Низковольтные миниатюризованные электронно-оптические системы, которые также называют микроколоннами, представляют собой самостоятельное направление в области электронной оптики и являются основой низковольтных миниатюрных электронных микроскопов, многоколоночных литографов и систем электронной голографии. В обзоре собраны работы по микроколоннам с различными электронно-оптическими схемами, включая моделирование распределения электрического поля, электронных траекторий, аберраций и пространственного разрешения, а также описание используемых электронных источников и технологий изготовления микроколонн.

Ключевые слова: низковольтная электронная микроскопия, миниатюрные электронно-оптические системы, микроколонны, электростатические микролинзы, точечные источники электронов, пространственное разрешение, аберрации электронно-оптических систем, групповые технологии микроэлектроники, кремниевые технологии

Академический Университет им. Ж.И. Алферова, Санкт-Петербург (Вересов С.О.)
Институт аналитического приборостроения РАН, Санкт-Петербург
(Горбенко О.М., Голубок А.О.)
Контакты: Горбенко Ольга Марковна, gorolga64@gmail.com

Материал поступил в редакцию 26.07.2025

На основании данных государственной статистики проведен анализ тенденций развития материально-технической базы научных организаций за период 2019–2023 гг. Проведен краткий анализ итогов реализации национальных проектов "Наука" и "Наука и университеты" за 2019–2024 гг. по задачам обновления приборной базы. Отмечены проблемы, возникающие в ходе реализации этих задач в условиях введенных санкций. Предложены возможные решения этих проблем. Определено, что развитие отечественного приборостроения является одним из главных условий обновления приборного парка научных организаций.

Ключевые слова: научная инфраструктура, научные приборы и оборудование

Институт проблем развития науки Российской академии наук (ИПРАН РАН),
Москва, Российская Федерация
Контакты: Лущекина Елена Васильевна, E.Lutschekina@issras.ru

Материал поступил в редакцию 13.07.2025

Рассмотрена новая структура оптической мультисенсорной системы (ОМС), в которой вместо селективных оптических сенсоров применены полиселективные сенсоры, отличающиеся наличием полосовых фильтров с неравномерной спектральной характеристикой. По оценке интенсивности компонентов света, отраженного от биологических тканей, делаются выводы о функциональном состоянии организма человека. Спектральный состав света облучения пациента определяется набором монохромных оптических излучателей. При необходимости изменение спектра облучения производится сменой набора излучателей и выбором соответствующей матрицы чувствительности из базы данных. Апробация ОМС, выполненная на математической модели шестисенсорной системы, показала, что при хорошем знании формы компонентов отраженного света данная модель оценивает интенсивность отраженного света без систематических ошибок при расстоянии между пиками (разрешении), равном ширине на половине высоты.

Ключевые слова: мультисенсорные системы, оптическая диагностика, анализ спектра отраженного света, оценка интенсивности спектральных компонентов

Институт аналитического приборостроения РАН, Санкт-Петербург
Контакты: Новиков Лев Васильевич, novik38@mail.ru

Материал поступил в редакцию 17.07.2025

В статье рассмотрено влияние отражения и рассеяния излучения флуоресценции в линейке капилляров на аналитическую чувствительность генетического анализатора. Отраженное и рассеянное излучение создает фоновую засветку, которое в ряде случает может превышать интенсивность информативного сигнала флуоресценции. Показано, что основной вклад в фоновую засветку линейки капилляров вносит отражение излучения от соседних капилляров с высокой концентрацией флуорофоров и, соответственно, высокой интенсивностью флуоресценции. Экспериментальная проверка предложенной модели формирования фоновой засветки была проведена на стандартной линейке капилляров с 8 капиллярами, в которой один из капилляров был заполнен коллоидным раствором квантовых точек. Экспериментально полученные зависимости интенсивности отраженного капиллярами излучения флуоресценции достаточно корректно описываются предложенной моделью. Если интенсивность флуоресценции в различных капиллярах линейки отличаются незначительно, то капилляры не оказывают существенного влияния друг на друга. При разнице интенсивности флуоресценции в 1000 раз, эффективная аналитическая чувствительность падает примерно в 100 раз. Из полученных результатов следует, что для получения высокой аналитической чувствительности геномного секвенирования концентрация флуорофоров должна быть примерно одинаковой во всех капиллярах линейки. Рассматривается целесообразность использования линеек капилляров с большим количеством капилляров и меры по уменьшению взаимного влияния капилляров в линейке капилляров генетического анализатора.

Ключевые слова: аналитическая чувствительность, генетический анализатор, линейка капилляров

Институт аналитического приборостроения РАН, Санкт-Петербург, Российская Федерация
Контакты: Владимиров Федор Львович, fedor.vlv3008@gmail.com

Материал поступил в редакцию 01.08.2025

Представлены результаты разработки и лабораторных испытаний опытного образца портативного автоматического прибора для экспресс-диагностики туберкулеза и определения лекарственной устойчивости возбудителя. Система состоит из анализатора и одноразового картриджа, содержащего все необходимые реагенты для пробоподготовки и проведения ПЦР. Протокол анализа предусматривает обработку мокроты (ультразвуковая обработка, лизис и экстракция ДНК с использованием магнитных частиц), последующую гнездовую ПЦР в режиме реального времени для детекции возбудителя туберкулеза (Mycobacterium tuberculosis) и анализ мутаций гена rpoB методом плавления зондов. В лабораторных испытаниях на образцах мокроты показано, что система успешно выявляет ДНК Mycobacterium tuberculosis (мишень IS6110) с высокой чувствительностью, в том числе в образцах с низкой бактериальной нагрузкой, и корректно идентифицирует мутации, обусловливающие устойчивость к рифампицину. При этом внутренний контроль подтверждает отсутствие ингибирования ПЦР. Точность результатов сопоставима со стандартным лабораторным ПЦР-анализом. Технологические преимущества системы включают полную автоматизацию "от образца до результата" (время анализа около 2 ч) и снижение риска контаминации за счет закрытого картриджа в сравнении с классическими методами молекулярно-генетического анализа. Разработанная платформа перспективна для прикроватной диагностики туберкулеза (исследования по месту нахождения пациента), включая мультирезистентные формы. Планируется расширение панели тестов для выявления устойчивости не только к рифампицину, но и к изониазиду и фторхинолонам.

Ключевые слова: туберкулез, молекулярная экспресс-диагностика, молекулярно-генетический тест, полимеразная цепная реакция, гнездовая ПЦР, одноразовый картридж, прикроватная диагностика, антибиотикорезистентность, рифампицин, изониазид, фторхинолоны, мокрота

ФГБУ "НМИЦ фтизиопульмонологии и инфекционных заболеваний"
Минздрава России, Москва, Российская Федерация
(Ткачук А.П., Алатырев А.Г., Казюлин А.А., Тюлькова Т.Е., Самойлова А.Г., Васильева И.А.)
ООО "Троицкий инженерный центр", Москва, ТиНАО, Российская Федерация
(Пономарев В.А., Каникевич Д.В., Дзагоева Ю.К.)
Контакты: Ткачук Артем Петрович, artem.p.tkachuk@gmail.com

Материал поступил в редакцию 02.08.2025

Целью данного исследования является демонстрация возможности классификации данных измерений малогабаритного блока для снятия, регистрации и записи электрокардиосигналов (ЭКС) по методу электрокардиографии сверхвысокого разрешения (ЭКГ СВР), разработка которого ведется в лаборатории 235 Института аналитического приборостроения Российской академии наук (ИАП РАН). Для классификации результатов электрокардиографических измерений использовалась 4-слойная сверточная нейронная сеть (НС), обученная и протестированная на базе данных, состоящей из 90 записей ЭКС СВР, полученных в ходе экспериментов по моделированию острой ишемии миокарда на подопытных крысах. Каждый опыт включал в себя три этапа эксперимента — "стабилизация", "ишемия" и "реперфузия", характеризующихся разной морфологией и спектральными характеристиками регистрируемых сигналов. Была поставлена задача автоматически оценить вероятность принадлежности каждого кардиоцикла одной записи ЭКС СВР к одному из 4 классов, соответствующих трем основным этапам экспериментов, а также переходному этапу между стадиями стабилизации и ишемии. Для оценки качества классификации была построена кривая обучения модели, а также временнáя зависимость оценки вероятности принадлежности каждого кардиоцикла одной записи ЭКС СВР к одному из 4 классов.

Ключевые слова: электрокардиография, электрокардиосигнал, сверхвысокое разрешение, нейронная сеть, слой, модель, ишемическая болезнь сердца, маркер

Институт аналитического приборостроения РАН, Санкт-Петербург
Контакты: Денисова Елена Артемовна, tiranderel@yandex.ru

Материал поступил в редакцию 16.09.2025

В работе представлены результаты моделирования динамики ионов в фокусирующей ионной воронке, являющейся элементом входного интерфейса масс-спектрометра и предназначенной для сбора и фокусировки ионов. Предполагается, что перед воронкой располагается дрейфовая трубка в которой происходит предварительное разделение по подвижности при давлении газа в несколько Торр. Моделирование проведено для ионов разных масс в зависимости от угла схождения воронки и соотношения толщины электродов воронки и расстояния между ними. В этих условиях определены уширения выходных ионных импульсов.

Ключевые слова: радиочастотная ионная воронка, входной интерфейс масс-спектрометра

Институт аналитического приборостроения РАН, Санкт-Петербург
Контакты: Курнин Игорь Васильевич, igor.kurnin@gmail.com

 
Материал поступил в редакцию 02.09.2025

Измерение характеристик магнитных полей структурных магнитов является неотъемлемой частью процесса создания ускорительного комплекса. Повышение требований к параметрам полей магнитов ускорителей влечет за собой необходимость создания прецизионных систем измерений. Струнные методики измерений магнитных полей обладают рядом преимуществ по сравнению с другими техниками измерений. В данной работе приведен обзор известных подходов к измерениям магнитных полей, основанных на использовании струны, и описаны принципы создания магнитометрических систем для проведения струнных измерений.

Ключевые слова: магнитные измерения, натянутая струна, ускорительный комплекс, методика

Объединенный институт ядерных исследований, Дубна, Россия
Контакты: Николайчук Илья Юрьевич, nikolajchuk@jinr.ru

 
Материал поступил в редакцию 01.08.2025

Исследование относится к области методов определения вертикального профиля плотности морской воды in situ. Традиционные методы определения плотности морской воды ρ через CTD-параметры (электропроводность, температура, глубина) имеют многоэтапный характер, что усложняет их использование в реальном времени. Перспективным решением является применение динамических измерений с использованием автономных зондов-профилографов, которые, будучи оборудованы только одним датчиком давления, могут определять вертикальный профиль плотности морской воды со скоростью порядка 1 м/с. Однако текущая реализация данного метода требует информации о плотности морской воды на поверхности. Задачей данного исследования является разработка модификации метода динамических измерений, не требующего такой информации. В основу метода положен анализ математического описания движения автономного зонда-профилографа в поле гидростатического давления p при свободном погружении, на базе которого получено уравнение для определения ρ(p), не требующее априорной информации о плотности. Метод предполагает вычисление первой и второй производных гидростатического давления. Для снижения эффекта усиления шумов при дифференцировании предложено использовать фильтры-дифференциаторы и дана рекомендация по определению границы полосы подавления частот в зависимости от скорости профилирования. Проанализировано влияние скорости погружения зонда-профилографа на динамическую погрешность измерения давления и погрешность аналого-цифрового преобразования. Выявлен диапазон скоростей профилирования, в котором снижено влияние указанных погрешностей. Проведено моделирование, подтверждающее результативность предложенных решений. Полученные результаты могут быть применены при определении профиля плотности морской воды в океанологии, рыболовстве и подводных работах.

Ключевые слова: плотность морской воды, автономный зонд-профилограф, динамические измерения, скорость профилирования, фильтр-дифференциатор

Институт природно-технических систем, г. Севастополь (Семыкина И.Ю., Краснодубец Л.А.)
Севастопольский государственный университет, г. Севастополь (Краснодубец Л.А.)
Контакты: Семыкина Ирина Юрьевна, arinasemykina@gmail.com

 
Материал поступил в редакцию 20.08.2025

Представлены результаты экспериментального исследования влияния количества активных пьезокерамических элементов (2, 6, 8) на электроакустические характеристики широкополосных стержневых преобразователей с накладками в частотном диапазоне 12–35 кГц. Методом экспериментального макетирования исследованы частотные зависимости активной составляющей полного сопротивления (R_w) и динамической емкости (C_d) трех конфигураций преобразователей с пьезокерамическими элементами из материала ЦТБС-3 и накладками из нержавеющей стали. Установлено, что в низкочастотном поддиапазоне (12–21 кГц) все исследованные конфигурации демонстрируют сопоставимые значения R_w (~3000 Ом), тогда как в высокочастотном поддиапазоне (22–35 кГц) наблюдаются существенные различия: двухэлементный макет показывает максимальное R_w = 8000 Ом при 29 кГц, а многоэлементные конфигурации (6 и 8 элементов) характеризуются значительно меньшими значениями (42–190 Ом) вследствие фазовых эффектов взаимодействия элементов. Динамическая емкость изменяется от +87 до –78 нФ в зависимости от конфигурации и частоты. Научная новизна заключается в проведении систематического сравнительного исследования зависимости ключевых электроакустических параметров от количества активных элементов в составных стержневых преобразователях с накладками для частотного диапазона, актуального для гидроакустического мониторинга морской экологии. Полученные результаты демонстрируют перспективность применения двухэлементных конфигураций для высокочастотных приложений и многоэлементных — для широкополосных задач мониторинга морских экосистем.

Ключевые слова: пьезокерамические преобразователи, гидроакустика, морская экология, активное сопротивление, динамическая емкость, широкополосные преобразователи, ЦТБС-3

Южный федеральный университет, г. Таганрог
Контакты: Калюта Владимир Игоревич, 9wt9@bk.ru

 
Материал поступил в редакцию 21.08.2025

Работа направлена на исследование взаимодействия однокомпонентного сферического датчика напряженности электрического поля с разомкнутой системой чувствительных электродов с электрическим полем вблизи проводящей заземленной плоскости. Роль чувствительных электродов выполняют пустотелые сферические сегменты с угловым размером Θ₀, диаметрально расположенные на виртуальной сфере радиуса R. Построена краткая теория взаимодействия датчика с полем вблизи проводящей плоскости. В основу теории легли основные уравнения, необходимые для построения математической модели датчика, позволяющие определять электрические заряды q₁ и q₂ на чувствительных электродах, напряжение холостого хода U_хх между чувствительными электродами и межэлектродную емкость С. Составлена математическая модель датчика и проведено математическое моделирование. В результате математического моделирования получены численные значения межэлектродной емкости C, дифференциального заряда Δq = q₁ – q₂ и напряжений холостого хода U_хх. Численные значения получены при изменении расстояния d от центра датчика до проводящей плоскости для различных угловых значений Θ₀ сферических сегментов. Для удобства при расчетах использовалось не расстояние d, а относительный параметр α = R / d, характеризующий пространственный диапазон измерения. Пространственный диапазон измерения изменялся в пределах 0 < α ≤ 1 с шагом 0.1. Угловой размер сферических сегментов Θ₀ изменялся от 30° до 90° с шагом в 15°. Исследования показали, что в качестве выходного сигнала датчика следует выбрать U_хх при угловых размерах сферических сегментов Θ₀ ≤ 45°. Такой выбор обеспечит датчику погрешность, вызванную влиянием проводящей плоскости, не превышающую δ ≤ 4.77% во всем пространственном диапазоне измерения 0 < α ≤ 1. При уменьшении пространственного диапазона до α = 0.5 погрешность датчика не превысит δ ≤ 0.36%. Результаты исследования подтвердили возможность использования датчика вблизи проводящей заземленной плоскости.

Ключевые слова: напряженность электрического поля, датчик с разомкнутой системой электродов, поле проводящей плоскости, взаимодействие поля с датчиком

Омский государственный технический университет, г. Омск, Россия
Контакты: Бирюков Сергей Владимирович, sbiryukov154@mail.ru

 
Материал поступил в редакцию 28.09.2025

 НОМЕР 1
 НОМЕР 2
 НОМЕР 3
 НОМЕР 4