CC BY
250
Список литературы
1. Патент РФ 2130573 на изобретение. МПК7 F 41 A 21/10. Способ перевода режима стрельбы штатного автоматического оружия и боеприпасы для его реализации / Ф.А. Котюхов, Е.Н. Патрикова. Опубл. 20.05.1999.
2. Патрикова Е.Н. Обеспечение безопасности использования табельного оружия в режиме оружия травматического действия // Сборник материалов IV Международной конференции по криминалистическим исследованиям. Саратов: Изд-во СГТУ. 2009. С. 234-239.
3. Платонов Ю.П. Термогазодинамика автоматического оружия. М.: Машиностроение, 2009. 356 с.
Патрикова Елена Николаевна, канд. техн. наук., доц., elenapatriko-va@yandex.ru. Россия, Тула, Тульский государственный университет
THE MA THEMA TICAL MODEL OF THE PROCESS OF INTERNAL BALLISTICS
IN PERSONNEL WEAPONS THE WHEN USING OF VKLADNYH TRUNKS
E.N. Patrikova
The results of mathematical modeling of the process of functioning of a weapon in the advanced mode non-lethal actions using vkladnyh trunks are presented.
Key words: vkladnyh trunks, non-lethal action, legkodeformiruemay bullet, personnel weapons.
Patrikova Elena Nikolaevna, candidate of technical sciences, docenl, elenapatriko-va@yandex.ru, Russia, Tula, Tula State University
УДК 615.47
ПОРТАТИВНОЕ УСТРОЙСТВО ДЛЯ ЭКСПРЕСС-ДИАГНОСТИКИ ГРУППЫ КРОВИ
Н.С. Тархов, В. Л. Стекачева
Рассматриваются структура и функционирование портативного устройства для экспресс-диагностики группы крови.
Ключевые слова: экспресс-диагностика, иммунологические исследования, группа крови, резус-фактор, агглютинация.
Инновационные проекты в сфере диагностической медицины лежат в русле стратегии развития медицинской промышленности до 2020 го-
9
да [12]. Несмотря на высокотехнологичные решения, которые намереваются использовать при их реализации, предполагается, что разрабатываемые инструменты будут просты в применении, обладать кратчайшим временем между началом постановки и получением результата (до 20 мин). Этими требованиями обладает экспресс-диагностика.
В настоящее время портативных приборов для экспресс-диагностики группы крови и резус-фактора, применяемых в чрезвычайных условиях, например, в медицине катастроф, военных действиях, полевых условиях для предупреждения рисков осложнения при переливании крови, нет. Портативный многоцелевой измерительный прибор Ридер ор Trilezer Plus применяется для ранней диагностики наличия аллергии как заболевания и имеет более 150 запрограммированных тестов. Проведенный обзор реферативных журналов, периодических изданий и технической литературы выявил стационарную аппаратуру:
- аппарат «Резус-1» используется для определения резус-фактора методом конглютинации в сывороточной среде на чашках Петри или с применением желатина в пробирках, а также для определения групп крови. Комплект состоит из прибора и комплекта укладки запасных частей [13];
- автоматический иммуногематологический анализатор ВюУие для одновременного типирования групп крови, тестирования антител и их идентификации, а также перекрёстного анализа на совместимость крови (пациент-донор) [9];
- автоматизированная система тестирования крови PK7200 Automated Microplate System работает на запатентованной технологии микропланшет агглютинации [11].
Недостатками данных аппаратов являются их крупногабаритность, сложность в использовании, большая дополнительная комплектация и дол-говременность ожидаемого результата анализа.
Согласно приказу Минздрава России №388N от 20.06.13 г. «Об утверждении порядка оказания скорой медицинской помощи» с 1 января 2014 г. все автомобили выездных бригад скорой медицинской помощи оснащаются портативными клиническими анализаторами типа I-STAT-300 с возможностью определения газов крови, электролитов, протромбирован-ного времени, активированного времени свертывания с набором картриджей [10]. Однако группу крови и резус-фактор они не определяют.
Как альтернативный вариант радиоэлектронным устройствам существуют идентификационные полоски (заявка № 2101709 от 21.03.1997 г.), предназначенные для однократного определения группы крови и резус-фактора больного. Они могут быть использованы во всех областях медицины, связанных с экстренным переливанием эритроцитов и других компонентов крови. Средство представляет собой пластмассовую пластинку с наклеенными на неё четырьмя полосками бумаги, на поверхность которых
последовательно нанесены и высушены полимерная суспензия и тестовый реактив [7].
В связи с этим актуальной задачей является разработка прибора, относящегося к области медицины, а именно к средствам определения группы крови человека аппаратным способом вне лабораторных условиях, который может использоваться медиками как в стандартных рядовых случаях при необходимости выявления группы крови и резус-фактора, так и в экстренных случаях при необходимости быстрого анализа.
Иммунологические исследования основаны на анализе результатов реакции «антиген-антитело», искусственно воспроизводимых в лабораторных условиях. В ходе взаимодействия образуются так называемые иммунные комплексы (ИмК).
Под антителами (Ат) понимают вырабатываемые организмом человека клетки для защиты от чужеродных организму объектов и веществ-антигенов (Аг) [1,3].
Реакцию типа «антиген-антитело» проводят одним из двух способов:
- в пробу, предположительно содержащую Ат, вводят искусственно полученные, специфические антигены и затем определяют наличие ИмК;
- в пробу, предположительно содержащую Аг, вводят искусственно полученные антитела и определяют наличие ИмК.
В обоих подходах, зная один из компонентов, определяют другой. Таким же образом определяется наличие Аг и в объектах внешней среды. При выполнении пробоподготовительного этапа обычно реализуется схема «опыт - контроль » и параллельно проводится контрольный опыт («пустая проба»), в котором участвуют аналогичные компоненты, но заведомо отсутствует искомый Аг.
В результате получают два конечных продукта: опытный и контрольный. Оценку результата проводят путем сравнения опыта и контроля.
В ходе реализации взаимодействия видимые изменения могут проявляться в виде двух основных эффектов, так называемых «феноменов»:
- агглютинации (корпускулярные частицы Аг во взвеси после реакции с Ат склеиваются и оседают в виде хлопьев);
- преципитации (происходит укрупнение растворимых антигенных субстанций с возникновением помутнения прозрачных растворов).
Определение резус-фактора в настоящее время проводится двумя способами.
1. Экспресс-метод: на тарелку наносятся 1 капля контрольной сыворотки и 1 капля стандартной антирезус-сыворотки. Рядом с каждой сывороткой наносят по одной капле исследуемой крови. Размешивается стеклянной палочкой и в течение 1...2 минут наблюдается реакция. Если ис-
следуемая кровь резус-положительная, то в пробе со стандартной антирезус-сывороткой наблюдается агглютинация эритроцитов (в контроле её быть не должно). Если кровь резус-отрицательная, агглютинация отсутствует в обеих пробах. При возникновении агглютинации в пробе с контрольной сывороткой определение следует повторить либо проводить другими методами.
2. Метод стандартных цоликлонов: 1 каплю реагента «цоликлон ан-ти-О-супер» и 1 каплю исследуемой крови наносят на тарелку. При наличии агглютинации кровь считается резус-положительной, а при отсутствии агглютинации - резус-отрицательной [8].
Определение группы крови и резус-фактора связано с реакций агглютинации, в процессе которой происходит изменение плотности, вязкости вещества, повышается давление. Эти параметры можно зафиксировать различными датчиками.
Акусточувствительные датчики: пьезовибратор взаимодействует с однофазной средой (газ, жидкость, твердые тела), акустические параметры которой изменяются. Вибрационный метод широко используется для контроля таких характеристик жидких сред, как уровень, плотность, вязкость. Датчик плотности выполнен в виде вибратора камертонного типа. На концах двух коротких стержней, образующих плечи камертона, имеются прямоугольные лопасти. Изгибные противофазные колебания плеч камертона возбуждаются пьезоэлементами, утопленными в пазы в стержнях. Датчик вязкости выполнен в виде двух коротких полых трубок, также совершающих изгибные противофазные колебания. Величина вязкости оценивается по величине затухания свободных колебаний (добротности) или по ширине резонансного пика колебательной системы. В процессе исследования микродозы исследуемого материала наносятся непосредственно на поверхность резонатора. При изменении веществом своих свойств изменяются его акустические характеристики и, в конечном счете, акустическая нагрузка резонатора. Таким образом, без использования сложного аналитического оборудования можно надежно выявлять тонкие изменения структуры вещества. Для этих же целей целесообразно применять пьезо-преобразователи на поверхностных акустических волнах, которые работают на более высоких частотах и обладают большей чувствительностью [4].
Более подробно рассмотрим реализацию портативного устройства для экспресс-диагностики группы крови и резус-фактора с использованием датчика давления МРХ2010 [6]. За основу была взята схема электрическая принципиальная, представленная в [2] и выполненная на восьмиразрядном микроконтроллере (МК) МС68НС705Р9 [5]. Известно несколько вариантов сопряжения датчиков МРХ с микропроцессорными модулями. Традиционно они строятся в основном на базе классических схем дифференциальных усилителей. Использование сдвоенных или счетверенных усилите-
лей позволяет добиться улучшения массогабаритных показателей. Интересен способ измерения в диапазоне давления до 2,5 кПа с точностью 1...2 %. Он основан на низкочастотной модуляции питающего напряжения, в данном случае амплитудой 24 В, подаваемого на датчик МРХ2010. При этом амплитуда выходного сигнала достигает 15 мВ при 2,5 кПа. Такой же датчик в классической схеме включения с номинальным напряжением питания 10 В вырабатывает на выходе при том же давлении всего 6,5 мВ. Микроконтроллер по программе, записанной во Б1авЬ-память, производит периодическое подключение датчика к источнику напряжения через ключевую схему. В этот же момент производится считывание сигнала, поступающего с усилителя сигнала на вход АЦП микроконтроллера. В дальнейшем полученные данные могут быть переданы в управляющую систему через последовательный 8Р1-интерфейс или параллельный порт МК.
Схема электрическая структурная портативного устройства для экспресс-диагностики группы крови и резус-фактора представлена на рис.1. В кювете с исследуемым материалом происходит реакция, в результате которой образуется давление, которое через проницаемую мембрану действует на датчик. С датчика поступает сигнал в виде напряжения на усилитель, так как сигнал достаточно слабый. С операционного усилителя сигнал идет на микроконтроллер и с него преобразованный в цифровой вид поступает на индикатор. На основе структурной схемы разработана схема электрическая принципиальная (рис. 2), которая включает в себя датчики, усилители сигналов, ключевую схему подключения датчиков к МК, МК, генератор тактовой частоты, схему контроля питания, индикаторы, источник питания. Выполнен расчет элементов схемы. Для увеличения диапазона выходного напряжения датчика выберем его напряжение питания +15 В, т.е. будем использовать 12 аккумуляторов Д-0,25, с которых для работы схемы подаются +2,5 и +5 В. Для индикации результатов используются семисегментные индикаторы АЛС324Б.
Для исследования анализируемой крови, упрощения процесса и повышения точности разработан специальный сменный картридж, имеющий прямоугольную форму и выполненный с лунками для размещения реактивов и крови, расположенными параллельно длинной стороне, при этом количество кювет является необходимым и достаточным для анализа крови на выявление принадлежности к одной из известных групп. Под ними расположены проницаемые мембраны и датчики сверхнизкого давления. Картридж изготавливается из пластмассовых материалов. Корпус картриджа имеет удобную ручку для его перемещения. Крышка плотно закрывает кюветы для того, чтобы образовавшееся давление в процессе реакции агглютинации в определенной кювете через отверстие поступило на датчик. Эскиз сменного картриджа представлен на рис. 3.
Рис. 1. Схема электрическая структурная портативного устройства для экспресс-диагностики группы крови и резус-фактора
КОНТ ЦЕПЬ
1 +2,5)/
2 +5У
3 +15V
4 Ш
Рис. 2. Схема электрическая принципиальная портативного устройства для экспресс-диагностики группы крови и резус-фактора
Рис. 3. Эскиз сменного картриджа
Для установки картриджа, имеющего размеры 62х21х6 мм (без ручки) в устройстве, выполненного из прочного АБС-пластика, предусмотрено отверстие. Внешний вид устройства представлен на рис. 4.
Рис. 4. Внешний вид устройства: 1 - печатная плата (с датчиками); 2 - печатная плата (с микроконтроллером); 3 - крышка; 4 - основание; 5 - аккумуляторы Д-0,25; 6 - клемма (15В); 7 - клеммы (2,5В и 5В); 8- клемма соединительная; 9 - стойки (2шт.); 10 - винты М2Х20; 11 - винты М2Х35; 12 - кнопка П2К-З-5-10-4-к 13 - кнопка РБ5-14Б;
14 - индикатор АЛС324Б (2шт.)
Единичный цикл работы устройства заключается в следующем:
- в кювету с проницаемой мембраной помещается кровь пациента с реагентом (раствор цоликлонов);
- картридж вставляется в специально предназначенное отверстие в корпусе устройства;
- если вследствие реакции в специально предназначенных лунках происходит реакция, образуя давление (за счет выпадения осадка и увеличения объема), то датчик сверхнизкого давления подает импульс на усилитель, затем на микроконтроллер;
- после микроконтроллера сигнал поступает на индикаторы;
- врач или сам пациент может оценить результаты, отображённые на индикаторе в виде цифр от одного до четырёх и знака «минус».
Корпус состоит из основания и крышки. Внутри расположены одна
над другой две печатные платы и аккумуляторные батареи. В крышке предусмотрены два прямоугольных отверстия для индикаторов. На основании ниже отсека аккумуляторов расположены две кнопки: включения питания и сброса очередных результатов измерений. Габаритные размеры устройства 185х85х55 мм, масса 0,35 кг. Время определения группы крови 5 мин.
Таким образом, разработанное портативное устройство, имеющее небольшие габаритные размеры и массу, позволяет за короткое время выполнить экспресс-диагностику группы крови и резус-фактора.
Список литературы
1. Попечителев Е.П., Старцева О.Н. Аналитические исследования в медицине, биологии и экологии: учеб. пособие для вузов. М.: Высш. шк., 2003. 279 с.
2. Волков В. Применение датчиков давления фирмы MOTOROLA // Компоненты и технологии. 2000. № 7 С.58-60.
3. Кореневский Н.А, Попечителев Е.П. Биотехнические системы медицинского назначения: учебник. ТНТ, 2013. 688 с.
4. Малов В.В. Пьезорезонансные датчики. М.: Энергоатомиздат, 1989. 272 с.
5. Ремизевич Т.В. Микропроцессоры для встраиваемых приложений: от общих подходов - к семействам HC05, HC08 MOTOROLA / под ред. И.С. Кирюхина. М.: ДОДЕКА, 2000. 272 с.
6. Фрайден Дж. Современные датчики: справочник. М.: Техносфера, 2005. 592 с.
7. Библиотека патентов на изобретения [Электронный ресурс] // URL: http://www.freepatent.ru (дата обращения: 22.05.2014).
8. Группы крови и методы их определения [Электронный ресурс] // URL: http://fingo.narod.ru (дата обращения: 26.05.2014).
9. Медицинское оборудование [Электронный ресурс] // URL: http://www.sante.ru/product info.php/?id=267 (дата обращения: 2.05.2014).
10. ООО "АУРУС МЕДИА". Каталог продукции/ I-STAT [Электронный ресурс] // URL: http://www.aurusmedia.ru/ (дата обращения: 12.05.2014).
11. MedWOW. Медоборудование. [Электронный ресурс] // URL: http: //ru .medwow.com/ (дата обращения: 10.05.2014).
12. Экспресс-диагностика. Клинически важная информация по одной капле капиллярной или венозной крови [Электронный ресурс]// URL: www.fooke.ru (дата обращения: 20.04.2014).
13. Медтехника САП. Лабораторное оборудование [Электронный
ресурс] // URL: http://medtehnika.infocompany.biz/ (дата обращения: 8.05.2014).
Тархов Николай Сергеевич, канд. техн. наук, доц., pbs.tula@rambler.ru,, Россия, Тула, Тульский государственный университет
Стекачева Валерия Леонидовна, студент, pbs. tula@rambler.ru, Россия, Тула, Тульский государственный университет
PORTABLE DEVICE FOR RAPID -DIAGNOSIS OF BLOOD GROUP N.S. Tarhov, V.L. Stekacheva
The structure and function of portable device for rapid diagnosis of blood group are considered.
Key words: rapid diagnosis, immunological studies, blood group, Rh factor, agglutination.
Tarhov Nikolay Sergeevich, candidate of technical sciences, docent, pbs.tu.la@rambler.ru, Russia, Tula, Tula State University,
Stekacheva Valeria Leonidovna, student, pbs.tu.la@rambler.ru, Russia, Tula, Tula State University
УДК 533.6.013
РАСЧЕТ ДВИЖЕНИЯ ЛЕТАТЕЛЬНОГО АППАРАТА БИКАЛИБЕРНОЙ СХЕМЫ НА СТАРТОВОМ УЧАСТКЕ ПОЛЕТА
М.В. Курчанов, В.В. Морозов, О. А. Фомичева
Рассмотрена система уравнений движения ЛА, с помощью которой можно описать движение ЛА бикалиберной схемы на стартовом участке полета. В зависимости от сложности решаемой задачи, а также формы представления исходных данных возможна запись уравнений в различной форме, представлен аналитический расчет параметров атмосферы до высоты 140000 м над уровнем моря при произвольном значении температуры и давления на уровне моря.
Ключевые слова: математическая модель, летательный аппарат, бикалибер-ная схема, реактивный снаряд.
Данная математическая модель описывает движение недеформи-руемого летательного аппарата (ЛА) в неспокойной атмосфере с учетом кривизны и вращения Земли и устанавливает вид системы уравнений и входной информации для расчета траектории движения ЛА.
18
