolilor anorganici secundari, o componentă principală a concentrațiilor de particule fine (PM2.5) în atmosfera urbană. Un detector de spectroscopie fotoacustică laser a fost utilizat pentru măsurarea concentrațiilor de amoniac, benzen și toluen în primăvara și vara anului 2021 (din martie până în august) în trei puncte situate în Magurele (România). Rezultatele noastre au arătat concentrații mai mari de benzen și toluen în sezonul de vară decât în perioada de primăvară, iar valorile medii ale concentrației de benzen și toluen au variat în sezonul de primăvară de la 0.186 ppb la 1.573 și de la 0.947 ppb la 12.460 ppb. Concentrațiile medii de benzen și toluen în toate cele trei locații au fost în medie scăzute conform Comisiei Europene, cu excepția unor valori ridicate înregistrate în perioada de vară. Variațiile medii diurne ale benzenului și toluenului prezintă valori de concentrație mai mari în prima parte a zilei față de seara și acest comportament corespunde orelor de vârf din trafic. Raportul toluen/benzen (T/B) arată că traficul rutier rămâne principala sursă locală de emisie în aerul din mediu. Concentrațiile de amoniac din aerul ambiant au fost crescute vara (46.03 ± 8.05 ppb) față de cele măsurate primăvara (18,62 ± 2,92 ppb), ceea ce înseamnă că temperatura atmosferică are un efect asupra concentrațiilor de amoniac. Cele mai mari concentrații medii de amoniac au avut loc în luna august în punctul P3 cu 100.68 ± 11.12 ppb, iar concentrațiile medii scăzute de amoniac au avut loc în martie în punctul P2 cu 0.161 ± 0.03 ppb. Autovehiculele par să aibe mai importante contribuții la nivelurile ridicate de amoniac în timpul perioadei de monitorizare. Utilizarea detectorului CO2LPAS pentru a determinarea mai multor concentratii de gaze de mediul înconjurător face din aceasta o metodă promițătoare pentru monitorizarea calității aerului.
Abstract grafic:
Faza nr. 84
Responsabil: Dr. M. Demeter
Termen de predare: 10.12.2021
Titlu: "Hidrogeluri compozite pe bază de micro- și nanoparticule polimerice și/sau metalice"
Abstract: În acest proiect se raportează obținerea și caracterizarea unor hidrogeluri compozite, realizate din amestecuri polimerice complexe pe bază de chitosan, PVP cu mase moleculare diferite, PEG/PEO, acid acrilic/acid lactic încorporate cu nanoparticule de Ag/Au, prin iradiere cu electroni accelerați (EB). Obiectivul principal s-a concentrat pe optimizarea rețetei de obținere a hidrogelurilor compozite cu aplicații potențiale în medicină. Un alt obiectiv secundar a constat în optimizarea rețetei de obținere fără adăugare de reactivi chimici de reticulare și obținerea unui hidrogel stabil la doza de sterilizare de 25 kGy.
S-au optimizat condițiile experimentale astfel încât să se obțină hidrogeluri omogene, cu grad de elasticitate și capacitate de gonflare crescute în medii similare organismului uman. Apoi, hidrogelurile compozite au fost preparate prin încorporarea directă de NP cu concentrații diferite în amestecul polimeric optimizat și reticulate prin iradiere cu doze cuprinse în domeniul 15-30 kGy.
Hidrogelurile au fost caracterizate fizico-chimic, structural și morfologic prin determinarea fracției de gel, a capacității de gonflare, a stabilității și a biodegradării în medii similare organismului uman, analiză reologică, FTIR și SEM. Rezultatele experimentale au fost corelate și analizate în funcție de doza absorbită și concentrația de nanoparticule. Hidrogelurile compozite au fracție de gel peste 85% la doza de 25 kGy și capacitate de gonflare variabilă cuprinsă între 1200-2500% în PBS și de peste 4000% în apă. Valori specifice hidrogelurilor cu proprietăți superabsorbante. Hidrogelurile compozite au structură stabilă, având un procent de biodegradare de doar 6%, după 42 de zile.
Din analiza reologică s-a demonstrat că hidrogelurile compozite adiționate cu 0.2 mg/mL Ag au un modul de elasticitate (G’) de aproximativ 20 kPa, fiind de aproape trei ori mai mare decât modulul elastic al hidrogelurilor compozite preparate cu concentrații scăzute de nanoparticule. Parametrii de rețea specifici hidrogelurilor, Mc, ξ și Ve sunt influențați de concentrația de NP, în sensul că prin creșterea concentrației de NP, parametrii Mc și ξ scad, ceea ce duce la formarea unui hidrogel cu o rețea densă.
La concentrații crescute de NP, hidrogelurile au structură de rețea compactă în care NP sunt distribuite în mod regulat, au formă sferică și dimensiuni relativ egale. Se poate spune că prin utilizarea unor NP cu dimensiune adecvată, se asigură o distribuție uniformă a NP în hidrogel, care se atașează direct de lanțul polimeric în procesul de amestecare și devin stabilizate în rețeaua hidrogelului ca urmare a reacției de reticulare cu EB.
Abstract grafic:
Faza nr. 85
Responsabil: Dr. B. Sava
Termen de predare: 10.12.2021
Titlu: "Proiectarea și obținerea de filme prin PLD, metoda sol gel, spin-coating sau MS, în sistemul ternar ZnO-B2O3-TiO2. pentru îmbunătățirea proprietăților filmelor din sistemul binar ZnO-TiO2, pentru aplicații în eco-nanotehnologii"
Abstract: În cadrul acestei faze au fost realizate straturi subțiri din sistemul ternar oxid de titan-oxid de zinc-oxid de bor, prin metoda sol-gel, precursori alcoxidici, pentru obținerea de straturi subțiri ternare omogene, de puritate avansată, la temperaturi de tratament termic foarte coborâte, cu eficiență ridicată, pentru utilizări în optoelectronică și fotocataliză, dar și ca sistem de bază pentru dopări cu pământuri rare pentru utilizări în magneto-optica și laseri.
Au fost realizate trei seturi de probe, cu variația conținutului de oxid de bor, în condițiile în care au fost păstrate procente echimolare pentru TiO2 și ZnO, ca urmare a cercetărilor anterioare, care au arătat că acest raport molar este optim pentru realizarea de probe sol-gel. Au fost obținute soluri stabile, cu timpi de gelifiere în condiții normale, de 5 zile pentru proba TZB1, 4 zile pentru proba TZB2 și 15 zile pentru proba TZB3. Au fost realizate depuneri prin metoda pe substrat rotitor (spin-coating), substraturile fiind lamele de microscop. Au fost depuse câte trei straturi, la trei viteze de rotire a substratului, probele fiind tratate termic la 110, 150 și 200oC.
Difracția de raze X, XRD a probelor investigate arată că toate probele sunt majoritar amorfe/vitroase, cu mici picuri de cristalizare, corespunzătoare celor trei oxizi și unui compus binar, boratul de titan. Prin spectroscopie fotoelectronică de raze X, XPS, au fost identificate toate elementele probei, Ti, Zn, B și O, iar ca impurități N, C și Cl.
Clorul și carbonul provin din reactivii utilizați drept precursori. Spectroscopia UV-Vis a arătat că probele prezintă transmitanță mai mică decât proba martor, cea mai ridicată transmitanță, de peste 75%, fiind înregistrată pentru probele tratate termic la temperatura de 200oC. Spectroscopia FTIR a identificat maximele specifice vibrațiilor legăturilor Ti-O și B-O, care sunt vizibile pentru toate probele în regiunile de numere de undă de 750-800, 850-900 și 1100-1200 cm-1. În zona 1400-1500 cm-1 sunt înregistrate maximele specifice C, rămas în probe din precursori.
Microscopia de forță atomică, AFM a indicat faptul că probele sunt omogene, cu rugozități de 40-60 nm și că tratamentul termic trebuie efectuat în condiții controlate. Microscopia electronică de baleiaj, SEM, a confirmat omogenitatea depunerilor pentru toate probele.
Pe parcursul acestei faze au fost publicate 4 articole în reviste indexate ISI cu factor de impact înalt, 3 dintre ele în reviste din zona roșie și au fost realizate 5 prezentări la conferinte internaționale, dintre care trei prezentări orale în plen și două postere.
Abstract grafic:
