Studentų moksliniai tyrimai 2011/2012. Konferencijos pranešimų santraukos

Transcription

1

2 Studentų moksliniai tyrimai 2011/2012 Konferencijos pranešimų santraukos II DALIS Vilnius 2012

3 Lietuvos mokslo taryba Projekto Studentų mokslinės veiklos skatinimas leidinys Projektą bendrai finansuoja Lietuvos Respublika ir Europos Sąjunga ISBN

4 TURINYS Biomedicinos mokslai 1. Mantvyda Marija Grušytė Agnė Matusevičiūtė Akvilė Botyriūtė Arūnas Krikštaponis Austė Kanapeckaitė Birutė Vaidelytė Deividas Sabonis Evelina Polmickaitė Evelina Zagorskaitė Giedrė Ašmonaitė Greta Zaborskytė Greta Žindžiūtė Ieva Malinauskaitė Ieva Mickevičiūtė Indrė Malalaitė Indrė Sukackaitė Inga Šerėnaitė Janina Ličytė Jevgenija Gleb Jevgenija Želdakova Jūratė Skerniškytė Justinas Teišerskas Katažyna Milto Kotryna Vaidžiulytė Kristina Kasačiūnaitė Lina Gasiūnaitė Mantvydas Lopeta Miglė Kišonaitė Mindaugas Pranskūnas Nemunas Antanavičius Povilas Norvaišas Renatas Krasauskas Roberta Norvilaitė Simona Rakauskaitė Skaistė Valinskytė Vaida Vaičiulytė Viktoras Drąsutavičius Vytautas Petkevičius Žana Kapustina ir Gintarė Trakanavičiūtė...94 Fiziniai mokslai 1. Agnė Kalnaitytė Agnė Čiučiulkaitė Agnė Kalpakovaitė Aivaras Geštautas Aleksandras Kolesničenko Algimantas Kostas Sabulis Algirdas Ratas Antanas Galdikas Antanas Vinčiūnas Arnoldas Jasiūnas Artiom Magomedov Arūnas Pulmanas Aurina Arnatkevičiūtė Aušra Dauginaitė Aušrinė Jurkevičiūtė Daiva Grėbliūnaitė Daiva Mazėtytė Dalius Petrulionis Deividas Kovalenkovas Donata Drapanauskaitė TURINYS 3

5 21. Dovilė Matiukaitė Dovilė Meškauskaitė Dovilė Zimkaitė Eduardas Gvozdas Egidijus Šimoliūnas Eglė Kaziulionytė ir Tomas Jonavičius Eglė Pociūtė Emilis Pileckis Erika Rajackaitė Gediminas Chaževskis Gediminas Špogis Giedrius Medzevičius Gintarė Krucaitė Ieva Gražulevičiūtė Ieva Petrikytė Indrė Lebedytė Inga Baškirova Inga Ramonaitė Jurgita Stankevičiūtė Justas Andrijauskas Justas Lavišius Justas Trimailovas Justina Jovaišaitė Justinas Aleknavičius Justinas Zurba Karolina Dilytė Karolis Lyvens Karolis Šarka Kasparas Rakštys Kazimieras Nomeika Kęstutis Budzinauskas Kristupas Kazimieras Tikuišis Laima Liaudanskytė Laura Abariūtė Laurynas Alinauskas Linas Jonušauskas Linas Karpavičius Linas Samardokas Linas Smalakys Mantas Jonušis Mantas Račiūnas Mantas Ragauskas Mažena Mackoit Melita Baronaitė Miglė Kazlauskienė Mindaugas Pranaitis Nail Garejev Nerijus Armakavičius Paulius Butkus Povilas Šimonis Rasa Laurinavičiūtė Rima Birškytė Rimantas Budriūnas Rytis Urbonas Rokas Dobužinskas Rokas Sažinas Romanas Samuilovas Simona Paurazaitė Steponas Raišys Tadas Vasiliauskas Tomas Marčiulionis Tomas Užusienis Valdas Bulota Vita Žilinskaitė Vytautas Janonis Vytautas Martinaitis Vladimir Kornijčuk Žydrūnas Podlipskas Studentų moksliniai tyrimai 2011/2012

6 TechnologiJOS mokslai 1. Agnė Matusevičiūtė Akvilė Zabiliūtė Aliona Iljina Andrius Petrulis Armand Krivoj Artūras Aleksandrovas Arūnas Šlenderis Arvydas Rimkus Augustinas Trinkūnas Aurelija Dagytė Aušrinė Bazaraitė Dainius Stankevičius Donata Sutkutė Edgars Šikšnis Egle Žiugždaitė Eimantas Berteška Faustas Bagdonas Gediminas Drabavičius Ieva Stadalininkaitė Ignas Balčiūnas Ignas Grybas Indrė Grigaliauskienė Ingrida Silickaitė Jonas Jankauskas Jurgita Šutaitė Justas Laužadis Kristina Navickaitė Laura Žurauskaitė Marijan Jurgo Marius Gailius Miglė Šantaraitė Mindaugas Juodėnas Mindaugas Vasiljevas Mykolas Ragulskis Odeta Jasaitytė Oleg Lyan Povilas Rudinskas Ričardas Pocius Rita Butkutė Rūta Povilaitytė Saulius Ignatavičius Simas Klenauskis Tadas Penkauskas Ugnius Ragauskas Vaida Šulniūtė Vesta Navikaitė Viktorija Eisinaitė Virginija Šinkūnaitė Vilius Portapas ŽEMĖS ŪKIO mokslai 1. Raimonda Reikaitė Rūta Bieliauskaitė TURINYS 5

7 Biomedicinos mokslai

8 STREPTOCOCCUS THERMOPHILUS CRISPR4/Cas SISTEMOS KLONAVIMAS IR IN VIVO CHARAKTERIZAVIMAS M. M. Grušytė, Vilniaus universiteto Gamtos mokslų fakultetas T. Šinkūnas, Vilniaus universiteto Biotechnologijos institutas CRISPR/Cas (angl. clustered regularly interspaced short palindromic repeats) apsaugos sistemos, pirmą kartą aptiktos 1987 metais Escherichia coli bakterijose [1]. Šiuo metu jos randamos 40 % bakterijų genomų ir beveik visose archėjose. Manoma, jog pagrindinė CRISPR/Cas sistemų funkcija šių mikroorganizmų apsauga nuo egzogeninės DNR (konjugatyvinių plazmidžių, transpozoninių elementų ir bakteriofagų) patekimo į ląstelę [2]. CRISPR regioną sudaro bazių porų ilgio kartotinių sekų sritis. Kartotinės sekos tarpusavyje atskirtos bazių porų ilgio unikaliomis sekomis skirtukais [2]. Manoma, jog skirtukai kilę iš egzogeninės DNR, kuri yra įstatoma į CRISPR regioną svetimos genetinės medžiagos invazijos metu [3]. CRISPR/Cas sistemai taip pat priklauso regioną supantys cas genai, koduojantys didelę grupę Cas baltymų, dalyvaujančių šios apsaugos sistemos veikloje. Šalia CRISPR srities yra nekoduojanti, AT nukleotidais turtinga lyderinė seka, veikianti kaip promotorius vykstant CRISPR regiono transkripcijai [4]. Molekuliniu lygiu CRISPR veikimas apima tris etapus: naujų skirtukų įsistatymą, CRISPR RNR (crrnr) sintezę ir brendimą bei CRISPR interferenciją [5]. Pirmojo etapo metu į regioną įstatomas svetimos genetinės medžiagos fragmentas (skirtukas). Antrame etape vyksta CRISPR regiono transkripcija, kurios metu susidariusi pirminė RNR (pre-crrnr) dalyvaujant Cas baltymams yra brandinama iki crrnr apie 57 bazių porų dydžio RNR molekulės, turinčios vieno CRISPR regione esančio skirtuko seką. Manoma, kad subrendusios crrnr kartu su Cas baltymais sudaro crrnr-cas ribonukleobaltyminį kompleksą, kuris dalyvauja svetimos genetinės medžiagos atpažinimo procese ir komplementariai prie jos jungiasi trečiojo etapo metu Cas baltymai atpažįsta egzogeninę DNR ir taip blokuoja infekciją. Tyrimai atlikti S. thermophilus bakterijose rodo, kad bent vienas skirtuko-taikinio neatitikimas stabdo CRISPR interferencijos mechanizmą [3]. Pieno pramonėje naudojamų Streptococcus thermophilus bakterijų genome yra nustatytos keturios CRISPR1-4/Cas sistemos. CRISPR4/Cas sistemą sudaro 8 genai ir pasikartojimų regionas. Praktikos metu buvo tikimasi išsiaiškinti, ar gram (+) bakterijų S. thermophilus CRISPR4/Cas sistemą galima perkelti į gram (-) bakterijų E. coli ląs- Biomedicinos mokslai 7

9 teles, kaip tai buvo padaryta su CRISPR3/Cas sistema, ir ar ji funkcionali svetimame šeimininke [6]. Todėl buvo bandoma klonuoti pilną CRISPR4/Cas sistemą į Escherichia coli vektorių, kurį būtų galima panaudoti plazmidžių ar bakteriofagų ribojimo eksperimentuose. Be to, tai būtų geras įrankis nustatyti cas genus, atsakingus už svetimos DNR ribojimą ir CRISPR4/Cas sistemos atpažįstamą PAM (angl. Protospacer Adjacent Motif) seką, kuri randama svetimoje DNR greta proto-skirtukų ir yra būtina svetimos DNR atpažinimui ir sunaikinimui. Buvo nuspręsta CRISPR4/Cas sistemą klonuoti dalimis, po to iš tų dalių atstatant pilną sistemą. Todėl pirmiausia PGR metodu gauti trys fragmentai, kurie klonuoti į atitinkamai paruoštus vektorius ir transformuoti į kompetentines E. coli ER2267 kamieno bakterijas. Tokiu būdu sukonstruotos trys rekombinantinės plazmidės pac-1, pac- 2 ir pac-3, turinčios tinkama kryptimi įsistačiusius atskirus CRISPR4/Cas sistemos fragmentus. Sekoskaitos būdu patikrinta, ar nėra mutacijų įstatytuose fragmentuose. Pilnos sistemos atstatymo metu į plazmidę pac-3 buvo perkeltas antrasis fragmentas, gauta pac-2/3 plazmidė, į kurią buvo bandoma perkelti pirmąjį fragmentą, taip atstatant pilną sistemą. Tačiau klonuojant paskutinį fragmentą nepavyko gauti transformantų E. coli ER2267 ir DH5α kamienuose. E. coli RRI kamiene gautas transformantas, kurį nusekvenavus, paaiškėjo, kad įvyko delecija cas3 gene. Transformantų nebuvimas ir sistemos persitvarkymas rodo, kad pilna sistema E. coli ląstelėms yra toksiška. Todėl nuspręsta sistemą atstatinėti perkeliant ją į dvi suderintos replikacijos plazmides, atskiriant cas3 geną arba CRISPR4 regioną nuo likusios sistemos. Literatūra [1] Ishino, Y., Shinagawa, H., Makino, K., Amemura, M., Nakata. A nucleotide sequence of the iap gene, responsible for alkaline phosphatase isozyme conversion in Escherichia coli, and identification of the gene product. J. Bacteriol,1987, 169 : [2] Maraffini, R. A., Sontheimer, E. J. CRISPR interference: RNA- directed adaptive immunity in bacteria and archaea, Nature, 2010, [3] Barrangou, R., Fremaux, Ch. ir. CRISPR provides acquired resistance against viruses and procaryotes. Science, : [4] Pul, Ü., Wurm, R., Arslan, Z., Geißen, Z., Hofmann, N. ir Wagner, R. (2010). Identification and Characterization of E. coli CRISPR-cas Promoters and their Silencing by H-NS. Molecular Microbiology, 2010, [5] Van der Oost, J., Jore, M. M., Westra, E. R. CRISPR based adaptive and heritable immunity in procaryotes. Trends Biochem. Sci, 2009, 34 : [6] Sapranauskas, R., Gasiunas, G., Fremaux, C., Barrangou, R., Horvath, P., Siksnys, V. The Streptococcus thermophilus CRISPR/Cas system provides immunity in Escherichia coli. Nucleic Acids Res. 2011; 39(21): Studentų moksliniai tyrimai 2011/2012

10 Emocijas sukeliančių vaizdų poveikis širdies ritmo kintamumui A. Matusevičiūtė, Vilniaus universiteto Gamtos mokslų fakultetas L. Mačiukaitė, Vilniaus universiteto Gamtos mokslų fakultetas Darbo tikslas. Nustatyti skirtingo valentingumo emocijas sukeliančių vaizdų poveikį širdies ritmo kintamumui. Metodika. Tyrime dalyvavo dvylika 23,1 ± 2,4 metų amžiaus vaikinų. Eksperimento metu buvo registruojama EKG (elektrokardiograma) ir pateikiami skirtingo valentingumo vaizdai. Tiriamasis buvo pasodinamas į patogią kėdę priešais kompiuterio monitorių, kuriame rodomi vaizdai. Tiriamajam tvirtinami elektrodai: EKG lipdomi elektrodai prie abiejų kojų ir kairiosios rankos riešo. Jungiami laidai: juodas prie dešinės kojos, raudonas prie kairės kojos, baltas prie kairės rankos. Emocijas sukeliantis vaizdas buvo rodomas 6 sekundes, vertinimo skalė 15 sekundžių, ir per šį laiką tiriamasis turėjo įvertinti vaizdą valentingumo ir sužadinamumo aspektais. Eksperimento metu buvo pateikiami malonūs, neutralūs ir nemalonūs vaizdai. Rezultatai. Paskaičiuota, kaip skiriasi širdies ritmas stebint ir vertinant malonius ir nemalonius vaizdus palyginus su neutraliais. Atlikus rezultatų analizę gavome, kad širdies ritmui padažnėjus daugiau nei pusė (56 %) iš pateiktų vaizdų buvo malonūs. Širdies ritmui sulėtėjus, daugiau nei pusė (60 %) nemalonūs vaizdai. Gauti rezultatai parodė, kad širdies ritmui padažnėjus, vaizdų vertinimas valentingumo aspektu (M=5,50) statistiškai patikimai (p<0,01) didesnis nei širdies ritmui sulėtėjus (M=5,00). Vertinimas sužadinamumo aspektu statistiškai patikimai nesiskiria kintant širdies ritmui.tokie rezultatai atitinka koncepciją, kad simpatinės nervų sistemos aktyvumas susijęs su atsaku į malonius įvykius, o parasimpatinės į nemalonius įvykius [1]. Taip pat yra duomenų, kad migdolinių kūnų aktyvumas padidėja ir širdies ritmas sulėtėja stebint atstumiančius vaizdus [2]. Pogumburio aktyvumas padidėja ir širdies ritmas padažnėja stebint patrauklius vaizdus [3]. Išvada. Širdies ritmo kintamumui įtaką daro emocijas sukeliančių vaizdų valentingumas. Stebint malonius vaizdus jis padažnėja, o nemalonius sulėtėja. Literatūra [1] Bradley, M. M., Codispoti, M., Cuthbert, B. N., Lang, P. J. Emotion and motivation I: Defensive and appetitive reactions in picture processing. Center for Research in Psychophysiology, University of Florida a; P: [2] Sancher- Navarro, P. J., Martinez- Selva, M. J., Roman, F., Torrente, G. The effect of content and physical properties of affective pictures on emotional responses. Spanish journal of psychology. 2006; Vol 9; N 2; P: [3] Kuniecki, M., Urbanik, A., Sobiecka, B., Kozub, J., Binder, M. Central control of heart rate changing during visual affective processing as revealed by fmri. Acta Neurobiologiae experimentalis. 2003; Vol 63; P: Biomedicinos mokslai 9

11 EPIGALOKATECHINGALATO (EGCG) ĮTAKA INSULINO AMILOIDOGENEZEI A. Botyriūtė, Vilniaus universiteto Biotechnologijos institutas V. Smirnovas, Vilniaus universiteto Biotechnologijos institutas Baltymų amiloidogeninė agregacija vaidina pagrindinį vaidmenį plačiai paplitusiose Alzheimerio ir Parkinsono ligose, taip pat keliose dešimtyse mažiau žinomų ligų. Su ja siejamas ir antro tipo diabetas. Norint kovoti su amiloidogeninėmis ligomis reikalingi šios agregacijos slopikliai. Prieš keletą metų parodyta, kad iš žaliosios arbatos išskiriamas epigalokatechingalatas (EGCG) slopina beta-amiloido fibrilizaciją [1]. Vėliau nustatyta, kad EGCG gali slopinti ir kai kurių kitų amiloidogeninių baltymų agregaciją [2 4]. Tačiau iki šiol neaišku, kokiu būdu tai vyksta. Šio darbo metu kaip modelis išsamesniems EGCG įtakos amiloidogeninei agregacijai tyrimams pasirinktas insulinas. Tyrimui naudotas rekombinantinis žmogus insulinas. Paruoštas 1mM insulino tirpalas 100 mm fosfatiniame buferyje, ph 2, su arba be 100mM NaCl, buvo inkubuojamas 60 C temperatūroje. Insulino fibrilių formavimasis buvo stebimas pridėjus 50 μm tioflavino T (ThT), specifiškai prie fibrilių besijungiančio dažo, matuojant jo fluorescenciją (sužadinimas 470 nm; emisija 510 nm). Iš ThT fluorescencijos priklausomybės nuo laiko kreivių buvo nustatomas insulino agregacijos laikas t 50 % (per tiek laiko suagreguoja 50 % mėginyje esančio insulino). Tokie patys eksperimentai buvo atliekami pridedant įvairius kiekius EGCG ir stebint insulino agregacijos laike pokyčius. Buvo naudojami skirtingai paruošti EGCG tirpalai: 10 mm tirpalas 100 mm fosfatiniame buferyje, ph 2, ir 10 mm tirpalas 10 mm fosfatiniame buferyje, ph 7, inkubuotas 37 C temperatūroje 24 valandas. Atlikti tyrimai parodė, kad, naudojant EGCG, ištirpintą ph 2 buferyje, insulino fibrilizacijos slopinimas praktiškai nevyksta, net kai EGCG koncentracija yra 5 kartus didesnė už insulino [1 lentelė]. Tokie rezultatai yra netikėti, kadangi literatūroje nurodoma, kad toks slopinimas vyksta [5]. Gazit grupės darbe agregacijos kinetika stebima nebuvo, bet jos slopinimas nustatytas remiantis ThT fluorescencinio signalo sumažėjimu. Kituose straipsniuose, aprašančiuose EGCG, kaip amiloidogeninės agregacijos slopiklį, eksperimentai buvo atliekami neutraliame ph [2 4]. Įdomu tai, kad EGCG kaip slopiklis nebuvo efektyvus tik tyrimuose su mielių prionų kamienu, kuris susidaro esant ph 2 [4]. Yra žinoma, kad EGCG nėra stabilus neutraliame ph, jis gali oksiduotis, formuoti dimerus ar epimerus, taip pat degraduoti [6]. Atlikus slopinimo tyrimus, kuriuose buvo 10 Studentų moksliniai tyrimai 2011/2012

12 naudojamas ph 7 buferyje inkubuotas EGCG, paaiškėjo, kad slopinimas vyksta, net kai EGCG koncentracija yra 10 kartų mažesnė už insulino [1 lentelė]. Atsižvelgiant į gautus rezultatus, galima teigti, kad tikrasis amiloidogeninės agregacijos slopiklis yra ne EGCG, o jo modifikuota versija. Todėl, tęsiant šiuos tyrimus planuojama identifikuoti EGCG inkubacijos ph 7 buferyje produktus ir pabandyti nustatyti, kas iš tikrųjų slopina amiloidų formavimąsi. 1 lentelė. Žmogaus insulino agregacijos eksperimentų palyginimas t 50 %, min EGCG konc., ph 2 1 ph 7, 37 C, 24 h mm Be NaCl mm NaCl Be NaCl 100 mm NaCl 0 296± ±7 251±7 119±2 0, ±8 152±8 0, ±29 252± >900 > ±20 135± EGCG tirpalo paruošimo sąlygos. 2 Insulino agregacijos sąlygos. 3 Standartinis nuokrypis (9 18 eksperimentų). Literatūra [1] Ehrnhoefer, D. et al. Nature structural & molecular biology, 2008, 15, [2] Bieschke, J. et al. Proc Natl Acad Sci U S A, 2010, 107, [3] Rambold, A. S. et al. Journal of neurochemistry, 2008, 107, [4] Roberts, B. E. et al. Nature chemical biology, 2009, 5, [5] Levy-Sakin, M., Shreberk, M., Daniel, Y., and Gazit, E. Islets, 2009, 1, [6] Sang, S. et al. Journal of agricultural and food chemistry, 2005, 53, Biomedicinos mokslai 11

13 KUMARINĄ BEI JO DARINIUS SKAIDANČIŲ BAKTERIJŲ PAIEŠKA IR TYRIMAS A. Krikštaponis, Vilniaus universitetas dr. S. Povilonienė, Biochemijos institutas Gamtoje kumarinas ir jo dariniai aptinkami daugelyje gyvų organizmų, ypač jų daug augaluose. Šie junginiai labai patrauklūs farmacijos pramonėje. Naujausiais tyrimais parodyta, jog kumarinų dariniai pasižymi antioksidacinėmis, priešuždegiminėmis, antibakterinėmis, priešvėžinėmis savybėmis bei gali būti panaudoti kai kurių ligų gydime, pavyzdžiui, Alzhaimerio [1] ar Hepatito B [2]. Nepaisant didelio kumarinų paplitimo gamtoje, jų biotransformacija vis dar nepakankamai ištirta. Mažai žinoma apie kumarino skaidyme ar modifikavime dalyvaujančius mikroorganizmus ir jų fermentus, nėra informacijos apie genus, koduojančius šiuos baltymus. Todėl mano tyrimų tikslas buvo išskirti kumariną ir jo darinius skaidančias bakterijas bei nustatyti galimą kumarinų metabolinį kelią. Bakterijų atrankai buvo panaudoti įvairių dirvožemių mėginiai, iš kurių buvo išskirti 8 nauji aerobinių bakterijų kamienai: Pseudomonas sp. 7HK4, 7HK9, 4HK11, 4HK13, 4HK17 ir 4HK25, Acinetobacter sp. 4HK15 ir Rhodococcus sp. K5, kurie kaip anglies ir energijos šaltinį naudoja kumariną (K), 7-hidroksikumariną (7HK) bei 4-hidroksikumariną (4HK). Kumarinų metabolinio kelio tyrimai pradėti Rhodococcus sp. K5 bakterijose. Šios bakterijos sugeba kaip vienintelį anglies ir energijos šaltinį naudoti keletą kumarino darinių (1 pav.). Geriausiai bakterijos auga (A 600 > 0,5), kai auginimo terpėje yra kumarino (K), o-kumaro rūgšties (o-kr) arba meliloto rūgšties (MR); kiek prasčiau auga (0,2 < A 600 <0,5), esant 6- ar 7-hidroksikumarinams (6HK, 7HK) bei 7-metilkumarinui (7MK). Auginimo terpėje naudojant 3- ar 4-hidroksikumariną (3HK, 4HK) kaip vienintelį anglies šaltinį K5 bakterijos neauga (A 600 < 0,2). 1 pav. K5 bakterijų kultūros optinis tankis paauginus su skirtingais kumarinų dariniais (6 paros skystoje Kozero terpėje su 0,05 % substrato) 12 Studentų moksliniai tyrimai 2011/2012

14 Atlikus Rhodococcus sp. K5 kamieno UV-Vis spektrinę analizę, rezultatai parodė, jog visi fermentai, atsakingi už kumarinų metabolizmą, yra indukuojami, t. y. užauginus K5 bakterijas kultivavimo terpėje su gintaro rūgštimi (be kumarino), pastebėta, kad vėliau tokios bakterijos kumarinus pradeda skaidyti ne iš karto, o tik po tam tikro laiko. O atlikus K5 kamieno baltymų elektroforezę denatūruojančiomis sąlygomis išsiaiškinta, kokio apytiksliai dydžio yra indukuojami fragmentai. Indukcija pastebima ties ~20, 40, 60 ir 66 kda fragmentais. Šiose bakterijose greičiausiai skaidomi kumarinas ir 6-hidroksikumarinas, maždaug 1,5 karto lėčiau yra skaidomi 7-hidroksikumarinas ir 7-metilkumarinas. Remiantis gautais rezultatais manoma, jog kumarinų metabolizmas prasideda laktono žiedo hidrolize (2 pav.: A), o toliau seka susidariusio junginio redukcija (2 pav.: B) iki meliloto r. darinio. Šias reakcijas atitinkamai katalizuoja kumarino hidrolazė bei kumarato reduktazė. Taip pat manoma, kad sekančioje stadijoje melilotato hidroksilazė gali hidroksilinti meliloto r. darinio benzeno žiedą (2 pav.: C), kurį tuomet galėtų atidaryti 2,3-katecholio dioksigenazė (2 pav.: E) [3]. Ištyrus kumarino, o-kumaro bei meliloto r. skaidymo greitį taip pat pastebėta, jog pirmos kumarino metabolizmo stadijos (A ir B) yra greitos, o sekančios dvi lėtos. Tai, kad C ir E stadijos yra lėtos įrodo ir raudonos spalvos chinoidinio junginio (2 pav.: (5) kaupimasis K5 bakterijų kultivavimo terpėje, kai bakterijos auginamos esant vieninteliam anglies šaltiniui 6-hidroksikumarinui. Vadinasi, kumarinų benzeno žiedo atidarymas yra kumarinų skaidymo greitį limituojanti stadija. 2 pav. Galimas kumarinų metabolinis kelias Rhodococcus sp. K5 kamiene: (1) kumarino, (2) o-kumaro r., (3) meliloto r., (4) dihidroksifenilpropano r. dariniai (kur X gali būti hidroksi arba metilo grupės 6 ar 7 padėtyje) Biomedicinos mokslai 13

15 Išvados. Išskirti 8 nauji aerobinių bakterijų kamienai, galintys naudoti įvairius kumarinų darinius kaip vienintelį anglies ir energijos šaltinį. Taip pat nustatytas tikėtinas kumarinų metabolinis kelias Rhodococcus sp. K5 bakterijose bei išsiaiškinta, kokios kumarino darinių biotransformacijų stadijos yra metabolizmo greitį limituojančios. Literatūra [1] Anand, P., Singh, B., Singh, N. Bioorganic and Medical Chemistry, 2012, 20 (3), p [2] Li LQ, Li J., Huang, Y. ir kt. Fitoterapia, 2012, 83 (2), p [3] Dockyu, K., Jong-Chan C. ir kt. Biochemical and Biophysical Research Communications, 2005, 326 (4), p Studentų moksliniai tyrimai 2011/2012

16 Skėrio sparno pozicijos kodavimo tikslumo tyrimas A. Kanapeckaitė, Vilniaus universitetas A. Alaburda, Vilniaus universitetas Jutiminiai receptoriai gali būti sudaryti iš specializuotos receptorinės ląstelės, susijungusios su jutiminiu neuronu, arba iš tiesioginių to neurono atšakų audinyje. Jų gauta informacija apie aplinkos ar organizmo vidaus pakitimus yra perduodama tolimesniam apdorojimui aukštesnėse nervų sistemos grandyse [4]. Nagrinėjant nervų sistemą galima remtis kai kuriais jos universaliais bruožais daugumai organizmų. Šio tyrimo objektas skėrio (Locusta migratoria) vyrio tempimo receptorius, kuris yra vienas iš daugelio proprioreceptorių, esančių prie skėrio sparno pagrindo. Tempimo receptorių sudaro viena sensorinė ląstelė, susidedanti iš ląstelės kūno ir dendritų, esančių prie sparno pagrindo, bei aksono sujungto su centrine nervų sistema. Receptorius pasižymi įdomia savybe jis nėra susietas su konkrečia raumens skaidula, bet jo laisvų dendritinių ataugų jaudinimas, kai sparnas yra pakeliamas aukštyn, kaip manoma ir sukelia neuroninio signalo iniciavimą [2, 3]. Šis signalas duoda ryškias neurono osciliacijas, kurių dažnis tuo didesnis, kuo labiau pakeltas sparnas [3]. Neurono veikimo potencialai gali būti analizuojami pasitelkiant matematinius metodus. Dažniausiai naudojamas Hodgkin-Huxley modelis (nors yra pasiūlyta ir kitų matematiškai paprastesnių variantų), kuris leidžia sėkmingai perteikti ir prognozuoti sužadintame neurone vykstančius procesus. Jis aprašomas netiesinėmis diferencialinėmis lygtimis, kurios apibūdina elektrofiziologinius neurono procesus veikimo potencialų sužadinimą ir tolimesnį jų sklidimą [6, 7]. Sensoriniai neuronai, kurių funkcija yra registruoti organizmo vidinės ar išorinės aplinkos pokyčius, jaudinami to paties dirgiklio tam tikrą laiką nustoja į jį reaguoti. To prielaidos gali būti įvairios: nervų sistemos užimtumo prioritetinis paskirstymas, leidžiantis analizuoti svarbius stimulus, o pasikartojančius foninius ignoruoti, taip pat taupyti metabolinius išteklius [5]. Surinkta informacija yra išreiškiama neuroniniu kodu, kurį sudaro tam tikros veikimo potencialų sekos. Nustatyta, kad šis procesas nėra tiesiškas ir skėrio sparno vyrio tempimo receptoriaus adaptacija gali būti nulemta mažiausiai dviejų skirtingų mechanizmų [1]. Metodas ir tikslai. Tyrimui buvo naudojama 30 suaugusių skėrių (Locusta migratoria), kurie buvo specialiai paruošti bandymui (pašalinta galva, kojos, galiniai sparnai, Biomedicinos mokslai 15

17 eksperimentas vyko patalpoje palaikant ºC). Kiekvienas bandinys buvo patalpintas ir priklijuotas prie specialaus tyrimo aparato laikiklio, į jį buvo įvestas monopolinis elektrodas, o priekinis sparnas įtvirtintas specialiame prietaise, kuris yra skirtas matuoti sparno atlenkimo kampą. Skėrio sparno receptoriaus atsaką fiksuoti buvo naudojamas DAM 80 stiprintuvas (WPI, Sarasota, USA) didinat 10,000 kartų ir nustatant filtrą 3 KHz 300 KHz ribose, informaciją į skaitmeninę formą pavertė Digidata (Molecular Devices, Sunnyvale, USA), duomenų analizė atlikta kompiuteriu naudojantis Clampex (Molecular Devices,Sunnyvale, USA) programinę įrangą. Veikimo potencialų dažnis f apskaičiuojamas su Clampfit 10.2 pagal f=, kai t yra laiko intervalas tarp veikimo potencialų. Analizuojami neigiamų osciliacijų pikai, nustatant amplitudinę atmetimo žymę Δ Nervų sistemos veikimas paremtas sudėtingu informacijos atrinkimu ir apdorojimu. Todėl siekiant suprasti šio neuroninio tinklo veikimą svarbu nustatyti, kokios formos informacija yra priimama ir kaip ji yra koduojama. Šio tyrimo pagrindiniai tikslai yra skėrio sparno tempimo receptoriaus atsako registravimas, kai sparnas yra pakeltas skirtingose amplitudėse (2 pav.). Taip pat pasitelkiant statistinius duomenų apdorojimo metodus ištirti, kaip veikimo potencialų dažnis išsibarsto vidurkio atžvilgiu, ir pagal tai spręsti apie sparno pozicijos kodavimo tikslumą bei kaip tas tikslumas susietas su skėrio sparno pakėlimo kampu. Pirminė surinktų rezultatų analizė patvirtina, kad sparną pakėlus ir laikant tokioje padėtyje dažnis palaipsniui mažėja (apytiksliai e (Euler skaičius) kartų per 30 s), nes vyksta adaptacija. Taip pat veikimo potencialų dažniai barstosi (1 pav.) apie vidutinę vertę, kurią tiksliai nustatyti padės tolimesnė duomenų analizė. 1 pav. Vieno skėrio vyrio tempimo receptoriaus adaptacijos dinamika, Hz. Analizė atlikta Clampfit 10.2 programa 16 Studentų moksliniai tyrimai 2011/2012

18 2 pav. Vieno skėrio vyrio tempimo receptoriaus užregistruoti veikimo potencialai parengti analizei su Clampfit 10.2 programa Literatūra [1] Alaburda, A., Buišas, R., Guzulaitis, R., Kaminskas, O., Rukšėnas, O. Biologija, Adaptation of locust wing stretch receptor firing in dynamic mode, 2010, 1 4, [2] Simpson, S. Advances in Insect Physiology. Academic Press, London [3] Simmons, P., Young, D. Nerve Cells and Animal Behaviour. Cambridge University Press, Cambridge [4] Csillag, A. Atlas of the Sensory Organs Functional and Clinical Anatomy. Humana Press, New York [5] Solomon, E., Berq, L., Martin, W., D. Biology. Brooks Cole, Stamford. 2007, [6] Tirozzi, B., Bianchi, D., Ferraro, E. Introduction to Computational Neurobiology and Clustering (Series on Advances in Mathematics for Applied Sciences). World Scientific Publishing Company, London [7] Keener, J., Sneyd, J. Mathematical Physiology. Springer, London Biomedicinos mokslai 17

19 NEMOTORINIŲ SIMPTOMŲ ANALIZĖ ANKSTYVAJAI PARKINSONINIO SPEKTRO LIGŲ DIAGNOSTIKAI B. Vaidelytė, Lietuvos sveikatos mokslų universitetas K. Laučkaitė, G. Dambrauskaitė, Lietuvos sveikatos mokslų universitetas Charakteringi Parkinsono ligos (PL) ir parkinsoninių sindromų (PS) motoriniai simptomai dažniausiai pasireiškia tik jau pažengusiose ligos stadijose. Tačiau nemotorinių simptomų nustatymas ypač svarbus ankstyvajai PL ir PS diagnostikai. Nors nemotoriniai simptomai yra toks pat dažnas ir sukeliantis negalią ligos pasireiškimas, jie arba yra nepakankamai įvertinami arba nėra vertinami iš viso [1, 2]. Be to viena iš svarbių nemotorinių ankstyvosios PL pasireiškimo formų yra sutrikusi kraujospūdžio reguliacija [3, 4]. Darbo tikslas. Nustatyti nemotorinių simptomų pasireiškimo ryšį su Parkinsono ligos ankstyvųjų stadijų buvimu bei parkinsonizmo sindromo pasireiškimu. Tyrimo uždaviniai: 1. Ištirti ir aprašyti nemotorinių simptomų pasireiškimo dažnį ir pobūdį ankstyvosiose Parkinsono ligos stadijose (I ir II pagal Hoenh-Yahr) ir parkinsonizmo sindromo metu. 2. Palyginti Parkinsono ligos ir sindromų pacientų grupes nemotorinių simptomų aspektu. 3. Nustatyti nemotorinių simptomų ryšį su kitais ligos simptomais, klinimetrinių skalių ir instrumentinių ultragarsinių tyrimų duomenimis. Pirmieji darbo rezultatai Kaip ir buvo numatyta darbo plane, tyrimo tikslui ir uždaviniams pasiekti sudarytos trys tiriamųjų grupės: 1) pirmoji grupė (iš viso ištirta n=14) I ir II stadijos, pagal Hoehn-Yahr sergantieji Parkinsono liga, atitinkantys Jungtinės Karalystės, Smegenų banko, Parkinsono ligos diagnostikos kriterijus. Amžiaus vidurkis 64,6±11,8 metų, iš jų 4 (28,6 %) vyrai, 10 (71,4 %) moterų, simptomų trukmė 4,9±5,3 metai; 2) antrąją tiriamųjų grupę sudarė ligoniai, kuriems buvo nustatyti de novo parkinsoniniai sindromai (n=6). Iš jų didžiąją dalį sudarė vaskulinio parkinsonizmo atvejai ir vienas pacientas sergantis progeruojančiu supranukleariniu paralyžiumi. Amžiaus vidurkis 68,4±12,3 metų, simptomų trukmė 1,6±3,1 metai; 18 Studentų moksliniai tyrimai 2011/2012

20 3) kontrolinę grupę sudarė tiriamieji, sveiki neurodegeneracinių ligų aspektu (n=22), kurių amžiaus vidurkis 54,9±16,8 metai. Pacientai buvo vertinami pasitelkus klinimetrines skales. Apskaičiuoti nerimo ir depresijos (HAD) skalės įverčiai statististiškai patikimai skyrėsi nerimo aspektu, kurio komponento balų suma PL grupės (vidurkis±sn) buvo 10,2±4,5 balai, PS grupės 10,6±5,8 balai, kontrolinėje grupėje 6,63±4,18 balai (ANOVA, F=3,4, p=0,045), kuris buvo ryškiausias PS grupėje. Tuo tarpu depresiškumo komponento įverčiai tarp grupių nesiskyrė ir buvo PL grupės 8,5±4,5 balai, PS grupės 8,2±5,3 balai, kontrolinė grupės 5,2±4,6 balai (F=2,4, p=0,108). 1 lentelė. Gyvenimo kokybės klausimyno trumposios versijos (SF36) rezultatai. Nustatytas statistiškai reikšmingas skirtumas tarp trijų grupių pažymėtas žvaigždute (*), Kruskal-Wallis testas Tiriamųjų grupės PL, vidurkis±sn PS vidurkis±sn Kontrol. gr. vidurkis±sn Fizinis aktyvumas 34,7±24,1 38,5±33,4 48,2±24,9 Apribojimai dėl fizinės sveikatos 37,2±28,2 44,4±38,9 55,6±98,5 sutrikimų Apribojimai dėl emocinių problemų 41,3±20 43,8±29,6 60±19,6 Energingumas / gyvybingumas 49±21,9* 51±29,9* 61,6±17,1* Emocinis gerbūvis 64,6±11,8 54,9±16,8 68,4±12,3 Socialiniai ryšiai 39,4±29,7* 41,2±36,8* 87,5±68,2* Skausmas 40,4±31,0 59,6±45,2 62,8±28,5 Bendra sveikatos būklė 24,2±8,9 23,3±18,6 48,6±15,4 Atsižvelgiant į Vieningos Parkinsono ligos skalės (UPDRS) rezultatus, statististiškai reikšmingas skirtumas gautas tarp grupių tik pagal ketvirtojo komponento įverčius (ANOVA F=7,1, p=0,017). Pagal Nemotorinių simptomų skalės (NMSS) įverčius, reikšmingi skirtumai nustatyti tarp grupių pagal miego ir nuovargio skalės (Kruskal-Wallis Chi 2 =7,02, p=0,03), nuotaikos ir pažintinių funkcijų sutrikimus (Chi 2 =8,9, p=0,011), dėmesio koncentracijos ir atminties (Chi 2 =10,5, p=0,05), virškinamojo trakto simptomų (Chi 2 =15,6, p<0,001) bei kitų, kitaip neklasifikuojamų simptomų grupių (Chi 2 =5,7, p=0,057), didžiausiai negaliai vyraujant PS grupėje. Biomedicinos mokslai 19

21 Atsižvelgiant į perspektyviai atliktų ultragarsinių tyrimų duomenis, dažniausiai juodosios medžiagos (SN) hiperechogeniškumas stebėtas PL ligonių grupėje, kurioje SN ploto vidurkis (cm 2 ) buvo PL grupėje 0,42±0,14 cm 2, PS grupėje 0,25±0,12 cm 2, o kontrolinėje grupėje 0,16±0,06 cm 2 (p<0,001). Didesnis nei 0,26 cm 2 (didelio laipsnio hiperechogeniškumas) plotas nustatytas 91,5 % PL grupėje, 43,5 % PS grupė, 7,4 % kontrolinėje grupėje (p<0,001). Vertinant kaklo kraujagyslių sonografijos ir transkranijinio doplerio sonografijos rezultatus, statistiškai reikšmingų skirtumų tarp grupių nebuvo nustatyta. Išvados: Pacientams su parkinsoninio spektro sutrikimais nustatytas aukštas nerimo lygis, kuris išsiskyrė tarp grupių, aukščiausiam esant PS. Lyginant su kontroline grupe, tiek sergančiųjų PL, tiek esant PS, labiausiai gyvenimo kokybei darė įtaką socialinių ryšių sutrikdymas ir energingumo stoka, į kurias vertėtų atkreipti dėmesį taikant tiek medikamentinį, tiek reabilitacinį gydymą. Transkranijinis ultragarsas, atsižvelgiant į nustatytų patologinių signalo pakitimų dažnį, leistų šį tyrimą panaudoti kaip ankstyvosios PL dianostikos žymenį. Literatūra [1] Adler, H. Charles. Premotor Symptoms and Early Diagnosis of Parkinson s Disease. 2011, Vol. 121, S2. Pages 3 8. [2] Jain Samay, Goldstein, S. David. Cardiovascular dysautonomia in Parkinson disease: From pathophysiology to pathogenesis. 2011, in press. 20 Studentų moksliniai tyrimai 2011/2012

22 JSA-AU NANOKLASTERIAI: REZULTATAI IR ATEITIES PERSPEKTYVOS D. Sabonis Vilniaus universiteto Lazerinių tyrimų centro Biofotonikos grupė, Vilniaus universiteto Onkologijos instituto Biomedicininės fizikos laboratorija, Vilniaus universiteto Fizikos fakultetas R. Rotomskis Vilniaus universiteto Lazerinių tyrimų centro Biofotonikos grupė, Vilniaus universiteto Onkologijos instituto Biomedicininės fizikos laboratorija, Vilniaus universiteto Fizikos fakultetas Šiuo metu nanomedicina yra labai aktyvi mokslo sritis. Iš dalies taip yra dėl to, kad judant nanoskalės link atsiranda visiškai naujos, iki tol nestebimos dalelių savybės. Nanomedicinos tikslas žmogaus biologinės sistemos visapusiškas monitoringas, kontrolė, gydymas, apsauga, stiprinimas molekuliniame lygmenyje naudojant inžinerinius prietaisus ir nanostruktūras. Šios naujos idėjos apjungia savyje optines, magnetines, elektronines bei struktūrines dalelių savybes. Pastarųjų metų pasiekimai nanotechnologijų srityje leido sukurti naują klasę fluorescencinių žymeklių tauriųjų metalų (Au, Ag) nanoklasterius. Ypatingai didelis dėmesys skiriamas būtent auksui, dėl jo inertiškumo biologinei terpei. Aukso nanoklasteriai yra maži (2 30 atomų) multielektroniniai dirbtiniai atomai, kurių dydis dažnai neviršija 1 nm. Keičiant nanoklasterio dydį arba molekulių rūšį, kurios supa nanoklasterį galima keisti klasterio optines charakteristikas. Ši savybė primena analogišką būdingą kvantiniams taškams, tačiau skirtingai nuo kvantinių taškų, aukso nanodalelės yra sudarytos iš netoksiškų elementų. Tai padaro nanodaleles daug žadančiais įrankiais plačiame biomedicininių taikymų (ląstelių vaizdinimo, molekulinės diagnostikos, tikslinės terapijos) spektre. Visai neseniai susintetinta nauja rūšis fluorescuojančių aukso nanodalelių [1]. Tai Au-jaučio serumo albumino (JSA) nanoklasteriai. Sintetinant tokius darinius aukso nanoklasteris susidaro JSA baltymo viduje (1 pav.) ir gaunamas nudažytas baltymas. Biomedicinos mokslai 21

23 1 pav. Au-JSA nanoklasterių susidarymo modelis [2] Siekiant išsiaiškinti optimalias Au-JSA nanoklasterių sintezės sąlygas, ištirti optines savybes, nustatyti dvifotonio žadinimo charakteristikas, buvo susintetinti įvairių JSA:Au koncentracijų santykių bandiniai. Viena iš dažniausiai pasitaikančių problemų taikant liuminescuojančias nanodaleles kaip žymeklius yra jų liuminescencijos kitimas laike. Susintetintų Au-JSA nanoklasterių liuminescencijos intensyvumas išliko pastovus daugiau nei mėnesį. Tirpalas taip pat išliko skaidrus. Tai rodo, kad šios nanodalelės ilgą laiką išlieka stabilios, neagreguoja ir gali būti taikomos ilgalaikiams stebėjimams. 2 pav. Aukso nanodalelių spalva priklauso nuo jų dydžio [1] Žvelgiant į ateitį, aukso nanodalelės daug žada kaip potencialios struktūros vykdyti neinvazinę ląstelės optoporaciją (nanofototermolizė). Naudojant femtosekundinį lazerį (1030 nm, 280 fs, 200 khz) PHAROS (Šviesos konversija Ltd), ląstelių mėginį valdomą trijų ašių nanopozicionavimo sistema, bei naudojant specialią programinę įrangą (Altechna Ltd) ateityje tikimasi atlikti vėžinių ląstelių nanofototermolizę naudojant JSA- Au nanoklasterius. 22 Studentų moksliniai tyrimai 2011/2012

24 3 pav. Trijų ašių nanopozicionavimo sistema skirta vėžinių ląstelių nanofototermolizei Dėl mažo dydžio bei jų biologinės prigimties šio tipo dalelės lėčiau šalinamos iš organizmo. Taigi mokslininkai tiki, kad biosuderinamos, mažos, NIR fluorescuojančios aukso nanodalelės yra daug žadantys kandidatai kovoje su vėžiu vykdant in vivo vaizdinimą bei susijusiose nanomedicinos srityse. Literatūra [1] Lauren Wintzinger, Wei An, C. Heath Turner, Yuping Bao, AFM, (2010). [2] J. Xie, Y. Zheng and J. Y. Ying. J. AM. CHEM. SOC.131, p , (2009). Biomedicinos mokslai 23

25 5-aminolevulino rūgštimi sužadinto porfirinų kaupimo Salmonella enterica ląstelėse spektroskopiniai tyrimai e. polmickaitė Vilniaus universiteto Gamtos mokslų fakulteto Biochemijos ir biofizikos katedra doc. E. Bakienė Vilniaus universiteto Gamtos mokslų fakulteto Biochemijos ir biofizikos katedra Mikroorganizmų atsparumo antibiotikams atsiradimas ir paplitimas paskatino ieškoti ir tobulinti alternatyvius kovos su patogenais būdus. Vienas iš tokių būdų tai fotodinaminė bakterijų inaktyvacija [3]. Jos esmė yra ta, kad sujungus tris nekenksmingus komponentus: tam tikro bangos ilgio šviesą, ja aktyvuojamą junginį fotosensibilizatorių bei deguonį gaunama bakterijų ląstelėms pražūtinga kombinacija [1]. Bakterijas fotosensibilizatoriais galima veikti dvejopai: 1) pridėti jų iš išorės, 2) skatinti fotoaktyvių junginių (porfirinų) sintezę ląstelės viduje jų pirmtako 5-aminolevulino rūgšties (5-ALA) priedu. Šiame darbe buvo tiriamas 5-ALA priedu sužadintas porfirinų kaupimas Salmonella enterica serovar Typhimurium DS88 (SL 5676 Smr plm2) gramneigiamosiose bakterijose. Buvo nustatyta 5-ALA indukuoto porfirinų kaupimo priklausomybė nuo 5-ALA koncentracijos, inkubacijos trukmės ir bakterijų titro. Be to, buvo vertinamas ląstelių gyvybingumas porfirinų sintezės metu. Metodai. Ląstelės auginamos 37 o C temperatūroje, aerobinėmis sąlygomis, kol suspensijos optinis tankis pasiekia 1 o.v. (~5*10 8 ląst./ml). Tada bakterijos nusodinamos centrifuguojant ir suspenduojamos 0,1 M PBS buferiniame tirpale (ph 7,4). Iš ląstelių suspensijos paruošiami vienodo tūrio mėginiai ir pridedama 5-ALA iki 0,1 mm, 0,5 mm, 1 mm koncentracijų. Į kontrolinę ląstelių suspensiją vietoje 5-ALA pilamas atitinkamas tūris PBS buferinio tirpalo. Mėginiai inkubuojami tamsoje esant 37 o C temperatūrai. Porfirinų fluorescencijos intensyvumų registravimui mėginiai imami praėjus 0 val., 0,5 val., 2 val., 4 val., 6 val., 24 val., 33 val., 48 val., 57 val., 72 val. Matuojama naudojant Fluoroskan Ascent FL374 spektrometrą. Sužadinama 355 nm bangos ilgio šviesa, fluorescencija registruojama ties 620 nm bangos ilgiu. Norint įvertinti ląstelių gyvybingumą, mėginiai skiedžiami, išsėjami ant agarizuotos terpės ir po 16 val. inkubacijos skaičiuojamos susidariusios kolonijos. Rezultatai. Iš atliktų eksperimentų nustatyta, kad porfirinų kaupimui tirti tinkamas bakterijų titras yra 3*10 7 ląst./ml: fluorescencijos intensyvumo matavimai parodė, kad 24 Studentų moksliniai tyrimai 2011/2012

26 tokios koncentracijos bakterijų suspensijoje susintetintų porfirinų kiekis yra pakankamas tolesniems tyrimams, siekiant nustatyti porfirinų kokybinę sudėtį ir lokalizaciją. Porfirinų sintezės sužadinimui tinkamiausia 5-ALA koncentracija bakterijų inkubavimo terpėje yra 0,5 mm (1 pav.). Tiriant ląstelių gyvybingumą porfirinų sintezės metu išaiškinta, kad 5-ALA paveiktos bakterijos išlieka gyvybingos maždaug vieną parą, tačiau vėliau žūsta greičiau, nei kontrolinio mėginio (be 5-ALA) ląstelės (2 pav.). Todėl galime teigti, jog tamsinės inkubacijos metu vykstantis porfirinų kaupimas ilgainiui skatina šių bakterijų žūtį. 1 pav. Ląstelėse susintetintų porfirinų fluorescencijos intensyvumo priklausomybė nuo inkubacijos trukmės esant skirtingoms 5-ALA koncentracijoms 2 pav. Ląstelių gyvybingumo priklausomybė nuo inkubacijos trukmės Biomedicinos mokslai 25

27 Tiriant porfirinų kokybinę sudėtį nustatyta, kad S. enterica bakterijos aptinkamais kiekiais sintetina protoporfiriną IX bei vandenyje tirpius porfirinus uroporfiriną ir koproporfiriną. Literatūra [1] Calin, M. A., Parasca, S. V. Lasers Med Sci. 2008, DOI /s [2] Fotinos, N., Convert, M. et al. Antimicrobial agents and chemotherapy. 2008, 52, p [3] Jori, G., Brown, S. B. Photochemistry and Photobiology Science. 2004, 3, p Studentų moksliniai tyrimai 2011/2012

28 III TIPO RESTRIKCIJOS FERMENTŲ AKTYVIOJO CENTRO TYRIMAI E. Zagorskaitė, Vilniaus universitetas G. Sasnauskas, Vilniaus universiteto Biotechnologijos institutas III tipo restrikcijos endonukleazės (REazės) tai sudėtingi fermentų kompleksai, kurie sukarpo į bakterijų ląsteles patenkančią svetimą DNR ir taip apsaugo bakterijas nuo jas puolančių bakteriofagų. III tipo restrikcijos modifikacijos fermentų kompleksą sudaro dviejų rūšių subvienetai: Res, atsakingi už ATP hidrolizę bei DNR kirpimą, ir Mod, atsakingi už savitojo DNR taikinio atpažinimą ir metilinimą [1]. Aktyvi REazė veikia kaip heterotetrameras Res 2 Mod 2 [2]. III tipo REazės karpo tik tokią DNR, kurioje yra du priešinga orientacija išdėstyti taikiniai ir kerpa šalia vieno iš taikinių. Manoma, kad su kiekvienu šių taikinių susiriša po vieną Res 2 Mod 2 kompleksą, kuriems susidūrus yra aktyvuojami nukleaziniai fermento centrai [2]. Tačiau nėra iki galo aišku, kokiu būdu du su DNR susirišę Res 2 Mod 2 kompleksai suranda vienas kitą, kaip jų susidūrimas įjungia nukleazinį fermento aktyvumą, bei kam reikalingi du Res ir du Mod subvienetai su vienu DNR taikiniu sąveikaujančiame Res 2 Mod 2 komplekse. Bioinformatinė III tipo REazių Res subvienetų sekų analizė ir nukleazinių domenų struktūros modeliavimas (atlikta VU Biotechnologijos instituto Bioinformatikos skyriuje dr. Č. Venclovo ir dr. A. Timinsko) parodė, kad jie yra panašūs į fago T7 endonukleazę I, kurios aktyvųjį centrą sudaro aminorūgštys iš dviejų atskirų baltymo subvienetų. Remiantis šiais duomenimis buvo pasiūlyti du alternatyvūs III tipo restrikcijos fermentų nukleazinių centrų sandaros modeliai. Pagal pirmą modelį, atskiruose III tipo restrikcijos fermentų Res 2 Mod 2 kompleksuose nėra pilnų nukleazinių centrų, jie susiformuoja tik susidūrus dviem Res 2 Mod 2 kompleksams ir jiems apsikeitus katalizei būtinomis aminorūgštimis. Pagal antrąjį modelį, katalizei būtinomis aminorūgštimis apsikeičia tam pačiam Res 2 Mod 2 kompleksui priklausantys Res subvienetai. Tai paaiškintų III tipo REazių Res 2 Mod 2 stechiometriją. Anksčiau vykdant SMT (2010 m. rudenį) gauti duomenys leido atmesti pirmąjį modelį (apsikeitimas aminorūgštimis tarp skirtingų Res 2 Mod 2 kompleksų nevyksta), tačiau neprieštaravo alternatyviam modeliui. Todėl mūsų tolimesnio darbo tikslas buvo tiesiogiai parodyti, kad apsikeitimas aminorūgštimis vyksta tarp tam pačiam Res 2 Mod 2 kompleksui priklausančių Res subvienetų. Biomedicinos mokslai 27

29 Šiam tikslui įgyvendinti buvo iškelti šie uždaviniai: 1) Remiantis III tipo REazių EcoPI ir EcoP15I nukleazinių domenų struktūrų modeliais įvesti cisteinus, kurie, jei apsikeitimo aminorūgštimis modelis būtų teisingas, sudarytų disulfidinius ryšius tarp dviejų Res subvienetų. 2) Sukonstruoti EcoPI ir EcoP15I variantus, į kurių Res 2 Mod 2 kompleksų sudėtį įeitų skirtingas nukleazinio centro mutacijas turintys Res subvienetai; dalinis tokių heterodimerinių REazių aktyvumo atsistatymas lyginant su vienos rūšies mutantinius Res subvienetus turinčiais baltymais patvirtintų apsikeitimo aminorūgštimis modelį. Rezultatai: 1) Remiantis nukleazinių domenų struktūrų modeliais sukonstruoti ir išgryninti EcoPI ir EcoP15I V889C ir (P888C+V889C) mutantai. Paaiškėjo, kad jų aktyvumas yra kaip wt baltymų, o disulfidinių ryšių susidarymo tarp dviejuose Res subvienetuose įvestų cisteinų gauti nepavyko (1 pav.). 1 pav. EcoPI ir EcoP15I wt ir V889C bei (P888C+V889C) mutantų aktyvumas. EcoPI substratas superspiralizuota plazmidinė DNR pmds35a, EcoP15I pmds37a. Perkirpus vieną superspiralizuoto substrato (SS) DNR grandinę susidaro mažiausio elektroforetinio judrumo žiedinė viengrandininį trūkį turinti DNR (VT), o perkirpus abi DNR grandines susidaro tarpinio judrumo linijinė plazmidės forma (L). Tiek wt, tiek mutantai yra pilnai aktyvūs kerpa plazmidinę DNR iki L formos DNR. M molekulinės masės standartas 2) Sukonstruoti heterodimeriniai EcoPI ir EcoP15I variantai, turintys ResE862K+ResD898A ir ResE862A+ResD898A Res subvienetų variantus. Naudojant masių spektroskopiją patvirtinta, kad išgrynintuose preparatuose buvo abiejų Res subvienetų. Deja, heterodimerinių REazių variantų aktyvumas neatsistatė (2 pav.). 28 Studentų moksliniai tyrimai 2011/2012

30 2 pav. EcoPI ir EcoP15I wt, Res heterodimerinių bei viengubų mutantų aktyvumas. Kairėje agarozinio gelio vaizdas, dešinėje šio gelio atvaizdavimas grafike superspiralizuotos plazmidinės DNR mažėjimas reakcijos mišinyje bėgant laikui. Mutantai yra neaktyvūs lyginant su wt Išvada. Mūsų duomenys rodo, kad apsikeitimas aminorūgštimis tarp dviejų Res subvienetų nei Res 2 Mod 2 kompleksų viduje, nei tarp skirtingų Res 2 Mod 2 kompleksų nevyksta. Nepasitvirtinus apsikeitimo katalizei svarbiomis aminorūgštimis modeliams, ateityje planuojame konstruoti kilpos, jungiančios E862 ir D898 aminorūgštis, mutantus, kurių tyrimai turėtų patikrinti dar vieną modelį aktyviojo centro susidarymui yra svarbios kilpos aminorūgštys, kurios sąveikauja su nukleazinio centro aminorūgštimis ir taip neleidžia jam aktyvuotis, o įvykus susidūrimui pasislenka ir leidžia susidaryti aktyviajam centrui bei kirpti DNR. Literatūra [1] Roberts, R. J., Belfort, M. ir kiti. Nucleic Acids Research, 2003, 31 (7), [2] Janscak, P., Sandmeier, U. ir kiti. Journal of Molecular Biology, 2001, 306 (3), Biomedicinos mokslai 29

31 DUGNO BENDRIJŲ STRUKTŪRA IR POKYČIAI ŠAKOTOJO BANGUOLIO F. LUMBRICALIS AUGIMVIETĖSE DĖL GAMTINIŲ IR ANTROPOGENINIŲ VEIKSNIŲ BALTIJOS JŪROS PRIEKRANTĖJE G. Ašmonaitė, Vilniaus universitetas M. Bučas, Klaipėdos universiteto Baltijos pajūrio aplinkos tyrimų institutas Šakotasis banguolis Furcellaria lumbricalis (Huds.) J. V. Lamouroux yra vienintelis buveines formuojantis daugiametis makrodumblis pietryčių Baltijoje [3, 4]. Tankūs šio raudondumblio sąžalynai yra gerai žinomi kaip natūrali nerštavietė Baltijos silkei (Clupea harengus membras L.), o taip pat šakotasis banguolis tarnauja kaip antrinis substratas siūliniams makrodumbliams bei dvigeldžiams moliuskams (Mytilus edulis L.) Baltijos jūros priekrantėje [1]. Tokios bendrijas formuojančios rūšys priekrantės sublitoralinėje zonoje ne tik paskirsto medžiagos ir energijos srautus, bet ir reguliuoja bendrijos struktūrą bei funkciją, todėl manoma, jog F. lumbricalis atlieka kertinės arba inžinerinės rūšies vaidmenį sublitoralinėse bendrijose [2]. Pietvakarinėje Baltijos jūros pakrantėje dėl aktyvių hidrodinaminių ir litodinaminių procesų negali įsitvirtinti kitos, Baltijos jūroje, kertinių, buveines formuojančių makrodumblių statusą turinčių jūrinio andro Zostera marina ir pūslėtojo guveinio Fucus vesiculosus populiacijos. Dėl šių makrofitų neatsparumo intensyviam povandeniniam bangų ir srovių poveikiui, šakotasis banguolis perima jų vaidmenį Lietuvos priekrantėje ir formuoja bentoso bendrijas, kurios palaiko priekrantės ekosistemos stabilumą. Šiame tiriamajame darbe dėmesys sutelkiamas į raudondumblio bendrijos struktūros aprašymą, Lietuvos Baltijos jūros priekrantės regione, kuris yra intensyviai veikiamas dinamiškų fizinės aplinkos sąlygų bei antropogeninio streso. Tyrimo metu buvo siekiama įvertinti asocijuoto F. lumbricalis makrozoobentoso ir epifloros kiekybinius bei kokybinius skirtumus, atsirandančius bendrijose pavasario ir vasaros laikotarpiu 4 12 m gylyje. Netiesiogiai buvo bandoma įvertinti, kokią įtaką F. lumbricalis bendrijos struktūrai galėjo padaryti smėlio pylimo darbų metu įvykusi avarija. Nustatyta, kad sezonas ir augimvietės gylis daro įtaką tiek bendrijos struktūrai, tiek jos funkcijai. Pastebėta tendencija, kad vasaros laikotarpiu F. lumbricalis sąžalynai pasižymi kur kas didesne rūšine įvairove, individų gausumu ir biomase. 30 Studentų moksliniai tyrimai 2011/2012

32 Literatūra [1] Blinova, E. I., Tolstikova, N. E. Zapasy promyslovoj agaronosnoj vodorosli Furcellaria fastigiata (Huds.) J. V. Lamouroux. 1972, 8 (3): [2] Bučas, M. Distribution patterns and ecological role of the red alga Furcellaria lumbricalis (Hudson) J.V. Lamouroux off the exposed Baltic sea coast of Lithuania. Disertation. 2009, [3] Bučas, M., Daunys, D., Olenin, S. Overgrowth patterns of the red algae Furcellaria lumbricalis at an exposed Baltic Sea coast: The results of a remote underwater video data analysis. Estuarine and Coastal and Shelf Science, 2007, 75 (3): [4] Olenin, S., Daunys, D., Labanauskas, V. Classification principles of the Lithuanian coastal biotopes. Annals of Geography, 1996, 29, Biomedicinos mokslai 31

33 Genų, koduojančių Acinetobacter baumannii plazmidžių toksinoantitoksino sistemų komponentus, sulietų su baltymais-reporteriais, konstravimas G. Zaborskytė, Vilniaus universitetas V. Šeputienė, E. Sužiedėlienė, Vilniaus universitetas Acinetobacter baumannii yra vienas dažniausių hospitalinių (ligoninėse įgytų) infekcijų sukėlėjų Europos ir mūsų šalies ligoninėse. Antibiotikams atsparių A. baumannii sukeltų infekcijų gydymas yra itin sudėtingas ir dažnai nesėkmingas. Atsparumą antibiotikams lemiantys genai A. baumannii bakterijose dažnai koduojami įvairaus dydžio plazmidėse. Nustatyta, kad atsparumo antibiotikams genų plitimas per bakterijų plazmides yra vienas veiksmingiausių atsparumo plitimo būdų. Šiose plazmidėse randami ir toksino antitoksino (TA) sistemų genai, kurie, manoma, yra svarbūs plazmidės išsilaikymui bakterijoje. Sistemos koduoja baltymus, iš kurių vienas toksinas, o kitas jo veikimą neutralizuojantis antitoksinas. Kol abu baltymai sintetinami bakterinėje ląstelėje, toksino ir antitoksino baltymų kompleksas yra nekenksmingas ląstelei šeimininkei. Jei pasidalijus bakterijai dukterinė ląstelė netenka plazmidės su TA genais, iki dalijimosi susintetintas antitoksinas greitai suyra, o stabilus toksinas nužudo ląstelę. Šio darbo tikslas yra ištirti, koks yra toksino-antitoksino sistemų vaidmuo plazmidės išsilaikymui. Siekiant atsakyti į šį klausimą, konstruojame E. coli reguliuojamos raiškos vektorius, kuriuose toksino RelE ir antitoksino RelB baltymų genai koduojamos sekos N arba C gale suliejami su fluorescuojančių baltymų pmorange2, pmcherry, pdsred-monomer ir AcGFP genais (žr. 1 pav.). Plazmides su sulietiniais genais pirmiausia įterpsime į E. coli bakterijas ir apie sulietinių baltymų sintezę spręsime pagal jų fluorescenciją bakterijose. Tinkamiausi sulietų baltymų variantai bus perkelti į A. baumannii plazmidę ir įterpti į A. baumannii bakterijas, bus tiriamas plazmidžių išsilaikymas šeimininko ląstelėje pagal koduojamų sulietinių baltymų raišką. 32 Studentų moksliniai tyrimai 2011/2012

34 1 pav. Toksino RelE ir antitoksino RelB genų suliejimų su fluorescuojančių baltymų genais reguliuojamos raiškos vektoriuose puhcat ir pbad30 kūrimo schema. Hibridiniai oligonukleotidiniai pradmenys pavaizduoti spalvotomis rodyklėmis, klonavimui įterpiami restrikcijos endonukleazių taikiniai pavaizduoti spalvotais stačiakampiais, fb fluorescuojančio baltymo genas Biomedicinos mokslai 33

35 ELEKTROCHEMOTERAPIJOS EFEKTYVUMAS IN VITRO, VEIKIANT SKIRTINGAIS PRIEŠVĖŽINIAIS PREPARATAIS G. Žindžiūtė, Lietuvos sveikatos mokslų universitetas S. Šatkauskas, Vytauto Didžiojo universitetas Onkologinės ligos Lietuvoje ir pasaulyje yra viena pagrindinių žmonių mirtingumo priežasčių. Būtent todėl onkologinių ligų gydymui skiriama labai daug dėmesio. Vienas iš šiuo metu gerai žinomų ir plačiai naudojamų metodų yra elektrochemoterapija. Paveikus audinį stipriais, tačiau trumpais, elektriniais impulsais galima palengvinti daugelio preparatų patekimą į paveiktą audinį. Navikų elektrochemoterapijoje dažniausiai naudojamas bleomicinas ir kiek rečiau cisplatina. Tai standartiniai priešvėžiniai vaistai, kurie dėl savo hidrofiliškumo į ląstelę patenka sunkiai. Derinant šiuos preparatus su navikų elektroporacija, jų priešvėžinis poveikis stipriai išauga. Darbo tikslas. Ištirti elektrochemoterapijos efektyvumą in vitro atskirai naudojant bleomicino, cisplatinos, karboplatinos preparatus bei jų derinius. Metodika. Tyrimui buvo naudojamos pelių MH22A ląstelės. Pirmiausia buvo įvertinta ląstelių gyvybingumas nuo bleomicino, cisplatinos, karboplatinos preparatų koncentracijos bei jų derinių. Bleomicino, cisplatinos, karboplatinos preparatai tyrimui pasirinkti remiantis ankstesniais tyrimais, kurie parodė, kad šių preparatų citotoksinis poveikis gali būti sustiprintas naudojant elektroporaciją. Antrame tyrimų etape buvo tiriama šių preparatų ir jų derinių citotoksinis poveikis, taikant ląstelių elektroporaciją, veikiant trumpais aukštos amplitudės (HV 1200 V/cm, impulso trukmė 100 μs) elektriniais impulsais. Rezultatai. Atlikus eksperimentus nustatyta, jog didesnės priešvėžinių vaistų (bleomicino, cisplatinos, karboplatinos ir jų derinio) koncentracijos turi didesnį poveikį pelių MH22A ląstelių gyvybingumui. Tiriant priešvėžinių preparatų, derinant su elektroporaciją, poveikį MH22A ląstelių gyvybingumui nustatyta, jog veikiant didesnėmis koncentracijomis geresnis efektas stebėtas bleomicino ir vaistų derinio atveju (1 pav.), o veikiant mažomis koncentracijomis vaistų derinio atveju (2 pav.). 34 Studentų moksliniai tyrimai 2011/2012

36 KHV- KHV+ BLMHV- BLMHV+ CISHV- CISHV+CARBHV-CARBHV+MIXHV- MIXHV+ 1 pav. Elektrochemoterapijos poveikis MH22A ląstelių gyvybingumui, veikiant bleomicino, cisplatinos, karboplatinos bei jų derinių koncentracijomis, kurios be elektroporacijos turėjo teigiamą poveikį 50 proc. ląstelių KHV- KHV+ BLMHV-BLMHV+ CISHV- CISHV+CARBHV- CARBHV+MIXHV- MIXHV+ 2 pav. Elektrochemoterapijos poveikis MH22A ląstelių gyvybingumui, veikiant bleomicino, cisplatinos, karboplatinos bei jų derinių koncentracijomis, kurios be elektroporacijos turėjo teigiamą poveikį 10 proc. ląstelių Išvados. Priešvėžinių preparatų deriniai sukelia sustiprintą elektrochemoterapijos atsaką, dėl skirtingo priešvėžinių preparatų patekimo efektyvumo į elektroporuotas ląsteles, jų skirtingo veikimo mechanizmų bei bendro jų poveikio ląstelės viduje. Biomedicinos mokslai 35

37 Potrauminio streso simptomų išsivystymas po ūminio miokardo infarkto ir širdies OPERACIJŲ I. Malinauskaitė Lietuvos sveikatos mokslų universiteto Medicinos akademijos Kardiologijos klinika R. Šlapikas Lietuvos sveikatos mokslų universiteto Medicinos akademijos Kardiologijos klinika Paskutinių metų moksliniai tyrimai atskleidė, kad depresija, stresas, jo įveikimo būdai bei emociniai veiksniai yra susiję su didesne mirštamumo nuo širdies ligų rizika, didesne infarkto tikimybe ir nepageidaujamais pooperaciniais reiškiniais. Potrauminio streso sutrikimas (remiantis DSM-IV kriterijais) pasireiškė 10,2 % pacientų, patyrusių ūminį miokardo infarktą. Demografiniai ir ypač psichologiniai veiksniai, susiję su subjektyvia ūminio miokardo infarkto patirtimi, turėjo didesnę įtaką potrauminio streso sutrikimo išsivystymui nei objektyvūs miokardo infarkto sunkumo rodikliai [1]. Apie 15 % pacientų po ūminio koronarinio įvykio (ūminio miokardo infarkto arba nestabilios krūtinės anginos) išsivysto potrauminio streso simptomai. 15 % pacientų patyrė įkyrias mintis apie buvusį ūminį koronarinį įvykį, 13 % stengėsi vengti prisiminti ūminį koronarinį įvykį, 9 % patyrė didelio sujaudinimo simptomus. Įkyrių minčių apie buvusį koronarinį skausmą pasireiškimas siejosi su pakartotinio miokardo infarkto išsivystymu ir didesne mirties rizika [2]. Norint pasiekti sėkmingų rezultatų tiek paciento fiziologinės, tiek psichologinės sveikatos atžvilgiu, reikia ilgalaikio ir nuoseklaus komandos darbo. Tiek gydytojai, tiek ligoniai psichosocialinius veiksnius vertina gana skeptiškai, dažnai neatkreipiama pakankamai dėmesio į paciento psichinės būklės įtaką sveikatai, ligos vystymuisi ir gijimui, todėl svarbu atskleisti širdies ir kraujagyslių sistemos ligomis sergančių asmenų emocinės būklės bei stresą sukeliančių situacijų įveikimo būdų ypatumus ir jų sąsajas. Mes tyrėme nuo 40 iki 76 metų amžiaus ligonius, kurie buvo hospitalizuoti dėl ūminio miokardo infarkto, nestabilios krūtinės anginos LSMUL KK Kardiologijos klinikoje bei hospitalizuoti dėl širdies operacijos LSMUL KK Širdies, krūtinės ir kraujagyslių chirurgijos klinikoje. Pacientai nebuvo įtraukti į tyrimą, jei buvo priklausomi nuo alkoholio arba narkotikų, arba pacientų kognityvinės funkcijos sutrikusios (kognityvines funkcijas įvertinome pagal Mini-Mental State examination testą). Anketinės apklausos 36 Studentų moksliniai tyrimai 2011/2012

38 būdu apklausti 211 pacientų. Tiriamieji atsakė į HAD (depresijos ir nerimo įvertinimo klausimynas), įveikimo būdų klausimyno COPE bei potrauminio streso sindromo simptomų skalės (PSS-SR) klausimus. Statistinė analizė atlikta statistiniu paketu SPSS for Windows Tyrimo rezultatai atskleidė, jog sergantieji širdies ir kraujagyslių sistemos ligomis patiria stiprų nerimą ir / ar depresiją. Emocijomis besiremiantys prisitaikomieji streso įveikimo būdai yra labiau paplitę tarp širdies operaciją patyrusių asmenų nei tarp sveikųjų. Preliminariais tyrimo duomenimis, potrauminio streso simptomus patiria 20 % širdies ir kraujagyslių sistemos ligomis sergančių ligonių. Prastesnė emocinė būklė siejasi su koncentravimusi į jausmus ir jų išreiškimą bei elgesio pakeitimą. Geresnė emocinė būklė siejasi su polinkiu rečiau naudoti mažiau pritaikomuosius streso įveikimo būdus. Potrauminio streso simptomas jaučiamas pastovaus sudirgimo jausmas siejasi su į emocijas nukreiptais ir mažiau adaptyviais streso įveikimo būdais. Išgyvenamas pasikartojantis trauminis įvykis, kaip potrauminio streso simptomas, siejasi su mažiau adaptyviais streso įveikimo būdais. Išvados: 1. Potrauminio streso simptomus patiria 20 % širdies ir kraujagyslių sistemos ligomis sergančių ligonių. 2. Ligonių emocinė būklė siejasi su streso įveikimo būdais. Literatūra [1] Guler, E., Schmid, J. P., Wiedemar, L., Saner, H., Schnyder, U., von Känel, R. Clinical Diagnosis of Posttraumatic Stress Disorder After Myocardial Infarction. Clinical Cardiology, 2009 Mar; 32(3): [2] Edmondson, D., Rieckmann, N., Shaffer, J. A., Schwartz, J. E., Burg, M. M., Davidson, K. W., Clemow, L., Shimbo, D., Kronish, I. M. Posttraumatic stress due to an acute coronary syndrome increases risk of 42-month major adverse cardiac events and all-cause mortality. Journal of Psychiatric Research, 2011 Dec; 45 (12): Biomedicinos mokslai 37

39 OKSIDACINIO STRESO BIOMARKERIŲ IR SUNKIŲJŲ METALŲ NUSTATYMAS TRANSPLANTUOTOSE EVERNIA PRUNASTRI KERPĖSE URBANIZUOTOS APLINKOS SĄLYGOMIS I. Mickevičiūtė, Vytauto Didžiojo universitetas G. Sujetovienė, Vytauto Didžiojo universitetas Kerpės yra naudojamos atliekant oro taršos monitoringą. Tai oro kokybės bioindikatoriai, neturintys šaknų ir akumuliuojantys atmosferos iškritas visu savo gniužulo paviršiumi. Tyrimui pasirinkta kerpė sodinė briedragė (Evernia prunastri (L.) Ach.) yra viena dažnesnių kerpių rūšių, naudojamų biomonitoringui. Šio tyrimo tikslas nustatyti sunkiųjų metalų koncentracijas ir oksidacinio streso biomarkerius, ryšium su Kauno miesto oro kokybe, naudojant kerpę Evernia prunastri. Pagrindiniai uždaviniai: 1. nustatyti sunkiųjų metalų koncentracijas Kauno mieste transplantuotų kerpių gniužuluose; 2. įvertinti malondialdehido (MDA) koncentraciją transplantuotų kerpių gniužuluose; 3. nustatyti ryšį tarp sunkiųjų metalų akumuliacijos ir MDA koncentracijos. Evernia prunastri gniužulai iš švarios aplinkos buvo perkelti į urbanizuotą aplinką. Kerpių gniužulai buvo pakabinti 14 tyrimo vietų, išsidėsčiusių Kauno mieste (1 pav.) Pasirinktos tyrimo vietos: Dainavos, Kalniečių, Žaliakalnio, Naujamiesčio, Aukštųjų Šančių, Naujasodžio, Vičiūnų, Panemunės, Fredos, Gričiupio, Aleksoto, Milikonių, Vilijampolės, Kleboniškio mikrorajonuose. Gniužulai eksponuoti 37 dienas (nuo 2012 m. kovo 16 dienos iki balandžio 22 dienos). Sunkiųjų metalų koncentracijos kerpių gniužuluose bus nustatytos naudojant atominį absorbcinį spektrometrą (AA- 6800, Schimadzu, Japan). Malondialdehido koncentracija kerpių gniužuluose bus nustatyta, naudojant spektrofotometrinį metodą. Tikėtini rezultatai: 1. sunkiųjų metalų koncentracija bus didžiausia Kauno miesto centre, lyginant su neužteršta aplinka; 2. sunkieji metalai sukels oksidacinį stresą transplantuotoje Evernia prunastri kerpėje, ką indikuos padidėjusi MDA koncentracija; 3. tyrimas patvirtins, kad kerpė Evernia prunastri yra geras aplinkos kokybės indikatorius, pirmą kartą panaudotas transplantacijos tyrimuose Kauno mieste; 4. gauti duomenys leis detaliau įvertinti užterštumo lygį Kauno mieste. 38 Studentų moksliniai tyrimai 2011/2012

40 1 pav. Žemėlapis, rodantis Evernia prunastri gniužulų eksponavimo vietas Kauno mieste Kerpėse esantis chlorofilas yra labai jautrus aplinkos pokyčiams ypač oro taršai. Jis virsta į feofitiną paveikus rūgščioms iškritoms ir sunkiesiems metalams. Didžiausia chlorofilo koncentracija (apie 2,5 mg/g sausosios masės) nustatyta Kleboniškio, Panemunės, Aleksoto ir Vičiūnų mikrorajonuose. Mažiausia chlorofilo koncentracija nustatyta Milikonių, Vilijampolės, Naujasodžio, Aukštųjų Šančių mikrorajonuose apie 1 mg/g. Malondialdehidas (MDA) yra galutinis riebiųjų rūgščių peroksidacijos produktas. Šio aldehido koncentracijos nustatymas yra naudojamas kaip biologinis markeris nustatant oksidacinio streso laipsnį gyvuosiuose organizmuose. Didžiausia MDA koncentracija nustatyta Naujamiesčio ir Žaliakalnio mikrorajonuose (apie 0,9 μmol/g). Remiantis gautais tyrimo rezultatais, galima teigti, kad šiuose mikrorajonuose teršalai sukėlė oksidacinį stresą transplantuotų kerpių gniužuluose. Biomedicinos mokslai 39

41 MOLEKULINIO ĮRANKIO PRIEŠVĖŽINĖS TERAPIJOS INDIVIDUALIZAVIMUI KŪRIMAS I. Malalaitė, Vilniaus universitetas V. Stankevičius, K. Sužiedėlis, Vilniaus universiteto Onkologinis institutas Onkologinių pacientų gydymo individualizavimu siekiama konkrečiu atveju veiksmingiau panaudoti turimas terapijos priemones. Šiam tikslui būtina charakterizuoti konkretų ligos atvejį bei įvertinti naudojamo terapijos būdo veiksmingumą (navikinių ląstelių atsaką į terapiją). Šiame darbe kūrėme onkologinių pacientų gydymo individualizavimo molekulinį įrankį, kurį būtų galima naudoti abiejų klausimų sprendimui. Vėžinių ląstelių atsako į spindulinę terapiją vertinimo įrankio kūrimui tyrėme vėžinių storosios žarnos epitelinių ląstelių linijos (HCT 116) ląstelių atsaką į jonizuojančią spinduliuotę, vertinant ląstelių gyvybingumą ir genų raišką. Ląstelių išgyvenamumą po spindulinės terapijos tyrėme ląstelių kolonijų metodu. Dirbant šiuo metodu išauginome grynų ląstelių kolonijas. Pagal gautus rezultatus sprendėme apie ląstelių išgyvenamumą, jų atsparumą spinduliuotei (Freshney, 2010). Taigi tyrimų metu atlikome kelis skirtingus eksperimentus ir atrinkome sąlygas ląstelių išgyvenamumui kolonijų metodu ištirti. Darbo eigoje kolonijos buvo fiksuojamos, dažomos ir skaičiuojamos. Kolonijų skaičiavimui suradome specialią programą Clono. Suskaičiavę kolonijas atlikdavome statistinę analizę, kuria remdamiesi įvertindavome ląstelių išgyvenamumą po vieno, dviejų ar net daugiau jonizuojančios spinduliuotės poveikių lyginant su kontrole. Be to, ląstelės atsakui į spindulinę terapiją įvertinti naudojome ir kometų metodą. Kometų metodas, dar vadinamas vienos ląstelės gel-elektroforeze, yra jautrus ir greitas metodas DNR grandinės pažaidoms atskirose ląstelėse nustatyti. Metodas paremtas denatūruotos DNR fragmentų, kurie išėjo iš ląstelės branduolio elektroforezės metu, kiekio skaičiavimu (Liao et al., 2009). Gautų kometų analizavimui naudojome programą CometScore. DNR pažaidų charakterizavimui pasirinkome naudoti tik vieną iš daugelio pateikiamų parametrų kometos uodegos momentą, kuris įvertina migravusios DNR kiekį ir jos pasiskirstymą kometos uodegoje. Iš gautų duomenų vėl atlikome statistinę analizę ir lyginome DNR pažaidų dalį ląstelėse, kurios buvo nešvitintos, su tomis, kurios buvo švitintos, priklausomai nuo laiko, kuris buvo praėjęs po apšvitinimo. Įvertinę ląstelių atsaką į spinduliuotę, toliau tyrėme genų raišką po spindulinio poveikio. Išgryninome visuminę RNR, nusistatėme jos kokybę. RNR kokybei ir vientisumui (integralumui) įvertinti naudojome parametrą RIN (angl. RNA integrity number), kurio 40 Studentų moksliniai tyrimai 2011/2012

42 reikšmė gali svyruoti nuo 1, kai RNR visiškai suskaidyta, iki 10, kai RNR nepažeista. Darbo eigoje taip pat atlikome priešprasminės informacinės RNR sintezę. Tam tikslui nuo išskirtos visuminės RNR buvo sintetinama pirmoji cdnr grandinė su prijungta poli(dt) seka, turinčia T7 promotorių. Tuomet sintetinama antra cdnr grandinė ir DNR gryninama. Po to in vitro atliekama transkripcija, kurios metu gaunama priešprasminė RNR, kuri yra komplementari visuminei RNR ir prie kurios yra prijungti amino-alil uridino 5 -trifosfatai (UTP). Jau išgrynintą priešprasminę informacinę RNR žymėjome fluorescentiniais dažais Cy3 ir Cy5. Genų raiškos tyrimuose naudotos komercinės ir laboratorijoje pagamintos DNR mikrogardelės. Fluorescenciniais žymenimis pažymėta RNR buvo hibridizuojama su ant stikliuko atskirais taškais esančiais išrinktais genais. Tolimesnė hibridizacijos analizė, sprendžiant iš atskirų taškų fluorescencijos, atskleidžia, kurių genų raiška padidėjo, kurių sumažėjo. Šie duomenys naudojami tolimesniame ląstelių atsako į jonizuojančią spinduliuotę molekulinio įrankio kūrime. Siekdami optimizuoti vėžio atveju molekulinio charakterizavimo metodus, siekėme sukurti molekulinį įrankį vėžio metastazavimo rizikos įvertinimui. Naudodami duomenų bazes ir išrinkome genus, kurių raiška skiriasi nemetastazuojančiuose ir metastazuojančiuose navikuose, ieškojome informacijos, kurių genų raiška, didėjant navikų metastazinei gebai, didėja, kurių mažėja. Naudodami šios analizės duomenis pagaminome DNR mikrogardelę. Galimybę suskirstyti vėžines ląsteles pagal jų metastazavimo gebą, naudojant pagamintą DNR mikrogardelę, įvertinome šia mikrogardele ištyrę pirminių ir metastazių navikų vėžines ląsteles. Literatūra 1. Liao, W., McNutt, M. A., Zhu, W. G The comet assay: A sensitive method for detecting DNA damage in individual cells. Methods 48: Freshney, R. Ian. Culture of Animal Cells. A Manual of Basic Technique and Specialized Applications. Sixth Edition. John Wiley & Sons, Inc., Hoboken, New Jersey, Biomedicinos mokslai 41

43 Augalinių ekstraktų genotoksiškumo tyrimas citogenetiniu mikrobranduolių (MB) dvibranduolėse žmogaus kraujo limfocituose metodu in vitro I. Sukackaitė, Vilniaus universitetas dr. V. Dedonytė, Vilniaus universitetas Tyrimų objektas keturios sodinės šilauogės veislės (Vaccinium covilleanum Butkus et Pliszka). Tai perspektyvi, bet nepakankamai kultivuojama uoginė kultūra, kurios lauko kolekcija sukaupta VDU Kauno botanikos sode ir GTC Botanikos institute [2]. Tyrimo tikslas citogenetiniu mikrobranduolių (MB) dvibranduolėse žmogaus periferinio kraujo limfocituose metodu ištirti skirtingų šilauogės veislių lapų ekstraktų genotoksiškumą in vitro. Tyrimams tinka visų audinių besidalijančios ląstelės, tačiau dažniausiai yra naudojamos odos fibroblastų, kraujo limfocitų ir embriono ląstelių kultūros. Vienas metodų, galinčių aptikti genetinius pakitimus, yra sustabdytos citokinezės mikrobranduolių tyrimas. Šį tyrimą nesunku ir greita atlikti, o tai leidžia analizuoti daugybę potencialių genotoksinių veiksnių ir jų paveiktas žmonių grupes. Vieną kartą pasidalijusias dvibranduoles ląsteles galima aptikti stabdant ląstelės dalijimąsi, bet netrikdant branduolio dalijimosi. Citokinezės sustabdymui reikalingas ir geriausiai tinkamas citochalazinas, kurį produkuoja platus grybų spektras. Citochalazinas B yra tinkamiausias, nes efektyviai blokuoja citokinezę limfocituose ir kitose žinduolių ląstelėse [1]. Preparatų kokybė labai priklauso nuo kraujo kultūros paveikimo hipotoniniu tirpalu. Šios procedūros metu eritrocitai hemolizuojami, o limfocitai išbrinksta. Ląstelės fiksuojamos metanolio (arba etanolio) bei ledinės acto rūgšties mišiniu, ir pagaliau suspensija išlašinama ant stiklelio paviršiaus. Sėkmingiems tyrimų rezultatams gauti itin svarbu turėti kokybiškus preparatus, todėl jie turi būti ruošiami labai kruopščiai. Dvibranduolių ląstelių analizės kriterijai ląstelė turi turėti du apvalius ar ovalius branduolius; du branduoliai turi būti tokios pačios kondensacijos; du branduoliai turi būti panašaus dydžio; du branduoliai gali liestis vienas su kitu ar dalinai persidengti; ląstelės citoplazma turi būti skaidri ir nepažeista; du branduoliai gali būti sujungti nukleoplazminiu tilteliu; branduoliai neturi būti apoptozės stadijoje. 42 Studentų moksliniai tyrimai 2011/2012

44 Analizės kriterijai mikrobranduolių dvibranduoliuose limfocituose mikrobranduolys turi būti morfologiškai identiškas, bet mažesnis nei branduolys; apvalios ar ovalios formos; diametras nuo 1/3 iki 1/16 dalies pagrindinio branduolio; nesuiręs; nesusijungęs su pagrindiniu branduoliu; gali persidengti ar liestis su pagrindiniu branduoliu; tos pačios spalvos ir spalvos intensyvumo kaip ir branduolys. a) b) c) d) 1 pav. Dvibranduolės ląstelės: (a) standartinis matymo laukas; (b) dvi dvibranduolės ląstelės; (c) dvibranduolė ląstelė, turinti MB; (d) vėlyvoji telofazė, rodykle parodytas atitrūkęs chromosomos fragmentas, iš kurio greičiausiai formuosis MB Tyrimo metu teko atlikti keletą esperimentų. Kiekvienam etanoliniam lapų ekstraktui buvo parinktos keturios skirtingos koncentracijos (nuo 50 iki 200 µg/ml). Rezultatus palyginome su tirpiklio kontrole (7,5 µl/ml). Darbo rezultatai skirtingų veislių sodinės šilauogės lapų ekstraktai nepasižymėjo genotoksiniu poveikiu. Didinant ekstraktų koncentraciją, MB dažnis nedidėjo. MB dažnis ląsteles veikiant skirtingomis ekstraktų koncentracijomis kito nuo 3 iki 14. Didesnės koncentracijos nebuvo toksiškos. Išsami statistinė analizė bus atlikta tuomet, kai pakartotinai ištirsime tas pačias veisles su kitu kraujo donoru. Literatūra [1] Fenech, M., The in vitro micronucleus technique, Mutation Research, 2000, 455, [2] Budriūnienė, D., Armonienė, V., Daubaras, R. Ūkininko patarėjas, 2002, Biomedicinos mokslai 43

45 DETALI GENO GSTP1 PROMOTORIAUS ANALIZĖ PIROSEKVENAVIMO METODU I. Šerėnaitė, Vilniaus universiteto Gamtos mokslų fakultetas S. Jarmalaitė, Vilniaus universiteto Gamtos mokslų fakultetas Priešinės liaukos vėžys viena iš dažniausiai diagnozuojamų vyrų onkologinių ligų pasaulyje. Didelį mirtingumą lemia naviko metastazės. Liga paprastai vystosi lėtai, tad praeina nemažai laiko, kol pasireiškia pirmieji simptomai. Priešinės liaukos vėžio diagnostikai plačiai naudojamas prostatai specifinio antigeno (PSA) testas, tačiau dėl šio testo nepakankamo jautrumo ir specifiškumo, ieškoma kitų molekulinių žymenų, kurie padėtų nustatyti priešinės liaukos vėžį ankstyvose stadijose. Geno GSTP1 promotoriaus hipermetilinimas epigenetinis pokytis, aptinkamas apie 90 % priešinės liaukos navikų. Be šio geno, priešinės liaukos navikuose dar žinomi apie 40 genų epigenetiniai pakitimai [1]. Genų hipermetilinimas gali būti tiriamas navikiniuose audiniuose (invazinis metodas) bei ligonio kraujyje, šlapimo nuosėdose (neinvazinis metodas) % priešinės liaukos navikų yra daugiažidininiai, tačiau dėl mažo priešinės liaukos dydžio, juos sudėtinga atskirti. Skirtingiems židiniams būdingas histologinis ir molekulinis heterogeniškumas. Parodyta, kad daugiažidiniškumas susijęs su aukštesniu ligos laipsniu, stadija, naviko dydžiu bei padidėjusia ligos pasikartojimo rizika ir blogesniu išgyvenamumu [2]. Biopsijos mėginys ir PSA testas neparodo naviko heterogeniškumo, tad ligoniui gali būti skirtas netinkamas gydymas. Židininė terapija vienas efektyviausių priešinės liaukos navikų gydymų. Kiekvienam židiniui gali būti būdingi skirtingi genetiniai ir epigenetiniai pakitimai, tad molekuliniai tyrimai galėtų padėti identifikuoti naviko židinius ir parinkti tinkamą gydymą [3]. Vis dėlto molekulinių tyrimų priešinės liaukos navikų židiniuose yra atlikta mažai. Mūsų tyrimo tikslas identifikuoti genus, parodančius naviko daugiažidiniškumą, bei kiekybiniais metodais įvertinti šių genų promotoriaus metilinimo pokyčius. Darbo metodai. DNR buvo išskirta iš šaldytų priešinės liaukos naviko mėginių fenolio-chloroformo metodu. Išskirta DNR buvo modifikuojama bisulfitu ir vykdoma kokybinė metilinimui jautri polimerazės grandininė reakcija (MSP). MSP produktai analizuoti agarozės gelyje. Atrinkti mėginiai ir genai buvo tiriami kiekybiniais tyrimų metodais realaus laiko metilinimui jautrios PGR (QMSP) metodu ir pirosekvenuojant PyroMark Q24 sistema. 44 Studentų moksliniai tyrimai 2011/2012

46 Rezultatai. Poriniuose daugažidininio naviko mėginiuose MSP metodu buvo tirtas genų GSTP1, ESR-1, ESR1-4, p14, p16, RARB, DAPK1, RASSF1, MGMT, MDR1 ir TERT hipermetilinimas. Naviko židinių molekulinį heterogeniškumą geriausiai atspindėjo RARB geno metilinimas (1 pav). Kadangi GSTP1 geno hipermetilinimas priešinės liaukos navikuose yra dažniausiai aptinkamas epigenetinis pokytis, GSTP1 ir RARB genai pasirinkti kiekybinei analizei. Preliminarūs kiekybiniai GSTP1 geno hipermetilinimo tyrimai parodė nedidelį metilinimo intensyvumą (vidurkis 12,7 %) navikiniuose priešinės liaukos mėginiuose ir dar mažesnį metilinimo intensyvumą (vidurkis 0,6 %) nenavikiniuose priešinės liaukos audiniuose. Poriniuose daugiažidininių atvejų mėginiuose GSTP1 metilinimas nenustatytas ir QMSP metodu. Tyrimai tęsiami pirosekvenuojant genų GSTP1 ir RARB promotorius. 1 pav. RARB geno metilinimo tyrimai metilinimui jautrios polimerazės grandininės reakcijos metodu. M reakcija su pradmenimis metilintai sekai, U reakcija su pradmenimis nemetilintai sekai, KL leukocitų DNR (neigiama kontrolė), KM in vitro metilinta DNR (teigiama kontrolė), p109t-d1 ir p109t-d2 skirtingų naviko židinių DNR, H2O taršos kontrolė Išvados. DNR metilinimo pakitimai, tiriami kokybiniais ir kiekybiniais metodais, gali padėti nustatyti daugiažidininių priešinės liaukos navikų molekulinį heterogeniškumą. Literatūra [1] Schulz, W. A. Prostate cancer. Molecular Biology of Human Cancers, 2005, Part II, , DOI: / _19. [2] Meiers, I., Waters, D. J., Bostwick, D. G. Preoperative prediction of multifocal prostate cancer and application of focal therapy: review 2007, 2007, Urology 70: 3 8. [3] Sabaliauskaite, R. et al. Molecular analysis of multifocal prostate cancer cases. Acta Medica Lituanica, 2011, Vol 18, No 4, Biomedicinos mokslai 45

47 Pyrococcus abyssi Nop5p ir afib baltymų dimero vykdomo RNR metilinimo tyrimas J. Ličytė, Vilniaus universiteto Gamtos mokslų fakultetas M. Tomkuvienė, S. Klimašauskas, Vilniaus universiteto Biotechnologijos institutas C/D ribonukleoproteininiai (RNP) kompleksai archėjose vykdo rrnr ir trnr metilinimą ribozės 2 -O padėtyje, taip prisidėdami prie šių RNR struktūros ir aktyvumo formavimo, o konservatyvūs tokių kompleksų homologai turi didelę reikšmę ir eukariotų ląstelėse. Prie komplekso RNR, vadinamos kreipiančiąja, konservatyvių sekų jungiasi komplekso baltymai: L7Ae, Nop5p ir metiltransferazė fibrilarinas (afib). Variabili kreipiančiosios RNR dalis (~12 nt) komplementarumo principu atpažįsta substratinę RNR ir nukreipia komplekso baltymus sekai specifiniam RNR metilinimui atlikti [1]. Tačiau buvo nustatyta, kad Pyrococcus abyssi baltymai Nop5p ir afib (NF) gali metilinti P.abyssi 16S rrnr in vitro nesant kitų komplekso narių. Šio darbo tikslas buvo ištirti P.abyssi Nop5p ir afib baltymų dimero vykdomą RNR metilinimą. Siekiame nustatyti tikslią NF dimero vykdomo metilinimo vietą 16S rrnr sekoje. Kadangi 16S rrnr yra ~1 500 nukleotidų ilgio, tai padaryti nėra paprasta ir tenka pasitelkti keletą metodų. Pirminiam apytiksliam metilinimo vietos nustatymui transkripcijos in vitro būdu susintetinome tris ~ nukleotidų ilgio P.abyssi 16S rrnr fragmentus. Kadangi manome, kad Nop5p ir afib baltymų dimero vykdomas 16S rrnr metilinimas galėtų būti svarbus ir in vivo, šiuos fragmentus parinkome pagal tai, kuriose sekos vietose archėjų 16S rrnr yra gausiausiai metilinama gamtoje [2]. NF metilinimo aktyvumą su šiais fragmentais tyrėme naudojant metiltransferazės kofaktorių (AdoMet), metilo grupėje turintį tritį. Nei vienas iš fragmentų atsikirai ar sumaišyti kartu nebuvo metilinami. Vadinasi, metilinimas vyksta arba kitose 16S rrnr vietose nei mūsų parinktuose fragmentuose, arba reakcijai reikalingos RNR struktūrinės konformacijos, kurios egzistuoja esant pilnai 16S rrnr sekai, bet nebesusidaro esant atskiriems fragmentams. Vėliau susintetinome tris ~ nukleotidų ilgio 16S rrnr dalis, apimančias visą jos seką ir atlikome metilinimą su NF baltymais. Stebėjome pirmų dviejų 16S rrnr dalių metilinimą. Norėdami nustatyti metilinamus nukleotidus, atlikome modifikuotų 16S rrnr dalių karpymą nukleazėmis ir gautų produktų aukšto slėgio skysčių chromatografiją bei masių spektrometriją. Pirmojoje 16S rrnr dalyje po karpymo nukleaze P1 nustatėme metilintą G nukleotidą, su ribonukleaze I nustatėme 46 Studentų moksliniai tyrimai 2011/2012

48 metilintą GG dinukleotidą, su ribonukleaze T1 nustatėme metilintą G nukleotidą GG dinukleotide ir UGG trinukleotide. Taigi pirmoje 16S rrnr dalyje G nukleotidas yra metilinamas dviejose sekos vietose. Antrojoje 16S rrnr dalyje atitinkamai nustatėme C metilintą nukleotidą CC dinukleotide. Ketiname toliau tęsti tyrimus ir nustatyti, kurioje tiksliai sekos vietoje Nop5p ir afib baltymų dimeras metilina 16S rrnr, ar šis metilinimas gali būti svarbus in vivo. Taip pat ketiname ištirti ar NF baltymai metilina P.abyssi 23S rrnr, ar metiltransferazė afib gali būti aktyvi be Nop5p. Literatūra [1] Gagnon, K. T., Guuosheng, Q., Maxwell, E. S. Multicomponent 2 -O-ribose methylation machines: evolving box C/D RNP structure and function. In DNA and RNA Modification Enzymes: Structure, Mechanism, Function and Evolution (Grosjean, H., ed.). CNRS, University of Paris [2] McCloskey, J. A., Rozenski. J. The Small Subunit rrna Modification Database. Nucleic Acids Res 2005, 33: D135 D138. Biomedicinos mokslai 47

49 LAKTOBIONO RŪGŠTĮ HIDROLIZUOJANČIŲ FERMENTŲ TYRIMAS J. Gleb, Vilniaus universitetas dr. I. Bachmatova, Vilniaus universiteto Biochemijos institutas Tyrimų metu buvo naudota laktobiono rūgštis, kuri sudaryta iš D-galaktozės ir D- gliukono rūgšties, sujungtų β-(1 4)-glikozidiniu ryšiu. Šis paprastas angliavandenis yra potencialus substratas oksiduotų disacharidų hidrolazėms. Literatūroje mažai duomenų apie bakterines pastarojo tipo hidrolazes, todėl šio darbo tikslas buvo geno, koduojančio laktobiono rūgšties hidrolazę Arthrobacter sp. Ki1 bakterijose, sekos nustatymas ir rekombinantinio baltymo tyrimas. Ankstesnių tyrimų metu buvo nustatyta, kad Arthrobacter sp. Ki1 bakterijų laktobiono rūgšties hidrolazė pasižymi ir β-galaktozidaziniu aktyvumu, todėl pasirinkta geno paieškos strategija, paremta β-galaktozidaziniu aktyvumu. Aktyvi β-galaktozidazė gali būti lengvai aptikta naudojant X-Gal, kadangi vienas iš hidrolizės produktų yra mėlynos spalvos tokiu būdu atrenkamos tik tos bakterijų kolonijos, kurios turi šį aktyvumą (1 pav.). 1 pav. Baltos kolonijos neturi β-galaktozidazinio aktyvumo, pažymėtos rodykle turi β-galaktozidazinį aktyvumą Buvo sukonstruotos dvi genominės Arthrobacter sp. Ki1 bakterijų bibliotekos Ecl136II ir SmaI, naudojant atitinkamas restrikcijos endonukleazes (panaudotas vektorius pjet1.2, neturintis β-galaktozidazę koduojančio geno). Darbo metu iš ~ Studentų moksliniai tyrimai 2011/2012

50 klonų buvo atrinktos dvi kolonijos, kurios pasižymėjo β-galaktozidaziniu aktyvumu Ki1 M1 iš Ecl136II bibliotekos ir Ki1 M2 iš SmaI bibliotekos. Siekiant išsiaiškinti genų nukleotidų sekas, toliau buvo dirbama su Ki1 M1 genu. Ki1 M1 atveju buvo klonuotas 8 kb genomo fragmentas, kurio galų sekvenavimo rezultatai parodė 3 gale esant β-galaktozidazę. Tam, kad nustatyti β-galaktozidazę koduojančio geno atvirą skaitymo rėmelį, buvo atliekamos 5 galo delecijos: su restrikcijos endonukleaze XhoI (~3kb iškrita) ir iš šios sumažintos plazmidės dar viena delecija su BamHI. Nustatyta β-galaktozidazės seka buvo ~1,5 kb ilgio. Remiantis literatūra bei nukleotidų sekų duomenų bazėmis galima teigti, kad tai netipinė β-galaktozidazė. Nustačius atvirą skaitymo rėmelį, sukurti specifiniai PCR pradmenys ir genas klonuotas į raiškos vektorių. Tam pasirinktas pet28b(+) vektorius. Sėkmingai atlikus klonavimo darbus, buvo tiriamos rekombinantinės β-galaktozidazės geno iš Arthrobacter sp. Ki1 raiškos sąlygos. Buvo atlikta indukcija su IPTG (0,5 mm) 30 C temperatūroje skirtingose kultivavimo terpėse. Nepriklausomai nuo kultivavimo sąlygų buvo gauta ~45 kda baltymo raiška. Didžioji gauto baltymo dalis buvo netirpi, todėl toliau planuojama tirti kitas indukcijos sąlygas (įvairios induktoriaus IPTG koncentracijos, auginimas skirtingose temperatūrose) ir paversti šį baltymą tirpiu. Baltymų analizės rezultatai pavaizduoti 2 pav. 2 pav. Escherichia coli BL-21(DE3) su pet28(+) ir įterptu β-galaktozidazės genu baltymų raiškos analizė NDS-elektroforezės metodu Naujo ir netipinio β-galaktozidazės geno Ki1 M1 iš Arthrobacter sp. Ki1 sekos nustatymas yra svarbus žingsnis, norint toliau tirti rekombinantinio baltymo raiškos sąlygas ir išsiaiškinti oksiduotus disacharidus hidrolizuojančių bakterijų panaudojimo galimybes. Biomedicinos mokslai 49

51 POTRAUMINIO STRESO SUTRIKIMO KRŪTIES VĖŽIU SERGANČIŲ MOTERŲ TARPE IR JĮ ĮTAKOJANČIŲ VEIKSNIŲ TYRIMAS J. Želdakova, Vilniaus universitetas G. Bulotienė, Vilniaus universiteto Onkologijos institutas Tyrimo tikslai: 1. Ištirti potrauminio streso sutrikimo simptomų paplitimą krūties vėžiu sergančių moterų tarpe. 2. Nustatyti potrauminio streso sutrikimo (toliau PtSS) sąsajas su tiriamųjų amžiumi ir ligos stadija. 3. Įvertinti pacienčių pasitenkinimą ligos diagnozės pateikimu ir jo įtaką PtSS simptomams. Tyrimo medžiaga ir metodai. Preliminariai buvo ištirtos 78 moterys, sergančios I III stadijos krūties vėžiu ir besigydančios VU Onkologijos Institute. Klinikiniai duomenys buvo gauti iš ligos istorijų. PtSS simptomų įvertinimui buvo taikoma Įveikio poveikio skalės (Impact of Event Scale IES) lietuviška versija. IES-R metodika skirta įvertinti visų trijų potrauminio streso sutrikimo simptomų išreikštumą: invaziją, vengimą ir padidėjusį dirglumą. Metodiką sudaro 22 teiginiai, kurie vertinami 5 balų skale: Visai ne (0 balų), Šiek tiek (1 balas), Vidutiniškai (2 balai), Gana daug (3 balai), Labai stipriai (4 balai). Teiginių įvertinimai skaičiuojami nuo 0 (nėra simptomo) iki 4 balų (simptomas labai stipriai išreikštas). IES-R subskalių įvertinimas yra skalę sudarančių teiginių įverčių vidurkis [1]. Šiame tyrime laikėme, kad PtSS simptomai išreikšti vidutiniškai ar stipriau, kai įvertis atskiroje subskalėje yra lygus arba didesnis nei 2 balai. Papildomai buvo taikoma anketa apie pacienčių pasitenkinimą ligos diagnozės pateikimu. Duomenys buvo apdorojami statistinėmis programomis Excel ir SPSS. Rezultatai. Mūsų preliminariais duomenimis, iš ištirtų 78 moterų 26 turi I stadijos krūties vėžį (33,3 %), 33 moterys II stadijos (42,3 %), 19 moterų III stadijos (24,4 %). 67 tiriamosioms (85,9 %) pranešė, kad jos serga krūties vėžiu gydytojas specialistas, 9 pacientėms (11,5 %) šeimos gydytojas. 39 pacientės iš 77 atsakiusių į šį klausimą (50,6 %) yra patenkintos tuo, kaip joms pasakė apie ligą, 35 (45,5 %) nepatenkintos ir 3 (3,9 %) ne visai patenkintos. 50 Studentų moksliniai tyrimai 2011/2012

52 1 lentelėje yra nurodyti IES-R subskalių ir IES-R bendro įverčio vidurkis, mediana ir procentiliai. Visų subskalių ir bendro įverčio vidurkiai ir mediana nesiekia 2 balų, t. y. PtSS simptomai išreikšti mažiau nei vidutiniškai. Tačiau visų subskalių ir bendro įverčio 75 procentilė yra 2, vadinasi, mažiausiai 25 % visų tiriamųjų turi vidutiniškai ar stipriau išreikštų PtSS simptomų. 1 lentelė. IES-R subskalių ir bendro įverčio vidurkis, mediana ir procentilės IES-R vengimo subskalė IES-R invazijos subskalė IES-R dirglumo subskalė IES-R bendras įvertis Vidurkis 1,727 1,663 1,405 1,591 Mediana 1,800 1,450 1,300 1,600 Procentilės 25 1,300 1,900 1,650 1, ,800 1,450 1,300 1, ,400 2,500 2,000 2, % tiriamųjų surinko 2 balų vengimo subskalėje, kas nurodo, kad vengimo simptomai šioms pacientėms pasireiškia vidutiniškai ar stipriau. Invazijos subskalėje 2 balų surinko 37 % tiriamųjų. Dirglumo subskalėje 2 balų surinko 27 % tiriamųjų. 55 % tiriamųjų turi 2 balų bent vienoje požymių subskalėje. Ieškant sąsajos tarp ligos stadijos ir PtSS simptomų buvo rastas silpnas (kontingencijos koeficientas 0,353, Kramero koeficientas 0,377) statistiškai patikimas (p=0,004) ryšis tarp ligos stadijos ir PtSS vengimo simptomų (2 lentelė). 2 lentelė. Krūties vėžio stadijos ir IES-R vengimo subskalės kryžminė dažnių lentelė IES-R vengimo subskalė <2 balų 2 balų Iš viso Ligos stadija I II III Iš viso Biomedicinos mokslai 51

53 Statistiškai patikimos koreliacijos tarp tiriamųjų amžiaus ir PtSS simptomų išreikštumo nerasta. Preliminariais duomenimis statistiškai patikimos sąsajos tarp pasitenkinimu tuo, kaip pacientei buvo pasakyta apie ligą ir PtSS simptomų išreikštumo nerasta. Išvados: % tiriamųjų turi 2 balų, t. y. vidutiniškai ar stipriau išreikštus simptomus, bent vienoje požymių subskalėje. 2. Tarp PtSS vengimo simptomų ir ligos stadijos nustatytas statistiškai patikimas silpnas ryšys ,5 proc. pacienčių atžymi nepasitenkinimą tuo, kaip buvo pranešta apie ligą. Literatūra [1] Kazlauskas, E., Gailienė, D. Psichologija, 2006 m., 33 tomas, psl. 52 Studentų moksliniai tyrimai 2011/2012

54 DANTŲ ĖDUONIES SUKĖLĖJO STREPTOCOCCUS MUTANS GENOTIPAI IR TOKSINO-ANTITOKSINO SISTEMOS KLINIKINĖS KILMĖS PADERMĖSE J. Skerniškytė, Vilniaus universitetas M. Jurėnaitė, E. Sužiedėlienė, Vilniaus universitetas Streptococcus mutans Streptococcus genties mutans rūšies mikroorganizmas, svarbus žmogaus dantų ėduonies susidaryme nuo pat pirmųjų dantų atsiradimo. Dantų ėduonis infekcinės kilmės liga, pasireiškianti kietųjų danties audinių demineralizacija. 42 % vaikų, kurių amžius nuo 2 iki 11 metų, buvo pasireiškę dantų ėduonies požymiai [1]. S. mutans bakterijos yra dalis žmogaus dantų bioplėvelės ekosistemos, kurią sudaro daugybė mikroorganizmų. Jų pusiausvyra ir palaiko normalią bioplėvelės homeostazę. Dėl nežinomų žmogaus genetinių ir aplinkos veiksnių ekosistemos pusiausvyra sutrinka ir joje ima vyrauti tam tikrų (kariogeninių) genotipų S. mutans bakterijos, kurių veikla sutrikdo bioplėvelės homeostazę. Tokios bakterijos skaido įvairius angliavandenius, o skaidymo produktas yra pieno rūgštis, kuri rūgština apnašų bioplėvelę ir skatina danties emalio demineralizaciją, galiausiai jos suirimą (kariesą). S. mutans bakterijos, nulemiančios šį procesą, išgyvena rūgščioje aplinkoje, sudaro atsparią rūgščiai bioplėvelę bei pasižymi kitomis virulentinėmis savybėmis [2]. Pilnai nėra atsakyta į klausimus, kokios padermių genetinės, biocheminės savybės nulemia jų patogeniškumą ir kokią įtaką ligos pasireiškimui turi paties šeimininko veiksniai. Toksino-antitoksino (TA) sistemos yra plačiai paplitusios bakterijose ir archėjose, jos siejamos su bakterijų patogeniškumu ir gebėjimu sudaryti bioplėvelės. Sistemas dažniausiai sudaro du genai, kurių vienas koduoja ląstelei žalingą stabilų toksiną, kitas toksino poveikį slopinantį labilų antitoksiną. S. mutans genome anotuotos dvi toksino-antitiksono sistemos MazEF ir RelBE, kurių pasiskirstymas ir buvo tiriamas šiame darbe. Darbo tikslas ištirti Streptococus mutans klinikinės kilmės padermių, išskirtų iš ikimokyklinio amžiaus vaikų ir iš suaugusių dvynių, genetinę įvairovę bei nustatyti toksino-antitoksino sistemų pasiskirstymą padermėse. S. mutans bakterijos išskirtos iš ikimokyklinio amžiaus vaikų, turinčių ankstyvąjį dantų ėduonį (ECC-S) ir neturinčių ėduonies (CF), seilių mėginių. Taip pat bakterijos išskirtos iš suaugusių monozigotinių ir dizigotinių dvynių, kurie visi turėjo ėduonies požymius, dantų apnašų. S mutans rūšis identifikuota auginant atrankioje Mitis Salivarius terpėje su bacitracinu, 10 % CO 2 atmosferoje. Rūšis patvirtinta 16S-23S rrnr Biomedicinos mokslai 53

55 tarpgentinės srities PGR. Genotipavimas atliktas rep-pcr ir pulsuojančio lauko elektroforezės metodais. TA sistemos nustatytos PGR metodu su S. mutans RelBE ir MazEF sistemoms savitaisiais pradmenimis. Tyrimo metu nustatėme, kad Streptococcus mutans padermėms būdinga didelė genetinė įvairovė. Vaikų grupėje dviejų genotipų didžiausias procentinis panašumas buvo 100 %, o mažiausias 32,4 %. S. mutans, išskirtų iš vaikų su ėduonies požymiais (ECC- S) grupės, buvo būdingas didesnis genetinės įvairovės intervalas, nei S. mutans iš sveikų vaikų (CF) grupės. S. mutans, išskirti iš vaikų, turinčių pieninių dantų ėduonį, pasižymėjo šiai grupei būdingais genotipais, kurie sudarė atskirą klasterį (1 pav.), klasteriai tarpusavyje skyrėsi nežymiai. 1 pav. rep-pcr metodu pagrįsta S. mutans genotipų iš ECC-S ir CF vaikų grupių dendrograma. Grupių analizė atlikta pasirinkus UPGMA algoritmą, paremtą Daiso koeficientu. Viršutinė skalė nurodo procentinį panašumą S. mutans, išskirti iš dvynių dantų apnašų, nepasižymėjo panašumų skirtumu tarp genotipų, nustatytų monozigotinių ir dizigotinių dvynių porose (duomenys neparodyti). Monozigotinių dvynių S. mutans panašumų svyravimo intervalas poroje sudarė ,2 %. Dizigotinių dvynių S. mutans panašumų svyravimo intervalas poroje sudarė ,6 %. Monozigotinių dvynių porose esančių genotipų procentinių panašumų 54 Studentų moksliniai tyrimai 2011/2012

56 vidurkis siekė 62 %, dizigotinių dvynių porose 64 %. Mūsų pirminiai genotipavimo duomenys liudija, kad genetiniai šeimininkų panašumai bei skirtumai padermių pasiskirstymui įtakos neturi. Toliau tyrėme S. mutans MazEF ir RelBE toksino-antitoksino sistemų pasiskirstymą S. mutans padermėse. TA sistemų pasiskirstymas imčių grupėse pateiktas 1 lentelėje. Gauti duomenys rodo, kad MazEF sistema žymiai labiau paplitusi nei RelBE tiek vaikų, tiek suaugusiųjų dvynių grupėse (p<0,05). Taip pat didesnė dalis vaikų S. mutans padermių turi vieną arba abi sistemas lyginant su suaugusiųjų dvynių grupe (p<0,05). 1 lentelė. TA sistemų pasiskirstymas vaikų ir suaugusiųjų dvynių grupėse MazEF RelBE Abi Nė vienos Vaikų ECC-S 81,8 % 22,7 % 22,7 % 13,6 % Vaikų CF 93,3 % 6,7 % 6,7 % 6,7 % Monozigotiniai dvyniai 60,7 % 14,3 % 3,4 % 28,6 % Dizigotiniai dvyniai 40,9 % 5,0 % 0,0 % 50,0 % Literatūra [1] nidcr.nih.gov [interneto svetainė]. Dental Caries (Tooth Decay) in Children (Age2to11)[atnaujinta , cituota ]. Adresas [2] Wen ZT, Yates D, Ahn SJ, Burne RA. Biofilm formation and virulence expression by Streptococcus mutans are altered when grown in dual-species model. J Clin Invest. 2010;107(7): Biomedicinos mokslai 55

57 IŠ NAMŲ HOSPITALIZUOTŲ NAUJAGIMIŲ SEPSIS J. Teišerskas, Lietuvos sveikatos mokslų universitetas R. Paškevičiūtė, A. Juškevičienė, A. Pavilonis, Lietuvos sveikatos mokslų universitetas Bakterinis sepsis yra viena pagrindinių naujagimių sergamumo ir mirčių priežasčių. Naujagimių mirštamumas nuo sepsio yra 35 % [1], išlieka nemaža tikimybė šią ligą diagnozuoti per vėlai [2]. Lietuvos sveikatos mokslų universiteto ligoninės Kauno klinikų (KK) Neonatologijos klinikoje šiuo metu galiojantis vėlyvojo naujagimių sepsio gydymo protokolas nurodo įtariant vėlyvąjį sepsį naujagimiams empiriškai skirti peniciliną ir gentamiciną (diagnozavus ar įtariant meningitą pridedamas cefotaksimas), tačiau praktikoje pastebėta, jog per pastaruosiuos penkerius metus naujagimių bakterinių infekcijų etiologinė struktūra kito, todėl atsirado poreikis ištirti šią kaitą ir, esant pokyčių, koreguoti gydymą. Retrospektyviojo tyrimo metu buvo išanalizuoti 186 naujagimių hospitalizavimo iš namų dėl visų rūšių infekcinių susirgimų į KK Neonatologijos kliniką metais atvejai. Imtį sudarė 50,5 % (94) vyriškos lyties, 49,5 % (92) moteriškos lyties naujagimiai. 72,3 % (133) naujagimių gyvenamoji vieta mieste, o 27,7 % (51) kaime. Naujagimių gyvenamoji vieta 40,6 % (102) atvejų buvo Kaunas. 67 % (124) naujagimių buvo išnešioti, 11 % (21) neišnešioti, 2 % (4) pernešioti ir 20 % (37) naujagimių subrendimas nebuvo nurodytas (galbūt turint omenyje, kad naujagimis gimė laiku). 51 % (95) naujagimių gimė natūraliais takais, 21 % (39) Cezario pjūvio operacijos pagalba ir 28 % (52) naujagimių gimimo būdas nebuvo nurodytas. Duomenų tvarkymui naudota MS Excel programa. Statistinė analizė atlikta naudojantis IBM SPSS Statistics 20 programų paketu. Analizuojant duomenis, buvo tikrinamos statistinės hipotezės apie skirtumus tarp vidurkių esant ir nesant sepsio diagnozei. Vidurkiai lyginti taikant Stjudento (t) kriterijų. Tikrinant statistines hipotezes, reikšmingumo lygmuo pasirinktas 0,05. Užregistruoti 44 vėlyvojo sepsio atvejai, iš kurių 50,0 % (22) kraujo pasėlių augo šios 24 bakterijų padermės: 1. 37,5 % (9) Streptococcus agalactiae jautrūs penicilinui ir eritromicinui. Dar dviem atvejais streptokokų rūšis nenustatyta, tik nurodyta, jog jie beta-hemoliziniai ir atsparumu nepasižymi ,7 % (4) plazmos nekoaguliuojančių stafilokokų padermės: 1) atspari tik penicilinui (1 atvejis); 56 Studentų moksliniai tyrimai 2011/2012

58 2) atspari penicilinui, oksacilinui ir gentamicinui (1 atvejis); 3) atspari dar ir sulfonamido-trimetoprimo deriniui (2 atvejai) ,5 % (3) Escherichia coli padermės: 1) jautri ampicilinui, cefuroksimui ir gentamicinui; 2) atspari ampicilinui ir piperacilinui (gentamicinui jautri); 3) atspari dar ir sulbaktamo-ampicilino deriniui (gentamicinui jautri). 4. Po 4,2 % (1) kitų bakterijų rūšių padermių: 1) Staphylococcus aureus atsparus klindamicinui ir eritromicinui (jautri oksacilinui, gentamicinui, vankomicinui); 2) Enterococcus faecalis atsparus penicilinui ir gentamicinui; 3) Streptococcus pneumoniae antibiotikams jautri padermė; 4) Streptococcus pyogenes antibiotikams jautri padermė; 5) Klebsiella pneumoniae atspari piperacilinui, ampicilino ir sulbaktamo deriniui, piperacilino ir tazobaktamo deriniui, cefuroksimui, ceftazidinui, cefotaksimui, gentamiciniui ir nitrofurantoinui; 6) Enterobacter spp. atspari penicilinui bei ampicilino ir sulbaktamo deriniui, (gentamicinui jautri). Gretutinės infekcinės diagnozės, esant sepsiui, 55,2 % atvejų (16) buvo meningitas, 17,2 % (5) osteomielitas, 13,8 % (4) pielonefritas, 6,9 % (2) omfalitas, 6,8 % (2) šlapimo takų infekcija. Sepsiui gydyti dažniausiai vartoti antibiotikai: 70 % (31) gentamicinas, 50 % (22) ampicilinas, 41 % (18) penicilinas, 39 % (17) cefotaksimas, po 9 % (4) oksacilinas, cefuroksimas ir vankomicinas, 5 % (2) meropenemas. Gydymo remiantis antibiotikograma vidutinė trukmė buvo 11,5 dienos (SD=6,7; n=79). Vidutinė sepsio gydymo stacionare trukmė sudarė 17,7 dienos (SD=8,6) ir reikšmingai skyrėsi (p<0,05) nuo kitų infekcijų gydymo vidutinės trukmės 7,7 dienos (SD=6,5). Stacionare po gimimo praleistų dienų skaičius nedarė įtakos sepsio infekcijos tikimybei. Susirgimo sepsiu amžius buvo labai įvairus (vidurkis 19 dienų, SD=12). Lyginant vėlyvuoju sepsiu sirgusių ir nesirgusių, tačiau turėjusių kitą infekciją, naujagimių amžiaus vidurkius bei pasiskirstymą pagal subrendimą, statistiškai reikšmingo skirtumo nerasta. Darbo išvados: % tirtų kraujo pasėlių buvo stebimas bakterijų augimas vyraujant Streptococcus agalactiae bei plazmos nekoaguliuojantiems stafilokokams. 2. Bakterijų atsparumo antibiotikams spektras buvo labai įvairus, todėl empirinis gydymas pasiteisino (sukėlėjas buvo jautrus bent vienam iš skirtų startinių antibiotikų) 77 % (17 iš 22) atvejų. Biomedicinos mokslai 57

59 3. Dažniausiai sepsiui gydyti buvo vartoti (dažnumo mažėjimo tvarka) gentamicinas, ampicilinas, penicilinas ir cefotaksimas deriniuose kaip biterapija. 4. Gretutinės infekcijų diagnozės, esant sepsiui, buvo meningitas, osteomielitas, pielonefritas ir omfalitas. 5. Sepsiu sergančių naujagimių gydymas stacionare vidutiniškai trunka 10 dienų ilgiau, nei kitomis infekcinėmis ligomis sergančių naujagimių. Susirgimo infekcija amžius bei gestacinis amžius sepsio pasireiškimo tikimybei įtakos neturi. Literatūra [1] Tamelienė, R., Markūnienė, E. Akušerija ir ginekologija, 2009, XII, 1, [2] Markūnienė, E. (sudarytoja). Neonatologija. Vitae Litera, Kaunas p. 58 Studentų moksliniai tyrimai 2011/2012

60 INSULINO AGREGACIJOS TARPRŪŠINĖS PERNAŠOS TYRIMAS K. Milto, Vilniaus universiteto Biotechnologijos institutas V. Smirnovas, Vilniaus universiteto Biotechnologijos institutas Baltymų amiloidogeninė agregacija vaidina pagrindinį vaidmenį sukeliant plačiai paplitusias Alzhaimerio ir Parkinsono, taip pat kelias dešimtis mažiau žinomų ligų. Baltymų infektyvumas taip pat susijęs su tokia agregacija. Prionais vadinamų baltymų agregatai, patekę į organizmą pakeičia jame esančių natyvių priono baltymų struktūrą, paversdami juos lygiai tokiais pačiais agregatais [1]. Skirtingų struktūrų prionų agregatai, vadinami prionų kamienais, sąlygoja skirtingas prionines ligas. Ligų pernaša gali vykti ir tarp kai kurių skirtingų organizmų [2]. Pastaruoju metu vis dažniau yra keliamas klausimas ar potencialus infektyvumas būdingas tik prionams, ar ir kiti amiloidiniai baltymų agregatai gali daugintis tokiu pačiu būdu [3]. Literatūroje galima surasti amiloidogeninių baltymų pavyzdžių, kurių agregatai mėgintuvėlyje gali užkrėsti natyvų baltymą, priversdami agreguoti. Insulino atveju netgi yra gauti skirtingų struktūrų agregatai, galintys daugintis panašiai kaip prionų kamienų atveju [4]. Šiame darbe buvo tiriamos skirtingų insulino kamienų tarprūšinės pernašos galimybės. Tyrimui naudoti jaučio ir žmogaus insulinai. Skirtingiems kamienams pagaminti 5 mg/ml insulino buvo tirpinami 100 mm fosfatiniame buferyje, ph2, turinčiame 100 mm NaCl arba tokiame pačiame buferyje su 20 % (tūrio) etanolio ir inkubuojama 60 C temperatūroje. Fibrilių formavimasis buvo stebimas pridėjus 50 μm tioflavino T (ThT), specifiškai prie fibrilių besijungiančio dažo, matuojant jo fluorescenciją (sužadinimas 470 nm; emisija 510 nm). Tokiu būdu gauti skirtingi agregatai buvo 1 valandą apdorojami ultragarso vonelėje (siekiant suskaldyti fibriles į trumpesnes) ir naudojami kaip sėklos pernašos tyrimams. Į jaučio arba žmogaus insulino tirpalus buvo pridedama 5 % (baltymo masės) skirtingomis sąlygomis pagamintų sėklų ir, ThT fluorescencijos pagalba stebima agregacijos kinetika 37 C temperatūroje. Norint įrodyti, kad tikrai susidaro fibriliniai agregatai, mėginiai buvo užnešami ant anglimi dengtų vario tinklelių ir dažomi uranilacetatu. Elektroninio mikroskopo pagalba gauti insulino agregatų vaizdai (1A pav.) Eksperimentai parodė, kad 60 C temperatūroje žmogaus insulino fibrilės susidaro greičiau negu jaučio. Įdomu tai, kad kai kuriais atvejais skiriasi netgi fibrilių susidarymo mechanizmai. Jaučio insulinas esant 100 mm NaCl, ph2, iš pradžių formuoja amorfinius agregatus ir tik po kurio laiko susidaro fibrilės [5]. Žmogaus insulino atveju fibrilės susidaro be tarpinių stadijų. Biomedicinos mokslai 59

61 Naudojant jaučio insulino sėklas su jaučio insulino tirpalais bei žmogaus insulino sėklas su žmogaus insulino tirpalais stebimas fibrilių ilgėjimas prisijungiant insulino molekules iš tirpalo ir pakeičiant jų struktūrą. Tokį mechanizmą patvirtina ThT fluorescencijos kreivės (1B pav.). Panaši reakcija vyksta ir tarprūšinės pernašos atveju, naudojant žmogaus insulino sėklas su jaučio insulino tirpalais. Tačiau atvirkštinis eksperimentas, naudojant jaučio insulino sėklas su žmogaus insulino tirpalu, esant 20 % etanolio, smarkiai skiriasi (1B pav.). Šiuo atveju pirmąsias tris valandas ThT fluorescencija nedidėja, o paskui per kelias valandas pasiekia maksimumą. Galima manyti, kad tokiomis sąlygomis pagamintos jaučio insulino fibrilės nesugeba augti prisijungdamos žmogaus insulino molekules arba šis procesas vyksta itin lėtai. Galima daryti prielaidą, kad jaučio insulino fibrilės katalizuoja žmogaus insulino fibrilizaciją kažkokiu kitu būdu. Norint tai įrodyti, reikia patvirtinti gautus duomenis kitais tyrimų metodais. Tą planuojama padaryti artimiausiu metu. 1 pav. (A) Jaučio insulino fibrilės 100 mm ph2 fosfatiniame buferyje. (B) Insulino agregacijos tarprūšinės pernašos kinetika: jaučio insulinas su jaučio sėkla (1 kreivė), žmogaus insulinas su jaučio sėkla (2 kreivė), žmogaus insulinas su žmogaus sėkla (3 kreivė), jaučio insulinas su žmogaus sėkla (4 kreivė), žmogaus insulinas be sėklos (5 kreivė). Eksperimentas atliktas 37 C 100 mm ph2 fosfatiniame buferyje su 20 % etanolio ir 100 mm NaCl Literatūra [1] Prusiner, S. B. Proc Natl Acad Sci U S A, 1998, 95, [2] Collinge, J., Clarke, A. R. Science, 2007, 318, [3] Brundin, P., Melki, R., Kopito, R. Nature reviews. Molecular cell biology, 2010, 11, [4] Dzwolak, W., Smirnovas, V., Jansen, R., Winter, R. Protein science, 2004, 13, [5] Grudzielanek, S., Smirnovas, V., Winter, R. Journal of molecular biology. 2006, 356, Studentų moksliniai tyrimai 2011/2012

62 UAP56 GENO KLONAVIMAS IR PADIDINTOS UAP56 BALTYMO RAIŠKOS LĄSTELĖSE TYRIMAI K. Vaidžiulytė, Vilniaus universiteto Biotechnologijos institutas S. Laurinavičius, Vilniaus universiteto Biotechnologijos institutas Imunologijos ir ląstelės biologijos skyriuje yra tyrinėjama genų raiškos reguliacija pre-irnr splaisingo lygmenyje. Splaisingas yra ląstelinis procesas, kurio metu iškerpamos nekoduojančios RNR sekos (intronai), o koduojančios (egzonai) sujungiamos. Splaisingą vykdo baltymų RNR kompleksai splaisosomos. Splaisosomos veikimas gali priklausyti nuo įvairių aplinkos sąlygų ir veiksnių, pvz., nuo žemos deguonies koncentracijos aplinkoje hipoksijos, kuri yra svarbi auglių ir navikų vystymuisi. Skirtingai veikiant splaisosomai, iš to paties geno splaisingo metu gali susidaryti skirtingos irnr molekulės (vyksta alternatyvus splaisingas). Yra žinoma, kad splaisosomos sudėtyje esantis baltymas U2AF65 turi įtakos splaisosomos veikimui hipoksijos sąlygomis [2, 6], o su šiuo baltymu sudarant splaisosomos kompleksą sąveikauja baltymas UAP56 [1, 2, 3, 4, 5, 7]. Norime ištirti, kokią įtaką UAP56 veikimui turi hipoksija. Pirmiausia iš vėžinių HeLa ląstelių išskirta irnr, nuo kurios atvirkštinės transkriptazės fermento pagalba susintetinta kopijinė DNR (kdnr). Geną koduojanti DNR padauginta atliekant polimerazinę grandininę reakciją (PGR) nuo kdnr, naudojant UAP56 genui specifinius pradmenis, kurių pradžia turėjo reikiamų restrikcijos endonukleazių atpažįstamas ir kerpamas sekas, bei Pfu ir Taq DNR polimerazių mišinį. Norimi DNR fragmentai išvalyti nuo kitų DNR ir RNR likučių elektroforezės būdu agaroziniame gelyje, iškirpti iš gelio ir išskirti. Išgrynintas DNR fragmentas sukarpytas endonukleazėmis, atpažįstančiomis specifines pradmenyse naudotas sekas, paliekant lipnius DNR galus. Tomis pačiomis endonukleazėmis sukarpytos dvi skirtingos plazmidės pet28a ir pcdna3.1, į kurias turės būti įterptas UAP56 genas. Išgryninti ir sukarpyti plazmidinės DNR ir UAP56 geno fragmentai naudoti ligavimo reakcijoje. Ligavimo reakcijos mišinys transformuotas į kompetentines bakterijų ląsteles, kurios išsėtos į lėkšteles su agarizuota terpe, turinčia selekcijai skirto antibiotiko. Užaugus kolonijoms (po 16 h), PGR screening metodu patikrinta, ar reikiamas ligavimo reakcijos produktas pateko į bakteriją ir plazmidinė DNR, turinti UAP56 geną, padauginta bakterijų ląstelėse. Norint visiškai įsitikinti, jog sukonstruota plazmidinė DNR atitinka norimą rezultatą, nustatyta jos nukleotidų seka (Instituto sekvenavimo centre). pe- Biomedicinos mokslai 61

63 T28a plazmidinė DNR naudota baltymo UAP56 raiškai bakterijų E.coli BL21 kamiene. Baltymo raiškos indukcija buvo vykdoma naudojant reagentą IPTG. Baltymo UAP56 raiškos indukcijai įvertinti buvo vykdoma bakterijų lizatų baltymų elektroforezė denatūruojančiame poliakrilamidiniame gelyje, ir baltymų pernaša ant nitroceliuliozinės membranos bei imunodetekcija Western blot o metodu. Membrana su perneštais baltymais inkubuota su pirminiais antikūnais prieš UAP56 baltymą ir antriniais antikūnais, kurie turi prijungtą krienų peroksidazę. Paveikus TMB reagentu, buvo matyti juostos, atitinkančios UAP56 baltymo dydį. pcdna3 plazmidė bus naudojama transfekcijai į eukariotines vėžines HeLa ląsteles. Prieš atliekant šį eksperimentą, patikrinta, kokia yra baltymo UAP56 raiška netransfekuotose ląstelėse. Tiriant endogeninį UAP56 kiekį netransfekuotose vėžinėse HeLa ląstelėse pastebėtas įdomus rezultatas. Panašu, jog hipoksinėmis sąlygomis gali susidaryti dvi UAP56 formos. Tolimesnis darbų planas yra pakartoti šį rezultatą ir pradėti tirti padidintos UAP56 raiškos įtaką irnr splaisingui. Literatūra [1] Sahni, A., Wang, N., Alexis, J. D. Biochemical and Biophysical Research Communications, 2010, 393: [2] Fleckner, J., Zhang, M., Valcarcel, J., Green, M. R. Genes and Development, 1997, 11: [3] Libri, D., Graziani, N., Saguez, C., Boulay, J. Genes & Development, 2001, 15: [4] Shen, H., Zheng, X., Shen, J., Zhang, L., Zhao, R., Green, M. R. Genes & Development, 2008, 22: [5] Takemura, R., Takeiwa, T., Taniguchi, I., McCloskey, A., Ohno, M. Genes to Cells, 2011, 16: [6] Boeckel, J., Guarani, V., Koyanagi, M., Roexe, T., Lengeling, A., Schermuly, R. T. et al. PNAS, 2011, 108: [7] Will, C. L., Lührmann, R. Cold Spring Harb Perspect Biol, 2011, Studentų moksliniai tyrimai 2011/2012

64 Bakterijų apsaugos nuo baktericidinių veiksnių įtaka fotovaistų antibakterinio poveikio efektyvumui K. Kasačiūnaitė Vilniaus universiteto Gamtos mokslų fakulteto Biochemijos ir biofizikos katedra dr. E. Bakienė Vilniaus universiteto Gamtos mokslų fakulteto Biochemijos ir biofizikos katedra Fotodinaminė terapija tai patogeninių mikroorganizmų bei vėžinių ląstelių naikinimas pasitelkiant šviesai jautrų cheminį junginį fotosensibilizatorių. Fotosensibilizacijos metu šis junginys yra sužadinamas tam tikro bangos ilgio šviesa ir pereina į aktyviąją formą. Jeigu procesas vyksta ląstelėje taikinyje, susidariusios aktyviosios deguonies formos bei radikalai sukelia pažaidas (lipidų, baltymų, nukleorūgščių), kurių ląstelė negali ištaisyti ir žūsta. Fotosensibilizacija siūloma kaip alternatyvus arba papildomas būdas naikinti kenksmingus mikroorganizmus. Pastaruoju metu paaiškėjo, kad bakterijų apvalkalėliuose esantys daugiavaisčio atsparumo (DVA) siurbliai geba aktyviai išmesti iš ląstelių kai kuriuos fotosensibilizatorius, tuo susilpnindami fotobaktericidinį poveikį. Šiame darbe yra tiriamas porfirinų pagrindu susintetintų fotosensibilizatorių membranotropinis poveikis gramneigiamosioms Salmonella enterica laukinio tipo nedorotoms bakterijoms bei bakterijoms, kuriose DVA siurblių veikla buvo slopinama savituoju slopikliu PAβN. Metodai. Bakterijų paruošimas pradedamas naktinės kultūros sėjimu. Nedidelis kiekis ląstelių sterilia mikrobiologine kilpele pernešamas nuo Petri lėkštelės į 10 ml skystos mitybinės LB terpės ir auginama 37 C temperatūroje apie 16 val. Tuomet naktinės kultūros dalis skiedžiama LB terpe iki optinio tankio 0,1 (600 nm ilgio šviesos bangoje). Dieninė kultūra auginama, kol optinis tankis pasiekia 1. Užauginta kultūra nucentrifuguojama, suspenduojama natrio fosfato buferiniame tirpale (100 mm, ph 7,5). Koncentruota ląstelių suspensija laikoma ledų vonelėje, kol yra atliekamas ekperimentas. Paruoštos bakterijos skiedžiamos Tris/HCl tirpalu (ph 8,0) iki titro ląst./ml. Dedami įvairūs priedai ir fotosensibilizatorius iki reikiamos koncentracijos. 5 ml tūrio mėginys yra pastoviai maišomas, šildomas iki 37 C ir švitinamas diodų matrica (bangos ilgio maksimumas 400 nm). Lipofilinių tetrafenilfosfonio (TPP + ) katijonų srautai, atspindintys ląstelių membranos įtampos, apvalkalėlių laidumo ir DVA siurblių aktyvumo pokyčius, registruojami potenciometrine matavimų sistema ir stebimi kompiuterio ekrane. Rezultatai. 1 pav. parodytas skirtingo krūvio (TTMAPP tetrakatijonas, mthpc neutralus) ir skirtingos molekulinės masės (TTMAPP 1 531,92, mthpc 680,75) fotosensibilizatorių poveikis bakterijoms. Biomedicinos mokslai 63

65 1 pav. TPP + jonų srautai per S. enterica bakterijų apvalkalėlį fotosensibilizacijos metu 2 pav. TPP + jonų srautai per S. enterica bakterijų apvalkalėlį fotosensibilizacijos metu, esant DVA siurblių slopiklio PaβN TTMAPP neturi poveikio ląstelėms tamsoje, tačiau pradėjus švitinti, stebime laikiną TPP + srautą į ląsteles. Tikėtina, kad tuo metu TTMAPP prasiskverbia į ląsteles pro fotodinaminio poveikio pažeistą apvalkalėlį, laikinai tampa DVA siurblių substratu ir konkuruoja dėl šių siurblių su TPP +. Tęsiant fotodinaminį poveikį, ląstelė negrįžtamai pažeidžiama ir visas TPP + išteka iš ląstelės. Skirtingai nuo TTMAPP, mažesnės molekulinės masės mthpc sukelia TPP + sugertį tamsoje, nes gali patekti į ląstelę (kur tampa DVA siurblių substratu) pro nepažeistą apvalkalėlį. Tačiau priešingai nei katijoninis fotosensibilizatorius TTMAPP, neutralus mthpc nesukelia ląstelių depoliarizacijos šviesoje: TPP + ištekėjimas iš ląstelės stebimas tik po vidinės membranos laidumą didinančių polimiksino B ir gramicidino priedų. Paveikus bakterijas RND tipo siurblių slopikliu PAβN (2 pav.), nei TTMAPP fotosensibilizacijos metu, nei mthpc tamsinėje būsenoje nebesukelia TPP + sugerties. Gauti rezultatai rodo, kad universalaus DVA siurblių substrato TPP + srautai per S. enterica ląstelių apvalkalėlį atspindi šių siurblių sąveiką su porfirinų klasės fotosensibilizatoriais. 64 Studentų moksliniai tyrimai 2011/2012

66 GENO MDR1 METILINIMO IR RAIŠKOS TYRIMAI PRIEŠINĖS LIAUKOS IR KRŪTIES NAVIKUOSE L. Gasiūnaitė Vilniaus universiteto Gamtos mokslų fakulteto Žmogaus genomo tyrimų centras J. Tverkuvienė Vilniaus universiteto Gamtos mokslų fakulteto Žmogaus genomo tyrimų centras Tarp Lietuvos moterų ir vyrų, atitinkamai krūties vėžys ir priešinės liaukos vėžys dažniausiai nustatomos onkologinės diagnozės. Viena iš didžiųjų problemų, planuojant paciento gydymo kursą, yra navikinių ląstelių sugebėjimas išvengti chemoterapinių medžiagų poveikio. Dažniausiai naviko ląstelės tam turi daugybę mechanizmų; vienas jų dėl tam tikrų genų raiškos padidėjęs vaistų išmetimas. Ieškoma žymenų, leidžiančių kuo efektyviau nustatyti ligos prognozę bei tam tikro gydymo būdo efektyvumą. Šio tyrimo objekto, geno MDR1, produktas yra ATP hidrolizės energiją naudojantis nešiklis. Sveikame organizme jis svarbus kai kurių organų detoksikacijai ir apsaugai nuo ksenobiotinių medžiagų, tačiau naviko ląstelės, kurioms būdinga MDR1 raiška, geba šalinti farmakoterapines medžiagas ir taip riboti vaisto gydomąjį potencialą. Šio tyrimo tikslas nustatyti geno MDR1 promotoriaus metilinimo būseną krūties (N=23) ir priešinės liaukos navikuose (N=40) bei įvertinti jo raišką priešinės liaukos navikuose (N=12). Taip pat siekta nustatyti geno pakitimų sąsajų su ligų klinikiniais ir demografiniais rodikliais. Citozino metilinimui MDR1 geno promotoriaus sekoje įvertinti, naudota metilinimui jautri polimerazinė grandininė reakcija (MSP). Reakcijos produktų analizė vykdyta gelių dokumentavimo sistema, atlikus elektroforezę agarozės gelyje. Geno MDR1 raiškai nustatyti naudota kiekybinė atvirkštinės transkripcijos PGR. Genominei DNR iš mėginio pašalinti, išskirta RNR veikta DNaze I. Tolesniame etape vykdyta kopijinės DNR sintezė, o ši dauginta kiekybinės PGR metodu. Šis metodas leido įvertinti tiriamo MDR1 geno ir endogeninės kontrolės geno GAPDH irnr kiekį turimame mėginyje. Promotoriaus hipermetilinimas krūties navikuose buvo būdingas 74 % (17/23) tirtų mėginių, o priešinės liaukos navikuose 45 % (18/40) mėginių. Krūties navikuose ieškota hipermetilinimo sąsajų su pacienčių amžiumi, navikinių ląstelių išplitimu į sritinius limfmazgius, stadija, diferenciacijos laipsniu, pagrindinių molekulinių krūties vėžio žymenų (Ki67, ER, PR ir HER2) raiška bei krūties vėžio vidiniais molekuliniais subtipais, tačiau patikimų koreliacijų nerasta. Priešinės liaukos navikuose buvo ieško- Biomedicinos mokslai 65

67 ma hipermetilinimo sąsajų su pacientų amžiumi, diferenciacija pagal Gleasoną, naviko stadija, prostatos specifinio antigeno (PSA) lygiu, priešinės liaukos svoriu bei paciento kūno masės indeksu, bet patikimų sąsajų nenustatyta. Išanalizavus raiškos tyrimų duomenis, pagal amplifikacijos ciklą (ct) įvertintas vidutinis geno MDR1 raiškos lygis, kuris mėginiuose siekė 8,84 (raiškos lygis Δ ct=geno GAPDH ct geno MDR1 ct), žemiausia reikšmė buvo 7,64, aukščiausia 11,25. Rasta, jog navikiniuose audiniuose geno raiška buvo vidutiniškai 1,28 karto mažesnė, nei kontroliniuose leukocitų mėginiuose. Reikšmingų MDR1 raiškos sąsajų su pacientų amžiumi, Gleasono laipsniu, PSA kiekiu, naviko stadija, diferenciacijos laipsniu, priešinės liaukos svoriu, paciento kūno masės indeksu bei ligos recidyvu nenustatyta. Geno MDR1 promotoriaus hipermetilinimas yra dažnas pakitimas tiek krūties, tiek priešinės liaukos navikuose. Taikyti tyrimo metodai yra jautrūs ir patikimi geno aktyvumo nustatymui, tačiau reikėtų išplėsti tiriamųjų imtį. 66 Studentų moksliniai tyrimai 2011/2012

68 KVANTINIŲ TAŠKŲ, PADENGTŲ PDGF-BB, PANAUDOJIMAS VĖŽINIŲ LĄSTELIŲ VAIZDINIMUI M. Lopeta, Vilniaus universitetas V. Karabanovas, Vilniaus universiteto Onkologijos institutas Kvantiniai taškai (KT) tai nanodalelės, kurių fizikocheminės savybės leidžia jas naudoti navikinių audinių ankstyvajai diagnostikai ir terapijai. KT yra stabilūs ir ryškūs fluoroforai. Pagrindinis jų trūkumas, norint panaudoti šiuos nanodarinius vėžio diagnostikai, yra KT mažas selektyvumas vėžinėms ląstelėms. Tam, kad KT efektyviai jungtųsi prie ląstelių taikinių, prie nanodalelių kovalentiškai prikabinami baltymai, kurie suteikia KT selektyvumo. Mūsų darbo tikslas yra sukurti KT padengtus baltymu, kad šie nanodariniai galėtų atpažinti vėžines ląsteles ir būti panaudoti vėžio vaizdinimui. Šiam tikslui nusprendėme panaudoti trombocitų kilmės augimo faktorių (PDGF-BB) baltymą, kuris sukelia ląstelių proliferaciją. Šis baltymas yra sudarytas iš dviejų polipeptidinių grandinių sujungtų disulfidiniais ryšiais. PDGF-BB jungiasi prie savo receptoriaus (PDGFR), kuris yra randamas įvairiuose vėžio tipuose. PDGF ekspresija buvo parodyta daugelyje solidinių navikų nuo glioblastomų iki prostatos karcinomų [1]. Darbo rezultatai. Buvo parodyta, kad kvantiniai taškai konjuguoti su augimo veiksniu (PDGFBB-KT) selektyviai jungiasi prie PDGFR. Toks baltymo ir KT konjugatas išlaiko sugebėjimą skatinti ląstelių proliferaciją kaip ir natyvus baltymas. Kadangi PD- GFBB-KT skatina tų ląstelių, prie kurių prisijungė, augimą ir dalijimąsi, jis nėra tinkamas vėžinių ląstelių vaizdinimui. Tam, kad sukurti KT ir augimo veiksnio nanodarinį, kuris nesukeltų ląstelių proliferacijos, buvo nuspręsta monomerizuoti dimerinį baltymą PDGF-BB iki monomero PDGF-B. PDGF-BB monomerizavimo efektyvumas įvertintas NDS poliakrilamidinės baltymų gelelektoforezės (NDS-PAGE) metodu. Monomero PDGF-B mitogeniškumas įvertintas panaudojus DNR sintezės matavimo rinkinį ir konfokalinę mikroskopiją. Buvo parodyta, kad PDGF-B nesukelia ląstelių proliferacijos ir dėl to gali būti naudojamas vėžio diagnostikai (1 pav.). Biomedicinos mokslai 67

69 1 pav. DNR sintezės intensyvumas NIH-3T3 ląstelėse, paveiktose PDGF-B ir PDGF-BB lyginant su kontrole Literatūra [1] George, D., Advances in experimental medicine and biology, 2003, 532, p. 68 Studentų moksliniai tyrimai 2011/2012

70 Karboanhidrazių sąveikos su slopikliais biofizikiniai tyrimai M. Kišonaitė, Vilniaus universiteto Biotechnologijos institutas A. Zubrienė, Vilniaus universiteto Biotechnologijos institutas Karboanhidrazės (CA) aktyviajame centre cinką turintys metalofermentai, dalyvaujantys daugumoje esminių žmogaus fiziologinių funkcijų. Žmogaus organizme rasta 15 šio fermento izoformų, jos yra išsidėsčiusios skirtinguose ląstelės kompartmentuose, nevienodai pasiskirsčiusios audiniuose, organuose. Šie metalofermentai katalizuoja grįžtamąją anglies dioksido hidrataciją iki bikarbonato jono. Ši reakcija svarbi ph reguliacijai ir palaikymui, bikarbonato ir CO 2 transportui, kaulų vystymuisi ir jų funkcijoms, raumenų funkcijoms ir nervų sistemai bei auglių formavimuisi [1]. Atsiradus karboanhidrazių pokyčiams, sutrinka jonų transportas, pakinta ph ir skysčių sekrecija. Taip pat pastebėta, kad karboanhidrazių veikla susijusi su kai kuriomis ligomis, tokiomis kaip glaukoma, nutukimas, epilepsija, vėžys. Taigi daugelis CA izofermentų yra perspektyvūs taikiniai gydant šias ligas ar jas diagnozuojant. Karboanhidrazių inhibavimas, panaudojant įvairius slopiklius, stabdo minėtų ligų vystymąsi. Viena iš CA slopiklių klasių yra sulfonamidai. Dauguma slopiklių veikia nespecifiškai daugelį CA izofermentų, o norint gydyti konkrečias ligas, slopiklis turi veikti tik tą izoformą, kurios pakitimai sukėlė ligą. Šiuo metu iš 25 klinikoje naudojamų slopiklių nėra nė vieno, selektyviai inhibuojančio vieną CA izoformą. Todėl yra tikslinga ieškoti specifiškų slopiklių, tam, kad gydant ligą nebūtų pažeisti kiti svarbūs fiziologiniai procesai, neatsirastų pašalinių poveikių [2]. Pagrindinis šio darbo tikslas yra išmatuoti laboratorijoje susintetintų benzensulfonamidų, turinčių pirimidino ir benzimidazolo fragmentus (1 pav.), sąveiką su penkiomis CA izoformomis (CAI, CAII, CAVII, CAXII, CAXIII) bei palyginti skirtingų CA izofermentų jungimosi su benzensulfonamidiniais slopikliais termodinaminius parametrus ir atrinkti junginius selektyviai veikiančius bent vieną CA izoformą. Baltymų sąveika su slopikliais tirta terminio poslinkio metodu (TSA). Šis metodas patogus, nes vienu metu galima tirti 72 mėginius. TSA metodu galima nustatyti ligandų jungimosi konstantas ir netiesiogiai matuoti baltymo terminį stabilumą [3, 4]. Metodas paremtas tuo, kad baltymo-slopiklio nekovalentinės sąveikos metu baltymas yra stabilizuojamas, todėl jo lydymosi temperatūra padidėja. Jungimosi konstanta nustatoma tiriant slopiklio koncentracijos įtaką baltymo stabilumui. Išmatuota virš 30 junginių sąveika su 5 CA izoformomis. Nustatyta, kad, benzensulfonamidai, para padėtyje turintys pakaitą, iki 100 kartų stipriau jungiasi su CA, nei meta padėtyje turintys pakaitą junginiai. Pa- Biomedicinos mokslai 69

71 vyzdžiui, E11-16 jungimosi konstanta K b =5, M -1, o E11-17, turinčio tą patį pakaitą meta padėtyje, K b =3, M -1 (2, 3 pav.). Dauguma slopiklių tirtas CA izoformas veikia nespecifiškai, bet keletas junginių (E11-12, E11-14, E11-16, E11-17) ~8 kartus stipriau jungiasi su CAXIII nei su kitomis tirtomis CA izoformomis. Kai kurių selektyviai veikiančių slopiklių sąveika su 5 CA izoformomis taip pat ištirta naudojant izoterminio titravimo kalorimetrijos metodą (ITC). Tai vienintelis metodas, kuriuo tiesiogiai matuojama baltymo-slopiklio jungimosi energetika ir nustatoma jungimosi konstanta bei kiti termodinaminiai parametrai kaip entropijos ir entalpijos pokyčiai bei jungimosi stechiometrija [5]. O S N R3 O N N N R1 R3 R1 R2 R2 E11-12: R1=SO 2 NH 2, R2=Cl, R3=Et, E11-38: R1=SO 2 NH 2, R2=Cl, R3=Me, E11-42: R1=SO 2 NH 2, R2=Cl, R3=Pr, E11-14: R1=SO 2 NH 2, R2=Cl, R3=Pr, E11-39: R1=H, R2=SO 2 NH 2, R3=Me, E11-43: R1=H, R2=SO 2 NH 2, R3=Pr, E11-16: R1=SO 2 NH 2, R2=Cl, R3=Bu, E11-40: R1=SO 2 NH 2, R2=Cl, R3=Et, E11-44: R1=SO 2 NH 2, R2=Cl, R3=Bu, E11-17: R1=H, R2=SO 2 NH 2, R3=Bu, E11-41: R1=H, R2=SO 2 NH 2, R3=Et, E11-45: R1=H, R2=SO 2 NH 2, R3=Bu. 1 pav. Keletas tirtų CA slopiklių 1.E+09 1.E+08 1.E+07 CA1 CA2 CA7 CA12 CA E11-16 (K b =5,5*10 8 ) Kb, M -1 1.E+06 1.E+05 1.E+04 T m, ºC E11-17 (K b =3,6*10 6 ) 1.E+03 E11-38 E11-39 E11-16 E11-17 Junginys 57 1.E-07 1.E-06 1.E-05 1.E-04 L t, M 2 pav. Slopiklių E11-38, E11-39,E11-16, E11-17 jungimosi konstantų palyginimas 3 pav. CAXIII lydymosi temperatūros priklausomybė nuo slopiklio koncentracijos Literatūra [1] Matulis, D., Kranz, J. K.,Salemme, R. F., Todd M. J. Biochemistry, 2005, Volume 44, [2] Supuran CT. Nature Reviews. Drug discovery, 2012, Volume 7, [3] Matulis, D. Baltymų fizikinė chemija. Technologija, Kaunas psl. [4] Cimmperman, P., Baranauskienė, L., Jachimovičiūtė, S., Jachno, J., Torresan, J., Michailovienė, V., Matulienė, J., Sereikaitė, J., Bumelis, V., Matulis, D. Biophysical Journal, 2008, Volume 95, [5] Perozzo, R., Folkers, G., and Scapozza, L. Journal of receptor and signal transduction research, 2004, Volume 24, Studentų moksliniai tyrimai 2011/2012

72 APATINIO ŽANDIKAULIO ALVEOLINĖS ATAUGOS ANTKAULIO HISTOLOGINĖS STRUKTŪROS YPATUMAI M. Pranskūnas, Lietuvos sveikatos mokslų universiteto Anatomijos institutas G. Juodžbalys, Lietuvos sveikatos mokslų universitetas Antkaulis, kaip biologinė multipotencinių ląstelių turinti membrana, yra labai svarbus kaulo reparaciniams ir regeneraciniams procesams. Kliniškai yra pastebėta, kad kaulo gijimas, persitvarkymas ir regeneracija nevienodi skirtingose žandikaulio vietose. Chirurginėje bei periodontologinėje klinikinėje praktikoje storas gleivinės biotipas gerina aplinkybes, leidžiančias pasiekti norimą funkcinį bei estetinį rezultatą. Stebėdami šiuos procesus iškėlėme hipotezę, kad alveolinėje ataugoje antkaulio storis gali skirtis priklausomai nuo lokalizacijos bei dantenų biotipo ir tai gali tiesiogiai daryti įtaką kaule vykstantiems nuo antkaulio priklausomiems procesams. Darbo tikslas. Įvertinti antkaulio storio pokyčius įvairiose apatinio žandikaulio (a/ž) alveolinės ataugos vietose bei skirtingo biotipo dantenose. Metodika. Tyrimas atliktas LSMUL KK Veido ir žandikaulių chirurgijos klinikoje bei LSMU Anatomijos institute. Tyrimui gautas Lietuvos sveikatos mokslų universiteto Bioetikos centro leidimas (Nr.: Be-of-200) bei rėmimas iš Lietuvos mokslų tarybos. Atliekant planines chirurgines intervencijas apatiniame žandikaulyje, paimti 3 mm diametro gleivinės antkaulio lopo mėginiai. Tyrimui pasirinktos šios vietos: kandžiųilties sritis, kaplių sritis, krūminių dantų sritis. Kiekvienam pacientui buvo imami mėginiai iš 2 skirtingų žandikaulio vietų. Viso ištirta 14 pacientų 28 mėginiai (1 pav.). Biopsijų išryškinimui taikytas dažymas hematoksilino eozino dažais. Taikytas histologinių preparatų ruošimo protokolas: fiksavimas (10 % formalino tirpale), plovimas, dehidratavimas, liejimas į parafino bloką, pjaustymas (6 mikronai) (Microm HM350S), deparafinavimas, dažymas, dengimas. Preparatų struktūra vertinta histologiškai šviesiniu mikroskopu Zeiss Imager M1 (5, 10, 20, 40 kartų padidinimu) ir elektroniniu mikroskopu FEI Biotwin G2. Kiekvieno preparato antkaulio ir gleivinės storiai matuoti kalibruota kompiuterinės programos (AxioVision Rel. 4.8) matuokle (2 pav.). Duomenų analizė atlikta taikant Wilcoxon o ir Frydmano kriterijus SPSS 18.0 programa. Biomedicinos mokslai 71

73 Rezultatai 1 pav. Gleivinės mėginių parametrai 2 pav. Gleivinės antkaulio lopas Gleivinės antkaulio lopų mėginių storiai varijuoja 1,31 3,6 mm ribose. Antkaulio storis varijuoja nuo 0,219 mm iki 0,291 mm. Statistiškai reikšmingo ryšio tarp antkaulio ir gleivinės storių nenustatyta (P<0,05). Mėginiai suskirstyti į tris grupes pagal biopsijos vietą. Tarp tiriamųjų antkaulio storis įvairiose a/ž alveolinės ataugos srityse varijuoja nuo 0,219 mm iki 0,291 mm. Statistiškai reikšmingo skirtumo tarp antkaulio storio įvairiose a/ž alveolinės ataugos srityse ar tarp skirtingų asmenų nenustatyta (P<0,05). Išvados: 1. Intaktinis antkaulis yra tolygaus storio įvairiose a/ž alveolinės ataugos srityse. 2. Tiesioginės priklausomybės tarp dantenų biotipo ir antkaulio storio nėra. 3. Stebėdami klinikinę praktiką bei vertindami tyrimo rezultatus, negalime teigti, kad antklaulio kiekybė yra pagrindinis parametras nusakantis jo regeneracinį potencialą. 72 Studentų moksliniai tyrimai 2011/2012

74 BAKTERIJŲ TOKSINO-ANTITOKSINO SISTEMŲ PAPLITIMAS ANTIBIOTIKAMS ATSPARIOSE Acinetobacter baumannii padermėse iš Lietuvos ligoninių N. Antanavičius Vilniaus universiteto Gamtos mokslų fakulteto Biochemijos ir biofizikos katedra M. Jurėnaitė, E. Sužiedėlienė Vilniaus universiteto Gamtos mokslų fakulteto Biochemijos ir biofizikos katedra Toksinų-antitoksinų (TA) sistemos bakterijų genų poros, koduojančios stabilų toksiną ir nestabilų antitoksiną, kurie susijungia į tvirtą kompleksą. Suirus antitoksinui, toksino veikimas stabdo bakterijų augimą ar net sukelia jų žūtį. TA sistemų yra bakterijų genomuose ir plazmidėse. Plazmidžių koduojamos TA sistemos užtikrina tokias plazmides turinčių bakterijų išlikimą, nes nuolat sintetinami toksinas ir antitoksinas susijungia į kompleksą, kuris ląstelei nekenksmingas. Tuo tarpu bakterijose, praradusiose plazmidę ir nutrūkus nuolatinei TA gamybai, antitoksinas greitai suyra, o ląstelės žūna dėl toksino poveikio. TA sistemos turėtų būti svarbios išlaikyti plazmides, koduojančias atsparumo antibiotikams genus, kurių reikia bakterijoms išlikti antibiotikų apsupties sąlygomis, pavyzdžiui, ligoninių aplinkoje. Antibiotikams atsparios Acinetobacter baumannii rūšies bakterijos vieni dažniausių hospitalinių infekcijų sukėlėjų Lietuvos ligoninėse, ypač intensyvios terapijos skyriuose. Daugiau nei 40 % jų yra atsparios karbapenemams beta-laktamų klasės antibiotikams, kurie dažnai yra paskutinio pasirinkimo vaistai, kuriais gydomos A. baumannii sukeltos infekcijos. Atsparumą lemiantys genai, koduojantys karbapenemus skaldančius fermentus, yra pernešamose plazmidėse, todėl atsparumas greitai plinta dėl horizontalios. Šio darbo tikslas buvo nustatyti, kokios bakterijų toksino-antitoksino sistemos paplitę Lietuvos ligoninėse išskirtose, antibiotikams atspariose Acinetobacter baumannii ir jų galima sąsaja su nustatytomis bakterijų plazmidėmis. Remiantis laboratorijoje atliktu A. baumannii padermių ir jų plazmidžių tyrimu, bioinformatine spėjamų A. baumannii TA sistemų paieška, jų klonavimo ir pirminio funkcinio apibūdinimo duomenimis, buvo ieškota trijų spėjamų TA sistemų: TA-1, TA-2 ir TA-3. Paplitimas buvo tirtas padermėse, priklausančiose Lietuvos ligoninėse labiausiai paplitusiose padermėse, priklausančiose Europiniam klonui I (ECI), Europiniam klonui II (ECII) ir Biomedicinos mokslai 73

75 pavienėse, klonų grupėms nepriklausančiose padermėse. Tyrimų rezultatai apibendrinti 1 lentelėje. 1 lentelė. Toksino-antitoksino sistemų paplitimas antibiotikams atspariose A. baumannii padermėse iš Lietuvos ligoninių TA sistema Klonų grupė EC I EC II Unikalūs TA-1 TA-2 TA-3 Padermių skaičius Rasta (% dalis) 32 % 100 % 64 % Spėjama lokalizacija 70 kb Plazmidės 7, 9, 11, 12, 70 kb Plazmidės Padermių skaičius ND Rasta (% dalis) Nerasta 94 % 33 % Spėjama lokalizacija Genomas ND Padermių skaičius Rasta (% dalis) 89 % 98 % 65 % Spėjama lokalizacija 9, 70 kb Plazmidės 7, 9, 11, 12 kb Plazmidės ND ND netirtos plazmidės. TA-2 sistema rasta tik EC II klonų grupės padermėse, todėl manome, kad ji lokalizuota genome. Kitos dvi sistemos (TA-2 ir TA-3) dažniau nustatytos padermėse, turinčiose tam tikro dydžio plazmidžių rinkinius. Visos tirtos TA sistemos labiau paplitusios ECII klonų grupės padermėse nei ECI grupės padermėse. Padermėse, kurios nepriskiriamos ECI ir ECII grupėms (unikalios), taip pat nustatėme TA sistemų. Tokiu būdu, klinikinės kilmės A. baumannii padermės turi mažiausiai tris toksino-antitoksino sistemas, koduojamas genomo ir plazmidžių. 74 Studentų moksliniai tyrimai 2011/2012

76 ŽMOGAUS αkarbonanhidrazės-ii SLOPIKLIŲ TYRIMAS KOMPIUTERINIO MODELIAVIMO IR CHEMINFORMATINIAIS METODAIS P. Norvaišas, Vilniaus universitetas V. Kairys, Vilniaus universiteto Biotechnologijos institutas 1 pav. Slopiklis prisijungęs αka-ii aktyviajame centre Struktūra paremtas vaistų kūrimas didele dalimi yra pagrįstas kompiuterinio modeliavimo metodais pradedant didelės našos pirminių junginių atranka, jų sąveikos su baltymu-taikiniu skaičiavimu ir baigiant kiekybinio junginių struktūros ir afiniškumo ryšio nustatymu [1]. Pagrindinis tokių tyrimų tikslas identifikuoti ir sukurti cheminius junginius, kurie su dideliu afiniškumu ir, pageidautina, labai selektyviai jungtųsi prie dominančio baltymo. Naudojant įvairius metodus (ITC, TSA, SPR...), ligandų afiniškumą ir selektyvumą galima įvertinti eksperimentiškai, tačiau norint išanalizuoti atskirų cheminių sąveikų ir struktūrinių elementų įnašus, pasitelkiamas kompiuterinis modeliavimas. Vis dėlto, ne viskas taip paprasta. Elektrostatinių ir nepolinių ryšių nulemta sąveika tarp paprastos struktūros, mažai lankstaus baltymo ir ligando daugeliu atveju yra lengvai apskaičiuojama. Tačiau tokios sąveikos įvertinimas metalo-baltymams, ypač, jei jie su ligandu sudaro netipinius ryšius nėra trivialus uždavinys. Be to, tokių skaičiavimų rezultatai turi prasmę tik eksperimentinių ir ligandų struktūrinių duomenų kontekste, tad nagrinėjami dideli informacijos kiekiai ir koreliacijų ieškoma daugiamačiuose duomenų masyvuose. Biomedicinos mokslai 75

77 Praktikos metu kompiuterinio modeliavimo metodais buvo tirta Vilniaus universiteto Biotechnologijos instituto Biotermodinamikos ir vaistų tyrimų skyriuje sukurtų slopiklių ir αkarbonanhidrazės-ii (PDB ID: 3M96) sąveika. Karbonahidrazės (KA) gausiai ekspresuojami ir daugelyje organizmų identifikuoti cinko baltymai, atliekantys gyvybiškai svarbią funkciją grįžtamą anglies dvideginio hidrataciją į bikarbonato joną ir protoną (CO 2 +H 2 O HCO 3- +H + ). Dėl savo vaidmens metastazių susidaryme, glaukomoje, neurodegeneratyvinėse ligose bei įvairiose kitose patologijose šie baltymai sulaukė ypatingo farmacijos pramonės dėmesio [2]. Jų slopikliai sulfonamidų pagrindu susintetinti cheminiai junginiai, kurių deprotonizuota amino grupė sudaro koordinuotą jungtį su αka-ii cinku. Preliminarus slopiklių įvertinimas buvo atliktas didelės našos atrankos principu, jungimosi energiją apskaičiuojant Vdock programa, naudojančia Mining Minima algoritmą [3]. Gautuose duomenyse išskirti elektrostatinės ir Van der Waals o sąveikos indėliai. Iš 20-ies nustatytų jungimosi pozų kiekvienam ligandui, 5-ios su žemiausia energija buvo atrinktos didesnio tikslumo skaičiavimui Poisson-Boltzman paviršiaus ploto (PBSA) metodu naudojant APBS programą [4]. Šis metodas leido įvertinti tirpiklio įtaką, bet atskirti elektrostatinės ir hidrofobinės sąveikų įnašus. Galiausiai, naudojant ChemAxon Instant JChem programų paketą buvo sukurta slopiklių, jų struktūrinių, eksperimentinių ir modeliavimo duomenų bazė, palengvinanti manipuliaciją tokia multidimensine informacija. Rezultatai: Eksperimentinių ir Vdock programa apskaičiuotų sąveikos energijų koreliacija yra gana prasta. Visgi, nustatytos ligandų pozos daugeliu atveju yra pakankamai stabilios ir pagrįstos, lyginant su jau turimais rentgeno-kristalografiniais duomenimis. PBSA metodu perskaičiavus žemiausios energijos pozų energiją, koreliacija su eksperimentiniais rezultatais šiek tiek pagerėjo. Sukurta duomenų bazė leido palyginti slopiklių chemines savybes su jų afiniškumu, bei pateikė įdomių įžvalgų. Pvz., maksimalus dar besijungiančio slopiklio tūris ~480Å 2, geriau jungiasi slopikliai, kurių bendras paviršiaus krūvis artimas neutraliam. Duomenų bazė yra toliau plėtojama ir ilgainiui bus pritaikyta viso Biotermodinamikos ir vaistų tyrimų skyriaus veikloje. Literatūra [1] D. B. Kitchen, H. Decornez, J. R. Furr, and J. Bajorath, Docking and scoring in virtual screening for drug discovery: methods and applications., Nature reviews. Drug discovery, vol. 3, no. 11, pp , Nov Studentų moksliniai tyrimai 2011/2012

78 [2] V. Alterio, A. D. Fiore, K. D. Ambrosio, C. T. Supuran, and G. D. Simone, Multiple Binding Modes of Inhibitors to Carbonic Anhydrases: How to Design Specific Drugs Targeting 15 Different Isoforms? Chemical Reviews, vol [3] V. Kairys and M. K. Gilson, Enhanced docking with the mining minima optimizer: acceleration and side-chain flexibility., Journal of computational chemistry, vol. 23, no. 16, pp , Dec [4] N. a Baker, D. Sept, S. Joseph, M. J. Holst, and J. a McCammon, Electrostatics of nanosystems: application to microtubules and the ribosome., Proceedings of the National Academy of Sciences of the United States of America, vol. 98, no. 18, pp , Aug Biomedicinos mokslai 77

79 Lietuvoje paplitusių antibiotikams atsparių patogeninių bakterijų plazmidžių genotipinis tyrimas R. Krasauskas, Vilniaus universitetas J. Povilonis, E. Sužiedėlienė, Vilniaus universitetas Plazmidės žiediniai, ekstra-chromosominiai, galintys autonomiškai replikuotis bakterijų genomo elementai yra plačiai paplitusios daugumoje prokariotų rūšių. Be replikacijai, paveldėjimui ir pernešimui būtinų genų, plazmidėse taip pat ypač dažnai aptinkamos atsparumą daugelio klasių antibiotikams lemiančios genetinės determinantės. Ši ypatybė ir plazmidžių gebėjimas pernešti savo genetinę medžiagą horizontalios genų pernašos būdu tarp skirtingų rūšių ir genčių bakterijų [1], didžiąja dalimi nulėmė pastaraisiais metais stebimą dauginio atsparumo antibiotikams fenotipo paplitimą tarp klinikoje svarbių Enterobactericeae šeimos ir Acinetobacter baumannii bakterijų [2]. Šio darbo tikslas buvo pagrindinių plazmidžių grupių genotipinis nustatymas klinikinės ir veterinarinės kilmės Enterobacteriaceae šeimos, Acinetobacter baumanni ir Pseudomonas aeruginosa bakterijose. A. baumanii padermių plazmidžių dydžio nustatymas PFGE metodu naudojant S1 nukleazę bei jų DNR restrikcinę analizę ir gautų rezultatų lyginimas su jau žinomų plazmidžių duomenimis. Bendra imtis, tiriant A. baumannii plazmides, buvo sudaryta iš 247 padermių, gautų iš ligoninių intensyvios terapijos skyrių. Rep-PGR metodu buvo tikrinama, kurias iš 19 replikonų homologijos grupių [3] turi atrinkti izoliatai. Nustatyta, kad labiausiai Lietuvos ligoninėse yra paplitę GR2 replikonai sudaro kiek daugiau nei 77 % visos imties. Yra išskirti du GR2 priklausančių plazmidžių rep genų variantai repaci1 ir repaci2 [3], pasižymintys 78 % tarpusavio nukleotidų sekos panašumu. Atsitiktinai parinktos GR2 plazmidės rep geno fragmento sekoskaitos ir homologijų paieškos BLAST įrankiu ( rezultatai parodė, kad sekvenuotas rep geno dalies amplikonas yra 99 % identiškas pabna2 plazmidės RepAci1 genui (NCBI Gene- Bank nukleotidų sekos prieigos Nr. GQ338083). Taip nustatyta, kad beveik visos plazmidės duomenų bazėje (7 iš 9), turinčios RepAci1 geną, buvo nedidesnės nei 12,2 kb. Antra pagal paplitimą plazmidžių replikonų grupė tirtoje imtyje buvo GR6. Ji sudarė apytiksliai pusę imties (54,25 %). Atsitiktinai paimto GR6 grupės amplikono sekoskaitos rezultatai parodė, kad seka NCBI GeneBank duomenų bazėje gali būti reikšmingai sulyginama su sekomis iš 4 plazmidžių pacicu2, ABKp1, pabsk- OXA82, p2abtcdc0715 (NCBI GeneBank prieigos Nr. atitinkamai NC_ ; 78 Studentų moksliniai tyrimai 2011/2012

80 NC_ ; GQ ; CP ). Identiškumas siekia 99 %. Taip pat buvo nustatyta, kad išskyrus pabsk-oxa82(11120bp), šios plazmidės yra sąlyginai (lyginant su GR2 grupei priklausantiems replikonams) masyvios ir siekė ~64 75 kb. Apie dešimtadalį (12,96 %) visos imties sudarė kamienai, kurių plazmidžių replikonų nepavyko nustatyti pagal naudotą metodiką. Kitos homologinės replikonų grupės tirtoje imtyje nebuvo nustatytos. Nustatyta, kad beveik pusė visų tirtų kamienų (45,34 %) turėjo abi replikonų grupes GR2 ir GR6. Nedidelė dalis tirtų padermių turėjo tik GR6 grupei priklausančią replikazę (8,91 %). Taip pat svarbu atkreipti dėmesį, kad beveik trečdalis (31,98 %) tirtų padermių turėjo tik GR2 replikonų grupei priskiriamas plazmides. PFGE-S1 metodu nustatyta (1 pav.), kad A. baumannii padermėms (n=58), kuriose buvo aptiktos GR2 ir GR6 homologinės plazmidžių replikonų grupės, yra būdingos plazmidės, kurių dydžiai ~1kb ir kb. Jei padermei nustatyta tik GR2 grupė visada aptinkama ~12kb plazmidė. O plazmidės, kurių dydis ~65 75 kb, visada randamos GR6 replikono grupei priskiramoms padermėms. Remiantis nustatyta GR2 grupei priklausančio rep geno nukleotidų seka, buvo sukonstruoti oligonukleotidiniai pradmenys, kurių pagalba pavyko padauginti pilno ilgio GR2 plazmidžių DNR (amplikonų dydžiai ~9 kb, ~11 kb). Atlikus gautų amplikonų restrikcinę analizę (naudotos restrikcijos endonukleazės: Eco31I; HindIII; XhoI; BstXI; PstI; PaeI; XbaI; DraIII ), pastebėta, kad trijų iš jų restrikcijos profiliai sutampa su plazmidės pab0057(ncbi GeneBank prieigos Nr. NC_ ) restrikcijos profiliu, nustatytu in silico. Likusių 6 amplikonų restrikcijos profiliai buvo unikalūs. Enterobakterijų imtis buvo sudaryta iš veterinarinės (n=53) ir klinikinės (n=40) kilmės padermių. Jų turimos plazmidės buvo identifikuojamos (pagal replikoną) ir priskiriamos, 1 iš 22 replikonų nesuderinamumo grupių [5], šiuo metu žinomos 27 inc grupės, patvirtintos Nacionalinės kultūrų tipų kolekcijos Londone (Plasmid Section of the National Collection of Type Cultures, Colindale, London, United Kingdom) [4], naudojant PGR paremtu inc/rep nustatymo metodu. Nustatyta, kad daugiausia plazmidžių priklausė heterogeninei incf grupei tokių buvo aptikta 71 (sudaro 76,34 % nuo imties). Kita, dažnai imtyje nustatyta plazmidė, priklausė nesuderinamumo grupei I1. Ši grupė sudarė 26,88 % imties ir, kaip ir F grupė, buvo aptikta beveik vienodai tiek klinikinės tiek veterinarinės kilmės padermėse. Panaši variacija pagal šį požymį galiojo ir P bei Y grupėms, tačiau jų bendra dalis imtyje buvo kiek mažesnė ir sudarė atitinkamai 18,28 % ir 12,90 %. Tarp W (n=18) ir N (n=10) replikoną turinčių padermių, didžiausią dalį sudarė veterinarinės kilmės kamienai (atitinkamai 88,89 % ir 90 %). Hl2 (n=5) ir HI1 (n=5) nesuderinamumo grupės buvo rastos tik veterinarinės kilmės padermėse. Nebuvo surasta nei vieno replikono, priskiriamo šioms grupėms: T; L/M; X. Iš visų padermių tik penkiose nebuvo identifikuotas joks replikonas. Biomedicinos mokslai 79

81 P. aeruginosa plazmidžių replikonų tyrimo rezultatai buvo neigiami. Iš visų tirtų kamienų (n=30), nei vienam nebuvo priskirta kokia nors enterobakterjų plazmidžių nesuderinamumo grupė. To priežastys galėtų būti: kamienai neturi plazmidžių; konservatyvūs regionai, kuriems yra komplementarūs naudojami pradmenys, P. aeruginosa padermėse yra pakitę, todėl ir nėra atpažįstami; padermės turi nežinomo tipo replikonus. 1 pav. A. baumannii visos DNR, paveiktos nukleaze S1, pulsuojančio lauko gelio elektroforezės vaizdas. Takeliai: 1; 2; 4; 5; 8; 11; 12; 13; 14; 15 padermės turi GR6 ir GR2 replikonų grupes, 3; 9; 10; 16; 17 tik GR2, 7 tik GR6. Analizuota 1 % SeaKem Gold agarozės gelyje. M takelis DNR ilgio žymuo (CHEF DNA Size Standart # , 5 kb ladder, kb, Bio-Rad Išvados. Lietuvos ligoninėse tarp A. baumannii padermių labiausiai paplitusios GR2 ir GR6 replikonų grupėms priskiriamos plazmidės, kurių dydžiai yra atitinkamai ~12 kb ir ~65 75 kb. Dauguma GR2 grupę turinčių plazmidžių pasižymi unikaliais restrikcijos profiliais. Tarp enterobakterijų šeimai priklausančių padermių (išskyrus P. aeruginosa) labiausiai paplitusios IncF nesuderinamumo grupei priskiriamos plazmidės. Jokia plazmidžių nesuderinamumo grupė nebuvo identifikuota P. aeruginosa padermių imtyje. Literatūra [1] Francia, M. V., Varsaki, A., Garcillan-Barcia, M. P., Latorre, A., Drainas, C., de la Cruz, F. A., Classification scheme for mobilization regions of bacterial plasmids. FEMS Microbiol. Rev. 28, [2] Peleg, A. Y., H. Seifert, and D. L. Paterson Acinetobacter baumannii: emergence of a successful pathogen. Clin. Microbiol. Rev. 21: [3] Bertini, A., Poirel, L., Mugnier, PD., Villa, L., Nordmann, P., Carattoli, A. Characterization and PCR-based replicon typing of resistance plasmids in Acinetobacter baumannii. Antimicrob Agents Chemother. 2010; 54: [4] Carattoli, A., Resistance plasmid families in Enterobacteriaceae. Antimicrob Agents Chemother 2009; 53: [5] Carattoli A., A. Bertini, L. Villa, V. Falbo, K. L. Hopkins, and E. J. Threlfall. Identification of plasmids by PCR-based replicon typing. J. Microbiol. Methods. 2005; 63: Studentų moksliniai tyrimai 2011/2012

82 SULFONILURĖJOS KLASĖS HERBICIDŲ POVEIKIS NETAIKINĖMS VANDENS AUGALŲ RŪŠIMS, DUMBLIAMS IR VANDENS BESTUBURIAMS R. Norvilaitė, Vytauto Didžiojo universitetas dr. J. Žaltauskaitė, Vytauto Didžiojo universitetas Pastaruoju metu vis didėja herbicidų naudojimas ir vis dažniau kalbama apie neigiamą jų poveikį augalams, gyvūnams ir aplinkai. Šiuolaikiniai pesticidai aplinkoje suyra žymiai greičiau nei senosios kartos cheminės medžiagos, tačiau dėl didelio jų cheminio veiksmingumo neigiamas jų poveikis aplinkai yra ypatingai svarbus ir kelia grėsmę ne tik dirvožemio ir vandens ekosistemoms, bet ir žmonių sveikatai per maisto produktus. Sulfonilurėjos herbicidai yra stiprūs acetolaktato sintazės (ALS) inhibitoriai. Jie plačiai naudojami kontroliuoti plačialapes piktžoles grūdų pasėliuose. ALS inhibitoriai veikia specifinius fermentus ir užkerta kelią amino rūgščių (valino, leucino, ir izoleucino), kurios yra būtinos baltymų sintezei, todėl sutrinka augalų augimas ir vystymasis. Jų veikimo mechanizmas ir toksinis poveikis aukštesniesiams augalams yra gerai ištirtas [1, 2], nors, palyginti nedaug yra žinoma apie šių herbicidų toksinį poveikį netiksliniams sausumos ir vandens organizmams. Tyrimai rodo, kad sulfonilurėjos grupės herbicidai gali sukelti oksidacinį stresą augalams, sumažinti pigmentų kiekį [3, 4], gali neigiamai paveikti vandens augalų augimą, morfologiją ir dauginimąsi [5 9]. Lemna sp. sulfonilurėjų klasės herbicidų EC (efektivioji koncentracija sukelianti 50 % augimo slopinimą) svyruoja nuo 0,91 iki 14,5 ppb [10]. Žaliajam dumbliui (Scenedesmus vacuolatus) EC50 svyruoja nuo 0,5 µm (bensulfuron-metilo) iki 5,83 µm (rimsulfurono) [11]. Tyrimų objektais pasirinkti žalieji dumbliai (Pseudokirchneriella subcapitata L.), mažosios plūdenos (Lemna minor L.) ir dafnijos (Daphnia magna). Tyrimo metu tiriamas amidosulfurono poveikis dumblių ir vandens augalų augimui, dafnijų mirtingumui ir reprodukcijai. Taip pat vertinamas amidosulfurono poveikį taikant mikrokosmo metodą, t. y. testuojant kelias organizmų rūšis vienu metu. Mikrokosmo metu galima nustatyti ir tarprūšines sąveikas bendrijoje bei netiesioginį herbicido poveikį. Bus vykdomi šie mikrokosmai: dumblis + augalas, dumblis + augalas + dafnija. Tikimasi užfiksuoti vandens augalų sumažėjusią biomasę, pigmentų kiekį, dauginimosi ir augimo slopinimą, padidėjusi MDA kiekį, mirtingumą ir dafnijų imobilizaciją. Visi tyrimai bus atlie- Biomedicinos mokslai 81

83 kami pagal standartizuotus OECD (Ekonominio bendradarbiavimo ir plėtros organizacijos) testus: dumblių augimo slopinimo testas (TG 201); Lemna minor augimo slopinimo testas (TG 221), dafnijų ūmus imobilizacijos ir chroniškas reprodukcijos testai (TG 202, 211). Literatūra [1] Duke, S.O. Environmental Health Perspectives, 1990, Nr. 87, p [2] Kudsk, P., Mathiassen, K. S. Weed Research. 2004, Nr. 44, p [3] Olette, R., Couderchet, M., Biagianti, S., Eullaffroy, P. Chemosphere, 2008, Nr. 70, p [4] Frankart, C., Eullaffroy, P., Vernet, G. Environmental and Experimental Botany, 2003, Nr. 49, p [5] Deng, L., Senseman, S. A.,Gentry, T. J., Zuberer, D. A., Weiss, T. L., Devarenne, T. P., Camargo, E. R. Industrial Crops and Products, Nr. 39, p [6] Peterson, H. G., Boutin, C., Martin, P., Fremark, K. E., Ruecker, N. J., Moody, M. J. Aquatic Toxicology, 1994, Nr. 28, p [7] Huiyun, P., Xiaolu, L., Xiaohua, X., Shixiang, G. Journal of Environmental Sciences, 2009, Nr. 21, p [8] Davies, J., Honegger J. L., Tencalla, F. G., Meregalli, G., Brain, P., Newman, J. R., Pitchford, H. F. Pest Manag. Sci. 2003, Nr. 59, p [9] Wendt-Rasch, L., Pirzadeh, P., Woin, P. Aquatic Toxicology, 2003, Nr. 63,p [10] Mohammad, M., Kishimoto, T., Itoh, K., Suyama, K., Yamamoto, H. Bull. Environ. Contam. Toxicol. 2005, Nr. 75, p [11] Junghans, M., Backhaus, T., Faust, M., Scholze, M., Grimme, L. H. Bull. Environ. Contam. Toxicol., 2003, Nr. 71, p.: Studentų moksliniai tyrimai 2011/2012

84 BEDANČIŲ SRIČIŲ ĮTAKA APATINIO ŽANDIKAULIO LŪŽIO LOKALIZACIJAI BEI GYDYMO OPERATYVUMO REIKŠMĖ KOMPLIKACIJŲ ATSIRADIMUI S. Rakauskaitė, Lietuvos sveikatos mokslų universiteto Odontologijos fakultetas prof. G. Juodžbalys, Lietuvos sveikatos mokslų universiteto Odontologijos fakultetas Žandikaulių struktūra, dantų lanko vientisumas ir kramtymo efektyvumas yra glaudžiai susiję. Yra daug aplinkybių, kada galime tikėtis sumažėjusio kramtymo efektyvumo. Vienas iš jų yra apatinio žandikaulio lūžimas ir dantų netekimas traumos metu. LSMU KK Veido ir žandikaulių chirurgijos klinikoje statistiškai patikimai yra įrodyta, jog lūžis reikšmingos įtakos pilnadančiuose dantų lankuose nesudaro. Tačiau lieka neaišku, ar bedantės sritys yra faktorius, predisponuojantis lūžio vietą bei kiek laiko turi praeiti nuo traumos atsiradimo iki pagalbos suteikimo, kad galėtume įtarti atsirasiančias komplikacijas. Darbo tikslai: 1. Įvertinti bedančių sričių įtaką apatinio žandikaulio lūžių lokalizacijai. 2. Įvertinti apatinio žandikaulio lūžimų gydymo operatyvumo įtaką komplikacijų išsivystymui (potrauminiam osteomielitui). Metodika. Atliktame tyrime ištyrėme 67 pacientus, kurie bendrai turėjo 103 apatinio žandikaulio lūžius. Buvo sudarytos specialios anketos, kuriose buvo atžymima: lūžių skaičius, tipas, vieta, dislokacija, dantų skaičius prieš ir po traumos, dantų santykis su lūžio linija, laikas praėjęs nuo traumos atsiradimo iki pagalbos suteikimo. Buvo svarbu išsiaiškinti, kokie dantys pas pacientą buvo gydyti endodontiškai, ar nėra atsiradusių židinių. Židiniai lėtinio viršūninio periodontito, lėtinio paūmėjusio viršūninio pūlinio zonos, kurios gali pagreitinti potrauminio osteomielito išsivystymą dėl esančio bakterinio mikroorganizmų fono. Todėl tai yra svarbus rodiklis, tiriant ūmių komplikacijų išsivystymą. Kadangi potrauminiai osteomielitai išsivysto maždaug per mėnesį, visą projekto laikotarpį buvo stebima ar pacientai nesikreipė pakartotinai dėl atsiradusių komplikacijų. Informacija buvo imama iš pacientų ligos istorijų su etikos leidimu. Nagrinėjome pacientų ortopantomogramas, iš kurių galėjome nustatyti lūžio lokalizaciją įvertinti lūžio atsiradimą bedantėje srityje ir atžymėti kitus anketuojamus apatinio žandikaulio lūžio požymius. Statistinė analizė buvo atlikta SPSS 17 programiniu paketu. Biomedicinos mokslai 83

85 Rezultatai: 1. Ištyrę 67 pacientų po apatinio žandikaulio lūžių, gavome, kad 41 pacientas yra netekęs bent vieno danties, o 18 iš jų buvo diagnozuotas lūžis bedantėje srityje (1 pav.). Statistinė lūžio tikimybė dantų lanko bedantėje srityje 0,439±0,15, p< 0, Potrauminio osteomielito išsivystymui praėjęs laikas turėjo statistiškai reikšmingos įtakos. Praėjus 4 paroms po traumos buvo nustatytas vienas potrauminio osteomielito atvejis. Iš vėliau nei 4 paros po traumos besikreipusiųjų, buvo nustatyti dar 9 potrauminio osteomielito atvejai (2 pav.). Statistinė tikimybė atsirasti potrauminiam osteomielitui 4 parų laikotarpyje lygi 0,0175±0,034; vėliau 0,8 ±0,248, kai p<0, % 10 % 40 % 40 % Nuo 2 iki 4 parų Nuo 5 iki 15 parų Nuo 16 iki 30 parų 1 pav. Potrauminio osteomielito išsivystymo priklausomybė nuo kreipimosi laiko 44 % 56 % Lūžis bedantėje srityje Lūžis ne bedantėje srityje 2 pav. Lūžio vietos paplitimas 84 Studentų moksliniai tyrimai 2011/2012

86 Išvados: 1. Apatinio žandikaulio bedantės sritys nėra rizikos faktorius predisponuojantis lūžio vietą, kai p<0, Trauminio osteomielito rizika tiesiogiai priklauso nuo laiko po traumos iki gydymo pradžios, kai p<0,05. Literatūra 1. Kamboozia AH, Punnia-Moorthy A. The fate of teeth in mandibular fracture lines. A clinical and radiographic follow-up study. Int J Oral Maxillofac Surg Apr; 22(2): Philip, L., Maloney, DMD, Robert, E., Lincoln, DMD and Cathleen P. Coyne, DDS. A Protocol for the management of compound mandibular fractures based on the time from injury to treatment; J Oral Maxillofac Surg 59: , Kunz, C., Hammer, B., Prein, J. Fractures of the edentulous atrophic mandible. Fracture management and complications. Mund Kiefer Gesichtschir Jul; 5(4): Amaratunga NA. A comparative study of the clinical aspects of edentulous and dentulous mandibular fractures. J Oral Maxillofac Surg Jan; 46(1): Larsen, O. D., Nielsen, A. Mandibular fractures. I. An analysis of their etiology and location in 286 patients. Scand J Plast Reconstr Surg. 1976; 10(3): Biomedicinos mokslai 85

87 PROKARIOTINIŲ ARGONAUT BALTYMŲ KLONAVIMAS, RAIŠKA IR GRYNINIMAS S. Valinskytė, Vilniaus universitetas M. Zaremba, Vilniaus universiteto Biotechnologijos institutas RNR nutildymas (angl. RNA interference (RNAi) yra pagrindinis apsaugos nuo virusų ir mobilių genetinių elementų mechanizmas eukariotuose, taip pat atliekantis ir ląstelių mrnr transliacijos reguliaciją. RNAi sistemos atpažįsta taikinio RNR molekules, panaudodamos trumpas vedančias RNR, kurios yra visiškai arba dalinai komplementarios taikinio RNR. Pagrindiniai RNAi sistemų komponentai yra Argonaute- PIWI šeimai priklausantys baltymai, kurie veikia kaip nukleazės, perkerpančios taikinio RNR. Daugelis prokariotų taip pat koduoja Argonaute-PIWI baltymų homologus (pago), tačiau jų funkcija nežinoma. Neseniai atlikus detalią pago aminorūgščių sekų bei jų genominio konteksto analizę, iškelta hipotezė, kad pago baltymai priklauso naujai prokariotų imuninei sistemai, kuri apsaugo ląsteles nuo svetimų nukleorūgščių atakos (pvz., fagų) [1]. Eukariotų Ago/PIWI baltymai visada turi PAZ (oligonukleotido surišimo) ir PIWI (aktyvi arba neaktyvi nukleazė) domenus, tuo tarpu prokariotų pago baltymai skirstomi į turinčius ir neturinčius PAZ domeno. Manoma, jog beveik visi PAZ domeną turintys pago baltymai yra aktyvios nukleazės, o dauguma PAZ domeno neturinčių pago baltymų nukleazinio aktyvumo neturi, todėl šių baltymų genai sudaro operonus su greta esančiais spėjamų nukleazių genais. Gali būti, kad PAZ domeno neturintys pago baltymai kartu su spėjamomis nukleazėmis sudaro aktyvius baltymų kompleksus, kurie panašiai kaip katalitiškai aktyvūs PAZ domeną turintys pago baltymai apsaugo ląsteles nuo fagų infekcijos. Siekiant išsiaiškinti su nukleazėmis asocijuotų pago funkciją ir veikimo mechanizmą, rekombinantinių Sir2/PIWI baltymų kompleksas iš Geobacter sulfurreducens Caccavo ATCC klonuotas į įvairius raiškos vektorius, baltyminio komplekso genus susintetinant PGR būdu. Baltymų komplekso raiška ištirta skirtinguose E. coli kamienuose, naudojant įvairias mitybines terpes bei indukcijos sąlygas. Skysčių chromatografijos būdu išgrynintas Sir2/PIWI baltyminis preparatas bus panaudotas šio baltymų komplekso funkciniam charakterizavimui bei struktūriniams tyrimams. Literatūra [1] Makarova, K. S., Wolf, Y. I. van der Oost, J., Koonin, E. V. Biology direct. 2009, 4: Studentų moksliniai tyrimai 2011/2012

88 KLIMATINIŲ SĄLYGŲ ĮTAKA KETURBRIAUNIO ČIOBRELIO KARVAKROLIO, GERANIOLIO IR LINALOLIO CHEMOTIPŲ ETERINIŲ ALIEJŲ KIEKYBINEI IR KOKYBINEI SUDĖČIAI V. Vaičiulytė, Vilniaus universiteto Gamtos mokslų fakultetas K. Ložienė, Gamtos tyrimų centro Botanikos institutas Keturbriaunis čiobrelis (Thymus pulegioides L.) daugiametis augalas, kaupiantis farmakologiškai vertingus antrinius metabolitus eterinius aliejus. Lietuvoje natūraliai augančiam keturbriauniam čiobreliui būdingas cheminis polimorfizmas, t. y. eterinio aliejaus cheminės sudėties įvairovė. Pagal eteriniuose aliejuose vyraujančius cheminius komponentus mūsų šalyje buvo išskirti šeši šios rūšies chemotipai, iš kurių dažniausiai aptinkami karvakrolio (K), geraniolio (G) ir linalolio (L) chemotipai, atitinkamai sukaupiantys reikšmingus kiekius biologiškai veiklių komponentų karvakrolio, geraniolio ir linalolio. Skirtingų chemotipų kultivavimas leidžia užauginti standartizuotą vaistinę žaliavą, ko negalima gauti cheminiu polimorfizmu pasižyminčių rūšių žaliavą renkant natūraliose augavietėse. Nors augaluose besikaupiančių eterinių aliejų kokybinė sudėtis priklauso nuo genetinių faktorių, tačiau skirtingais metais pasitaikančios nevienodos klimatinės sąlygos, tokios kaip temperatūra, kritulių kiekis ir kt., gali įtakoti tiek eterinių aliejų, tiek juose vyraujančių cheminių komponentų kiekį. Todėl šio darbo tikslas buvo nustatyti, kaip skirtingų metų nevienodos meteorologinės sąlygos, tokios kaip temperatūra, kritulių kiekis ir fotoaktyviosios saulės spinduliuotė gali įtakoti lauko kolekcijoje auginamų keturbriaunio čiobrelio skirtingų chemotipų eterinio aliejaus ir jo pagrindinių komponentų kiekį. Keturbriaunio čiobrelio trys chemotipai K, G ir L chemotipas buvo atrinkti natūraliose augavietėse, perkelti į Gamtos tyrimų centro Botanikos instituto vaistinių ir aromatinių augalų kolekciją, kur buvo vegetatyviai padauginti ir skirtinguose eksperimentiniuose laukeliuose auginami vienodose lauko sąlygose keturis metus. Kiekvieno chemotipo antžeminė dalis kasmet buvo surenkama augalų pilno žydėjimo metu (liepos mėn.) ir išdžiovinama kambario temperatūroje. Eterinių aliejų išskyrimas ir kiekybinė analizė buvo atliekami hidrodistiliacijos metodu, naudojant eterinių aliejų distiliavimo aparatą, o eterinių aliejų kokybinė analizė dujų chromatografijos metodu, naudojant FOCUS GC (Thermo Scientific) dujų chromatografą su liepsnos jonizaciniu Biomedicinos mokslai 87

89 detektoriumi (FID) bei etaloninius standartus eterinių aliejų pagrindinių komponentų identifikavimui. Skirtingų metų klimatinių sąlygų palyginimui buvo naudojami meteorologiniai biuleteniai. Tyrimai parodė, kad meteorologinės sąlygos turi įtakos keturbriaunio čiobrelio G ir K chemotipuose sintetinamo eterinio aliejaus kiekybinę sudėtį: aukštesnė temperatūra ir gausesnis kritulių kiekis teigiamai įtakoja eterinio aliejaus kiekį G chemotipe, tačiau neigiamai K chemotipe. G chemotipo eterinio aliejaus pagrindinis komponentas geraniolis patikimai teigiamai, o jį lydintys komponentai neralis ir geranialis neigiamai koreliuoja su balandžio liepos mėnesių sumine temperatūra. Keturbraunio čiobrelio K chemotipo eteriniame aliejuje besikaupiančio pagrindinio komponento karvakrolio daugiausia buvo nustatyta tais metais, kuriais augalo žydėjimo metu (liepos mėn.) buvo didžiausia fotoaktyviosios saulės spinduliuotė. Nebuvo nustatyta, kad kuris tai iš tirtų klimatinių faktorių turėjų patikimos įtakos L chemotipe sintetinamo eterino aliejaus gausiausio komponento linalolio kiekiui. 88 Studentų moksliniai tyrimai 2011/2012

90 BAKTERICIDINIAI PLUOŠTINIAI NANOKOMPOZITAI V. Drąsutavičius, Kauno technologijos universitetas A. Žemaitaitis, Kauno technologijos universitetas Įvadas. Formaldehidas, fenoliai, chloras ir jodas, ketvirtinio amonio ir sidabras bei jo junginiai yra plačiai žinomi, kaip efektyvios antimikrobinės medžiagos [1, 2]. Tačiau jų naudojimą riboja toksiškumas, neigiamas poveikis žmogaus organizmui, sąveika su aplinkoje esančiomis medžiagomis susidarant kancerogeniniams junginiams [3, 4]. Polimeriniai biocidai yra pranašesni už antimikrobinius junginius: jie yra stabilesni už mažamolekulius ir nedifunduoja per odą, sumažėja preparatų liekamasis toksiškumas, padidėja jų veikimo selektyvumas ir efektyvumas, veikimo laikas [5]. Pagal veikimą antimikrobiniai polimerai gali būti bioaktyvūs (turintys ketvirtinių grupių amonio arba fosfonio grupių vandenyje tirpūs arba netirpūs polimerai) ir atpalaiduojantys bioaktyviąsias medžiagas (gaunami imobilizavus polimeruose antibakterinius junginius arba molekules) [1, 6 8]. Tyrimų tikslas yra gauti baktericidinius pluoštus, kurių sudėtyje yra modifikuotų sidabru nanodalelių. Tyrimo metodikos. Tyrimo metu buvo naudojamos žaliavos: diacetatas (DAC), Aerosil 200 (nanomedžiaga), sidabro nitratas(ag + donoras), acetonas. Tyrimo metu buvo modifikuojamas nanomedžiagos nešiklis, ruošiami DAC tirpalai ir kompozicijos, iš kurių formuojamos modifikuotos plėvelės ir pluoštai. Tiriant pluoštų savybes buvo matuojama nešiklio absorbcinė geba, nanodalelių dydis ( Delsa Nano C matuokliu), verpimo tirpalų reologija (Brukfildo viskozimetru), pluoštų mechaninės savybės, baktericido poveikis mikroorganizmams. Gijų morfologija ir storio tyrimai atlikti skenuojančiu elektroniniu mikroskopu FEI Quanta 200 FEG, gijų skersmuo apskaičiuotas naudojant Image J programą. 1 pav. Pluoštinio nanokompozito gamybos schema Biomedicinos mokslai 89

91 Baktericidinių pluoštų gamyba. Modifikuotų DAC pluoštų gavimo schema pavaizduota 1 paveiksle. Aerosil 200 preparatas apdorojamos reikiamos koncentracijos AgNO 3 vandeniniu tirpalu esant stabilizatoriaus, kad Ag jonai nebūtų redukuojami. Modifikuotas nešėjas padžiovinamas kambario temperatūroje ir disperguojama acetone iki nanodalelių. Po dispergavimo operacijos nanodalelių vidurkinis skersmuo yra 450 nm. Acetilceliuliozė yra tirpinama nanodalelių acetoninėje dispersijoje gaunant reikiamos klampos 13 arba 26 % verpimo tirpalą. Mikropluoštas verpiamas sausu, nanopluoštas aukštos galios elektriniame lauke (elektroverpimas). Pastaruoju atveju susidaro galutinis produktas baktericidinė neaustinė medžiaga. Našesnio sauso verpimo mikropluoštas į galutinį produktą turi būti perdirbtas neaustinių medžiagų gamybos būdais. Pluoštų savybės. 1 lentelėje pateiktos baktericidinių pluoštų sudėtis, gijų skersmuo ir savybės. Pluoštų SEM nuotraukos pateiktos 2 pav. Suformuotos gijos turi nanodalelių aglomeratų, kurie ypač matosi nanogijose. Mikropluošto gijos apie 20 kartų storesnės negu gauto elektroverpimu nanopluošto (1 lentelė). Staphylococcus aureus (ATCC 25923) ir Escherichia coli (ATCC 25922) padermių mikroorganizmų augimo slopinimo zonos bandiniuose su modifikuotu pluoštu liudija, kad šios medžiagos yra baktericidai. Sidabro kiekis modifikuotuose nanodalelėmis pluoštuose yra panašus, tik nešiklio Aerosil 200 kiekis nanodac pluošte yra du kartus didesnis. Modifikuoto nanodalelėmis mikrodac pluošto mechaninių savybių rodikliai yra 5 20 % mažesni negu kontrolinio pluošto (1 lentelė). 1 lentelė. Baktericidinių nanomedžiagų sudėtis, mechaninės savybės ir pluošto storis Rodikliai Mat. vnt. Baktericidinė medžiaga DAC NanoDAC MikroDAC plėvelės pluoštas pluoštas Kontrolinis mikrodac pluoštas 1 Sidabro kiekis pluošte g/kg 0,887 0,895 1,13-2 Nešiklio kiekis pluošte g/kg 19,23 38,46 19,23-3 Pluošto storis mm 10 nuo 0,31 iki 5,5 21,66±1,3 22,57±2,9 4 Ilginis tankis tex - - 8,13 8,49 5 Trūkio jėga g ,3 94,2 6 Prailgėjimas tempiant % ,2 30,4 7 Savitoji trūkio jėga mn/tex ,2 108,7 90 Studentų moksliniai tyrimai 2011/2012

92 2 pav. Mikro- (a, b) ir nanopluošto (c, d) SEM nuotraukos: a ir c kontroliniai; b ir d mod. pluoštai Padėka. Studentas Viktoras Drąsutavičius dėkoja Lietuvos mokslo tarybai už Studentų mokslinės praktikos stipendiją. Literatūra [1] Tashiro, T. Macromol. Mater. Eng. 2001, 286, No 2, p [2] Kenawy, E.-R., Abdel-Hay, F. I., El-Shanshoury, A. E.-R., El-Newehy, M. H. J. Polym. Sci., Part A: Polym. Chem. 2002, 40, p [3] Tan, S., Li, G., Shen, J., Liu, Y., Zong, M. J., Appl. Polym. Sci., 2000, 77, p [4] Li, G., Shen, J-J., Appl. Polym. Sci., 2000, 78, p [5] Kenawy, E-F., Worly, S. D., Broughton, R., Biomacromolecules, 2007, 8, No [6] Kenawy, E-R., Abdel-Hay, F. I., El-Magd, A. A., Mahmoud, Y. // Reactive & Functional Polymers Vol. 66. P [7] Punyani, S., Singh, H. // J. Appl. Polymer Sci Vol P [8] El-Refaie, K., Fouad, I. A-H., Abd El-Raheem, R. E-S., Mohamed, H. El-Newehy, Journal of Controlled Release 1998, 50, p Biomedicinos mokslai 91

93 ATRANKIAI SU PAVIRŠIAIS SĄVEIKAUJANČIŲ HIBRIDINIŲ BALTYMŲ KŪRIMAS V. Petkevičius, Vilniaus universiteto Chemijos fakultetas V. Časaitė Vilniaus universiteto Biochemijos instituto Molekulinės mikrobiologijos ir biotechnologijos skyrius Spartėjant šiuolaikinių fizinių mokslų, molekulinės biologijos, genų inžinerijos pažangai biotechnologija po truputį pereina į nanotechnologijų lygį. Įvairios nanostruktūros turi labai patrauklių savybių, kuriomis negali pasigirti įprastos sistemos. Mechaninis nanostruktūrų ar jų sudedamųjų dalių stabilumas, ypatingos mažų matmenų puslaidininkų savybės, magnetinės nanodalelių charakteristikos, įvairių koloidinių suspensijų panaudojimas ir t. t., visai tai kelia didžiulį mokslininkų susidomėjimą. Tačiau labai dažnai įgyvendinimas, viso potencialo panaudojimas yra limituojamas sudėtingos nanostruktūrų sintezės ir po to sekančio susirinkimo į funkcionalias sistemas ar praktikoje panaudojamus prietaisus [1]. Biotechnologus ypač domina ant neorganinių paviršių susirenkančios organizuotos, hierarchinės, heterogeninės nanostruktūros, kaip vieną iš komponentų turinčios baltymus. Šio darbo objektas buvo tirpi gliukozės dehidrogenazė (s-gdh) iš Acinetobacter calcoaceticus. Baltymo C-galą koduojanti seka buvo hidrolizuojama restrikcijos endonukleazėmis, tada suliguojama įterpiant nedidelius oligonukleotidus. Šių oligonukleotidų seka suderinta su baltymo atviro skaitymo rėmeliu, todėl rekombinantinis baltymas turi uodegą apie 7 21 aminorūgščių peptidus. Šie peptidai tai genetiškai sukurti su neorganiniais paviršiais sąveikaujantis peptidai (GEPIs). Darbe buvo naudojami trijų tipų peptidai: atrankiai kimbantys prie aukso, platinos ir sidabro. Tad darbo tikslas buvo genetinės inžinerijos metodais sukonstruoti įvairias baltymo-peptido sekas, gauti rekombinantinių baltymų raišką E. coli bakterijose, juos išgryninti ir ištirti, ar esama specifinės sąveikos tarp baltymo ir paviršiaus. Sukurti konstruktai turintys po vieną GEPIs oligonukleotidinę seką buvo transformuojami į E. coli bakterijas ir vykdoma indukcija. Nors baltymų raišką pavyko nustatyti, tačiau nebuvo tirpaus ir aktyvaus hibridinio fermento. Pavyko sukurti konstruktą, turintį du iš eilės einančius oligonukleotidus, kurie koduoja prie sidabro kimbantį peptidą. Su šiuo konstruktu vykdyta baltymų indukcija davė teigiamų rezultatų gautas aktyvus hibridinis fermentas. Tokie eksperimentų rezultatai leidžia daryti išvadą, kad 92 Studentų moksliniai tyrimai 2011/2012

94 papildomas peptidas trukdo baltymui įgauti tinkamą konformaciją, o du peptidai sąveikauja tarpusavyje, todėl galimas natyvaus baltymo susilankstymas. Hibridinio baltymo paviršiaus sąveikos tyrimai buvo vykdomi spektrofotometriškai, atominės jėgos mikroskopu, paviršiaus plazmonų rezonansu. Kaip paviršius buvo pasirinktos koloidinio sidabro nanodalelės, kurios buvo skirtingų dydžių nuo 10 iki 100 nm skersmens. Šių eksperimentų rezultatai parodė, kad prie sidabro kimba tiek laukinio tipo gliukozės dehidrogenazė, tiek hibridinis baltymas. Tačiau hibridinio baltymo sąveika yra nežymiai stipresnė. A) B) 1 pav. Atominės jėgos mikroskopu padarytos nuotraukos suformatuotos su Gwyddion kompiuterine programa. A) Ant žėručio džiovintos 20 nm skersmens nanodalelės. Žėručio paviršius lygus, galima matyti atskiras nanodaleles ir neišdžiuvusio buferio lašelius (į kalvas panašūs objektai). B) 20 nm skersmens nanodalelės inkubuotos su hibridiniu baltymu, turinčiu du peptidus, kimbančius prie sidabro. Žėručio paviršius labai nelygus, pasidengęs baltymais, prie dalelių prikibę baltymai (kai kurios nanodalelės yra aukštesnės nei A dalyje, dauguma yra platesnės nei A dalyje esančios nanodalelės) Literatūra [1] Tamerler, C., Sarikaya, M. Molecular biomimetics: Utilizing nature s molecular ways in practical engineering. Acta Biomateriala Mar; 3: Biomedicinos mokslai 93

95 Prostatos vėžio išsivystymą įtakojančių genų vieno nukleotido polimorfizmo (VNP) įtaka biocheminiam ligos atsinaujinimui Ž. Kapustina, G. Trakanavičiūtė, Vilniaus universitetas J. Lazutka, Vilniaus universitetas Prostatos vėžys yra antra pagal dažnumą ir mirtingumą vėžio forma vyrų populiacijoje. Šis navikas pasižymi dideliu heterogeniškumu, diagnozavus ligą vieni pacientai miršta praėjus 2 3 metams, kiti išgyvena metų [1]. Lietuvoje prostatos vėžys yra dažniausiai diagnozuojama vyrų onkologinė liga. Neseniai paskelbti tyrimai [2] rodo, kad įvairių genų vieno nukleotido polimorfizmas (VNP) galėtų būti svarbus genetinis prostatos vėžio išsivystymo ir progresijos rizikos žymuo vyrų populiacijoje. Ankstesni tyrimai, atlikti Vilniaus universitete, parodė, kad RNazėsL geno polimorfizmas gali būti susijęs su statistiškai patikimai didesne biocheminio ligos atkryčio rizika. Šio darbo tikslas yra tęsti ankstesnius ryšio tarp VNP ir biocheminio ligos atkryčio tyrimus, papildant tiriamų alelių rinkinį genų RNASEL (rs627839), CRY1 (rs ) ir LEPR (rs ) VNP. RNASEL genas koduoja fermentą RNazę L, kuris yra nuo 2 5 oligoadenilatų priklausoma endoribonukleazė, dalyvaujanti įgimtame imuniniame atsake. Asociacija tarp RNA- SEL VNP ir prostatos vėžio gali atsirasti dėl uždegiminių procesų, vykstančių prostatos audinyje [3]. LEPR yra citokinų represorius, kurio žymi raiška yra aptinkama navikiniuose prostatos audiniuose. Šio geno produktas taip pat yra susijęs su kaulų masės reguliavimu, o prostatos navikai yra linkę metastazuoti į kaulus. CRY1 genas dalyvauja reguliuojant cirkadinius ritmus, o pastarieji yra susiję su androgenų gamybos reguliacija. Genotipavimo reakcijos atliekamos naudojant TaqMan VNP genotipavimo rinkinį (Applied Biosystems). RNASEL, CRY1 ir LEPR genų VNP aleliams nustatyti naudojama pacientų leukocitų DNR. Reakcija vienam mėginiui vykdoma 10 µl 2 TaqMan Genotyping Master Mix, 1 µl 20 SNP ir 9 µl 5 ng DNR ir dh 2 O mišinyje. Bendras reakcijos mišinio tūris 20 µl. Kiekvienas mėginys kartotas 2 kartus. Tyrimai atlikti naudojant STRATAGENE Mx3005P įrangą pagal genotipavimo rinkinio gamintojo protokolą. Genotipavimo ciklas: 1) denatūracija 90 C 10 min; 2) denatūracija 90 C 15 s; 3) polimerizacija 60 C 1 min. Ciklai 2 3 kartojami 39 kartus. 94 Studentų moksliniai tyrimai 2011/2012

96 Pranešime bus pateikti tyrimo rezultatai ir pabandyta nustatyti haplotipus, pasižyminčius didžiausia prostatos vėžio biocheminio atkryčio rizika. Šie rezultatai gali būti svarbūs klinikinėje praktikoje, identifikuojant pacientus, kurių ligos eiga turi būti stebima ypač atidžiai. Literatūra [1] Taylor, B. S., Schult, N. ir kt., Cancer Cell. 2010; 18(1): [2] Lin, D. W., FitzGerald, L. M. ir kt., Cancer Epidemiol Biomarkers Prev 2011;20: [3] Meyer, M. S., Penney, K. L. ir kt., Carcinogenesis. 2010, 31: Biomedicinos mokslai 95

97 FIZINIAI MOKSLAI

98 Puslaidininkinių kvantinių taškų fotostabilumo tyrimai vandeninėse ir biologinėse modelinėse terpėse A. Kalnaitytė, Vilniaus universitetas S. Bagdonas, Vilniaus universitetas Puslaidininkių nanodalelės kvantiniai taškai (KT) vis plačiau naudojami biologinių sistemų tyrimuose kaip fluorescenciniai žymekliai arba kitaip fluoroforai. Dauguma jų yra pagaminti iš toksinių medžiagų todėl, kad būtų tinkami naudoti in vivo (gyvame organizme) tyrimams, turi atitikti tam tikrus kriterijus: jų žadinimo bangos ilgis nutolęs nuo emisijos bangos ilgių, jie fotostabilūs, netoksiški ir turi ilgą fluorescencijos gyvavimo laiką [1]. Kvantiniai taškai sintetinami netirpūs vandenyje, todėl jie modifikuojami, pritaikomi biologinėms terpėms. Nuo modifikavimo būdo priklauso ne tik šių nanodalelių savybės, bet ir jų sąveikos su biologine terpe parametrai. Todėl tiriant skirtingai modifikuotus kvantinius taškus buvo stebimi jų savybių pokyčiai biologinėje modelinėje terpėje bei sąveikoje su lazerio spinduliuote. Darbo metu buvo tiriamas Vilniaus universiteto Onkologijos instituto Mokslinių tyrimų centro, Biomedicininės fizikos laboratorijoje pagamintų vandeninėse terpėse suspenduojamų CdSe/ZnS kvantinių taškų, modifikuotų tioglikolio (TGA) ir merkaptopropionine (MPA) rūgštimis (PlasmaChem GmbH, Vokietija), tamsinis stabilumas ir fotostabilumas. Tyrimo metu buvo naudoti sugerties ir fluorescencijos nuostoviosios spektroskopijos metodai. Fofoliuminescencijos žadinimo bangos ilgis 450 nm. Buvo įvertinta švitinimo 532 nm bangos ilgio (intensyvumas 35 mw/cm 2 ) lazerio spinduliuote trukmės, taip pat terpėje esančių biologinių molekulių baltymų (jaučio serumo albumino (BSA) (Albuminas, V frakcija, M=69000 g/mol, Carl Roth GmbH, Vokietija) įtaka kvantinių taškų fotoliuminescencijos parametrams, tyrimus atliekant fiziologinio ph 7 fosfatinėse buferinėse terpėse. FIZINIAI MOKSLAI 97

99 FL int (snt.vnt.) 1,8 1,2 0,6 0d 1d iki ðvietimo 1d po ðvietimo 3d 0,0 be BSA Tamsinis be BSA Ðviestas su BSA Tamsinis su BSA Ðviestas be BSA, tamsinis be BSA, sviestas su BSA, tamsinis su BSA, sviestas 1 pav. CdSe/ZnS kvantinių taškų dengtų TGA bandinių ph 7,2 tirpale bei su BSA šviestų pirmą dieną fotoliuminescencijos intensyvumo santykiniai pokyčiai Atlikus CdSe/ZnS kvantinių taškų dengtų TGA ir MPA spektroskopinius matavimus buvo pastebėti esminiai savybių skirtumai tarp skirtingais būdais modifikuotų kvantinių taškų. Tiriant baltymo poveikį kvantiniams taškams buvo pastebėta, kad CdSe/ZnS kvantinių taškų dengtų TGA biologinėje modelinėje terpėje su BSA spektroskopinės savybės yra geresnės, negu terpėje be baltymo (1 pav.). Taip pat CdSe/ZnS-TGA kvantinių taškų tirpalo su baltymu fotoliuminescencijos intensyvumas bei kvantinis našumas buvo didesnis negu tirpalo be baltymo, o CdSe/ZnS-MPA kvantinių taškų kvantinis našumas įdėjus baltymo sumažėjo (2 pav.). Tai turėtų būti susiję su baltymo savybe keisti kvantinių taškų apvalkalo struktūrą ir stabilumą. FL int (snt.vnt.) 1,2 0,8 0,4 tamsinis ðviestas su BSA tamsinis su BSA ðviestas 0,0 0d 2d 2d 0h 2d po 3d 14d 0d 0d 0hpo 0d laiko po 4d 6d 6d ðvietimo ðvietimo 2 pav. Kvantinių taškų CdSe/ZnS-MPA bandinių ph 7,2 tirpale šviestų antrą dieną, bei bandinių su BSA šviestų nulinę dieną bei tirtų 6 dienas fotoliuminescencijos intensyvumo santykiniai pokyčiai 98 Studentų moksliniai tyrimai 2011/2012

100 Dėl baltymo sąveikos su CdSe/ZnS kvantiniais taškais stebimas kvantinių taškų fotoliuminescencijos intensyvumo spektro poslinkis į mėlyną pusę. Švitinant bandinius lazerio spinduliuote, buvo padaryta išvada, kad šviesa stabilizuoja kvantinių taškų fotoliuminescencijos kvantinį našumą. Be to, šviestų bandinių fotoliuminescencijos intensyvumas laikui bėgant nukrisdavo mažiau negu nešviestų. Taigi, nuo kvantinių taškų modifikacijos būdo priklauso jų savybės biologinėje terpėje ir atsako į švitinimą rezultatai. Taip pat galima daryti išvadą, kad tiek šviesa, tiek biologinė terpė (baltymai) yra veiksniai sukeliantys nepriklausomus poveikius kvantinių taškų fotoliuminescencijos savybėms. Literatūra [1] Drbohlavova, J., Adam,V., Kizek, R. and Hubalek, J. Quantum Dots Charecterization, Preparatio and Usage in Biological Systems. Int J. Mol. Sci 2009, 10, FIZINIAI MOKSLAI 99

101 DEIMANTO TIPO ANGLIES DANGOS OPTINIAMS JUTIKLIAMS A. Čiučiulkaitė, Kauno technologijos universiteto Fundamentaliųjų mokslų fakultetas A. Tamulevičienė, Kauno technologijos universiteto Medžiagų mokslo institutas Šiuo metu didėjantis dėmesys aplinkos apsaugai, pramoninių procesų tikslaus atlikimo ir tyrimo poreikis bei technologijų plėtojimasis medicininėje diagnostikoje skatina optinių jutiklių kūrimą ir tobulinimą. Deimanto tipo anglis (DTA), pasižyminti ypatingomis savybėmis (kietumas, atsparumas išoriniams įtempiams, pralaidumas regimojoje ir infraraudonųjų spindulių srityje ir kt.) [1] yra tinkama medžiaga optiniams jutikliams. Deimanto tipo anglis yra metastabili amorfinės anglies forma, kurioje dėl sp 2 ir sp 3 ryšių hibridizacijos anglies atomai gali būti tarpusavyje susijungę σ ir π ryšiais. DTA dangų savybės priklauso nuo formavimo sąlygų (dujų, formavimo energijos bei metodo, legiruojančių elementų) ir kinta nuo būdingų deimantui (kai vyrauja sp 3 ryšiai) iki būdingų grafitui (vyraujant sp 2 ryšiams) [2]. Šiame darbe buvo ištirtos SiO x legiruotų DTA dangų optinės savybės. Šios dangos buvo suformuotos uždaro srauto jonų šaltiniu iš heksametildisiloksano su acetileno nešančiomis dujomis, keičiant jonų pluošto energiją nuo 300 ev iki 800 ev. Dangos buvo nusodintos ant kvarco (SiO 2 ) ir p-tipo Si (100). Optinių savybių apibūdinimui naudojami šie parametrai: absorbcijos koeficientas α, optinė draustinė juosta E g (Tauko energija), parametras B, energija E 04. Dangų atspindžio ir pralaidumo spektrai buvo išmatuoti vienspinduliniu spektrometru Avantes-2048 (spektro diapazonas: nm; skiriamoji geba: 1,4 nm). Iš pralaidumo ir atspindžio spektrų, absorbcijos koeficientas apskaičiuojamas pagal formulę: 1 1 R α = (1) t T čia t dangos storis cm, R atspindys, T pralaidumas. Vadovaujantis Tauko metodika, optinė draustinė juosta (Tauko energija) nustatyta naudojantis formule [2]: α E = B( E E g ) (2) kur E fotonų energija, ev, E g optinė draustinė juosta, ev, B Tauko nuolydis (parametras B). Nustatant optinės draustinės juostos vertę, buvo įvertintas ir parametras B, nusakantis struktūrinę tvarką plėvelėje (kuo didesnis parametras B, tuo mažesnė netvarka dangoje). Kitas alternatyvus Tauko energijai parametras yra energija E 04. Ji nustatoma kaip energija, kai absobcijos koeficientas lygus 10 4 cm Studentų moksliniai tyrimai 2011/2012

102 Dangų drėkinimo kampai buvo išmatuoti naudojantis KTU MMI pagamintu drėkinimo kampo matuokliu. 5 μl tūrio distiliuoto vandens lašas buvo užlašintas ant bandinio naudojantis mikropipete. Lašai buvo nufotografuoti ir jų formos bei sąlyčio su pagrindu analizė buvo vykdoma programa ImageJ ir jos papildiniu DropSnake [3]. Drėkinimo kampo vertė buvo nustatyta kaip 3 bandymų verčių vidurkis. Optinių draustinių juostų vertės, nustatytos pagal dvi aprašytas metodikas, pateiktos 1 paveiksle. Iš čia matosi, jog jonų pluošto energijos keitimas dangų formavimo metu neturėjo žymios įtakos optinės draustinės juostos vertei (pagal Tauko metodiką E g 0,9 1,1 ev, energija E 04 1,3 1,5 ev) ir kinta nežymiai didinant jonų pluošto energiją. Analizuojant drėkinimo kampus (2 pav.), pastebėta, jog drėkinimo savybės priklausė nuo jonų pluošto energijos bei nuo to, ant kokio pagrindo buvo suformuotos dangos. Si atveju, didžiausias drėkinimo kampas (77 0 ) nustatytas dangoms, kurios buvo suformuotos 300 ev jonų pluošto energija. Mažesnis drėkinimo kampas buvo pastebėtas dangoms, suformuotoms ant kvarco maksimalus drėkinimo kampas siekia Pasirenkant pagrindą ir formavimo energiją, dangų drėkinimo kampą galima keisti nuo 65 iki pav. Optinės draustinės juostos (Tauko energijos) ir energijos E 04 priklausomybė nuo jonų pluošto energijos 2 pav. Bandinių, suformuotų ant Si ir SiO 2, drėkinimo kampai FIZINIAI MOKSLAI 101

103 Literatūra [1] Smietana, M., Szmidt, J., Korwin-Pawlowski, M. L., Bock, W. J., Grabarczyk, J., Application of diamond-like carbon films in optical fibre sensors based on long-period gratings, Diamond and Related Materials, 2007, 16, p [2] Robertson, J. Diamond-like amorphous carbon, Materials Science and Engineering R, 2002, 37, p [3] Stalder, A. F., Kulik, G., Sage, D., Barbieri, L., Hoffmann, P., A snake-based approach to accurate determination of both contact points and contact angles, Colloids and Surfaces A: Physicochemical and Engineering Aspects, 2006, 286, p Studentų moksliniai tyrimai 2011/2012

104 Paviršiaus plazmonų rezonanso tyrimas iridžio metalo nanostruktūrose A. Kalpakovaitė, Vilniaus universiteto Taikomųjų mokslų institutas T. Grinys, Vilniaus universiteto Taikomųjų mokslų institutas Laidumo elektronai metaluose kolektyviai osciliuoja, o tos osciliacijos kvantas vadinamas plazmonu. Sandūroje tarp metalo, kuris turi neigiamą dielektrinę konstantą ir dielektriko, turinčio teigiamą dielektrinę konstantą gali susidaryti paviršiaus plazmonai. Paveikus paviršių elektromagnetine spinduliuote, kurios dažnis sutampa su plazmonų dažniu stebimas plazmonų rezonansas. Paviršiaus plazmonų rezonansas gali keistis dėl kelių priežasčių. Pirmiausia, jis priklauso nuo to, kokios medžiagos yra naudojamos sandūroje. Rezonansas keičiasi, jei paviršiuje formuojami ne ištisi metalo sluoksniai, o nanometrinės eilės metalo dalelės. Paviršiaus plazmonai gali būti taikomi medicinoje, gydant vėžinius susirgimus, kuomet panaudojant plazmonų rezonansą selektyviai naikinamos vėžinės ląstelės, kurios yra linkę agresyviai absorbuoti metalo daleles. Kita paviršiaus plazmonų taikymo sritis yra optoelektronika. Bene naujausi tyrimai optoelektronikos srityje yra susiję su šviesos emisijos vidinio kvantinio našumo didinimu. Padengus šviesos diodų aktyvų sluoksnį metalo nanodalelėmis galima gauti efektyviau šviečiantį prietaisą. Taikomųjų mokslų institute iridžio Ir saviorganizacines saleles numatoma panaudoti kaip katalizatorių GaN nanovielučių auginime, taikant cheminio nusodinimo iš metalorganikos garų fazės (MOCVD) technologiją. Šio tyrimo pagrindinis tikslas ištirti, kokią įtaką paviršiaus plazmonų rezonansui turi technologiniai etapai, kuriose yra formuojamos saviorganizacinės iridžio metalo nanosalelės. 1 pav. Dispersijos palyginimas GaN-Ir ir SiO 2 -Ir sandūrose FIZINIAI MOKSLAI 103

105 Atlikus teorinius dispersijos skaičiavimus (1 pav.) nustatyta, kad ištisų sluoksnių SiO 2 -Ir sandūroje plazmonų rezonanso galima tikėtis ties 4,7 ev, o GaN-Ir sandūroje ties 3,4 ev. Kadangi GaN-Ir sandūroje plazmonų rezonansas sutampa su GaN draustinės juostos tarpu, nanometrinės eilės iridžio nanosalelės gali veikti ne tik kaip katalizatorius, auginant GaN nanostruktūras, bet ir kaip paviršiaus plazmonų rezonatorius. Šiame darbe Ir nanosalelės buvo formuojamos ant Si pagrindo užgarinant plonesnį nei 10 nm Ir sluoksnį. Vėliau ruošinys buvo kaitinamas krosnyje ºC temperatūroje deguonies aplinkoje. Po atkaitinimo buvo gautos pusės sferos formos Ir nanosalelės, kurių diametras mažesnis nei 100 nm (2 pav.). Kadangi atkaitinimas atliktas deguonies aplinkoje dalis silicio oksidavosi. Susidaręs SiO 2 sluoksnis yra nepageidautinas, nes gali veikti kaip inhibitorius GaN nanovielučių auginimo metu. Šis sluoksnis buvo pašalintas atliekant ėsdinimus vandenilio fluorido rūgštyje B:HF(49 %). 3 pav. pateiktas atspindžio koeficiento kitimas, atliekant ėsdinimo procesą. Didinant ėsdinimo trukmę pašalinamas vis storesnis SiO 2 sluoksnis, todėl atspindžio koeficiento spektras artėja prie gryno Si sluoksnio atspindžio spektro. Esant labai didelei ėsdinimo trukmei (600 s.), išėsdinamas ne tik visas SiO 2 sluoksnis, bet pažeidžiamas Si paviršius. Pažeidimai paviršiuje lemia sumažėjusį atspindį. Atlikus statistinę Ir nanosalelių SEM vaizdo analizę buvo nustatyta, kad didėjant ėsdinimo trukmei didėja ir vidutinis Ir nanosalelių plotas, kadangi mažiausios skersmens salelės rūgštyje pašalinamos kartu su SiO 2 sluoksniu. 2 pav. Iridžio nanosalelių vaizdas gautas skenuojančiu elektroniniu mikroskopu (SEM) 3 pav. Skirtingos ėsdinimo B:HF(49 %) rūgštimi trukmės bandinių atspindžio spektrai. Palyginimui pavaizduoti Ir ir Si sluoksnių atspindžio spektrai Plazmonų rezonanso tyrimus ruošiamasi atlikti po GaN nanovielučių auginimo proceso, matuojant dispersinių tirpalų su nanodalelėmis pralaidumą. 104 Studentų moksliniai tyrimai 2011/2012

106 N-(4-METILFENIL)-N-(2-OKSO-2,5-DIHIDRO-1,3- TIAZOL-4-IL)-β-ALANINŲ SINTEZĖ A. Geštautas, Kauno technologijos universitetas V. Mickevičius, Kauno technologijos universitetas Tiazolo fragmentas aptiktas įvairiuose gamtiniuose biologiškai aktyviuose junginiuose peniciline, peptidiniuose antibiotikuose, vitamine B1 ir kt. Dalis natūralių bei sintetinių tiazolo darinių pasižymi antimikrobiniu [1, 2], priešvėžiniu [2], antivirusiniu [3], karščiavimą mažinančiu poveikiu, be to plačiai taikomi žemės ūkyje kaip herbicidai [4, 5], fungicidai [1, 6]. Šio darbo tikslas susintetinti N-(4-metilfenil)-N-tiokarbamoil-β-alaniną, jo α-metil ir β-metildarinius, atlikti jų ciklizaciją į penkianarius heterociklinius junginius. CH 3 C H 2 CH 2 COOH CH 3 KSCN CH 3 H + NH CH 2 CH 2 COOH - OH N S N CSNH 2 NH CH 2 CH 2 COOH O CH 3 C H 2 CCOOH CH 3 CH 3 KSCN CH 3 + H CH 3 NH 2 1 NH CH 2 CHCOOH CH 3 N CSNH 2 CH 2 CHCOOH CH 3 - OH H 3 C N S NH O HC CHCOOH CH 3 CH 3 KSCN CH 3 + H CH 3 NH CHCH 2 COOH CH 3 N CSNH 2 CHCH 2 COOH CH 3 - OH H 3 C N S NH O FIZINIAI MOKSLAI 105

107 N-(4-metilfenil)-β-alaninas 2 bei jo α-metil ir β-metilhomologai 3, 4 susintetinti iš akrilo, metakrilo bei krotono rūgščių ir 4-metilanilino (1). Amino 1 reakcijos su α, β-nesiočiosiomis karboksirūgštimis buvo vykdomos toluene: su akrilo ir krotono rūgštimis mišinio virimo, o su metakrilo rūgštimi 70 C temperatūroje. Po to reakcijos mišiniai apdorojami 10 % natrio hidroksido tirpalu, nesureagavęs aminas 1 atskiriamas ekstrahuojant šarminį tirpalą eteriu. Laisvų aminorūgščių 2 4 išskyrimui vandeniniai tirpalai buvo parūgštinami acto rūgštimi iki ph 6. Kondensuojant β-aminorūgštis 2 4 su kalio tiocianatu acto rūgštyje mišinio virimo temperatūroje susidaro atitinkami N-(4-metilfenil)-N-tiokarbamoil-β-alaninai 5 7, kurie neišskiriant iš reakcijos mišinių, druskos rūgštimi buvo ciklizuoti į atitinkamus 2-tio-5,6-dihidrouracilus Šildant gautus junginius % natrio hidroksido tirpale, heterociklinis žiedas skyla ir susidaro atitinkamų N-(4-metilfenil)-Ntiokarbamoil-β-alaninų natrio druskos. Laisvos N-pakeistos tioureidorūgštys 5 7 buvo išskirtos parūgštinus šarminius tirpalus druskos rūgštimi iki ph 1. N-(4-Metilfenil)-N-(2-okso-2,5-dihidro-1,3-tiazol-4-il)-β-alaninai 11, 12 susintetinti iš pakeistų tioureido rūgščių 5, 6 ir monochloracto rūgšties. Reakcijos vykdytos vandenyje mišinio virimo temperatūroje, esant natrio karbonato. Junginiai 11, 12 iš reakcijos mišinių išskirti parūgštinant juos acto rūgštimi iki ph 5. O C H 3 CSNH 2 N CH 2 CHCOOH R ClCH 2 COOH, Na 2 CO 3 C H 3 5, 6 11, 12 S N N CH 2 CHCOOH R 5, 11 R = H; 6, 12 R = CH 3. Naujai susintetintų junginių struktūra įrodyta remiantis BMR, IR spektroskopijos, elementinės analizės duomenimis. Literatūra [1] Prasad, R. P., Bhuvaneswari, K., Kumar, P. K., Rajani, K., Kuberkar, S. V. Journal of Chemical and Pharmaceutical Research, 2012, 4, [2] Siddiqui, N., Ahuja, P., Ahsan, W., Pandeya, S. N., Alam, S. Journal of Chemical and Pharmaceutical Research, 2009, 1, [3] Vicini, P., Geronikaki, A., Incerti, M., Busonera, B., Poni, G., Cabras, C. A., La Collac, P. Bioorganic & Medicinal Chemistry, 2003, 11, [4] Patentas, , U.S., [5] Patentas, , U.S., [6] Singh, N., Sharma, U. S., Sutar, N., Kumar, S., Sharma, U. K. Journal of Chemical and Pharmaceutical Research, 2010, 2, Studentų moksliniai tyrimai 2011/2012

108 DIHIDRAZONO FRAGMENTĄ TURINČIŲ ORGANINIŲ PUSLAIDININKIŲ SINTEZĖ IR SAVYBIŲ TYRIMAS A. Kolesničenko, Kauno technologijos universitetas T. Malinauskas, Kauno technologijos universitetas Didėjant žmonių skaičiui Žemėje, didėja ir akmens anglies, naftos, gamtinių dujų vartojimas. O tai akivaizdžiai didina aplinkos taršą. Be to šių kuro rūšių ištekliai yra riboti ir sparčiai senka. Dėl šių priežasčių atsinaujinantys energijos šaltiniai ir energiją taupančios technologijos darosi vis patrauklesnės. Viena iš perspektyviausių technologijų šiuo metu yra saulės elementai. Tradicinės kristalinio silicio saulės celės yra palyginti našios ir ilgaamžės, tačiau jų gamyba yra sudėtinga ir brangi. Organiniai ir hibridiniai saulės elementai našumu nors ir nusileidžia siliciui, tačiau platus medžiagų pasirinkimas, santykinai nesudėtinga gamyba ir nedidelė kaina atveria gan plačias perspektyvas. 20 % pasaulyje šiuo metu gaminamos elektros energijos sunaudojama apšvietimui, kaitrinės lemputės labai neefektyvios, o kompaktinės liuminescencinės lempos netinka ten, kur dažnai įjungiama ir išjungiama šviesa, todėl efektyvesnių šviesos šaltinių paieška yra svarbi užduotis. Viena iš naujausių šiuo metu tyrinėjamų ir vystomų technologijų yra organiniai šviesos diodai (OLED). OLED pasižymi kompaktiškumu, efektyvumu, nedidelėmis energijos sąnaudomis ir gamybos savikaina, jie gali būti didelio ploto, permatomi arba lankstūs. Dėl išvardintų priežasčių daug dėmesio skiriama organinių saulės elementų, šviestukų ir kitų optoelektroninių prietaisų tobulinimui. Spartus krūvininkų pernašos procesas labai svarbus efektyviam įrenginio veikimui, todėl daug dėmesio skiriama organiniams krūvininkus transportuojantiems puslaidininkiams. Hidrazonai pasižymi palyginti paprasta ir nebrangia sinteze, geru krūvininkų judriu, lengvai keičiamais energetiniais lygmenimis. Šie faktai daro juos praktiniam pritaikymui labai patraukliais junginiais [1]. Šio darbo pagrindinis tikslas naujų dihidrazono fragmentą turinčių organinių puslaidininkių sintezė ir savybių tyrimas. Nauji dihidrazonai buvo gauti atlikus daugiapakopę sintezę (1 schema) iš trifenilamino monohidrazono. FIZINIAI MOKSLAI 107

109 N N H N K 2 CO 3, DMF, F O N 1 N N O N NH 2 N CH 3 izopropanolis, toluenas CH 3 COOH, izopropanolis, toluenas CH 3 COOH, NH 2 N N N N N 2 N N CH 3 N 3 N N 1 schema. Dihidrazonų 2, 3 sintezės schema Virinant trifenilamino hidrazoną su 4-fluorbenzaldegidu esant bazei K 2 CO 3, bevandeniame dimetilformamide, argono atmosferoje, susidarė aldehidas 1. Dalis aldehido 1 panaudota reakcijoje su 1-fenil-1-metil-hidrazinu (išskiriant hidrazoną 2), o kita dalis reakcijoje su 1,1-difenilhidrazinu (gaunant hidrazoną 3). Abi šios reakcijos vyko 130 C temperatūroje tolueno ir izopropanolio mišinyje (santykis 2:1) esant katalitiniam acto rūgšties kiekiui. Išvados Susintetinti nauji dihidrazonai pasižymėjo geru krūvininkų judriu (siekiančiu cm 2 /Vs, esant elektrinio lauko stipriui ( V/cm). Gautų junginių jonizacijos potencialas ir krūvininkų judris leidžia juos panaudoti optoelektroninių įrenginių konstravimui. Literatūra [1] Lygaitis, R., Getautis, V., Grazulevicius, J. V. Chem. Soc. Rev., 2008, 37, Studentų moksliniai tyrimai 2011/2012

110 Sudėtingų žvaigždžių populiacijų erdvinės žvaigždėdaros atkūrimas modeliuojant žvaigždžių spiečius A. K. Sabulis, Vilniaus universitetas T. Mineikis, Vilniaus universitetas Sudėtingas žvaigždžių populiacijas galima modeliuoti jas sudarant iš keleto paprastų žvaigždžių populiacijų žvaigždėdaros žybsnio metu tam tikra masė žvaigždžių gimsta kaip spiečius. Tačiau, modeliuojant žvaigždėdarą reikia atsižvelgti ir į erdvines struktūras. Jos susidaro spiečiams yrant galaktikos potencialiniame lauke. Sekant byrančio spiečiaus žvaigždžių kinematiką, galima atkurti spiečiaus orbitą ir žvaigždėdaros regiono struktūrą. Taip susieti modelius su stebėjimais leis Gaia astrometrinės misijos duomenys. Paprasčiausių žvaigždėdaros struktūrų tyrimui buvo pasirinktos nykštukinės galaktikos ir naudota programa Superbox [1]. Superbox kodas veikia dalelių tinklelio (angl. particle mesh) algoritmo pagrindu. Mums svarbu ištirti dinaminės evoliucijos metu susidarančias struktūras ir įvertinti spiečių suardymo laiko priklausomybę nuo orbitos parametrų, pradinio tankio (0,01; 0,1; 1 M Θ /pc 3 ) ir pradinės masės (10 3 ; 10 4 ; 10 5 M Θ ). Tiriamieji modeliai buvo skaičiuojami darant prielaidą, kad NFW [2] tamsiosios medžiagos halas nykštukinėse galaktikose yra sferiškai simetriškas. Kiekvienam laiko žingsniui buvo gauti visų sistemos taškų (dalelių skaičius 10 4 ) koordinatės ir greičiai (angl. snapshots). Šie duomenys leido nustatyti spiečiaus potvyninį radiusą, kuriame esančios žvaigždės yra gravitaciškai susietos su spiečiumi. Turėdami potvyninį radiusą apskaičiavome spiečiui priklausančių žvaigždžių skaičių, ištyrėme kaip kinta šis parametras laike (1 pav.) ir kuomet spiečius suardomas. Nustatėme, kad mažiausio tankio (0,01 M Θ /pc 3 ) spiečiai neišgyvena net kelių apsisukimų apie galaktikos centrą, o didžiausio (1 M Θ /pc 3 ) spiečiaus branduolys išgyvena iki pat modeliavimo pabaigos (800 mln. metų), nors ir praranda nemažą dalį žvaigždžių, kurios toliau keliauja panašiomis į spiečiaus orbitomis, tačiau nebėra su juo gravitaciškai susietos. Pabėgusios žvaigždės sudaro erdvines struktūras, potvynines uodegas, kurios stebimos ir mūsų Galaktikoje (pavyzdys: Palomar 5 [3] kamuolinis spiečius). Šio tyrimo rezultatai gali būti panaudoti atkuriant nykštukinių galaktikų žvaigždėdaros ir dinaminės evoliucijos istoriją, bei nustatant galaktikų gravitacinio potencialo charakteristikas. FIZINIAI MOKSLAI 109

111 1 pav. Charakteringas 1 М Θ /pc 3 tankio spiečiaus potvyninio radiuso (a), gravitaciškai susietų žvaigždžių skaičiaus (b) kitimas laike ir spiečiaus atstumas nuo potencialo centro (c) Literatūra [1] Fellhauer, M., Kroupa, P., Baumgardt, H., et al. 2000, AN, 5, 305. [2] Navarro, J. F., Frenk, C. S., & White, S. D. M. 1997, ApJ, 490, 493. [3] Odenkirchen, M., Grebel, E. K., et al ApJ, Studentų moksliniai tyrimai 2011/2012

112 Fazės redukcijos metodo taikymas tiriant osciliatorių sinchronizaciją A. Ratas, Vilniaus universitetas V. Novičenko, Fizinių ir technologijos mokslų centras Fazinės redukcijos metodas yra teorinės analizės įrankis, leidžiantis tyrinėti silpnai perturbuotas (veikiamas išoriniu trikdžiu) osciliuojančias sistemas. Vietoj to, kad tyrinėti visas osciliuojančią sistemą aprašančias lygtis, metodas leidžia redukuoti tas lygtis iki vienos paprastos diferencialinės lygties. Toks priėjimas yra aktualus nagrinėjant surištus osciliatorius, nes leidžia suprasti sinchronizacijos ir desinchronizacijos reiškinius juose. Surištųjų osciliatorių sinchronizacijos ir desinchronizacijos reiškiniai turi svarbią praktinę naudą technikoje, lazerių moksle, tiriant biologines sistemas. Tarkime turime stabilaus ribinio ciklo osciliatorių, kuris yra veikiamas nedideliu išoriniu trikdžiu: X = F( X ) + ε G( t), (1) čia F (X ) vidinė jėga, G (t) išorinė jėga, o ε yra mažas dydis. Naudojant fazės redukcijos metodą paprastai yra domimasi ne sistemos būsenos dinamika X (t), o sistemos fazės dinamika ϕ (t), kuri yra aprašoma viena skaliarine lygtimi: ϕ = 1+ ε Z( ϕ) G( t), (2) čia Z (ϕ ) fazės atsako funkcija (FAF). FAF yra ribinio ciklo charakteristika, pvz., Van der Pol io osciliatoriaus FAF yra pavaizduota 1 pav. Fazės atsako funkcijos i -toji komponentė Z i (ϕ ) parodo, kiek bus perturbuota fazė, jei sutrikdysime sistemos i -tąjį dinaminį kintamąjį mažu dydžiu. Fazės redukcijos metodas pirmą kartą buvo paminėtas Malkino straipsnyje [1], kur jis įrodė (2) lygtį be to jis parodė, kad fazės atsako funkcija yra periodinis sprendinys jungtinės lygties: Ż = {DF(X C (t))} T Z, (3) čia DF(X c (t)) sistemos jakobianas apskaičiuotas ant ribinio ciklo X c (t). Tačiau rasti fazės atsako funkciją iš (3) lygties nėra paprasta nes (3) lygties periodinis sprendinys yra nestabilus. Todėl buvo sukonstruoti ir kiti fazės atsako funkcijos skaičiavimo metodai, pvz., straipsnyje [2] yra pasiūlytas metodas kaip apskaičiuoti fazės atsako funkciją naudojant evoliucijos matricas. FIZINIAI MOKSLAI 111

113 1 pav. Van der Pol io osciliatoriaus fazės atsako funkcijos pirma (a) ir antra (b) komponentės Toliau nagrinėsime sinchronizaciją tarp osciliatoriaus X = F(X ) ir jį veikiančios periodinės išorinės jėgos G (t), kai skirtumas tarp osciliatoriaus savojo dažnio ir išorinės jėgos dažnio (šis skirtumas dar vadinamas išderinimu) yra nedidelis. Žinoma, kad sinchronizacija tarp dviejų osciliatorių įvyksta tada, kai išorinės jėgos amplitudės vertė viršija kritinę amplitudės vertę. Kritinės amplitudės vertės priklausomybė nuo išderinimo vadinama Arnoldo liežuviais. Kritinę amplitudės vertę galima paskaičiuoti dviem būdais: sprendžiant (1) lygtį arba sprendžiant (2) fazės dinamikos lygtį. Kadangi mes nagrinėjame sinchronizaciją kai išderinimas yra nedidelis, tai fazės dinamikos lygtis pakankamai tiksliai aprašo kritinės amplitudės vertes. Darbe bus pristatyti konkrečios osciliuojančios sistemos Arnoldo liežuviai. Literatūra [1] Malkin, I. G.: Methods of Poincaré and Lyapunov in Theory of Non-linear Oscillations. Gostexizdat, Moscow (1949) (in Russian: Metodi Puankare i Liapunova v teorii nelineinix kolebanii). [2] Novičenko, V., Pyragas, K.: Computation of phase response curves via a direct method adapted to infinitesimal perturbations. Nonlinear Dyn (2012). 112 Studentų moksliniai tyrimai 2011/2012

114 MATRICINIO LAIPSNIO ŠIFRO REALIZAVIMO TYRIMAS A. Galdikas, Kauno technologijos universitetas K. Lukšys, Kauno technologijos universitetas Vystantis informacinei visuomenei, niekam jau nekyla klausimų dėl elektroninės informacijos apsaugos. Tam naudojami įvairūs kriptografiniai metodai, leidžiantys pasirinkti skirtingus saugumo ir efektyvumo lygmenis. Informacijos konfidencialumui užtikrinti vis dar nepamainomi yra simetriniai šifrai. Šiuo metu plačiausiai naudojamas yra AES šifras. Per daugiau nei dešimtmetį, buvo atlikta labai daug tyrimų nagrinėjant šio šifro saugumą ir kol kas rimtų spragų jame nerasta. Tačiau niekas negali garantuoti, kad vystantis naujausioms technologijoms, kuriant kvantinius kompiuterius, ši situacija nepasikeis. Todėl naujų šifrų kūrimo ir jau esančių realizacijos tyrimai vykdomi nuolatos. Be pavienių mokslininkų tyrimų yra vykdomi ir stambūs projektai, kuriais siekiama apjungti akademinio ir industrinio sluoksnių jėgas (NESSIE, ECRYPT, ECRYPT2). Pagrindiniai reikalavimai šiframs yra saugumas ir efektyvumas. Šifro efektyvumas priklauso ne tik nuo matematinio algoritmo, bet ir nuo tinkamo jo realizavimo. Galutinis šifro saugumas taip pat priklauso ir nuo šios realizacijos. Todėl saugios efektyvios realizacijos klausimas yra aktualus ne tik naujiems šiframs, bet ir jau senokai naudojamiems standartams. Šiame darbe nagrinėjamas naujo matricinio laipsnio šifro realizacijos efektyvumas. Pagrindinis šio šifro elementas yra matricinio laipsnio funkcija. Matricinio laipsnio funkcijos veikimo pagrindas yra paremtas vienos matricos kėlimu laipsniu, kur laipsnis taip pat yra matrica. Matricinio laipsnio funkcija f yra apibrėžiama m m eilės matricoms virš baigtinio lauko GF(2n)\{0} [1]: f(x) = L X R =. (1) čia X įvesties matrica, L ir R slaptosios raktų matricos pasirinktos iš matricų grupės virš baigtinio žiedo. Daugybos ir kėlimo laipsniu operacijos vykdomos baigtinio lauko multiplikacinėje grupėje. Žinant raktų matricų L ir R atvirkštines matricas galima apskaičiuoti matricinio laipsnio funkcijos atvirkštinę f 1 (X) [2]. Dėl nustatytos matricinio laipsnio funkcijos apibrėžimo srities įvesties matricoje negali būti nulinių elementų. Taigi norėdami naudoti matricinio laipsnio funkciją su bet FIZINIAI MOKSLAI 113

115 kokiais duomenimis, reikia juos prieš tai transformuoti, kad neliktų nulių. Šią duomenų transformaciją atliekame sukeitimo bloko (S bloko) pagalba. S bloko funkcija F yra tam tikros pagalbinės funkcijos g K ir matricinio laipsnio funkcijos f kompozicija [1]: F(D) = f(g K (D)) = L (D + K + 1) R = C, (2) čia D GF(2 n 1 ) m m įvesties matrica, C GF(2 n ) m m išvesties matrica, 1 matrica, kurios visi elementai yra vienetai, K GF(2 n 1 ) m m papildoma raktų matrica. Dabar turėdami visas reikiamas funkcijas galime užrašyti matricinio šifro užšifravimo ir iššifravimo algoritmus. Matricinio laipsnio šifras yra simetrinis iteracinis šifras. Jį sudaro t iteracijų, kurių pagrindinė dedamoji yra matricinio laipsnio funkcija [1]. Pirmoji matricinio laipsnio šifro iteracija sutampa su S bloko funkcija ir ją galime užrašyti šitaip:. (3) Po pirmos iteracijos galima nebenaudoti injektyvios transformacijos ir matricinio laipsnio funkciją komponuoti su papildoma bijektyvia matricine funkcija H [1]. Taigi kitas matricinio laipsnio šifro iteracijas (1<i t) galime apibrėžti taip:. (4) Paskutinės iteracijos metu gauta matrica X t yra šifrograma C [1]. Šifrogramos iššifravimui pirmiausiai turime apsiskaičiuoti atvirkštines raktų matricas Li ir Ri bei apgręžti funkciją H. Tuomet pirmosios t 1 apibrėžiamos kaip matricinio laipsnio funkcijų ir kompozicijos:. (5) Paskutinę iššifravimo iteracija galime išreikšti taip [1]:. (6) Vienas iš tyrimo tikslų yra perrašyti matricinio laipsnio šifro algoritmą c++ kalba. Pagrindinis laukiamas rezultatas yra matricinio laipsnio šifro efektyvumo įvertinimas pagal ECRYPT projekto metodiką [3] ir efektyvumo pagerinimas, fiksavus šifro parametrus: matricų eilė m=4, baigtinio lauko dydis 256 (n=8) ir iteracijų skaičius t=3. Literatūra [1] Luksys, K., Sakalauskas, E., Venckauskas, A. Implementation analysis of matrix power cipher in embedded systems. Elektronika ir elektrotechnika, No. 2(118), p [2] Luksys, K., Nefas, P. Matrix Power S Box Analysis, Information Science And Computing, book 4 Advanced Studies in Software and Knowledge Engineering, - ITHEA, P [3] estream Optimized Code HOWTO Prieiga per internetą: stream/perf/. 114 Studentų moksliniai tyrimai 2011/2012

116 LAZERIU GENERUOJAMŲ KOLOIDINIŲ NANODALELIŲ TYRIMAS SPEKTRINIAIS METODAIS A. Vinčiūnas Fizinių ir technologijos mokslų centro Fizikos instituto Lazerinių technologijų skyrius G. Račiukaitis Fizinių ir technologijos mokslų centro Fizikos instituto Lazerinių technologijų skyrius Nanodalelės, pasižyminčios unikaliomis optinėmis savybėmis, yra naudojamos biomedicinoje, elektronikoje, medžiagų moksle ir kt. Nanodalelių gamyba lazerinės abliacijos būdu, kai taikinio medžiaga yra patalpinta skystyje, yra patrauklus metodas dėl procedūros paprastumo, didelio gaunamų nanodalelių cheminio grynumo ir galimybės generuoti įvairių medžiagų (dielektrikų, puslaidininkių, metalų) nanodaleles [1]. Elektrinis laukas tauriųjų metalų nanodalelėse sužadina lokalizuotus paviršiaus plazmonus, kurių sužadinimo dažnis yra ultravioletinėje-regimojoje spektro srityje ir priklauso nuo nanodalelių formos ir dydžio, taigi iš šviesos sugerties spektrų galima įvertinti nanodalelių dydžių pasiskirstymą [2]. Tyrimo tikslas buvo pagaminti aukso nanodaleles vandenyje lazerinės abliacijos būdu panaudojant nanosekundinį kietakūnį Nd:YVO 4 lazerį ir iš gautų koloidinių tirpalų sugerties spektrų įvertinti nanodalelių dydžių pasiskirstymą. Taip pat buvo ieškoma optimalių nanodalelių gamybos spartos sąlygų. Nanodalelių, pagamintų naudojant skirtingus lazerio parametrus, sugerties spektrai pavaizduoti 1 pav Optical density, a.u Wavelength, nm 1 pav. Spektras nr. 1 vidutinė lazerio galia 5 W, impulsų pasikartojimo dažnis 20 khz, lazerio spindulio judėjimo greitis mm/s. Spektras nr. 2 3,5 W, 5 khz, 50 mm/s. Spektras nr. 3 5 W, 10 khz, 50 mm/s. Abliacijos trukmė 4 min. FIZINIAI MOKSLAI 115

117 Tyrimų metu buvo nustatytos optimalios nanodalelių gamybos sąlygos. Vidutiniai pagamintų nanodalelių dydžiai svyravo nuo 10 iki 60 nm, tačiau pagamintos nanodalelės pasižymėjo plačiu dydžių pasiskirstymu, tad reikalingi tolesni nanodalelių gamybos lazerinės abliacijos būdu dėsningumų tyrimai. Literatūra [1] Itina, T. E. The Journal of Physical Chemistry C, 2010, 115 (12), [2] Haiss, W., Thanh, N. T. K., Aveyard, J., Fernig, D. G. Analytical Chemistry, 2007, 79 (11), Studentų moksliniai tyrimai 2011/2012

118 RADIACINĖS PAŽEIDOS PROFILIAVIMAS PUSLAIDININKINĖSE STRUKTŪROSE A. Jasiūnas, Vilniaus universiteto Taikomųjų mokslų institutas A. Uleckas, E. Gaubas, Vilniaus universiteto Taikomųjų mokslų institutas Spinduliuotės sąveikos su medžiaga eigoje yra sukuriami radiaciniai defektai, kurie blogina puslaidininkinių detektorių funkcinius parametrus [1]. Kita vertus, kontroliuojant energingųjų dalelių pluošto energiją bei apšvitos įtėkį, fiksuotame puslaidininkinės struktūros gylyje yra tikslingai sukuriamas reikiamas defektų tankis, kuris pagerina prietaiso greitaveikos, krūvio ištraukimo iš bazės ir kitus parametrus. Toks greitos rekombinacijos sluoksnio sukūrimo metodas leidžia suderinti ir valdyti kelis diodo funkcinius parametrus, taip pat suteikia galimybę temperatūrinio atkaitinimo proceso metu anuliuoti energingųjų dalelių padarytą poveikį [2]. Dėl šių priežasčių yra būtinas tikslus energingųjų dalelių sukurto defektų tankio pasiskirstymo medžiagos gylyje įvertinimas. Krūvininkų gyvavimo trukmė yra labai svarbus ir jautrus medžiagos parametras, kuris stipriai priklauso nuo defektų tankio. Dėl šios priežasties, nesąlytinis fotolaidumo zondavimas mikrobangomis yra puikus metodas norint tiksliai įvertinti defektų tankio pasiskirstymo profilį puslaidininkinės struktūros gylyje. Šio darbo metu buvo tobulinamas briaunos zondavimo įrenginys, siekiant padidinti pažeidos profiliavimų skiriamąją gebą. Taip pat šio darbo metu buvo atlikti defektų tankio pasiskirstymo matavimai magnetiniame lauke Czochralski metodu užaugintuose Si padėkluose, apšvitintuose 1,5 MeV 8 MeV energijos protonais. Išmatuoti defektų tankio pasiskirstymo profiliai buvo palyginti su TRIM (TRansport of Ions in Matter) programinio paketo pagalba sumodeliuotais duomenimis. Literatūra [1] Lutz, G. Semiconductor radiation detectors. Springer- Verlag Berlin and Heidelberg GmbH and Co. Kg, Berlynas p. [2] Baliga, B. J. Fundamentals of power semiconductor devices. Springer Science Business Media, Niujorkas p. FIZINIAI MOKSLAI 117

119 FULERENO C 60 BEI DIHIDRAZONO FRAGMENTUS TURINČIO PUSLAIDININKIO SINTEZĖ IR SAVYBĖS A. Magomedov, Kauno technologijos universiteto Organinės chemijos katedra S. Urnikaitė, V. Getautis, Kauno technologijos universiteto Organinės chemijos katedra Dėl savo fizikinių savybių fulerenas C 60 kelia didelį susidomėjimą mokslininkų tarpę. Tai yra labai perspektyvi medžiaga saulės energetikai vystyti [1]. Tačiau jo panaudojimą apsunkina blogas tirpumas organiniuose tirpikliuose. Jį galima pagerinti funkcionalizuojant fulereną įvairiomis organinėmis medžiagomis [2]. Vienas iš įdomesnių atvejų naujų molekulių, turinčių elektronų akceptoriaus (C 60 ) bei elektronų donoriaus fragmentus kūrimas. Tokios medžiagos yra laidžios tiek elektronams, tiek skylėms. Kaip elektronų donorai mūsų tyrime buvo pasirinkti hidrazonai. Būtent šios klasės junginiai yra žinomi kaip vieni geriausių skylių laidininkų. Beto hidrazonų sintezė yra ganėtinai nesudėtinga, medžiagos gaunamos didelėmis išeigomis ir dažniausiai palyginti mažomis kainomis. Dėl šių savybių aromatiniai hidrazonai yra plačiai naudojami kaip p-tipo organiniai puslaidininkiai. Taigi šio tyrimo pagrindinis tikslas susintetinti organinį fotopuslaidininkį, turintį fulereno C 60 bei dihidrazono chromoforus bei ištirti jo fizikines savybes. Šio junginio sintezės schema parodyta 1 pav. Trialdehidas buvo prijungiamas prie fulereno, reakcijoje dalyvaujant aminorūgščiai sarkozinui. Toliau gautas fulereno darinys 1 buvo veikiamas metilfenilhidrazinu, susidarant junginiui 2. O O N O C 60, sarkozinas toluenas, t vir H 3 C N O N 1 O H 2 N CH 3 N toluenas, 70 o C H 3 C N H 3 C N N N 2 N N H 3 C 1 pav. Organinio bipolinio fotopuslaidininkio sintezės schema Gauto junginio struktūra patvirtinta IR, UV, BMR, MS spektroskopijų pagalba. Fotopuslaidininkinių savybių tyrimai parodė, kad kaip ir tikėtasi gautas junginys 2 pasižymi tiek teigiamų, tiek neigiamų krūvininkų pernaša. Literatūra [1] Mahmud, I. M., Zhou, N., Wang, L., Zhao, Y. Tetrahedron Letters, 2008, 64, p [2] Rotas, G., Tagmatarchis, N. Tetrahedron Letters, 2009, 50, p Studentų moksliniai tyrimai 2011/2012

120 ELEKTRINIO POTENCIALO poveikio prie paviršiaus (metalinio arba polimerinio) esančio vandens klampai tyrimas A. Pulmanas, Vilniaus universitetas R. Raudonis, V. Daujotis, Vilniaus universitetas Buvo nustatyta, kad teigiamėjant potencialui vandens sluoksnio prie elektrodo paviršiaus klampa sumažėja 1 proc. [1], o diferencialinis slėgis mažėja beveik 2 proc. [2]. Siekiant padidinti gautų rezultatų patikimumą, Vilniaus universiteto Chemijos fakultete pradėti tyrimai, kokia yra kūno, esančio vandens sraute, paviršiaus elektrinės poliarizacijos įtaka tą kūną veikiančios vilkimo jėgos klampiajai (Stokso) dedamajai. Sukonstruotoje vandens cirkuliacijos grandinėje yra vertikalus bronzinis vamzdis (1 pav.), kuriuo tekančio vandens sraute kabo auksu arba polimero sluoksniu padengta plieninė sfera. Sfera kabo ant prie jo privirinto varinio laidininko (D=0,12 mm), kurio viršutinis galas yra pritvirtintas prie analitinių svarstyklių ir per kurį poliarizuojama sraute esanti sfera. Vykdant matavimus, sfera buvo patalpinama ne didesniu kaip 2 3 cm atstumu nuo vandens įtekėjimo į vertikalų 4,3 cm skersmens bronzinį vamzdį. Talpinant giliau didėja sferos blaškymas horizontaliąja r kryptimi dėl ryškėjančio vandens tekėjimo greičio parabolinio profilio (žr. 1 pav.) ir turbulentiškumo (naudotame vamzdyje krizinė Reinoldso skaičiaus reikšmė pasiekiama, kai vandens tekėjimo greitis yra apie 0,05 m/s). Vandens srauto ir vilkimo jėgos matavimai yra sinchronizuoti. Vilkimo jėga matuojama analitinėmis svarstyklėmis, o vandens tėkmė greičio matuokliu, sinchronizuojant šiuos matavimus su elektrodo potencialo skleidimu ir matavimu. 1 pav. Vandens tekėjimo vamzdyje greičio profilis FIZINIAI MOKSLAI 119

121 Fluido sraute patalpintą sferą veikia srauto kryptimi nukreipta vilkimo jėga F D (angl. drag force), kuri apskaičiuojama pagal formulę [3]: 1 F = c 2 v 2 D D f (1) 8 kur v srauto tekėjimo greitis, ρ f fluido tankis, D sferos skersmuo, C D trinties pasipriešinimo jėgos koeficientas. Iš išmatuotų sferos patalpintos vandens sraute vilkimo jėgos ir tekėjimo greičio duomenų pagal formulę (1) apskaičiuota C D priklausomybė nuo potencialo (2 pav.). Iš paraboliškai aproksimuotos C D priklausomybės nuo potencialo pagal formulę [4] (2) buvo skaičiuojamos aptekamos sferos Reinoldso skaičiaus vertės, o iš jų pagal lygtį (ρ 998 kg/m 3, d = 9, m, v = 0,159 m/s) paviršinio vandens sluoksnio dinaminė klampa. 3 pav. pateikta šios klampos santykinio pokyčio priklausomybė nuo potencialo. 2 pav. Sferos trinties pasipriešinimo koeficiento C D priklausomybė nuo potencialo skleidžiant jį nuo -50 mv iki +550 mv pagal Ag AgCl KCl sot (suvidurkintos šešios potencialo skleistinės). Potencialo skleidimo greitis 0,4 mv/s, vidutinis srauto tekėjimo greitis 0,159 m/s 3 pav. Paviršinio vandens sluoksnio (prie Au) klampos pokyčio priklausomybė nuo potencialo pagal Ag AgCl KClsot. Taip pat buvo tiriamas elektrinio potencialo poveikis prie polimerinio (epoksidinio) paviršiaus esančiai vandens klampai, bet šiame etape iškilo problemų su epoksidinės dangos formavimu ant plieninės sferos ir sukurtos dangos sukibimo stabilumu, todėl negalime daryti vienareikšmių išvadų, nors iš vilkimo jėgos matavimų pastebėtas teigiamos poliarizacijos įtaka. Literatūra [1] Plaušinaitis, D., Waskaas, M., Raudonis, R., Daujotis, V. Electrochim. Acta, 2006, 51, [2] Waskaas, M., Daujotis, V., Wolden, K. E., Raudonis, R., Plaušinaitis, D. Russ. J. Electrochem. 2008, 44, [3] White, F. M. Fluid Mechanics (4 th edition). McGraw Hill, Boston Toronto, [4] Nian-Shen Cheng. Powder Technology.2009, 189, Studentų moksliniai tyrimai 2011/2012

122 GALIO NITRIDO IR SAFYRO SĄSAJA: LAIPSNINIŲ TRANSFORMACIJŲ PRIKLAUSOMYBĖS NUO AUGINIMO SĄLYGŲ TYRIMAS A. Arnatkevičiūtė, Vilniaus universiteto Taikomųjų mokslų institutas Galio nitridas (GaN) viena populiariausių šiuolaikinės optoelektronikos medžiagų. Tinkamas draustinės juostos tarpas (3,4 ev) lemia ypatingas šios medžiagos taikymo galimybes, leidžia vystyti lustinės laboratorijos idėjas. Viena rimčiausių problemų, su kuria susiduria III-N prietaisų gamintojai tinkamų padėklų stygius. GaN sluoksniai paprastai auginami ant netapačių padėklų (safyras, silicio karbidas ir kt.). Gardelių nesutapimas bei temperatūrinių plėtros koeficientų skirtumas trukdo užauginti kokybiškus GaN sluoksnius. Dėl prasto šiluminio ir elektrinio laidumo prietaisų, pagamintų ant safyro, kontaktai turi būti formuojami viršutiniame sluoksnyje, o tai lemia blogesnes veikos voltamperines charakteristikas. Vienas iš safyro padėklo problemos sprendimo būdų yra GaN sluoksnio atskyrimas / atplėšimas nuo padėklo (angl. lift-off). Praktikoje jau pavyksta atskirti pakankamai didelius GaN sluoksnius (iki 4,9 cm skersmens ir 300 µm storio) [1, 2]. Norint funkcionalizuoti abi sluoksnio puses, būtina ištirti GaN tiek iš safyro / GaN sąsajos, tiek iš paviršinio sluoksnio pusių bei įvertinti prietaisų kokybę lemiančius parametrus laisvųjų krūvininkų koncentraciją, gyvavimo trukmę bei judrumą. Šio tyrimo tikslas ištirti laipsninį GaN / safyro sąsajos elektroninių parametrų kitimą metalorganinio sluoksnių nusodinimo iš garų fazės metu (angl. MOCVD). Defektų evoliucijos ir relaksacijos palyginimas esant skirtingoms auginimo sąlygoms ypač svarbus santykinai storuose (dešimtys mikrometrų) sluoksniuose. Šiuo tikslu buvo atlikti krūvininkų gyvavimo trukmės bei judrio matavimai. Krūvininkų gyvavimo trukmės ir judrio priklausomybė nuo auginimo temperatūros sąsajos sluoksnyje leidžia daryti išvadą, jog ilgalaikis terminis poveikis auginimo metu neišvengiamai lemia defektų transformaciją (defektų nykimas; optimali auginimo temperatūra pagal atliktus matavimus T 1 ~1 070 C). Kitas svarbus auginimo parametras GaN salelių ėsdinimo laikas, apibrėžiantis jų dydį (ilgesnis laikas atitinka mažesnes ir retesnes saleles ir tikėtina, trumpesnes krūvininkų gyvavimo trukmes), todėl norint užauginti kokybišką kristalą, būtina nustatyti optimalų salelių dydį (ėsdinimo laiką; pagal atliktus matavimus t~60 s), išmatuoti paviršinio ir sąsajos sluoksnių parametrus įvairiose auginimo stadijose. Tolimesni tyrimai turėtų atskleisti sąryšį tarp krūvininkų gyvavimo trukmės, FIZINIAI MOKSLAI 121

123 judrio ir dislokacijų tankio, išmatuoto naudojant XRD metodiką. Taip pat bus ištirti bandiniai, kurių auginimas nutrauktas skirtingų augimo stadijų metu (nuo 200 nm (salelių stadija) iki 3 µm): tokiu būdu bus tiesiogiai ištirta sluoksnio augimo bei defektų evoliucija, nustatyti dėsningumai kokybiškos medžiagos gavimui. Literatūra [1] Xu, J., Zhang, R. Mater. Lett., 56, 43 (2002). [2] Beaumont, B., Gibart, P. J. Cryst. Growth, 255, 277 (2003). 122 Studentų moksliniai tyrimai 2011/2012

124 BANGOLAIDINĖS LINIJOS TAIKYMAS MEDŽIAGŲ DIELEKTRINĖMS SAVYBĖMS TIRTI A. Dauginaitė, Kauno technologijos universitetas J. Čyvienė, Kauno technologijos universitetas Šiame tyrime nagrinėjama santykinė dielektrinė skvarba ε priklausomai nuo medienos drėgnio naudojant bangolaidinę liniją. Bangolaidinės linijos metodu buvo tiriama lietuviškos medienos bandinių (šerdies ir balanos, pušies, eglės, drebulės ir beržo) dielektrinė skvarba, esant skirtingam drėgniui. Visiems medienos šerdies ir balanos bandiniams buvo sukuriamas skirtingas nuo 10 % iki 55 % drėgnis. Rezultatai parodė, kad pušies santykinė dielektrinė skvarba yra ~20 % didesnė balanos nei šerdies esant tam pačiam drėgniui. Bandiniai buvo talpinami į bangolaidinę liniją. Bangolaidinėje linijoje buvo matuojami elektrinio lauko pokyčiai esant tuščios eigos (bandinys atitrauktas nuo trumpiklio galo per ketvirtį bangos) ir trumpo jungimo (bandinys pristumtas prie trumpiklio galinės sienelės) režimams (generuojamas dažnis MHz). Įvertinus šiuos pokyčius buvo apskaičiuotos santykinės dielektrinės skvarbos ir dielektriniai nuostoliai [1]. 1 pav. Pušies, eglės, drebulės ir beržo šerdies bei balanos santykinės dielektrinės skvarbos kitimo priklausomybės nuo drėgnio FIZINIAI MOKSLAI 123

125 Pušies, eglės, drebulės ir beržo šerdies bei balanos santykinės dielektrinės skvarbos kitimo priklausomybės nuo drėgnio pavaizduotos 1 pav. Drėgmės kiekis priklauso nuo medienos tankio. Santykinės dielektrinės skvarbos vertės padidėjo nuo 1,5 iki 7,2 priklausomai nuo drėgnio medienos šerdies bandiniuose, kai drėgnis kito nuo 10 % iki 50 %. Grafikai parodo, kad santykinė dielektrinė skvarba didėja tiesiškai. Didžiausia santykinė dielektrinė skvarba yra pušies bandinių, o mažiausia drebulės (nuo 1,5 iki 3,8). Tyrimai parodė, kad medienos balana gali prisisotinti daugiau vandens nei šerdis. Santykinės dielektrinės skvarbos vertės padidėjo nuo 1,6 iki 9,8 priklausomai nuo drėgnio balanos bandiniuose, kai drėgnis kito nuo 10 % iki 55 %. Didžiausia santykinė dielektrinė skvarba yra pušies balanos ε =9,8, kai drėgnis 54 %. Mažiausia santykinė dielektrinė skvarba yra drebulės balanos ε =4,5, kai drėgnis 50 %. Dielektriniai nuostoliai kito nuo 0,02 iki 0,3. Mediena aukštojo dažnio elektromagnetiniame lauke ima kaisti dėl įvairių priežasčių, iš kurių svarbiausia yra dipolinė poliarizacija molekules pradeda veikti papildomas elektrinis sukimo momentas, sukeliantis jų vibraciją. Dipolių vibracija sukelia tarpmolekulinę trintį, dėl kurios ir atsiranda šiluma. Kintamo elektrinio lauko dalis, dielektrike virstanti šiluma, sudaro dielektrinius nuostolius [2]. Dielektriniai nuostoliai priklauso nuo medienos tankio, drėgnio, elektros srovės dažnio, krypties pluošto atžvilgiu (išilginis, spindulinis, tangentinis). Didėjant medienos tankiui, dielektriniai nuostoliai didėja. Spinduline ir tangentine kryptimis dielektriniai nuostoliai nesiskiria, o išilgai pluošto apie 2 kartus didesnis nei skersai. Didinant dažnį, dielektriniai nuostoliai labai didėja [3]. Santykinė dielektrinė skvarba taip pat priklauso nuo dažnio. Jam didėjant santykinė dielektrinė skvarba mažėja. Mediena yra anizotropinė medžiaga turinti % porėtumą, kuris įtakoja dielektrines savybes. Medienos šerdies bandiniai prisisotino mažiau vandens per tą patį laiką nei medienos balanos bandiniai. Todėl, mažesnis drėgnio kiekis įtakoja mažesnę santykinę dielektrinę skvarbą. Maikelsono interferometru atlikti matavimai ir skaičiavimai santykinės dielektrinės skvarbos vertes patvirtino, rezultatai buvo artimi bangolaidinės linijos matavimo rezultatams. Maikelsono interferometru papildomai buvo nustatyti lūžio rodikliai (n=1,5 1,7) bei sugerties koeficientai. Bangolaidinės linijos metodas yra vienas iš perspektyvių netiesioginių dielektrinės skvarbos nustatymo būdų, galimų įvairios rūšies dielektriniams bandiniams tirti. Literatūra [1] Sukackas, V., Giedrys, T. Neardomųjų bandymų fizikiniai pagrindai, Šiauliai: VŠĮ ŠU, 2007, p. [2] Jakimavičius, Č. Medienos fizikinės savybės, Vilnius, Technologija, 1983, p. [3] Kajalavičius, A., Albrektas, D. Medienos hidroterminio apdorojimo teorija ir įranga, Kaunas, Technologija, 2008, p. 124 Studentų moksliniai tyrimai 2011/2012

126 DVIMAČIŲ PERIODINIŲ STRUKTŪRŲ FORMAVIMAS LAZERINĖS INTERFERENCINĖS LITOGRAFIJOS METODU A. Jurkevičiūtė, Kauno technologijos universiteto Fizikos katedra T. Tamulevičius, Kauno technologijos universiteto Medžiagų mokslo institutas S. Tamulevičius, Kauno technologijos universiteto Fizikos katedra, Kauno technologijos universiteto Medžiagų mokslo institutas Tvarkios periodinės mikro- ir nano- struktūros gali būti formuojamos tiesioginio lazerinio užrašymo, kontaktinės, įspaudimo ir holografinės litografijos bei kitais metodais. Šiame darbe naudojamas lazerinės interferencinės litografijos (LIL) metodas. LIL metodas leidžia greitai dideliame plote suformuoti periodines struktūras panaudojant palyginus paprastą įrangą. LIL yra paremta dviejų ar daugiau koherentinių spindulių interferencinio vaizdo užrašymu fotoreziste. Tvarkios struktūros periodas d priklauso nuo naudojamos šviesos bangos ilgio, kritimo kampo ir spindulių skaičiaus [1]. Periodinių struktūrų formavimui buvo naudojami 20x20 mm 2 plukdyto stiklo pagrindai, kurių storis 2 mm. Pagrindai prieš fotorezisto užnešimą buvo nuvalyti RCA SC-1 valymo metodu, t. y. pagrindai buvo 10 minučių kaitinami o C H 2 O+H 2 O 2 +NH 4 OH tirpale. Fotorezisto danga buvo formuojama sukimo metodu naudojant KW-4A Chemat technology centrifugą. Ant paruoštų stiklo pagrindų mikrotūrio pipete buvo užlašinamas μl pozityvinis fotorezistas ma-p Iš pradžių pagrindas su užlašintu fotorezistu buvo sukamas rpm greičiu 6 sekundes, o po to 3000 rpm greičiu 30 sekundžių. Fotorezisto džiovinimui (30 s) buvo naudojama iki 110 o C įkaitinta KW-4AH kaitlentė. a 1 pav. Lazerinės interferencinės litografijos principinė schema (a) ir pakartotinio eksponavimo metu susidarantis šviesos intensyvumo atstojamasis vaizdas (b) b FIZINIAI MOKSLAI 125

127 Struktūrų formavimui naudota lazerinės interferencinės litografijos optinė schema parodyta 1a pav. Ji sudaryta iš Melles Griot He-Cd lazerio (bangos ilgis λ=442 nm, galia 84 mw), kolimavimo sistemos (mikroobjektyvas, diafragma ir lęšis), spindulio daliklio (difrakcinė gardelė) ir dviejų veidrodžių, kuriais šviesa nukreipiama ant vakuumu prie laikiklio pritvirtinto bandinio. Siekiant suformuoti dvimates struktūras, bandiniai buvo eksponuojami du kartus tarp eksponavimų pasukant bandinio laikiklį. Laikiklis gali būti sukamas ±60 o kampu žingsniais po 15 o (kampas α, 1 pav.). Tarp dviejų ekspozicijų bandiniai buvo pasukami α=15 o, 45 o, 90 o kampais. Optinė schema buvo suderinta θ=10,3 o spindulių kritimo kampui. Optimali ekspozicijos dozė buvo nustatyta keičiant ekspozicijos trukmę (7 21 s) ir išlaikant pastovų lazerio intensyvumą prie bandinio (2,9 mw). Eksponuoti bandiniai buvo sekundžių ryškinami MF-26A ryškale. Suformuotos periodinės mikrostruktūros buvo tiriamos optiniu mikroskopu Optika M699 ir skenuojančiu elektronų mikroskopu (SEM) FEI Quanta 200 FEG. Dviejų ekspozicijų metu suformuotų periodinių mikrostruktūrų vaizdai yra pateikti 2 pav. a b c d 2 pav. Periodinių mikrostruktūrų vaizdai, gauti optiniu mikroskopu šviesaus ir tamsaus lauko režimuose (a ir c), ir jų SEM mikrofotografijos (b, d). Kampas tarp dviejų ekspozicijų: α=15 o (a, b), α=45 o (c, d) 126 Studentų moksliniai tyrimai 2011/2012

128 Lazerinė interferencinė litografija yra našus ir greitas metodas vienmačių ir dvimačių periodinių mikrostruktūrų formavimui dideliame plote. Jų tolygumą įrodo vaizdai, gauti optiniu mikroskopu. Suformuotų struktūrų gardelės periodas yra 1,25 1,35 μm. Fotoreziste suformuotos struktūros sausu ar šlapiu ėsdinimu gali būti perkeliamos į pagrindą ar papildomą dangą ir taikomos visiškojo vidaus atspindžio lūžio rodiklio jutikliams. Literatūra [1] Tamulevičius, T., Tamulevičius, S. ir kiti. Formation of OVD Using Laser Interference Lithography. Medžiagotyra, 2007, 13, N 3, p. FIZINIAI MOKSLAI 127

129 KIETOJO OKSIDO KURO MEMBRANINIŲ ELEKTRODŲ FORMAVIMO PRINCIPAI D. Grėbliūnaitė, Kauno technologijos universiteto Fizikos katedra B. Abakevičienė, Kauno technologijos universiteto Fizikos katedra Žmonių skaičius pasaulyje kasmet padidėja 1,2 2 %. Mokslininkai teigia, kad 2050 metais žmonių skaičius viršys 12 milijardų, tai reiškia kad stipriai išaugs energijos poreikis, maždaug 1,5 3 kartus iki 2050 metų [1]. Todėl intensyviai siekiama rasti alternatyvų, kaip išvengti didelių energetikos problemų. Tokios alternatyvos įžvelgiamos, mažinant naftos produktų naudojimą, skatinant naudoti gamtinius išteklius (daugiau naudojant vėjo, saulės, ar hidro- energijos generavimo technologijas) sujungiant juos su naujausiomis vandenilio energetikos technologijomis. Didžiausią perspektyva įžvelgiama vandenilinio kuro elementuose, o didžiausio dėmesio kietojo oksido kuro elementai (KOKE) (anglų k. solid oxide fuel cells, SOFC). KOKE yra plačiai tyrinėjami dėl potencialaus pritaikymo energetikoje. Pastaraisiais metais buvo pagaminti pirmieji didelės galios prototipiniai elementai (Siemens Westinhouse ir Rolls Royce kompanijų), šių elementų galia siekia 20 kw. Šiuo metu vis didesnis dėmesys yra skiriamas kietojo oksido kuro mikroelementams (µ-koke), kurių galia siekia keletą vatų ir kurie gali būti taikomi įvairiuose nešiojamuose prietaisuose: nešiojamuose kompiuteriuose, vaizdo kamerose, fotoaparatuose, nešiojamuose skenuokliuose, baterijų pakrovėjuose, bei įvairioje medicininėje įrangoje. Tokiems µ-koke gaminti kaip struktūrinė medžiaga naudojamas kristalinis silicis, o tokių sistemų pagrindinis privalumas yra net keturis kartus didesnis energijos tankis, tenkantis tūrio vienetui, lyginant su ličio jonų, ar nikelio hidridų baterijomis. Šio tipo mikroelementų gamyba yra paremta plonų dangų gamybos technologijomis. Šiuo metu yra atliekami tik pirmieji tokių elementų tyrimai [2], todėl didelis dėmesys yra skiriamas dangų mikrostruktūrizavimui, dangų mikrostruktūros įtakos laidumui tyrimams, bei terminiam tokių elementų stabilumo tyrimams. µ-koke, kaip ir kiti KOKE, yra sudaryti iš anodo, elektrolito ir katodo, bet, skirtingai nuo klasikinių KOKE, elektrodai suformuojami ant silicio pagrindo. Norint užtikrinti tokių µ-koke efektyvų darbą, reikalingos membraninės silicio (ar su siliciu suderinamų medžiagų) struktūros, porėtas anodas, užtikrinantis stabilų mechaninį ir elektrinį kontaktą su elektrolitu, reikalingos efektyvios elektrolito medžiagos, kurių pagrindiniai parametrai yra mikrostruktūra ir joninis laidumas. Taip pat yra svarbūs elektrolito dangos tankumo tyrimai bei dangų mikrostruktūrizavimo technologiniai darbai. 128 Studentų moksliniai tyrimai 2011/2012

130 Praktikos darbo tikslas. Apžvelgti jau esamas kietojo oksido kuro mikroelemeto formavimo technologijas bei rasti naujų alternatyvių formavimo būdų, leidžiančių suformuoti kietojo oksido kuro mikroelemento vieno elektrodo membraninę struktūrą. Praktikos metu atlikti darbai: 1. Buvo apžvelgta ir įsisavinta litografijos ir šlapio ėsdinimo procesai, kurie naudojami suformuoti µ-koke membranines struktūras, bei pasiruošta tokių membraninių struktūrų gamybos etapams. 2. Buvo paruošti (Si) padėklai UV fotolitografijos ir šlapio ėsdinimo procesams, t. y. nuvalyti Si padėklai ir termiškai užaugintas silicio oksido (SiO 2 ) sluoksnis ant silicio, bei nustatytas susidariusio silicio oksido sluoksnio storis. 3. Buvo suformuotos Si/SiO 2 membraninės struktūros, panaudojant suderintant UV fotolitografiją su cheminiu ėsdinimu. Eksperimento metodika ir rezultatai Ant dvipusio poliravimo p-tipo <100> silicio padėklo buvo užauginta 1,07 µm storio terminio SiO 2 danga. Storis buvo matuotas lazeriniu elipsometru Gaertner L-115, esančiu Medžiagų mokslo institute, KTU, storio matavimo neapibrėžtis 1 nm. Membranos formavimo eksperimentams buvo suprojektuota ir pagaminta speciali testinė fotokaukė. Gilusis anizotropinis silicio ėsdinimas buvo atliekamas tetra-metil-amonio hidroksido (CH 3 ) 4 NOH (TMAH) vandeniniu tirpalu iki viršutinio barjerinio SiO 2 sluoksnio. Kadangi ėsdinamos struktūros formą lemia silicio kristalografinių plokštumų orientacija, todėl TMAH buvo pasirinktas kaip anizotropinis ėsdiklis. Laisvas silicis turi deimanto tipo gardelę, kurioje kiekvienas silicio atomas apsuptas tetraedro keturių kitų atomų, sujungtų su juo paprastomis kovalentinėmis jungtimis. TMAH, kaip anizotropinis ėsdiklis, turi daug pranašumų, lyginant su kitais ėsdikliais. Jis pasižymi dideliu selektyvumu terminio SiO 2 kaukei, gaunamas labai lygus ėsdinimo paviršius, svarbu ir tai, kad šis ėsdiklis nekelia didelio pavojaus sveikatai. TMAH neveikia aukso, sidabro, titano, volframo, chromo (tačiau veikia nikelį, aliuminį, varį). Paprastai TMAH ir kiti silicio anizotropiniai ėsdikliai gerokai lėčiau ėsdina silicį <111> plokštumos kryptimi, o ėsdinimo greičių skirtumas, lyginant su kitomis plokštumomis, gali siekti net 1000 kartų. Ėsdinimo greitį taip pat lemia TMAH tirpalo temperatūra ir koncentracija [3, 4]. Ėsdinimui naudojome 25 % TMAH vandeninį tirpalą, kuris buvo šildomas iki 85 C temperatūros. Ėsdinimo greitis buvo nustatomas eksperimentiškai, matuojant ėsdinimo gylį skenuojančiuoju elektroniniu mikroskopu (žr. 1 pav.). Ėsdinimo greitis kristalografinės plokštumos <100> kryptimi siekė 0,45 µm/min, o kristalografinės plokštumos <111> kryptimi siekė 0,03 µm/min. FIZINIAI MOKSLAI 129

131 a) b) 1 pav. Suformuotos skirtingo dydžio SiO 2 /Si membranos (a žymės ilgis 2 mm, b žymės ilgis 0,4 mm) Pirmiesiems eksperimentams mes pasirinkome barjerinį SiO 2 sluoksnį, kuris vėliau tarnautų, kaip pagrindas mikroelemento elektrodų nusodinimui ir vėliau būtų sausai pašalintas, tokiu būdu nenaudojant agresyvių ėsdiklių, galinčių paveikti anodo metalą (nikelį) ir kitus AEK sluoksnius (tiesioginis nikelio anodo formavimas ant silicio nebūtų įmanomas, nes TMAH veikia nikelį). Deja, formuojant didesnio ploto (>1 mm 2 ) membranas, buvo susidurta su SiO 2 membranos išlaisvinimo problema. Baigiant silicio ėsdinimo procesą, dėl didelių įtempių SiO 2 membranos trūksta, todėl, norint formuoti didesnio ploto membranas, būtina suvaldyti įtempius. Vienas iš būdų įtempių suvaldymui yra papildomos Si 3 N 4 plėvelės panaudojimas, nes silicio nitridas gali turėti priešingo ženklo įtempius ir tokiu būdu gali kompensuoti SiO 2 įtempius. Literatūra [1] D. Milčius, Nanomedžiagos vandenilio energetikai, (2004) [2] A. Evans et al., J. Power Sources 194 (2009), [3] Jiunn Jye Tsaur, Chen-Hsun Du, and Chengkuo Lee. Sensors and Actuators A: Physical, 92(1 3) (2001) [4] B. Nikpour, L. M. Landsberger, T. J. Hubbard, M. Kahrizi, A. Iftimie. Sensors and Actuators A: Physical, 66(1 3) (1998) Studentų moksliniai tyrimai 2011/2012

132 NAUJOS STRUKTŪROS MATRICOS ELEKTROFOSFORESCUOJANČIŲ ŠVIESTUKŲ EMITERIUI D. Mažetytė, G. Kručaitė, Kauno technologijos universitetas S. Grigalevičius, Kauno technologijos universitetas Fosforescuojančiuose organiniuose šviestukuose (OLED) spinduliavimo sumažinimas susijęs su palyginti ilga sužadinimo būsenos gyvavimo trukme tripletiniuose emiteriuose ir tripletų susinaikinimu. Dėl šių priežasčių tripletiniai emiteriai metalų kompleksai yra paprastai naudojami kaip emituojančios medžiagos (dopantai), disperguotos matricose. Dėl elektrofosforescencijos tripletiniuose dopantuose yra svarbu, kad matricos tripletinės būsenos energija būtų didesnė nei tripletinio emiterio, kad būtų išvengta atvirkštinio energijos perdavimo iš dopantų į matricą ir būtų efektyviai izoliuoti tripletų eksitonai dopante [1, 2, 3]. Literatūroje yra pranešta, kad karbazolo ir indolo junginiai pasižymi didelėmis tripletinėmis energijomis ir yra potencialios matricos mėlyniems elektro-fosforescuojantiemis prietaisams [4, 5, 6]. Konferencijoje pranešime apie naujus elektroaktyvius junginius, turinčius karbazolil-fragmentus, kurie yra potencialios OLED matricos. Daugiapakopės sintezės metu buvo gaminami naujos cheminės sandaros monomerai ir polimerai, turintys dikarbazolilalkanų fragmentus. Sintezės eiga pavaizduota 1 schemoje. Pirmojoje stadijoje iš karbazolo ir 1,4-dibrombutano gaunamas junginys 1. Šis junginys formilinamas pagal Vilsmeier metodiką, susidarant aldehidui 2. Kitoje stadijoje darinio 2 formilgrupė redukuojama į hidroksigrupę, susidarant junginiui 3. Šis junginys naudojamas monomerų 4 5 sintezei, reaguojant su epichlorhidrino pertekliumi šarminėje terpėje. Prie monomero 5 buvo prijungtas jodetanas ir gautas monomeras 6. Monomeras 6 toliau buvo polimerizuojamas katijoninės polimerizacijos būdu, iniciatoriumi naudojant boro trifluorido ir eterio komleksą, o monomeras 4 buvo kopolimerizuojamas naudojant 4,4-tiobisbenzentiolį kaip komonomerą ir trietilaminą kaip katalizatorių. FIZINIAI MOKSLAI 131

133 H N Br KOH Br N 1 N POCl 3 DMF N N NaBH 4 N N O 2 3 O HO epichlorhidrinas KOH OH O O N 4 4,4'-tiobisbenzentiolis N O O HO N 5 CH 3CH 2I N O O N N S S S HO O N N O OH n O 6 BF 3 O(C 2 H 5 ) 2 O O N N O O 1 pav. Karbazolo darinių sintezė O n Naujai susintetinti dariniai buvo patvirtinti masės spektrometrija (monomerai), IRir 1 H BMR spektroskopija. Iš duomenų buvo nustatyta, kad sandara gerai sutampa su pateiktomis struktūromis. Šie naujai susintetinti junginiai bus panaudoti kaip elektrofosforescuojančio organinio šviestuko matricos. Literatūra [1] C. Adachi, R. C. Kwong, P. Djurovich, V. Adamovich, M. A. Baldo, M.E. Thompson, S. R. Forrest, Appl. Phys. Lett., 79 (2001) [2] I. Avilov, P. Marsal, J.-L. Bredas, D. Beljonne, Adv. Mater., 16 (2004) [3] C. Ulbricht, B. Beyer, C. Friebe, A. Winter, U. S. Schubert, Adv. Mater., 21 (2009) [4] R. J. Holmes, S. R. Forrest, Y.-J. Tung, R. C. Kwong, J. J. Brown, S. Garon, M. E. Thompson, Appl. Phys. Lett. 82 (2003) [5] S.-J. Yeh, M.-F. Wu, C.-T. Chen, Y.-H. Song, Y. Chi, M.-H. Ho, S.-F. Hsu, C.-H. Chen, Adv. Mater. 17 (2005) 285. [6] M. Kirkus, R. Lygaitis, M.-H. Tsai, J.V. Grazulevicius, C.-C. Wu, Synth. Met., 158 (2008) Studentų moksliniai tyrimai 2011/2012

134 Li 3-4x Ti 1,5+x (PO 4 ) 3 (x = 0; 0,1; 0,2; 0,3) KERAMIKŲ JONINIO LAIDUMO TYRIMAS PLAČIAME ELEKTRINIŲ LAUKŲ DAŽNIŲ DIAPAZONE D. Petrulionis, Vilniaus universitetas T. Šalkus, Vilniaus universitetas NASICON tipo LiTi 2 (PO 4 ) 3 medžiaga yra geras Li + jonų laidininkas, pasižymintis aukštu joniniu laidumu kambario temperatūroje [1]. Šios medžiagos joninis laidumas gali būti didinamas atliekant pakeitimą Ti 4+ M 3+ +Li + sistemoje Li 1+x M x Ti 2 x (PO 4 ) 3 (čia M=Fe, B, Sc, Al, Y arba La) [1, 2], taip padidinant Li + jonų migracijos greitį bei jų koncentraciją gardelėje. Panašūs joninio laidumo pokyčiai stebimi ir sistemoje Li 1+2x Mg x Ti 2 x (PO 3 ) 4, kur vyksta pakeitimas Ti 4+ Mg 2+ +2Li + [3]. Buvo pastebėta, jog Li + jonų koncentraciją tokio tipo medžiagose galima padidinti į junginį neįnešant kito valentingumo metalų bei išlaikant dideliu joniniu laidumu pasižyminčią NASICON tipo struktūrą. Šiame darbe yra pateikiami Li 3-4x Ti 1,5-x (PO 4 ) 3 su stecheometrijos faktoriumi x=(0; 0,1; 0,2; 0,3) sudėties keramikų kompleksinio laidumo ir dielektrinės skvarbos tyrimo rezultatai elektrinių laukų dažnių diapazone nuo 10 Hz iki 3 GHz bei minėtųjų parametrų temperatūrinės priklausomybės, temperatūrą keičiant nuo 300 K iki 700 K. Matavimams atlikti iš Li 3-4x Ti 1,5+x (PO 4 ) 3 miltelių hidrauliniu presu buvo šaltai suspaustos tabletės, kurios vėliau kepintos skirtingose temperatūrose (nuo 893 K iki 1363 K). Iš gautų keramikų buvo pagaminti aštuoni bandiniai: keturi cilindriniai (matavimams dviejų elektrodų metodu bei bendraaše linija) ir keturi stačiakampiai gretasieniai (matavimams keturių elektrodų metodu). Šie bandiniai buvo padengti platininiais elektrodais, atkaitinant matavimui naudojamuose kontaktiniuose taškuose užteptą platinos ir organinio tirpiklio pastą. Bendrojo laidumo matavimų rezultatai T=300 K temperatūroje pateikiami 1 pav. FIZINIAI MOKSLAI 133

135 1 pav. Bendrojo keramikos laidumo priklausomybė nuo elektrinio lauko dažnio, esant T=300 K temperatūrai (dviejų elektrodų metodu atlikti matavimai nepateikiami siekiant išsaugoti grafiko aiškumą) Dažnių diapazone nuo 10 Hz iki 1 MHz matavimai buvo atlikti dviejų elektrodų metodu. Šie rezultatai vėliau buvo papildyti keturių elektrodų metodu atliktais matavimais dažnių diapazone nuo 10 Hz iki 100 khz, kuriuose yra išvengiama elektrodų sukeltų elektrinio lauko iškraipymų bandiniuose. Norint nustatyti elektrinį laidumą keramikų kristalituose ir dielektrinės skvarbos ribinę vertę aukštiems dažniams, matavimai taip pat buvo atliekami ir bendraašėje linijoje, žadinančio elektrinio lauko dažnį keičiant nuo 300 khz iki 3 GHz. Šie matavimai buvo vykdomi pakeičiant dalį vidinio bendraašės linijos laidininko bandiniu ir matuojant tokios sistemos S-parametrus [4]. Matavimų rezultatuose (1 pav.) yra matomi du dispersiniai regionai, atitinkantys laidumo dispersiją tarpkristalitinėje medžiagoje žemų dažnių srityje ir keramikos kristalituose aukštų dažnių srityje. Iš temperatūrinės laidumo priklausomybės buvo nustatytos kristalitinio ir tarpkristalitinio laidumų aktyvacijos energijos. Tipiškas kompleksinės dielektrinės skvarbos temperatūrinis kitimas matuotose medžiagose yra pateikiamas 2 pav. 134 Studentų moksliniai tyrimai 2011/2012

136 2 pav. Li 2.2 Ti 1.7 (PO 4 ) 3 medžiagos a) kompleksinė dielektrinė skvarba ir jos kitimas keičiant temperatūrą ir b) dielektrinės skvarbos realiosios dalies temperatūrinė priklausomybė dažniuose, viršijančiuose Maksvelo relaksacijos dažnį 2a pav. matomas dielektrinės skvarbos konvergavimas į vieną tašką realioje ašyje leido nustatyti nuo temperatūros nepriklausančią ribinę dielektrinės skvarbos vertę aukštiems dažniams ( ε = 9. 9 parodytu atveju). Iš 2b pav. matyti, jog dielektrinės skvarbos vertės didėja didinant temperatūrą. Tai galima paaiškinti temperatūriškai aktyvuojamos Li + jonų migracinės poliarizacijos bei gardelės vibracijų ir elektroninės poliarizacijos indėliais į išmatuotą dielektrinės skvarbos vertę. Literatūra [1] Aono, H., Sugimoto, E. et al. Journal of the Electrochemical Society, 1990, T. 137, p [2] Orliukas, A., Kežionis, A. et al. Solid State Ionics, 2005, T. 176, p [3] Orliukas, A., Dindune, A. et al. Solid State Ionics, 2007, T. 157, p [4] Kežionis, A., Kazakevičius, E. et al. Solid State Ionics, 2011, T. 188, No. 1 p FIZINIAI MOKSLAI 135

137 III grupės nitridų optoelektroninių prietaisų modeliavimas D. Kovalenkovas,Vilniaus universiteto Taikomųjų mokslų institutas T. Malinauskas, Vilniaus universiteto Taikomųjų mokslų institutas III grupės nitridai kaip GaN ir InGaN yra labai perspektyvios medžiagos tobulinant saulės elementus. Jos gerai sugeria saulės šviesą, bei gali padengti didžiąją saulės spektro dalį. Auginant epitaksinius sluoksnius jie būna įtempti, nes skiriasi InN bei GaN gardelės konstantos. Kadangi šios medžiagos yra polinės atsiranda pjezo bei spontaninės poliarizacijos sukelti vidiniai elektriniai laukai. Šio darbo tikslas buvo sumodeliuoti GaN/ InGaN saulės elementų juostines struktūras, bei įvertinti poliarizacinių laukų įtaką naudojant pažangią TCAD programą leidžiančią įskaityti įvairius fizikinius reiškinius, tame tarpe ir kvantinius efektus. Naudojantis TCAD puslaidininkinių prietaisų modeliavimo programine įranga buvo sumodeliuoti trys InGaN/GaN struktūros: GaN: 285nm, p= cm -3 In 0.09 Ga 0.91 N:170nm n= cm -3 GaN: 285nm, n= cm -3 a)1 struktūra In Ga :50nm p= cm -3 In 0.09 Ga 0.91 :80nm n= cm -3 In 0.09 Ga 0.91 :80nm n= cm -3 GaN: 285nm, n= cm -3 In 0.09 Ga 0.91 :50nm p= cm -3 In 0.09 Ga 0.91 :90nm n= cm -3 In x Ga 1-x 90nm n= cm -3 GaN: 285nm, n= cm -3 b) 2 struktūra c) 3 struktūra 1 pav. Modeliuotų GaN/InGaN saulės elementų struktūros Visose struktūrose pasireiškia pjezoelektrinė poliarizacija. Medžiagų sandūrose indukuojami krūviai, kurių kuriamas elektrinis laukas iškraipo energijos juostas. Tai blogina saulės elementų efektyvumą. Tam tikru būdu parinkus reikiamus GaN ir InGaN sluoksnius galima sumažinti pjezopoliarizacijos įtaką. Iš sumodeliuotų bandinių energijos juostų diagramų (2 pav.) matome, kad pirmajame bandinyje yra pjezoelektrinis laukas priešingos krypties negu normalioje pn sandūroje, dėl to šviesos generuojami krūvininkai yra verčiami judėti priešinga kryptimi negu reikia. 136 Studentų moksliniai tyrimai 2011/2012

138 Dėl to pablogėja jų surinkimas ir sumažėja elemento efektyvumas. Pirmame ir antrame bandiniuose laukas jau yra reikiamos krypties tik antrame bandinyje yra plonas barjeras, per kurį krūvininkai gali tuneliuoti E [ev] 0 E [ev] 0 laidumo juosta E [ev] 0 c) -3 0,0 0,2 0,4 0,6 X[µm þ] a) -3 valentinejuosta 0,0 0,2 0,4 0,6 X[µm þ] b) -3 0,0 0,2 0,4 0,6 X[µm þ] 2 pav. Energijos juostų diagramos a), b) ir c) pirmai, antrai ir trečiai struktūrai atitinkamai Taip pat buvo sumodeliuota visų bandinių srovės tankio priklausomybė nuo įtampos apšviečiant bandinius saulės šviesa. Modeliavimui buvo naudojamas AM1.5G saulės spektras. J[mA/cm 2 ] struktūra struktūra 3 struktūra efektyvumas[%] a) U[V] b) τ[s] 3 pav. a) srovės tankio priklausomybė nuo įtampos GaN/InGaN saulės elementuose esant AM1.5G apšvietimui, b) saulės elemento efektyvumo priklausomybė nuo krūvininkų gyvavimo trukmės τ Matome, kad pirmajame bandinyje maksimalus srovės tankis yra artimas 0. Antrame bandinyje maksimalus srovės tankis yra 0,43 ma/cm 2, o trečiajame 0,49 ma/cm 2. Taigi sumažinus pjezopoliarizacijos įtaką pagerėja krūvininkų surinkimas kontaktuose. Norint įvertinti krūvininkų gyvavimo trukmės įtaka plonų ~200 nm InGaN/GaN saulės elementų konversijos našumui, buvo sumodeliuotos volamperinės charakteristikos bei suskaičiuota konversijos našumo priklausomybė nuo krūvininkų gyvavimo trukmės 3 pav. b). Matyti, kad gyvavimo trukmei esant 10-6 s ir daugiau, efektyvumas FIZINIAI MOKSLAI 137

139 nekinta. Tai yra ideali gyvavimo trukmė. Realiuose struktūrose ji būna apie10-9 s. Iš grafiko matyti realus efektyvumas yra apie 35 % mažesnis nei idealus J[mA/cm 2 ] ,0 0,2 0,4 0,6 0,8 1,0 U[V] Norint pagaminti tandeminį saulės elementą, reikai naudoti tunelines sandūras. Todėl reikia sumodeliuoti krūvininkų tuneliavimą per tunelinę sandūrą, tam reikia pasitelkti programas, kurios atsižvelgia į kvantinius reiškinius, todėl buvo pasirinktas TCAD. Pirmas žingsnis buvo sumodeliuoti volamperinę n++/p++ sandūros charakteristiką, norint patikrinti kaip tie modeliai veikia. Buvo gauta charakteringoji tokios sandūros voltamperinė charakteristika (4 pav.). Matome, kad teka tunelinė srovė esant įtampai nuo 0 iki 0.4V, nes elektronai tuneliuoja iš laidumo juostos į valentinę juostą. Padidėjus įtampai ši srovė išnyksta, nes tuneliavimas nebevyksta, o įtampai pasiekus 0.9 V, ima tekėti klasikinė difuzinė srovė. Literatūra [1] Synopsys, Sentaurus Device User Guide, Zurich, 2009, [2] Wierer, J. J., Fischer, Jr A. J Koleske, D. D., Applied Physics Letters,2010, 96, [3] Hermle, M., Letay, G., Philipps, S. P., Bett, A. W., Progress In Photovoltaics: Research and Applications, 2008, 16, Studentų moksliniai tyrimai 2011/2012

140 OPOKOS PRIEDO ĮTAKA CEMENTO AKMENS SULFATINEI KOROZIJAI ŽEMOJE TEMPERATŪROJE D. Drapanauskaitė, Kauno technologijos universitetas R. Kaminskas, Kauno technologijos universitetas Įvadas. Naudojant netinkamą cementą, agresyvioje aplinkoje eksploatuojami gaminiai ir konstrukcijos (pamatai, kelkraščiai, krantinės, tuneliai ir kt.) pradeda irti, o tokių klaidų taisymas yra labai brangus ir sudėtingas procesas. Dėl šios priežasties cemento hidratacijos ypatumų agresyvioje aplinkoje tyrimai yra aktualus klausimas. Lietuvoje yra dideli natūralaus gamtinio pucolano, kuris vadinamas karbonatine opoka, ištekliai (~35 mln. t.). Jos pagrindiniai komponentai yra amorfinis silicio dioksidas ir kalcitas. Kokį vaidmenį kietėjant portlandcemenčiui agresyvioje aplinkoje žemoje temperatūroje atlieka opoka, dar nepakankamai ištirta. Darbo tikslas ištirti karbonatinės opokos įtaką cemento akmens sulfatinei korozijai žemoje temperatūroje. Naudotos medžiagos ir tyrimo metodika Darbe buvo naudota karbonatinė opoka ir portlandcementis CEM I. Bandiniai (20x20x20 mm) buvo formuoti iš gryno cemento ir dalį cemento pakeitus opokos priedu. Visi suformuoti bandiniai buvo kietinti 100 % sant. oro drėgmėje 20 C temperatūroje 24 h, išimti iš formų ir toliau hidratuoti 28 paras vandenyje 20 C temperatūroje. Po 28 parų bandiniai buvo perkelti į 5 % NaSO 4 tirpalą ir laikyti jame 3 mėn. 4 C temperatūroje. Tyrimo metu atlikta rentgeno difrakcinė analizė (DRON-6), diferencinė skenuojančioji kalorimetrija ir termogravimetrinė analizė (Netzsch STA 409 PC Luxx), infraraudonojo spektro molekulinė absorbcinė spektrinė analizė (Perkin Elmer FT-IR System). Rezultatai ir jų aptarimas. Po 28 parų kietėjimo vandenyje atlikus bandinių stipruminių savybių tyrimą buvo pastebėta, kad opokos priedas mažina bandinių stiprį gniuždant: kuo daugiau pridedama opokos, tuo silpnesni yra bandiniai (1 pav.). Bandinius perkėlus į 5 % NaSO 4 tirpalą ir išlaikius jame 3 mėn. 4 C temperatūroje nustatytas esminis skirtumas tarp gryno cemento bandinių ir bandinių su opokos priedu: bandinių su opoka stipris gniuždant padidėjo, tuo tarpu gryno cemento bandinių stipris gniuždant sumažėjo, t. y. gryno cemento bandiniuose jau pasireiškė sulfatinės korozijos požymiai. FIZINIAI MOKSLAI 139

141 1 pav. Bandinių stipris gniuždant 28 paras vandenyje hidratuotų bandinių be priedų rentgenodifrakcinė analizė (2 pav.) parodė, kad bandinių su opoka hidratacijos metu, be įprastinių cemento hidratų, susidarė AFm junginių grupės CO 3 2- joną turintis mineralas Ca 4 Al 2 O 6 CO 3 11H 2 O. Didėjant opokos priedo kiekiui bandinyje, nehidratuotų kalcio silikatų (C 3 S) smailių intensyvumas mažėja, o CSH smailių intensyvumas auga. Tai rodo, kad opokos priedas skatina C 3 S hidrataciją ir CSH susidarymą. 2 pav. Rentgenodifrakcinės analizės kreivės po 28 parų kietėjimo vandenyje 140 Studentų moksliniai tyrimai 2011/2012

142 Diferencinės skenuojančiosios kalorimetrijos ir termogravimerinės analizės duomenys parodė, kad didėjant bandiniuose pridėto opokos priedo kiekiui, portlanditui būdingo endoterminio efekto 450 C temperatūroje smailės intensyvumas ir masės nuostoliai mažėja. Iš kitos pusės, masės nuostoliai kalcio hidrosilikatų dehidratacijos temperatūroje žymiai išauga, didėjant pridėtos opokos kiekiui. Įvertinus tai, kad šiuose bandiniuose hidratuojasi mažesnis kalcio silikatų kiekis, pateikti duomenys rodo, kad bandiniuose su opokos priedu vyksta intensyvi pucolaninė reakcija. Po 3 mėn. bandinių kietėjimo NaSO 4 tirpale rentgenodifrakcinė ir terminė analizės parodė, kad visuose bandiniuose didėjo susidarančių CSH kiekis, tačiau bandiniuose su opoka šių junginių susidarė žymiai daugiau, nei gryno cemento bandiniuose. Sulfatinės korozijos žemoje temperatūroje metu gali susidaryti taumasitas (CaSiO 3 CaCO 3 CaSO 4 15H 2 O), kurio formavimosi reakcijose dalyvauja kalcio hidrosilikatai. Būtent nežymus CSH kiekio augimas gryno cemento bandiniuose rodo, kad šiuose bandiniuose jau prasidėjusi taumasito susidarymo reakcija, kuri dar nėra pastebima bandiniuose su opoka. Šį teiginį patvirtina ir tai, kad gryno cemento bandiniuose etringito (kitas taumasito susidarymo šaltinis) kiekis sumažėjo dvigubai, o bandiniuose su opoka tik apie 30 %. Išvados Nustatyta, kad karbonatinė opoka dalyvauja cemento hidratacijos reakcijose kaip pucolaninis priedas ir spartina kalcio silikatų hidrataciją, tačiau sumažina cemento akmens stiprį gniuždant. Nustatyta, kad opokos priedas sulfatiniame tirpale žemoje temperatūroje didina cemento akmens stiprumą ir stabdo žalingų junginių susidarymą, t. y. stabdo cemento akmens koroziją. FIZINIAI MOKSLAI 141

143 VIRUSINIŲ VEKTORIŲ PANAUDOJIMAS FARMACINIŲ BALTYMŲ SINTEZEI AUGALUOSE D. Matiukaitė, Vilniaus universiteto Biotechnologijos institutas V. Kazanavičiūtė, Vilniaus universiteto Biotechnologijos institutas Tradiciškai farmaciniai baltymai sintetinami pasitelkiant bakterijas, grybus ar žinduolių ląstelių linijas. Žemesniųjų organizmų raiškos sistemos nors ir pigesnės, tačiau nėra tinkamos daugelio farmacinių baltymų sintezei, nes neretai gaunamas netinkamas galutinis produktas dėl besiskiriančių potransliacinės modifikacijos mechanizmų. Sintezė žinduolių ląstelių linijose padeda išvengti šios problemos, tačiau reikalingų baltymų išeiga dažniausiai maža, o ląstelės labai jautrios aplinkos sąlygoms, užkratams. Šiuo metu augalai tampa vis patrauklesne sistema farmacinių baltymų sintezei, nes jų metaboliniai keliai panašūs į žinduolių, be to, mažiau tikėtina, jog juose susintetinti rekombinantiniai baltymai bus užkrėsti žmogaus patogeninias organizmais [1]. Farmacinių baltymų sintezė augaluose gali vykti naudojant pastoviosios ir laikinosios raiškos sistemas. Pastarosios tampa vis labiau patrauklios jose reikiamas baltymas susintetinamas greičiau, gaunama didesnė produkto išeiga, o gamybos kaštai yra mažesni. Šio darbo metu, panaudojant vieną iš laikinosios raiškos sistemų dekonstruotus virusinius vektorius siekiama Nicotiana benthamiana augaluose susintetinti rekombinantinių žmogaus citokinų IFN2α ir GCSF monomerus bei oligomerus. Sistema pagrįsta tuo, jog pašalinami viruso mechanizmai, nereikalingi vektoriaus funkcionavimui, o virusinė kdnr įterpiama į vektorių kaip T-DNR ir jos pernašą į augalus vykdo agrobakterijos. Be to, agroinfekcija leidžia išskirstyti sistemos komponentus į kelis modulius, kurie vėliau susijungia in planta. 5 provektoriaus modulis talpina stiprų tabako mozaikos viruso promotorių bei signalinę seką, nukreipiančią susintetintą baltymą į tam tikrą ląstelės kompartmentą, o 3 provektoriuje yra tikslinis genas. Funkcionuojantis replikonas susidaro panaudojant trečiąjį konstruktą, kuris katalizuoja sait-specifinę rekombinaciją tarp 5 ir 3 modulių in planta. [2]. Praktikos metu GCSF bei IFN2α sekos buvo pagausintos PGR metodu, naudojant specifinius pradmenis ir prisintetinant BsaI restrikcijos endonukleazės taikinius. Jos įterptos į ptz57r/t plazmidę ir nusekvenuotos. Naudojant BsaI restrikcijos endonukleazę, GCSF ir IFN2α sekos buvo perklonuotos į 3 provektorių pich Konstruktas transformuotas į agrobakterijas. 5 provektorius, nukreipiantis susintetintą baltymą į chloroplastus, bei konstruktas su integraze taip pat transformuoti į agrobakterijas. Šie trys kamienai infiltruoti į N. benthamiana augalų lapus. 142 Studentų moksliniai tyrimai 2011/2012

144 Šiuo metu tiriama, ar augaluose vyksta rekombinantinių žmogaus citokinų raiška. Ateityje, panaudojant skirtingas signalines sekas koduojančius 5 provektorius, planuojama nustatyti, kuriuose augalo ląstelės kompartmentuose vykdoma maksimaliausia farmacinių baltymų sintezė bei įvertinti optimaliausiam jų raiškos lygiui reikiamą praeiti laiką po infiltracijos. 1 pav. Sukonstruotas 3 provektorius su rekombinantinių baltymų genų sekomis, sutrumpinimai: 3 UTR 3 nekoduojantis regionas; TDNA-LB T-DNR ir kairysis riboženklis; oriv replikacijos iniciacijos seka; Kan atsparumą kanamicinui koduojanti seka; puc ORI replikacijos iniciacijos seka; RK2 TrfA replikacijos mechanizmo baltymas; RB dešinysis riboženklis, AttB rekombinacijos saitas Literatūra [1] Goldstein, D., Thomas, J. Biopharmaceuticals derived from genetically modified plants. Q J Med. 2004, 97: [2] Lico, C., Chen, Q., Santi L. Viral Vectors for Production of Recombinant Proteins in Plants. J. Cell. Physiol. 2008, 216: FIZINIAI MOKSLAI 143

145 APŠVITOS ĮTĖKIO IR IŠKAITINIMŲ NULEMTI SROVĖS BEI TALPOS CHARAKTERISTIKŲ KITIMŲ TYRIMAI Si DALELIŲ DETEKTORIUOSE IR GALIOS PERJUNGIKLIUOSE D. Meškauskaitė, Vilniaus universiteto Taikomųjų mokslų institutas T. Čeponis, E. Gaubas, Vilniaus universiteto Taikomųjų mokslų institutas Voltfaradinių (C-V) ir voltamperinių (I-V) charakteristikų kaitos tyrimas dėl sudarytų radiacinių (aukštųjų energijų spinduliuotės detektoriuose) bei technologinių (Si galios perjungikliuose) defektų yra vienas efektyviausių būdų sparčiam defektų charakterizavimui ir funkcinių prietaisų savybių įvertinimui. Talpinės apšvitintų detektorių charakteristikos yra pagrindinis metodas CERN detektorių bazės laidumo tipo inversijos ir visiško nuskurdinimo įtampos matavimui. Radiacinių defektų, stabilių kambario temperatūroje, kompleksų sandara ir koncentracija keičiama naudojant medžiagų iškaitinimo technologijas. Siekiant pagerinti galios perjungiklių perjungimo spartą, yra pasitelkiami apšvitos metodai, tačiau tada blogėja statinės charakteristikos. Todėl iškyla aktuali problema: statinių ir dinaminių charakteristikų optimizavimas, kompromiso būdu surandant priimtinus perjungimo parametrus [1]. I-V charakteristikoms matuoti buvo naudojamas Keithley 6430 elektrometras. C-V charakteristikos matuojamos QuadTech 7600 LCR matuokliu, naudojant išorinį nuolatinės įtampos šaltinį ir U ac 20 mv amplitudės kintamą hormoninį signalą 1 khz-1 MHz dažnių diapazone. Matuoklyje instaliuota kompleksinių dydžių algebros programa, kuri iš laidžio bei impedanso matavimų pagal lygiagretaus ir nuoseklaus jungimo schemas apskaičiuoja talpą C p ir C s režimais. Tyrimai buvo atliekami su CERN standarto MCZ (Magnetic Czochralski) Si pin dalelių detektoriais, apšvitintais neutronais cm -2 įtėkiu bei iškaitintais 15 valandų 120 ºC ir 250 ºC temperatūroje ir kompanijos Hamamatsu pagamintais FZ (Float Zone) Si pin dalelių detektoriais, apšvitintais protonais cm -2 įtėkiu. Taip pat buvo tiriami Vilniaus Ventos puslaidininkių įmonės gaminami CZ (Czochralski) Si pin galios perjungikliai. Helsinkio universiteto Greitintuvų laboratorijoje galios perjungiklius apšvitinus fiksuotos energijos protonais bazėje buvo suformuotas δ-formos padidintos pažeidos / rekombinacijos sluoksnis protonų stabdymo siekyje. Laipsniškai keičiant protonų pluoštelio energiją ir įtėkį buvo suformuotas trikampis defektų pasiskirstymo profilis. 144 Studentų moksliniai tyrimai 2011/2012

146 Dalelių detektorių I-V charakteristikose aptikta, kad nuotėkio srovė tiesiškai didėja, didėjant apšvitos įtėkiui, o srovės stipris tiesiogine kryptimi mažėja. Tai rodo, kad apšvitos metu formuojasi generacijos-rekombinacijos centrai, dėl kurių trumpėja krūvininkų rekombinacijos trukmė ir mažėja difuzijos ilgis. Esant dideliems (Φ cm -2 ) įtėviams, I-V charakteristikos simetrizuojasi. Pastebėta, kad apšvitintuose bandiniuose talpa ima priklausyti nuo kintamojo signalo dažnio. Jei krūvininkų emisijos trukmė tampa mažesnė už ją atitinkantį kintamojo signalo dažnį, tada emituotų krūvininkų srovė prisideda prie LRC parametrų matuoklio matuojamos srovės ir iškraipo matuojamos talpos vertę. Todėl apšvitinti detektoriai gali būti korektiškai matuojami tik tuomet, kai kintamojo signalo dažnis yra didesnis už krūvininkų terminės emisijos trukmę. C-V charakteristikos rodo, kad dalelių detektoriuose formuojasi krūvininkų gaudyklės, kurių tankis mažėja iškaitinus bandinius. Nuotėkio srovė galios perjungikliuose tiesiškai didėja, didėjant apšvitos įtėkiui bei priklauso nuo defektų pasiskirstymo bazėje profilio ir pažeidos sluoksnio lokalizacijos bazes srityje. Jei δ-formos pažeidos sluoksnis yra lokalizuojamas arti metalurginės diodo sandūros arba trikampis profilis yra suformuotas esant dideliems įtėkiams (Φ (1-3)10 13 p/cm 2 ), I-V charakteristikose pastebimas staigus nuotėkio srovės padidėjimas, kurį nulemia lavininiai krūvininkų generacijos procesai dėl defektų aplinkoje išaugusio lokalaus elektrinio lauko. C-V charakteristikos leido įvertinti efektinio krūvininkų tankio pasiskirstymą diodų bazės srityje [2]. Literatūra [1] Baliga, B. J. Fundamentals of Power Semiconductor Devices. Springer-Science, Niujorkas p. [2] Blood, P., Orton J. W. The Electrical Characterization of Semiconductors: Majority Carriers and Electron States. Academic, San Diegas p. FIZINIAI MOKSLAI 145

147 PLANARINIŲ TERAHERCINIO DAŽNIO METAMEDŽIAGŲ TYRIMAS D. Zimkaitė, Vilniaus universiteto Fizikos fakultetas D. Seliuta, Fizikinių ir technologijos mokslų centro Puslaidininkių fizikos institutas Metamedžiagos tai dirbtiniu būdu suformuoti dariniai, pasižymintys ypatingomis savybėmis, neaptinkamomis natūralioje aplinkoje, pavyzdžiui, neigiamu lūžio rodikliu. Metamedžiagos gali būti taikomos teraherciniame dažnio diapazone [1], kas leidžia kurti elektriškai valdomus terahercinio dažnio filtrus, slopintuvus, moduliatorius [2]. Šiame darbe buvo tiriamos metamedžiagos, sudarytos iš planarinių LC rezonatorių matricos, suformuotos metalų garinimo ir fotolitografijos būdu ant GaAs paviršiaus. Rezonatoriams buvo panaudotas dvigubo žiedo su išpjova darinys (1 pav.), kurio elektromagnetines savybes lemia išpjovos talpa bei žiedinių sričių induktyvumas. a c b 1 pav. Metamedžiagų rezonatorius: a=36 μm, b=4 μm, c=2 μm Siekiant sukurti elektrinį rezonatorių valdymą, rezonatoriai buvo formuojami ant nelaidaus GaAs plokštelės, kurios viršuje epitaksiniu būdu užaugintas 0,5 μm storio n laidumo sluoksnis. Epitaksinis n sluoksnis po rezonatoriaus išpjova sukuria energijos nuostolius ir sumažina rezonanso intensyvumą. Kita vertus, rezonatoriaus žiedo metalas su epitaksiniu GaAs sluoksniu sudaro Šotki kontaktą. Prijungus prie Šotki kontakto atgalinę įtampą, elektronai yra išstumiami iš epitaksinio sluoksnio, esančio po išpjova. Tokiu atveju rezonatoriaus nuostoliai sumažėja, ir rezonanso intensyvumas išauga. Šiame darbe buvo tiriami aliuminio, aukso, titano ir chromo plėvelių rezonatoriai, siekiant palyginti jų statines bei rezonansines savybes. Metamedžiagų statinės savybės buvo tiriamos, matuojant Šotki kontaktų voltamperines charakteristikas. Dalis bandinių buvo pagaminti be ominių kontaktų. Tokiu atveju valdymo įtampa yra jungiama 146 Studentų moksliniai tyrimai 2011/2012

148 tarp dviejų gretimų Šotki kontaktų. Kadangi terahercinių bangų moduliacijai yra svarbi Šotki kontakto atgalinė šaka, didesnis dėmesys buvo skiriamas kontaktų pramušimo įtampos bei atgalinės srovės matavimams. Metamedžiagų spektrinėms savybėms tirti buvo naudojamos dvi tyrimo metodikos. Femtosekundinės koherentinės THz spektroskopijos (THz-TDS) metodas pasirinktas todėl, kad pasižymi gera skyra, jautrumu, tikslumu, greitai gaunamais rezultatais. Išmatavus metamedžiagų pralaidumo spektrus, buvo pastebėti rezonansai ties 0,75 THz ir ties 1,7 THz. 2 pav. yra pavaizduotas aliuminio rezonatorių metamedžiagos pralaidumo spektras, kai THz bangos elektrinis laukas statmenas rezonatorių žiedų išpjovai. Manome, kad pralaidumo sumažėjimas ties 0,75 atitinka LC rezonansą metamedžiagų žieduose. Kitas metodas Fourier spektroskopija (FTIR). Šis metodas pranašus tuo, kad galima matyti rezonansus didesniuose dažniuose (iki 12 THz), kai THz-TDS metodu iki 8 THz V 7 V Pralaidumas Daþnis, THz 2 pav. Metamedžiagos optinio pralaidumo spektras: 1 be įtampos, 2 prijungus 7 V įtampą Tyrimai dar nėra baigti, todėl detalių išvadų nepateikiame. Galutinius rezultatus ir išvadas pateiksime konferencijos metu. Literatūra [1] Chen, H., Padilla, W. J., Nature, 2006, Vol. 444, p. [2] Seliuta, D., Macutkevič, J., Electron. Lett., 2011, Vol. 47, p. FIZINIAI MOKSLAI 147

149 GaN LAUKO TRANZISTORIŲ ELEKTRINIŲ SAVYBIŲ TYRIMAS E. Gvozdas, Vilniaus universitetas I. Kašalynas, G. Valušis, Valstybinio mokslinių tyrimų instituto Fizinių ir technologijos mokslų centras Vienas iš svarbiausių uždavinių įdiegiant terahercinę (THz) spinduliuotę praktikos reikmėms yra sukurti kompaktišką kambario temperatūroje veikiantį terahercinės spinduliuotės emiterį. Vienu pagrindinių kandidatų yra laikytas THz kvantinis kaskadinis lazeris, kuris, deja, veikia kol kas tik žemoje, iki 186 K, temperatūroje. Kaip alternatyva jam gali būti plazminiai THz spinduliuotės emiteriai, naudojantys plazminius nestabilumus dvimačių dujų kanaluose [1]. GaN yra labai tinkama šioms reikmėms medžiaga dėl ženkliai didesnio elektronų įsisotinimo dreifinio greičio lyginant su Si ir GaAs. Deja, nors reiškinys ir nėra ribojamas temperatūrinių efektų, pasiektos galios yra ganėtinai mažos, tik apie 1.8 µw [2], tad nėra tinkamos taikymams vaizdinimo sistemose. Šis darbas yra skirtas, siekiant panaudoti plazminius nestabilumus GaN dvimačių dujų kanaluose efektyviai THz spinduliuotės emisijai pasiekti. Šio darbo tikslas elektriškai ištirti plazminiams emiteriams skirtas GaN/AlGaN struktūras išaugintas ant safyro padėklo Vilniaus universiteto Taikomųjų mokslų instituto (VU TMI) metaloorganinio cheminio nusodinimo iš garų fazes (MOCVD) reaktoriuje. Taip pat šio darbo uždavinys yra ištirti ominių bei Šotkio (Schottky) kontaktų galimą panaudojimą tranzistoriuose, turinčią metalinės gardelės formos sklendę, skirtą plazminių bangų sužadintai THz spinduliuotei iš dvimačių elektronų kanalo emituoti. Buvo tirta MOCVD reaktoriuje užauginta bandinio struktūra ant safyro padėklo, kuri sudaryta iš GaN sluoksnio, kurio storis 5,5 µm, ir Al 0,24 Ga 0,76 N sluoksnio, kurio storis 25 nm. Plazminiams tranzistoriams su lauko sklende krūvininkų tankio moduliacijai būtų patogu turėti Šotkio kontaktus. Jie buvo gaminami trejopai: naudojant Ti/Au lydiniu padengtą kontaktą (žr. 1 pav. raudona kreivė); Ti/Au lydiniu padengtą ir įdegintą N 2 aplinkoje kontaktą (žr. 1 pav. juoda kreivė); Ti/Au ir SiO padengtą kontaktą (žr. 1 pav. žalia kreivė). Tyrimų rezultatai yra pateikti 1 pav. Matyti, jog raudonai pažymėta volt-amperinė charakteristika turi Šotkio kontakto pobūdį, juodai pažymėta ominio kontakto pobūdį, žaliai pažymėta ne-ominio kontakto pobūdį. 148 Studentų moksliniai tyrimai 2011/2012

150 Ominiai kontaktai Ne-ominiai kontaktai Šotkio kontaktai 1 pav. Bandinio su skirtingais kontaktais (ominiai, ne-ominiai, Šotkio) volt-amperinės charakteristikos Optinės litografijos ir ėsdinimo būdu buvo suformuota kontaktinių aikštelių sistema (žr. 2a pav.), leidžianti tirti šių struktūrų tinkamumą lauko tranzistorių kūrimui. Čia kontaktai buvo pagaminti Ti/Au lydinį atkaitinant juos 500 ºC temperatūroje 30 sekundžių. Tirti bandiniai ant apdorotos plokštelės yra sužymėti stačiakampiais. Tuo tikslu buvo matuojamos šių darinių voltamperinės charakteristikos, esant skirtingai užtūros įtampai. Rezultatai pateikti 2b pav. Matyti, jog keičiant užtūros įtampą, voltamperinės charakteristikos keičiasi dėl dvimačių elektronų tankio kitimo kanale, t. y. tokia struktūra gali veikti kaip lauko tranzistorius. a b 2 pav. MOCVD reaktoriuje užauginto bandinio (a), sujungto lauko tranzistoriaus schema voltamperinės charakteristikos (b) prie skirtingos užtūros įtampų (U g ) FIZINIAI MOKSLAI 149

151 Literatūra [1] El Fatimy, A., Dyakonova, N., Meziani, Y., Otsuji, T., Knap, W., Vandenbrouk, S., Madjour, K., Théron, D., Gaquiere, C., Poisson, M. A., Delage, S., Prystawko, P., Skierbiszewski, C., Al- GaN/GaN high electron mobility transistors as a voltage-tunable room temperature terahertz sources J. Appl. Phys. Lett. 107, (2010). [2] Onishi, T., Tanigawa, T., Takigawa, S., High power terahertz emission from a single gate AlGaN/GaN field effect transistor with periodic Ohmic contacts for plasmon coupling Appl. Phys. Lett. 97, (2010). 150 Studentų moksliniai tyrimai 2011/2012

152 LIPIDŲ SKYSTAKRISTALINIŲ NANODALELIŲ SĄVEIKOS SU LĄSTELIŲ MEMBRANŲ MODELIAIS E. Šimoliūnas, Vilniaus universiteto Chemijos fakultetas M. Jankunec, Vilniaus universiteto Biochemijos institutas Lipidų skystųjų kristalų matricos plačiai naudojamos farmacijos pramonėje jau daugiau negu penkiolika metų. Jų populiarumas nuolatos auga dėl jų potencialaus pritaikymo ir būdingų savybių; svarbu atrasti saugius vaistų nešiklius, kurie būtų lengvai toleruojami organizmo, ir neturinčius hemolitinio poveikio. Priklausomai nuo įvairių molekulinių ir supančios aplinkos sąlygų lipidai formuoja skirtingų skystakristalinių (SK) fazių įvairovę, iš kurių lamelinė fazė yra viena paprasčiausių ir dažniausiai sutinkamų lipidinėse sistemose [1]. Priešingai, atvirkščių nelamelinių fazių (tokių, kaip heksagonalinės ir kubinės) nanostruktūrinė architektūra labiau kompleksinė ir sudėtingesnė su dvi- ar trimačiu periodiškumu. Dėl savo ypatingų savybių egzistuoti vandens pertekliuje, nelamelinės atvirkščios SK fazių nanodalelės vis dažniau atranda panaudojimą medicinoje, pvz., aktyvių medžiagų pernešimui [2]. Šiuo požiūriu, nanoporėtos lipidų dalelės pasižymi dideliu paviršiaus plotu ir tinkama matrica biologiškai aktyvios medžiagos patalpinimui, apsaugai ir kontroliuojamam tiksliniam atpalaidavimui organizme [3]. Kūriamos technologijos padės mažinti vaistų vartojimą ir minimalios jų dozės taps efektyvesnės. Pagrindinis darbo tikslas detaliau ištirti lipidų skystakristalinių nanodalelių sąveikos su modelinėmis vienlamelinėmis biomembranomis kinetiką. Suformuojamos skirtingos tiek kubinės, heksagonalinės ir nelamelinės nanodalelės. Naudojant savigesinančią fluorescenciją ištirta priklausomybė nuo įvairių fizikinių faktorių (nanodalelių dydis, nano-architektūra, cheminė sudėtis, fluorescuojančių dažų koncentracija, liposomų sudėtis). Mišrios liposomos, kurios darbe veikia kaip modelinės biomembranos, sukurtos sojos fosfatidilcholino (nesočiojo lipido) ir dipalmitoilfosfatidilcholino (sočiojo lipido) pagrindu. Lipidų skystakristalinės nanodalelės sudaromos keičiant lipidų santykius kompozicijoje sojos fosfatidilcholinas (SPC) / glicerolio dioleatas (GDO) / glicerolio monooleatas (GMO) / diglicerolio monooleatas (DGMO), bei pridedant aktyvių paviršiaus medžiagų (P80 ir F127). Savigesinančios fluorescencijos metodas gali būtų efektyviai taikomas lipidinės membranos pralaidumo pokyčių tyrimuose. Šis metodas yra taikomas tyrimuose, kuriuose yra naudingas fluorescuojančios šviesos intensyvumo praradimas dėl fluorescuojančio dažo molekulių tarpmolekulinių sąveikų. Šio darbo metu į paruoštų unilamelinių lipidinių struktūrų vidų įterpiamas fluoroforas 5 (6) karboksifluoresceinas. FIZINIAI MOKSLAI 151

153 Esant fluoroforui dimerinėje formoje, vyksta fluorescencijos gesinimas. Žymėtas SPC- CF biomembranas imituojanti struktūra, naudojama susiliejimo su vaisto nešikliais kinetikos analizėje. Eksperimento metu keičiantis unilamelinių liposomų membranų pralaidumui, karboksifluoresceinas išeina iš liposomų į supančią aplinką (tirpalą), jo dimerinei formai virstant monomerine [4]. Nutolus monomerinėms karboksifluoresceino formoms, fluorescencija detektuojama spektrofotometru. Vykstant membranos pokyčiams ir ištekant fluorescuojančiam dažui, stebimas fluorescencijos didėjimas. Tokiuose tyrimuose svarbus visų komponentų dalyvaujančių susiliejime (mišrių liposomų ir nanodalelių) dalelių dydžio atsikartojamumas, kuris nustatomas turima įranga atominės jėgos mikroskopu. Šie fundamentaliųjų tyrimų rezultatai leis spręsti apie tolimesnį analizuotų lipidų nanodalelių panaudojimą aktyvios biologinės medžiagos nešiklių kūrime. Tyrimai atlikti su liuminescenciniu spektrometru LS-55, Perkin Elmer, liposomų dalelių dydis stebėtas su atominės jėgos mikroskopu (Agilent, JAV). Duomenų apdorojimas buvo vykdomas su SigmaPlot 11.0 vaizdų analizės kompiuterine programa. Literatūra [1] Luzzati, V., Husson, F., J. Cell Biol. 1962, 12, [2] C. J. Drummond, C. Fong, Curr. Opin. Colloid Interface Sci. 2000, 4, [3] J. Barauskas, T. Nylander. In Delivery and controlled release of bioactives in foods and nutraceuticals. N. Garti, Ed. Woodhead Publishing Ltd: Cambridge, pp , [4] Invitrogen [interneto svetainė]: Studentų moksliniai tyrimai 2011/2012

154 INVESTIGATION OF FEATURE SIZE DEPENDENCE ON MULTIPATH SCANNING IN DIRECT LASER WRITING OF PHOTOPOLYMERS E. Kaziulionytė, T. Jonavičius, Vilnius University, Physics Faculty, Department of Quantum Electronics, Laser Research Center S. Rekštytė, D. Paipulas, M. Malinauskas, Vilnius University, Physics Faculty, Department of Quantum Electronics, Laser Research Center Concerning high-resolution three-dimensional laser micro fabrication, the twophoton polymerization (2PP) technique using femtosecond laser pulses for processing photosensitive materials is the state-of-the-art method up to date [1 4]. 2PP is based on quadratic dependence of two photon absorption rate on light intensity in a photosensitive material. This confines polymerization area to be spatially highly localized at the focal point of a laser beam [1, 5]. By precisely moving the sample or beam focus position one can point-by-point solidify the photopolymer. After exposure the rest of the unexposed material is washed out by the solvent during developing process and only the desired structure remains on the substrate [6, 7]. (a) (b) Fig. 1. (a) Scheme for the fabrication of lines. Lines thicken as the number of scans increases from 1 to 3 corresponding from bottom to top; (b) the microstructure out of Zr containing hybrid organic-inorganic biocompatible polymer SZ2080 [8] To be able to form precise structures it is required to investigate how modification of the different fabrication parameters influences the resolution of the sculptured structure. In this report, we present micro structures fabricated out of commercially available FIZINIAI MOKSLAI 153

155 hybrid zirconium-silicon containing photopolymer SZ2080. Two 13 μm height supports with lines between them were fabricated anchored to the glass substrate in the dropcasted photopolymer. Supports were written using 35 mw irradiation power and μm /s translation velocity, but parameters of lines varied in certain ranges. Objective lens 100x NA=1,40 was used to fabricate structures. The quality of the structures was investigated by Scanning Electron Microscopy (SEM), theretofore they were metalized. The resolution dependence was analyzed by measuring the width and the height of all lines of the structures varying fabrication parameters such as laser irradiation power, number of scans and sample translation velocity. Therefore, it was obtained that as the number of scans over the same area is increasing, the width and the height of lines are also increasing. Other conclusions were derived from the investigations of line width and height dependences on sample translation velocity and irradiation power. (a) (b) Fig. 2. (a) SEM image of fabricated lines. The sample translation velocity was 50 μm/s, irradiation power - 14 mw and the number of scans increased from 1 to 6 corresponding from bottom to top. The height of lines varies from 2,23 to 4,12 μm; (b) the graph shows the height of line dependence on number of scans with different sample translation velocities References [1] S. Kawata, H.-B. Sun, T. Tanaka, K. Takada, Finer features for functional micro-devices, Nature 412, (2001). [2] J. Serbin, A. Egbert, A. Ostendorf, B. N. Chichkov, R. Houbertz, G. Domann, J. Schulz, C. Cronauer, L. Fröhlich, M. Popall, Femtosecond laser-induced two-photon polymerization of inorganic organic hybrid materials for applications in photonics, Opt. Lett, 28(5), (2003). 154 Studentų moksliniai tyrimai 2011/2012

156 [3] R. Houbertz, Laser interaction in sol-gel based materials 3-D lithography for photonic applications, Appl. Surf. Sci. 247, 505, (2005). [4] J. Li, B. Jia, and M. Gu, Engineering stop gaps of inorganic-organic polymeric 3D woodpile photonic crystals with post-thermal treatment, Opt. Express, 16(24), , (2008). [5] S. Juodkazis, V. Mizeikis, K. K. Seet, M. Mima, and H. Misawa, Two-photon lithography of nanorods in SU-8 photoresist, Nanotechnology 16, (2005). [6] H.-B. Sun and S. Kawata, Two-Photon photopolymerization and 3D lithographic microfabrication, Adv. Polym. Sci. 170, (2004). [7] M. Malinauskas, H. Gilbergs, V. Purlys, A. Žukauskas, R. Gadonas, Femtosecond Laser-Induced Two-Photon Photopolymerization for Structuring of Micro-Optical and Photonics Devices, Proc. for SPIE 7366, (2009). [8] A. Ovsianikov, J. Viertl, B. Chichkov, M. Oubaha, B. MacCraith, I. Sakellari, A. Giakoumaki, D. Gray, M. Vamvakaki, M. Farsari, C. Fotakis, Ultra-Low Shrinkage Hybrid Photosensitive Material for Two-Photon Polymerization Microfabrication, ACS Nano 2(11), , (2008). FIZINIAI MOKSLAI 155

157 HISTAMINO ADSORBCIJOS TYRIMAS RAMANO SPEKTROSKOPIJOS METODU E. Pociūtė, Vilniaus universitetas I. Kairytė-Matulaitienė, Fizinių ir technologijos mokslų centro Chemijos institutas Histaminas (Hist) biologinis aminas, turintis imidazolo žiedą, gyvuose organizmuose atliekantis įvairias fiziologines ir patologines funkcijas. Histaminas susidaro dekarboksilinant histidiną, tad kaip ir pastarasis kompleksuojasi su metalais. Norint biojutikliais spektrinių metodų pagalba nustatyti mažas histamino koncentracijas, svarbu molekuliniu lygmeniu išsiaiškinti kaip tiksliai histaminas adsorbuojasi ant metalo paviršiaus. Šiame darbe naudojant paviršiaus sustiprintą Ramano spektroskopijos metodą, tiriamos histamino ir metalo paviršiaus sąveikos ypatybės. Histamino žiede esančio imidazolo žiedo, o tuo pačiu ir histamino savybės priklauso nuo to, kuris azoto atomas yra protonizuotas. Šiuos abu tautomerus galima atskirti Ramano spektroskopijos būdu. Pilnai protonizuotą imidazolo žiedą spektriškai galima atskirti pagal būdingas intensyvias juostas: ν(c4=c5) juosta ties 1633 cm -1 ir ν(=c H) juosta ties 3156 cm -1. Vienam iš azoto atomų deprotonizuojantis, abi tautomerines formas atskiriamos dėl žymiai sumažėjusių anksčiau minėtų virpesių dažnių. Charakteringos juostos pateiktos 1 lentelėje. 1 lentelė. Pagrindinių imidazolo žiedo Ramano sklaidos ir PSRS juostų bangos skaičiai (cm -1 ) ir jų priskyrimas Hist tirpalas ph 4,0 Hist tirpalas ph 8,0 PSRS Hist E=-1,2 V PSRS HMI E=-1,0 V PSRS IMMS E=-1,0 V Priskyrimas /3156 ν(=c H) (1589) ν(c4=c5) I (II) ν(im) 1326 (1358) /1345 ν(n C2) I (II) 1277 (1260) ν(c4 N3) I / δ(c5h) II (II) 1267 δ(ch) 1192 νs(n C N) + δ(nh) (1105) ν(c N) I (II) (1004) 1006 δ(im) I 156 Studentų moksliniai tyrimai 2011/2012

158 Tyrimų metu keičiant elektrodo potencialą, pastebėta, jog ant Cu elektrodo besiadsorbuojančio histamino PSRS spektrų intensyvumai žymiai sustiprėja potencialui neigiamėjant. 1 pav. Hist ant Cu elektrodo PSRS spektrai (A) ir cm -1 (B) srityse Neintensyvių histamino juostų ties 1580, 1496, 1320, 1268, 1104 ir 1006 cm -1 intensyvumo išaugimas 5 7 kartus, kai E=-1,2 V, rodo imidazolo žiedo ir metalo paviršiaus sąveiką. Aukšto dažnio srityje vandeniniame tirpale užregistruotame spektre stebima juosta prie cm -1, tuo tarpu PSRS spektre vietoje jos stebimos dvi ν(=c-h) juostos. Šis pokytis gali būti susijęs su C2-H ir C5-H ryšio ilgių pakitimais bei tiesiogine metileno grupių sąveika su metalo paviršiumi. Šios aukšto dažnio juostos ties ir cm -1 potencialiai gali būti naudojamos kaip imidazolo žiedo su metalu sąveikos Ramano sklaidos žymeklis. FIZINIAI MOKSLAI 157

159 Sklaidančios terpės įtaka ekstremalių optinių įvykių formavimuisi femtosekundinėse šviesos gijose E. Pileckis, Vilniaus universiteto Kvantinės elektronikos katedra D. Majus, Vilniaus universiteto Kvantinės elektronikos katedra Ekstremalūs optiniai įvykiai statistiškai reti aukštos amplitudės (ar spektrinio intensyvumo) įvykiai, susiformuojantys netiesinėse optinėse sistemose. Kaip ir kitose netiesinėse sistemose (hidrodinamikoje, Bozė-Einšteino kondensatuose, finansų rinkose) ekstremalių įvykių tyrimai leidžia atskleisti detalesnę netiesinių sistemų elgseną, perėjimą tarp stabilių būsenų [1]. Neseniai buvo parodyta, kad femtosekundinių šviesos gijų režime ekstremalūs optiniai įvykiai atitinka trimačius erdvėlaikinius darinius, tačiau jie stebimi tik siaurame žadinimo energijų intervale [2]. Šiame darbe buvo tiriama erdvinio pluošto triukšmo įtaka ekstremalių įvykių šviesos gijose formavimuisi. Erdvinis triukšmas pluošte buvo sudaromas papildant netiesinę terpę (vandenį) sklaidančiomis polistireno mikrosferomis (1 2 µm diametro). 1 pav. Spektrinio intensyvumo nuokrypiai priklausomai nuo bangos ilgio. I λ /<I λ > vertė lygi 1 žymi imties vidurkį konkrečiam bangos ilgiui. Nuokrypio statistinis dažnis atvaizduotas spalvinėje skalėje: raudona dažniausi, mėlyna rečiausi įvykiai. Femtosekundinės gijos buvo žadinamos (a) 0,66 ir (b) 0,88 µj energija 158 Studentų moksliniai tyrimai 2011/2012

160 Tyrimo metu nustatyta, kad sklaidančioje terpėje iš 130 fs trukmės impulsų formuojasi panašaus spektrinio pločio impulsai kaip ir nesklaidančioje, tačiau jų spektro statistika žymiai skiriasi. Stebėtas žymiai didesnis raudonojo spektro krašto nestabilumas, kuris išlieka net ir prie didesnių kaupinimo impulsų energijų, o spektrinio intensyvumo standartinis nuokrypis netgi didėja. Iš ankstesnių darbų yra žinoma, kad raudonoji spektro dalis susijusi su skilusio impulso priekine dalimi, kuri vienalytėje terpėje formuojasi itin stabili. Mėlynoji spektro dalis ( nm) esant didesnėms kaupinimo impulso energijoms turi mažesnį išsibarstymą (standartinį nuokrypį), tačiau didžiausio nuokrypio vertės išlieka praktiškai nepakitusios. Be to, ryški linija ties (1 pav. (a) žemesnėmis už vidurkį vertėmis mėlynajame spektro krašte rodo nemažą tikimybę itin silpno spektro formavimuisi. Literatūra [1] Ruban, V., Kodama, Y., Ruderman, M., Dudley, J., Grimshaw, R., McClintock, P., Onorato, M., Kharif, C., Pelinovsky, E., Soomere, T., The European Physical Journal Special Topics, 2010, 185, [2] Majus, D., Jukna, V., Valiulis, G., Faccio, D., Dubietis, A., Physical Review A, 2011, 83, FIZINIAI MOKSLAI 159

161 JONINIO LAIDUMO MATAVIMŲ TAIKYMAI KIETOJO OKSIDO KURO ELEMENTŲ ELEKTROLITUOSE E. Rajackaitė, Kauno technologijos universiteto Fizikos katedra B. Abakevičienė, Kauno technologijos universiteto Fizikos katedra Didėjant kietojo oksido kuro elementų (KOKE) pritaikymo galimybėms, vis daugiau dėmesio skiriama jų gamybos technologijoms, medžiagoms, tyrimams. Cirkonio oksidas stabilizuotas itrio oksidu (YSZ) yra viena iš svarbiausių ir dažniausiai taikomų medžiagų KOKE elektrolitų gamyboje, kadangi ji laidi vien tik deguonies jonams plačiame deguonies dalinių slėgių diapazone, pasižymi geromis šiluminėmis savybėmis, dideliu cheminiu stabilumu, žema kaina ir kt. Impedanso spektroskopija tapo svarbiu analizės metodu medžiagų analizės srityje. Tai nedestruktyvus metodas, leidžiantis atlikti mikrostruktūrinius ir elektrinių savybių tyrimus [1 3]. Su turima naujausia modernia impedanso analizatoriaus įranga galima tiksliai ir automatiškai įvertinti šias KOKE elektrolito medžiagos savybes plačiame dažnių diapazone nuo 3µHz iki 3 MHz. Eksperimento metu naudotasi nauja Novocontrol technologies sukurta impedanso analizatoriaus įranga, kuri užtikrina didelį tikslumą, praktiškumą, lankstumą, žymų lėšų sutaupymą. Įrangą sudaro Alpha-AK analizatorius, ZG2 testavimo įrenginys, bandinių laikiklis BDS1200 (žr. 1 pav.). Šis laikiklis buvo modifikuotas: patalpintas į specialų cilindrą, papildomai pridėta temperatūros kontrolė, leidžianti atlikti matavimus iki (600 ± 0,3) ºC. 1 pav. Impedanso analizatoriaus įranga 160 Studentų moksliniai tyrimai 2011/2012

162 Prieš atliekant matavimus, bandiniai buvo specialiai paruošiami. Pradiniai skirtingi YSZ milteliai (formulė (ZrO 2 ) 0.92 (Y 2 O 3 ) 0.08, dalelių dydžiai: (45+10) µm; (3-5) µm; (5-10) nm) buvo supresuoti (presas Carver Model 3851) į tabletes parinkus 8 mm ir 12 mm skersmens cilindro presformas. Naudojantis aukštatemperatūrine krosnimi SNOL 7,2/1300 visi bandiniai atkaitinti C, siekiant išgarinti rišiklį ir tepalą, naudojamą formos sutepimui. Norint gauti kuo mažesnį bandinių paviršinį šiurkštumą, abi paviršiaus pusės buvo poliruojamos. Tablečių elektrodų formavimas atliktas dviem metodais: užtepant sidabro pastą, atlaikančią temperatūrą iki 600 C, ir sidabro garinimas elektronų spinduliu. Atlikti impedansiniai joninio laidumo matavimai esant aukštoms temperatūroms (nuo 20 C iki 350 C). Eksperimentinių rezultatų modeliavimas atliktas kompiuterine pragrama ZView2. Pradinių miltelių ir supresuotų tablečių paviršiaus morfologijos tyrimai atlikti skenuojančiu elektroniniu mikroskopu Quanta 200F. 2 pav. pateikti YSZ miltelių (45+10) µm; (3-5) µm) SEM nuotraukos, iš kurių matyti, kad dalelės skiriasi ne tik dydžiu, bet ir forma. Galima, teigti, kad nuo miltelių pirminio pagaminimo ir apdirbimo metodo priklauso tablečių presavimosi kokybė, o tuo pačiu ir pačių bandinių vientisumas. Tai gali turėti įtakos impedansinių matavimų rezultatamas. a) b) 2 pav. SEM nuotraukos YSZ miltelių su skirtingais dalelių dydžiais: a) YSZ (45+10) µm; b) YSZ (3-5) µm Atlikus eksperimentinius impedansinius matavimus, gautos supresuotų YSZ tablečių joninio laidumo ir aktyvacijos energijos (0,9 ev) vertės yra artimos teorinėms YSZ reikšmėms. Įsitikinta, kad keramikų elektrines savybes apsprendžia pradinių miltelių grūdelių dydis bei priemaišų koncentracija. Literatūra [1] X Guo, R. Waser. Progress in Materials Science, 2006, 51, p [2] J. R. Macdonald. Annals of Biomedical Engineering, 1992, 20, p [3] P. Dhak, D. Dhak, M. Das, K. Pramanik, P. Pramanik. Materials Science and Engineering, 2009, 164, p FIZINIAI MOKSLAI 161

163 Griovelių formavimo ypatumų tyrimas abliuojant metalą femtosekundiniais impulsais su skersiniu Gauso ir stačiakampio skirstinio pluoštais G. Chaževskis, Vilniaus universiteto Lazerinių tyrimų centras V. Sirutkaitis, Vilniaus universiteto Lazerinių tyrimų centras Jau nuo pat pirmojo lazerio sukūrimo 1960 m. prasidėjo sparti lazerinių technologijų plėtra ir evoliucija. Metams bėgant vis didesnę nišą technologinėse srityse pradeda užimti lazeriai pjaustymas, virinimas, skylių gręžimas ir t. t. Taip pat, gana nemažą dalį sudaro ir lazerinis mikroapdirbimas. Norint gauti kuo įvairesnius mikroapdirbtų griovelių, skylių parametrus yra naudojami įvairūs metodai išbandomi skirtingi lazerinės spinduliuotės bangos ilgiais, impulsų pasikartojimo dažniai, skirtingi lazerių generuojami pluoštai. Šitame darbe buvo tiriama Pharos (vidutinė galia 5 W, impulso trukmė 300 fs, impulsų pasikartojimo dažnis 50 khz) lazerio generuojamo skersinio Gauso pluošto ir su difrakciniu pluošto formatuvu suformuoto stačiakampio skirstinio pluošto sąveika su metalu eksperimentiniu plienu ir tiriami griovelių ir skylių formavimo ypatumai su šiais abiem pluoštais. Pirmiausia, darbe su Spiricon CCD kamera buvo išmatuoti skersinio Gauso ir stačiakampio skirstinio intensyvumo skirstiniai: 1 pav. Gauso pluošto intensyvumo skirstinys 2 pav. Stačiakampio skirstinio pluošto intensyvumo skirstinys Išmatavus pluoštų intensyvumo skirstinius buvo ieškota bandinio vietos sufokusuotos dėmės atžvilgiu, kurioje formuojasi stačiakampis skirstinys, nes jo formavimosi vieta nesutampa su Gauso pluošto. Gauta, kad idealus stačiakampis skirstinys formuojasi, kai bandinys yra 4 mm žemiau negu vieta, kur sufokusuojamas Gauso pluoštas. Talpinant bandinį dar žemiau pluošto forma išsikreipia, jis išsifokusuoja. Fokusuota buvo f-theta lęšiu (židinio nuotolis 100 mm). 162 Studentų moksliniai tyrimai 2011/2012

164 Dėmės diametras ~55 µm a) Įžambinės ilgis ~80 µm b) Įžambinės ilgis ~180 µm c) 3 pav. Pažeidimai pliene gauti su sufokusuotu Gauso pluoštu sąsmaukoje (a), su suformuotu stačiakampio skirstinio pluoštu 1,25 mm žemiau sąsmaukos (b) ir su suformuotu stačiakampio skirstinio pluoštu 4 mm žemiau sąsmaukos (c) Kadangi tikslas buvo ištirti skylių ir griovelių geometriją naudojantis ir Gauso, ir stačiakampio skirstinio pluoštais, plieninis bandinys buvo eksponuojamas nuo 2 5 iki 2 15 impulsų į vieną tašką ir su Sensofar profilometru buvo matuotas skylių gylis ir geometrija. Geometrijai įvertinti buvo pasirinktas skylės diametro paviršiuje santykis su skylės diametru pusėje jos gylio-kūgiškumas. Gauso Staè. 1.25mm þemiau sàsmaukos Staè. 4mm þemiau sàsmaukos µm 120 Gauso Staè. 1.25mm þemiau sàsmaukos Staè. 4mm þemiau sàsmaukos Kûgiðkumas 3 2 Gylis Impulsø skaièius Impulsø skaièius a) b) 4 pav. Abliuotos skylės gylio (a) ir skylės kūgiškumo (b) priklausomybė nuo impulsų skaičiaus Kitas atliktas eksperimentas su lazeriu buvo atlikti įpjovimai viena linija ir tirta gylio priklausomybė nuo pasikartojančių praėjimų skaičiaus bei griovelių kūgiškumas. FIZINIAI MOKSLAI 163

165 Kûgiðkumas Gauso Staè. 1.25mm þemiau sàsmaukos Staè. 4mm þemiau sàsmaukos Praëjimø skaièius µm 50 Gylis Gauso Staè. 1.25mm þemiau sàsmaukos Staè. 4mm þemiau sàsmaukos Praëjimø skaièius a) b) 5 pav. Abliuoto griovelio gylio (a) ir griovelio kūgiškumo (b) priklausomybė nuo praėjimų skaičiaus Susumuojant rezultatus, 4 mm žemiau nei sąsmaukoje suformuotas stačiakampio skirstinio pluoštas abliuojant skyles yra efektyvesnis negu Gauso, nes gautų skylių gylis yra didesnis ir įsisotina ties didesniais impulsų skaičiaus lyginant su Gauso. Skylių kūgiškumas yra geriausias (1,1 1,2) talpinant bandinį 4 mm žemiau nei sąsmauka. Abliuojant griovelius, kai lazerinė spinduliuotė buvo eksponuojama viena linija, buvo gauta, kad ties dideliais praėjimų skaičiais geriausias yra pluoštas, kai bandinys buvo talpinamas 1,25 mm žemiau sąsmaukos. Kūgiškumas geriausias talpinant bandinį 4 mm žemiau sąsmaukos. Taigi, stačiakampio skirstinio pluoštas formuotas 4 mm žemiau negu sąsmauka yra efektyvesnis negu Gauso pluoštas abliuojant skyles ir griovelius viena linija ir ties itin dideliais griovelių ar skylių gyliais. 164 Studentų moksliniai tyrimai 2011/2012

166 KVANTINIO TAŠKO IR CHLORINO E6 KOMPLEKSO SINGLETINIO DEGUONIES GENERAVIMO SPEKTROSKOPINIAI TYRIMAI G. Špogis, Vilniaus universiteto Fizikos fakultetas J. Valančiūnaitė, Vilniaus universiteto Onkologijos institutas R. Rotomskis, Vilniaus universiteto Fizikos fakultetas, Vilniaus universiteto Onkologijos institutas Kvantiniai taškai (KT) yra neorganiniai puslaidininkiai nanokristalai, kurių dydis kinta nuo 1 iki 10 nm. KT dėl savo unikalių savybių, tokių kaip didelis fotostabilumas, didelis ekstinkcijos koeficientas, platus sugerties ir siauras fotoliuminescencijos spektrai bei galimybė keisti KT fotofizikines savybes keičiant jų dydį bei modifikuojant paviršių, gali būti sėkmingai naudojami kaip biožymekliai vaizdinimui [1]. Šiuo metu KT taip pat intensyviai tiriami kaip galimi energijos donorai fotosensibilizatoriams (FS) fotosensibilizuotoje navikų terapijoje (FNT) [2]. FNT tai neinvazinis vėžio gydymo būdas, kuomet vėžiniame audinyje susikaupęs ir šviesa sužadintas FS inicijuoja ląstelių pažaidas. Singletinis deguonis ( 1 O 2 ) yra viena iš pagrindinių medžiagų, kuri, kaip manoma, suardo vėžinę ląstelę. Todėl KT ir FS komplekso singletinio deguonies generavimo ypatumai yra svarbūs siekiant KT panaudoti FNT. Šiame darbe pateikiami vandenyje tirpių CdSe/ZnS KT ir sensibilizatoriaus chlorino e 6 (Ce 6 ) komplekso singletinio deguonies generavimo spektroskopiniai tyrimai. Singletinio deguonies susidarymas buvo matuojamas naudojant fluorescensinį singletinio deguonies žymeklį SOSG (Singlet Oxygen Sensor Green). Bandiniai buvo švitinami spinduliuote, kurios bangos ilgiai buvo 460 nm (106,4 mw/cm 2 ) ir 400 nm (182,7 mw/cm 2 ). Norm. emisijos intensyvumas, s.v. 1,4 1,3 1,2 1,1 1,0 Švitinimo trukmė, min A SOSG KT Ce 6 KT-Ce Švitinimo dozė, J/cm 2 FIZINIAI MOKSLAI 165

167 Norm. emisijos intensyvumas, s.v. Švitinimo trukmė, min. 0 3, ,5 2,0 1,5 B 1, Švitinimo dozė, J/cm 2 SOSG KT Ce 6 KT-Ce 6 1 pav. SOSG fluorescencijos (ties 528 nm) intensyvumo kitimo grafikai gryno SOSG, KT (c KT =20 nm), Ce 6 (c Ce6 =0.2 µm), bei komplekso KT-Ce 6 (c KT =20 nm, c Ce6 =0.2 µm, KT:Ce 6 = 1:10) tirpaluose esant skirtingoms švitinimo dozėms. A - λ švitinimo =460 nm, B - λ švitinimo =400 nm Grynų KT, Ce 6 ir komplekso KT-Ce 6 tirpalų SOSG fluorescencijos intensyvumo pokyčiai, kintant švitinimo dozei, pateikti 1 pav. Švitinant komplekso KT-Ce 6 tirpalą spinduliuote, kurios bangos ilgis 460 nm, pastebėtas žymus SOSG fluorescencijos intensyvumo padidėjimas (30 %) (1 pav., A). Tuo tarpu, nei gryno SOSG, KT, ar Ce 6 molekulių SOSG fluorescencijos intensyvumas žymiai nepakito. Ryškių SOSG fluorescencijos intensyvumo pokyčių nepastebėta ir kontroliniuose, t. y. laikytuose tamsoje, bandiniuose. Taigi, švitinant KT-Ce 6 spinduliuote, kurios λ švitinimo =460 nm, KT-Ce 6 generuoja 1 O 2 efektyviau nei KT ar Ce 6 atskirai. 1 O 2 generavimas vyksta dėl energijos pernašos iš KT į Ce 6. Švitinant bandinius spinduliuote, kurios bangos ilgis 400 nm, SOSG fluorescencijos intensyvumo augimas pastebėtas visuose tiriamuosiuose tirpaluose: KT, Ce 6 ir KT-Ce 6 (1 pav., B). Tačiau SOSG intensyvumo augimas pastebėtas netgi švitinant gryną SOSG tirpalą (1 pav., B). Taigi, nors Ce 6 tirpale SOSG fluorescencijos intensyvumo augimas gali būti siejamas su teigiamu Ce 6 generuojamo singletinio deguonies signalu dėl intensyvios Ce 6 molekulių sugerties ties 400 nm, tačiau KT ir KT-Ce 6 tirpaluose tokio SOSG intensyvumo augimo priežastys nėra aiškios. Remiantis literatūros duomenimis KT generuojamo 1 O 2 kiekiai labai nedideli [2]. Nevienareikšmiai rezultatai gauti švitinant KT ir KT-Ce 6 bandinius skirtingais spinduliuotės bangos ilgiais, kai SOSG naudojamas kaip fluorescencinis singletinio deguonies žymeklis, reikalauja tolimesnių detalių SOSG veikimo mechanizmo sąveikoje su KT tyrimų. Literatūra [1] Bruchez, M. J., Moronne, M., Gin, P., Weiss, S., Alivisatos, A.P. Semiconductor nanocrystals as fluorescent biological labels. Science 281, (1998). [2] Samia, A. C. S., Chen, X., Burda, C. Semiconductor Quantum Dots for Photodynamic Therapy. Journal of The American Chemical Society 125(51), (2003). 166 Studentų moksliniai tyrimai 2011/2012

168 Klasikinio osciliatoriaus netiesinis atsakas į išorinį lauką G. Medzevičius, Vilniaus universiteto Fizikos fakultetas prof. dr. D. Abramavičius, Vilniaus universiteto Fizikos fakultetas! " (, /!/ " (, ( (,,, 4 ( 4 (,, 4 4, 4 (, 4, 4 > > 4 ( 4?, ;, ( < ( > " FIZINIAI MOKSLAI 167

169 A #! " ( (44 4 $ ( ( 4 ( 4( (4 4 $ 4 ((( 0 4 ((( =, 4 ( ; >, (44 4(4 44( (4 *.((( (, 168 Studentų moksliniai tyrimai 2011/2012

170 Naujos sandaros elektroaktyvios medžiagos organiniams šviestukams G. Kručaitė, D. Mazėtytė, Kauno technologijos universitetas S. Grigalevičius, Kauno technologijos universitetas Organiniai šviesos diodai (OLEDs), kurių pagrindiniai komponentai yra mažos organinės molekulės ar polimerai, susilaukė daug dėmesio, nes juos galima pritaikyti plokštiems vaizduokliams ir apšvietimo įrenginiams [1, 2, 3, 4]. Efektyvų OLED galima gauti tik formuojant daugiasluoksnes struktūras. Darbo metu buvo susintetinti 3 aril 9 alkilkarbazolai (6 8) susintetinti kelių stadijų sintezės metu, kaip parodyta 1 schemoje. 3 Jod 9H karbazolas (2) gautas iš 9H karbazolo (1) pagal Tucker jodinimo metodą. Alkilinant jodintą junginį 2 su 2 etilheksilbromidu gautas 3 jod 9 (2 etilheksil) karbazolas (3). Galutinė medžiaga 3 (4 fluorfenil) 9 (2 etilheksil)karbazolas (6) gauta Suzuki reakcijos metu reaguojant 4 fluorfenilboro rūgšties pertekliui su junginiu 3. Kelių reakcijų metu iš 9 etilkarbazolo (4) susintetinti junginiai 7 ir 8. Pirmiausia iš junginio 4 pagal Tucker jodinimo metodą gautas 3 jod 9 etilkarbazolas (5). Pakeisti fenil- ir naftil-dariniai (7 ir 8) gauti iš junginio 5 Suzuki reakcijos metu naudojant, atitinkamai, fenilboro rugšties arba naftilboro rūgšties perteklių. H N ( a ) 1 H N Br N F OH B OH N 2 I KOH 3 I ( b ) 6 F FIZINIAI MOKSLAI 169

171 N ( a ) N OH B OH N I ( b ) OH B OH N 8 1 schema. Karbazolo darinių sintezė Susintetinti junginiai 6 8 patvirtinti masių ir 1 H BMR spekroskopijos metodais. Medžiagos yra tirpios organiniuose tirpikliuose. Taip pat šios medžiagos suformuoja plonas skaidrias plėveles, kurios gaunamos liejant iš tirpalų. Elektronų fotoemisijos ore metodu išmatuoti susintetintų sluoksnių jonizacijos potencialai (Ip). Junginių 6 8 plonų plėvelių fotoemisijos spektrai bei jų vertės pateiktos 1 pav. Fotosrove (a. u.) 7 Ip = 5.75 ev 8 Ip = 5.8 ev 6 Ip = 5.82 ev hv, ev 1 pav. Medžiagų 6 8 sluoksnių elektronų fotoemisijos ore spektrai ir Ip vertės Visi susintetinti junginiai 6 8 buvo išbandyti OLED prietaisuose, kurių sandara: ITO/6, 7 arba 8/Alq 3 /(LiF/Al), kaip skyles transportuojančios medžiagos. Geriausio prietaiso, kuriame panaudotas junginys 8 didžiausias skaistis buvo 9524 cd/m 2, o fotometrinis efektyvumas 5 cd/a. 170 Studentų moksliniai tyrimai 2011/2012

172 Literatūra [1] Mullen, K., Scherf, U., editors. Organic Light Emitting Devices-Synthesis, Properties and Applications. Weinheim: Wiley-VCH, [2 AlSalhi, M. S., Alam, J., Dass, L. A., Raja, M. Recent Advances in Conjugated Polymers for Light Emitting Devices. Int J Mol Sci 2011; 12:2036. [3] Kalinowski, J. Optical materials for organic light-emitting devices. Opt Mater 2008;30:792. [4] Alexander, L. K., Igor, F. P., Peter, J. S. Star-shaped π-conjugated oligomers and their applications in organic electronics and photonics. Chem Soc Rev 2010;39:2695. FIZINIAI MOKSLAI 171

173 lūžio rodiklio jutiklio lusto charakterizavimas naudojant automatizuotus atspindžio matavimus ir modeliavimą I. Gražulevičiūtė, Kauno technologijos universitetas T. Tamulevičius, Kauno technologijos universiteto Medžiagų mokslo institutas Visiškojo vidaus atspindžio lūžio rodiklio jutiklių panaudojimas leidžia realiame laike įvertinti tiriamoje aplinkoje vykstančių procesų (tirpalo koncentracijos, temperatūrinių pokyčių ir kt.) kinetiką. Deimanto tipo amorfinės anglies dangoje (DTAD) suformuoti difrakciniai lustai buvo tiriami naudojant automatizuotus atspindžio matavimus. Atspindžio spektrų sudėtis buvo paaiškinta lyginant su modeliavimo rezultatais. Teorija. Kaip buvo parodyta [1] m eilės difrakciniam maksimumui difraguojant β m =90 kampu difrakcinėje gardelėje vyksta visiškasis vidaus atspindys, todėl šviesa iš sklindančios tampa slopstančiąja. Kai bandinys apšviečiamas polichromatine šviesa, keletui skirtingų bangos ilgių λ cr skirtingiems difrakciniams maksimumams m cr tenkinama visiškojo vidaus atspindžio sąlyga. Difrakciniame atspindžio ar pralaidumo spektre tai pasireiškia tam tikrų anomalijų (staigių intensyvumo pokyčių) atsiradimu. Dėl tiriamoje aplinkoje vykstančių procesų keičiasi bandinio optinės savybės (lūžio rodiklis, absorbcija, šviesos sklaida), tuo pačiu keičiasi anomalijų amplitudė ir padėtis spektre (λ cr ). Vienodais laiko tarpais fiksuojant ir analizuojant optinius spektrus įvertinama procesų kinetika. Eksperimentas. Submikrometrinio periodo (d=428 nm) sinusinio reljefo visiškojo vidaus atspindžio lūžio rodiklio jutiklio lustas pradžioje buvo suformuotas pozityviniame fotoreziste taikant lazerinę interferencinę litografiją ir vėliau, taikant sausą ėsdinimą, buvo perkeltas į ant lydyto kvarco pagrindo užneštą DTAD. Kampiniams atspindžio matavimams buvo panaudotas automatizuotas stendas, sudarytas iš šviesos šaltinio (kaitrinė lemputė), optinės kolimavimo sistemos (trys lydyto kvarco lęšiai), poliarizatoriaus (Glan-Taylor prizmė) ir trijų motorizuotų rotatorių sistemos (žingsnio tikslumas 0,6 arcmin, Standa), skirtos pozicionuoti poliarizatorių, bandinį bei detektorių. Nuo tiriamos struktūros atsispindėjusi šviesa buvo registruojama šviesolaidiniu spektrometru AvaSpec-2048 (registruojamas spektras: nm, skiriamoji geba 1,2 nm, Avantes). Rotatoriai ir spektrometras buvo valdomi specializuota programa. Plačiau apie matavimų stendą aprašyta [1]. Tyrimai buvo atliekami T=20 C temperatūroje registruojant regimojo spektro TM poliarizacijos šviesos atspindį nuo 172 Studentų moksliniai tyrimai 2011/2012

174 difrakcinės gardelės, esančios sąlytyje su tiriamąja aplinka (oru, distiliuotu vandeniu), šviesos kritimo kampams α cr (žingsnis 1 ). Naudojant GSolver programinę įrangą, pagrįstą tiksliu suporintų bangų analizės (angl. RCWA) metodu, ir keičiant difrakcinio lusto paviršiaus reljefą buvo apskaičiuoti teoriniai atspindžio spektrai. Teorinių ir eksperimentinių rezultatų atitikimas buvo vertinamas pagal spektre esančias anomalijų padėčių λ cr sutapimą. Rezultatai. Eksperimentiniai ir sumodeliuoti nuo submikrometrinio periodo DTAD suformuoto difrakcinio lusto atspindėtos šviesos spektrai pateikti 1 pav. a) b) 1 pav. Eksperimentinės ir sumodeliuotos nuo d=428 nm periodo difrakcinio lusto atspindėtos TM poliarizacijos šviesos atspindžio priklausomybės nuo bangos ilgio: a) tiriamoji aplinka oras, kritimo kampai α cr 10º, 15º, 20º; b) tiriamos aplinkos oras ir distiliuotas vanduo, α cr =14º. a) paveikslo išnašoje pavaizduotas modelyje naudoto difrakcinio lusto reljefas: DTAD sluoksnio storis t=230 nm, sinusinio profilio gylis h=75 nm, n oras, vanduo, n DTAD, n lyd.kv atitinkamai tiriamosios medžiagos, DTAD ir pagrindo (lydyto kvarco) lūžio rodikliai FIZINIAI MOKSLAI 173

175 Išvados. Naudojant RCWA modeliavimo rezultatus buvo paaiškintos nuo 428 nm periodo DTAD difrakcinio lusto atspindėtos šviesos spektre stebimos anomalijos. Parodyta, kad atliekant kampinius atspindžio matavimus DTAD suformuotos submikrometrinės periodinės struktūros gali būti pritaikomos lūžio rodiklio dispersinės kreivės nustatymui, o matavimus atliekant prie fiksuoto kampo lūžio rodiklio kinetikos tyrimams. Tolesnėje praktikos eigoje numatoma paruošti įvairios koncentracijos žinomo lūžio rodiklio tirpalus. Automatizuotame matavimų stende pamatuoti atspindžio spektrus bei juos palyginti su modeliavimo rezultatais, gautais naudojantis GSolver programine įranga. Taip tikimasi nustatyti kokius mažiausius tirpalo koncentracijos pokyčius galima įvertinti pasirinktu metodu. Literatūra [1] Tamulevičius T. et al., Photonics Nanostruct.. 9, p. 174 Studentų moksliniai tyrimai 2011/2012

176 KRŪVININKUS TRASPORTUOJANČIŲ TRIFENILAMINO DARINIŲ SU 2-FENILPROPENILGRUPĖMIS SINTEZĖ IR SAVYBĖS I. Petrikytė, Kauno technologijos universiteto Organinės chemijos katedra M. Daškevičienė, Kauno technologijos universiteto Organinės chemijos katedra Neorganinių medžiagų technologija jau senokai nebetenkina aukštų reikalavimų, keliamų funkcionalioms medžiagoms, reikalingoms sparčiai besivystančioms šiuolaikinėms informacinėms ir telekomunikacijų sistemoms. Organiniai junginiai pradėti tirti prieš daugelį metų, o pastaraisiais dešimtmečiais, atradus galimybes juos pritaikyti optoelektronikoje, vyksta itin spartūs tyrimai. Mokslininkai visame pasaulyje kuria organinių molekulių struktūras, kurios pasižymi krūvių pernaša. Šiuo metu didesnę dalį perspektyviausių krūvius transportuojančių medžiagų sudaro molekuliniai stiklai. Jie pasižymi netvarkinga orientacija, tarpmolekuliniu atstumu, geromis fotopuslaidininkinėmis savybėmis. Negana to, mažamolekuliai stiklai yra pastovios struktūros ir sudaro vienalytes, permatomas plėveles, kurios gali būti suformuotos įvariausiais metodais. Kaip viena iš efektyviausių skyles pernešančių molekulinių stiklų klasių yra trifenilaminai. KTU Organinės chemijos katedroje buvo susintetinti trifenilamino dariniai su skirtingu 2,2-difeniletenil- ir 2,2-bis(4-metoksifenil) etenilgrupių skaičiumi. Nustatyta, kad didėjant 2,2-dipakeistų etenilgrupių skaičiui nuo vienos iki trijų trifenilaminų benzeno žiedų p-padėtyse, jų amorfinis stabilumas auga, kai tuo tarpu elektrofotografinėms savybėms trečiasis pakaitas ženklios įtakos neturi [1]. Matomai, tai lemia nepalankus didelės molekulės erdvinis išsidėstymas. Metoksigrupės taip pat varžo bendrą konjuguotą π-elektronų sistemą [2]. Dėl šių priežasčių buvo įdomu susintetinti minėtų organinių fotopuslaidininių analogus su etenilgrupėmis, kuriose vienas benzeno žiedas pakeistas metilgrupe ir nustatyti, kaip kinta trifenilaminų savybės, prijungiant molekulėje ne du, o tik vieną benzeno žiedą. Ištyrus tokius junginius, būtų galima daryti tikslesnes išvadas apie tai, ar visuomet didesnis masyvių pakaitų skaičius labiau praplečia konjuguotą π-elektronų sistemą molekulėje ir pagerina krūvininkų transporto savybes. Šio darbo tikslas krūvininkus transportuojančių molekulinių stiklų su 2-fenilpropenilgrupėmis sintezė ir jų savybių tyrimas. Tikslinių junginių sintezei buvo pasirinktos N,N-bis(4-metilfenil)anilino (1), N,N-difenil-4-metilanilino (2) bei trifenilamino (3) kondensacijos reakcijos su 2-fe- FIZINIAI MOKSLAI 175

177 nilpropenaliu. Reakcijos vykdytos toluene, jo virimo temperatūroje su katalizatoriumi (+/-)-kamparo-10-sulfonrūgštimi. Kondensacijos reakcijos metu išsiskiriančiam vandeniui surinkti naudotas Dino-Starko rinktuvas. Reakcijų trukmė priklauso nuo trifenilamino benzeno žiedų p-padėtyse prijungiamų 2-fenilpropenilgrupių skaičiaus ir kinta nuo 5 valandų prijungiant vieną pakaitą (4) iki 7 valandų, prijungiant tris substituentus (6). Junginiai 4, 5 ir 6 iš reakcijos mišinio išskirti kolonėlinės chromatografijos būdu. 1 pav. Naujų trifenilamino darinių 4, 5 ir 6 sintezės schema Naujų trifenilamino darinių struktūra įrodyta 1 H ir 13 C BMR, IR spektroskopijos bei masių spektrometrijos būdais. Naudojant šiuolaikinius instrumentinės analizės metodus nustatinėjamos junginių terminės bei optinės savybės. Vilniaus universiteto Fizikos fakultete tiriami fotoelektriniai susintetintų junginių parametrai. Literatūra [1] Bubnienė, G., Malinauskas, T., Daškevičienė, M., et al., Tetrahedron, 2010, 66, [2] Malinauskas, T., Tomkutė-Lukšienė, D., Daškevičienė, M., et al, Chemical Communications, 2011, 47, Studentų moksliniai tyrimai 2011/2012

178 Cinko oksido plonų sluoksnių nusodinimas MOCVD būdu ir sluoksnių tyrimai I. Lebedytė, Vilniaus universiteto Chemijos fakultetas A. Abrutis, V. Plaušinaitienė, Vilniaus universiteto Chemijos fakultetas ZnO yra didelį tiesioginį energijos tarpą turintis oksidinis puslaidininkis. Jo ploni sluoksniai, dėl savo elektrinių, pjezoelektrinių ir optinių savybių turi didžiulį potencialą taikymams elektronikoje, optoelektronikoje, akustinių bangų pagrindu veikiančiuose jutikliuose ir informacinėse technologijose naudojamoje įrangoje. Kitais elementais legiruotas ZnO yra vienas iš perspektyviausių šviesai ir elektrai laidžių oksidų (TCO- Transparent Conducting Oxide), pasižyminčių dideliu elektriniu laidumu ir laidumu šviesai tiek matomoje, tiek IR srityje (net iki 2-4 µ). MOCVD (Metal-Organic Chemical vapor deposition) metodas dabar yra vienas iš plačiausiai naudojamų būdų funkcinių medžiagų plonų sluoksnių gavimui. Šis metodas taikytas ir ZnO plonų sluoksnių nusodinimui. Šiame darbe ZnO sluoksniams nusodinti buvo panaudota nauja MOCVD modifikacija, kurioje kombinuojami dviejų metodų karštos vielos CVD (Hot-Wire CVD arba Cataytic-CVD) [1] ir impulsinio injekcinio MOCVD (PI-MOCVD) [2] principai. Originalus žemo slėgio impulsinis injekcinis MOCVD metodas VU MOCVD laboratorijoje jau apie 15 metų taikomas įvairių funkcinių oksidų sluoksnių auginimui. Karštos vielos CVD dabar plačiai naudojamas net industriniu lygmeniu (ypač Japonijoje) silicio technologijose, pagrindinai taikymams optoelektronikoje. Tačiau kitų medžiagų nusodinimams šis metodas tirtas mažai, o oksidinėms medžiagoms beveik netirtas. Kombinuotas karštos vielos impulsinis injekcinis MOCVD metodas (HW-PI-MOCVD) buvo sukurtas VU MOCVD laboratorijoje ir pirmą kartą panaudotas 2007 m. chalkogenidų GeTe ir Ge 2 Sb 2 Te 5 sluoksnių auginimui taikymams fazinio virsmo tipo atminties įrangoje [3]. ZnO sluoksnių auginimui HW-PI-MOCVD metodu naudotas Zn metaloorganinis (MO) prekursorius Zn(thd) 2 (thd=2,2,6,6-tetrametil-3,5-heptandionatas), kuris buvo sintetinamas ir gryninamas mūsų laboratorijoje. Jis buvo tiriamas termogravimetrijos (Pyris 1, Perkin Elmer) ir FT-IR spektroskopijos (Frontier, Perkin Elmer) metodais. Naudoti 0.05 M Zn(thd) 2 tirpalai 1,2-dimetoksietane (monoglime). Nusodinimai buvo atliekami vienu iš laboratorijoje esamų PI-MOCVD reaktorių, kuriame netoli padėklo laikiklio buvo sumontuota specialios kaitinimo vielos spiralė Inconel lydinio korpuse (gamintojas Thermocoax, Prancūzija), atlikusi karštos vielos vaidmenį. MO pre- FIZINIAI MOKSLAI 177

179 kursoriaus tirpalas injektuojamas į garintuvą mikrodozėmis (keletas mikrolitrų) specialiu preciziniu elektromagnetiniu injektoriu, kurio parametrai (atsidarymo laikas ir dažnis) kontroliuojami kompiuteriu. Patekusi į karštą garintuvą, tirpalo mikrodozė vakuume momentiškai išgaruoja (flash evaporation), o susdaręs Zn(thd) 2 ir tirpiklio garų mišinys dujomis nešėjomis (N 2 +O 2 ) nunešamas į reaktoriaus nusodinimo zoną. Garams praeinant pro karštą vielą, pastaroji katalizuoja prekursoriaus garų skilimą, o skilimo produktų radikalai evakuojasi nuo įkaitusios vielos ir, pasiekę šaltesnį padėklą, ant jo suformuoja oksido plėvelę. Šiame darbe buvo tiriamos įvairios nusodinimo sąlygos ir jų įtaka ZnO sluoksnio augimo greičiui ir savybėms: garintuvo temperatūra, dujų srautų greičiai, deguonies dalis dujose, prekursoriaus tirpalo injekcijos į garintuvą parametrai, karštos vielos temperatūra ( o C) ir atstumas nuo padėklo (3 5 cm), padėklo temperatūra ( o C). Gauti rezultatai buvo palyginti su rezultatais, gaunamais impulsiniu injekciniu MOCVD metodu (kai karšta viela nenaudojama, t. y., nekaitinama). Sluoksniai buvo auginami ant Si (100) padėklų. Sluoksnių storis matuotas profilometru (Taylor Hobson) (po laiptelio suformavimo šlapiu ėsdinimu), struktūra tirta Rentgeno spindulių difrakcija (Miniflex, Rigaku), paviršiaus morfologija optine mikroskopija (Leitz), elektronine mikroskopija (TM3000, Hitachi) ir atominės jėgos mikroskopija (Multimode SPM, Digital instruments). Tyrimų pagrindinis tikslas buvo nusodinti lygaus paviršiaus ir visiškai tekstūruotus ZnO sluoksnius esant kuo žemesnei temperatūrai, o surastas optimalias sąlygas panaudoti kitais metalais (pvz., In) legiruotų, gerai elektrai laidžių ir šviesai pralaidžių ZnO sluoksnių nusodinimui TCO taikymams. Mums pavyko nustatyti nusodinimo sąlygas, kuriose galima nusodinti visiškai (001) tekstūruotus ZnO sluoksnius ant Si (100) padėklų esant santykinai žemai o C temperatūrai. Tačiau šių sluoksnių paviršiaus šiurkštumas dar buvo per didelis praktiniams taikymams. Todėl tolesniuose tyrimuose numatoma detalesnis nusodinimo sąlygų optimizavimas, tikintis gauti tuo pačiu metu ir visiškai tekstūruotus sluoksnius, ir pakankamai lygų jų paviršių. Darbo pabaigoje buvo nusodinti keli pirmi ZnO sluoksniai, legiruoti indžiu, panaudojant Zn(thd) 2 ir In(thd) 3 prekursorių mišinį tirpale. Sluoksnio varžos sumažėjimas per 3 4 eiles, lyginant su gryno ZnO sluoksniais, rodo šių pirmų rezultatų ir tolesnių tyrimų šia kryptimi perspektyvumą. Literatūra [1] Bouree, J.-E.; Mahan, A. H., Eds. Proc. of the Fourth International conference on Hot-Wwire CVD (Cat-CVD) Process, Takayama, Gifu, Japan; Thin Solid Films, 2008, 516, [2] Abrutis, A, Jimenez, C. In Recent Developments in Superconductivity Research, Chapter 6, p Ed: Barry P. Martins, Nova Science Publishers, USA, [3] Abrutis, A., Plausinaitiene, V., Skapas, M., Wiemer, C., Salicio, O., Pirovano, A., Varesi, E., Rushworth, S., Gawelda, W., Siegel, J. Chemistry of Materials, 2008, 20, Studentų moksliniai tyrimai 2011/2012

180 ALAVO ORGANINIŲ JUNGINIŲ MIKROEKSTRAKCIJOS KAPILIARE TYRIMAS I. Baškirova, Vilniaus universitetas V. Vičkačkaitė, Vilniaus universitetas Alavo organiniai junginiai naudojami pramonėje kaip plastikus stabilizuojantys priedai, kaip biocidai dažuose, kaip polimerizacijos katalizatoriai. Dėl plataus naudojimo šie junginiai aptinkami įvairiausiuose aplinkos objektuose. Alavo organiniai junginiai toksiški, linkę kauptis gyvuose organizmuose. Šie junginiai įtraukti į Europos Sąjungos Teršalų emisijos registrą bei Vandens direktyvą kaip prioritetiniai teršalai, todėl būtina kontroliuoti jų kiekį aplinkoje. Plačiausiai paplitęs alavo organinių junginių nustatymo metodas yra dujų chromatografija. Šiuo metodu galima nustatyti ne tik bendrą alavo kiekį, bet ir identifikuoti jo formas. Paprastai alavo organinių junginių koncentracijos aplinkoje yra labai mažos. Norint jas nustatyti, mėginius būtina sukoncentruoti bei izoliuoti nuo trukdančios matricos. Analičių nustatymo metodai bei aparatūra yra sparčiai tobulinama, tad mėginio paruošimas dažnai tampa ilgiausia ir sudėtingiausia analizės stadija, užimančia didžiausią bendros analizės trukmės dalį ir labiausiai įtakojančia analizės paklaidas. Todėl labai svarbu parinkti tinkamą mėginio paruošimo būdą, įgalinantį kuo greičiau, lengviau bei pigiau atlikti analizę. Populiariausias mėginių paruošimo dujų chromatografinei analizei būdas yra skysčių-skysčių ekstrakcija. Tai paprastas, nereikalaujantis sudėtingos aparatūros, tačiau daug laiko užimantis ir didelius kiekius brangių ir aplinkai kenksmingų organinių tirpiklių sunaudojantis metodas. Siekiant išvengti šių trūkumų, pasiūlyta klasikinę skysčių-skysčių ekstrakciją miniatiūrizuoti. Miniatiūrizuoti skysčių-skysčių ekstrakcijos variantai yra mikroekstrakcija tirpiklio lašu, dispersinė skysčių-skysčių mikroekstrakcija bei mikroekstrakcija kapiliare. Mikroekstrakciją kapiliare galima taikyti sudėtingoms matricoms, nes į ekstraktą negali patekti didesnės molekulinės masės junginiai. Iki šiol alavo organiniams junginiams šis ekstrakcijos metodas nebuvo taikytas. Šiame darbe buvo tirta alavo organinių junginių mikroekstrakcija kapiliare. Tyrimui buvo paimta visa eilė alavo organinių junginių: mono-, di-, trialkil (metil, butil, oktil) ir fenil alavo chloridai. Jų derivatizacijai buvo pasirinktas natrio tetraetilboratas. Buvo ištirta ph įtaka derivatizacijos reakcijai ir nustatyta, kad pilniausiai derivatizacija vyksta, kai ph = 4,5. Išbandžius eilę ekstrahentų, tinkamiausiu buvo pasirinktas o-ksilenas: jis FIZINIAI MOKSLAI 179

181 ne tik gerai ekstrahuoja alavo organinius junginius, bet ir tinkamas naudoti kapiliare, nes turi pakankamai aukštą virimo temperatūrą (144 o C) ir gerai matomas kapiliare. Vidiniu standartu buvo pasirinktas trietilalavo bromidas. Derivatizuotų alavo organinių junginių ekstraktas buvo analizuotas dujų chromatografijos metodu naudojant masių detektorių. Buvo nustatytos paruošto metodo analizinės charakteristikos aptikimo ribos, tiesiniai koncentracijų intervalai, rezultatų pasikartojamumas. 180 Studentų moksliniai tyrimai 2011/2012

182 IIS TIPO RESTRIKCIJOS ENDONUKLEAZĖS MnlI KOMPLEKSO SU DNR KRISTALIZACIJA I. Ramonaitė, Vilniaus universitetas G. Tamulaitienė, Vilniaus universiteto Biotechnologijos institutas Restrikcijos endonukleazės (REazės) yra restrikcijos modifikacijos sistemos komponetai, apsaugantys bakterijas ir archėjas nuo svetimos DNR. II tipo REazės atpažįsta 4 8 bp DNR sekas ir kerpa DNR šiose sekose arba greta jų [1]. Dauguma REazių yra dimerai arba tetramerai, bet sutinkama ir monomerinių, pvz. BcnI [1, 2]. Paprastai REazių aktyvumui reikalingi Mg 2+ jonai, bet kartais juos gali pakeisti kiti dvivalenčių metalų jonai kaip Mn 2+, Ca 2+ ar Zn 2+ [3]. Tyrimo objektas IIS tipo restrikcijos endonukleazė MnlI atpažįsta asimetrinę 5 - CCTC-3 seką ir kerpa DNR 6/7 nt atstumu nuo jos. Restrikcijos endonukleazė MnlI yra sudaryta iš dviejų domenų: C-galinio, turinčio HNH aktyvaus centro motyvą, ir N-galinio, kurio funkcija yra specifinės DNR atpažinimas [4, 5]. N-galinio domeno sąveikos su DNR mechanizmas nėra žinomas, tad praktikos tikslas buvo gauti restrikcijos endonukleazės MnlI komplekso su specifine DNR seka kristalus, tinkamus rentgenostruktūrinei analizei. Anksčiau atlikti pilno ilgio MnlI komplekso su specifine DNR kristalizacijos eksperimentai nebuvo sėkmingi, tad nuspręsta kristalinti MnlI sąveikos su DNR domeną. Kadangi konkrečios N-galinio domeno ribos nėra aiškios, praktikos metu buvo nuspręsta klonuoti keletą skirtingo ilgio šio domeno variantų, turinčių gryninimą palengvinančius inkarus N- arba C- galuose. Gavus reikiamus konstruktus, buvo parinktos optimalios raiškos sąlygos ir išsigrynintas MnlI-N domeno aminorūgšties fragmentas, turintis (His) 6 -inkarą N-gale (MnlI-N). Su šiuo MnlI-N preparatu atlikti kristalizacijos eksperimentai, naudojant tris skirtingo ilgio (16, 18 ir 19 bp) oligonukleotidus, turinčius MnlI atpažįstamą seką. Buvo gauti MnlI-N domeno komplekso su 19 bp oligonukleotidu kristalai (1 pav.) FIZINIAI MOKSLAI 181

183 1 pav. MnlI-N komplekso su 19 bp specifiniu oligonukleotidu kristalai. Nuotraukos darytos naudojant šviesinį mikroskopą Buvo surinkti MnlI-N-DNR komplekso kristalo 2,4 Å skiriamosios gebos rentgeno spindulių difrakcijos duomenys. Panaudojant šiuos duomenis bus nustatyta MnlI-DNR atpažinimo domeno komplekso su DNR struktūra. Literatūra [1] Pingoud, A., II type restriction endonucleases: structure and mechanism, Cellular and molecular life sciences, 2005, 62(6): [2] Sokolowska,M., Kaus-Drobek, M., Czapinska,H., Tamulaitis, G., Siksnys, V., Bochtler, M. Restriction endonucleases that resemble a component of the bacterial DNA repair machinery, Cellular and molecular life sciences, 2007, 64(18): [3] Saravanan, M., Vasu, K., Ghosh, S., Nagaraja, V., Dual role for Zn2+ in maintaining structural integrity and inducing DNA sequence specificity in a promiscuous endonuclease, The Journal of biological chemistry, 2007, 282(44): [4] Kriukiene, E., Lubiene, J., Lagunavicius, A., Lubys, A., MnlI-the member of H-N-H subtype of Type IIS restriction endonucleases, Biochimica et biophysica acta, 2005, 1751(2): [5] Kriukiene, E., Domain organization and metal ion requirement of the Type IIS restriction endonuclease MnlI, FEBS letters, 2006, 580(26): Studentų moksliniai tyrimai 2011/2012

184 Lengvųjų cheminių elementų raidos tendencijos Galaktikos kamuolinio spiečiaus NGC 6752 žvaigždžių atmosferose J. Stankevičiūtė, Vilniaus universiteto Fizikos fakultetas A. Kučinskas, Vilniaus universiteto Teorinės fizikos ir astronomijos institutas Visuose Galaktikos kamuoliniuose spliečiuose stebimos dviem populiacijoms priklausančios žvaigždės, kurių užterštumas cheminiais elementais yra skirtingas. Lengviesiems elementams susintetinti reikalingos sąlygos yra pasiekiamos tik vykstant protonų pagavimo vandenilio degimo reakcijoms, kurių metu sintetinami tokie lengvieji elementai kaip Na ir Al, tačiau ardomas O ir Mg. Praktikos tyrimo metu buvo siekiama nustatyti Galaktikos kamuolinio spiečiaus NGC 6752 žvaigždžių atmosferose lengvųjų cheminių elementų O, Na, Mg, Al, Ca gausas ir ištirti jų tarpusavio priklausomybes. Tas leidžia nustatyti galimą tiriamojo spiečiaus žvaigždžių užterštumo prigimtį. Taip pat buvo siekiama ištirti konvekcijos (ne)įskaitymo svarbą O ir Na gausų skaičiavimuose. Elementų gausos vietinio termodinaminio pastovumo sąlygomis buvo apskaičiuotos 20-tyje kamuolinio spiečiaus NGC 6752 raudonųjų milžinių sekai priklausančių žvaigždžių naudojantis CO 5 BOLD trimačiu (3D) hidrodinaminiu bei ATLAS9 vienmačiu (1D) atmosferų modeliu ir 3D spektrinės sintezės paketu LINFOR3D. Stebėtoms žvaigždėms gautos O-Na, Mg-Al gausų antikoreliacijos ir Na-Al gausų koreliacija, būdingos visiems iki šiol tirtiems kamuoliniams spiečiams, taip pat maža Ca gausų sklaida. Greta to, nustatyti vos šimtąsias-tūkstantąsias dalis siekiantys skirtumai tarp 3D ir 1D modeliais gautų duomenų, leidžiantys neįskaityti mažos ir vidutinės masės žvaigždžių atmosferose vykstančios konvekcijos. Nustatyti rezultatai rodo tolygių praturtinimą Ia tipo supernovų nukleosintezės produktais bei teršėjais buvus asimptotinės milžinių sekos ir / arba masyvias pagrindinės sekos žvaigždes. Taip pat Na gausų sklaida patvirtina spiečiuje egzistuojant dviejų populiacijų žvaigždes. FIZINIAI MOKSLAI 183

185 LANTANO NIOBIO OKSIDO LEGIRUOTO KALCIU PLONŲ DANGŲ TYRIMAS J. Andrijauskas, Kauno technologijos universitetas G. Laukaitis, Kauno technologijos universitetas Didėjant atmosferos taršai bei augant iškastinio kuro kainoms didėja alternatyvios energijos šaltinių paklausa. Protoninio laidumo kuro elementai yra daug žadanti alternatyva elektros energijai gaminti. Tokie įrenginiai reikalauja gero protoninio laidumo medžiagų efektyviam darbui. Vienos labiausiai tiriamos protoninio laidumo medžiagos yra perovskitai, kaip pvz., BaZrO 3 ar itriu legiruotas BaCeO 3 [1]. Šios medžiagos pasižymi ypač aukštu protoniniu laidumu, kuris siekia apie 10-2 S/cm [1, 2]. Deja jos yra chemiškai nestabilios kai darbinėje atmosferoje yra CO 2 dujų, todėl šios medžiagos yra nepatogios praktiniam pritaikymui. Dėl šio nestabilumo yra svarbu rasti medžiagas, kurios turėtų pakankamai gerą protoninį laidumą ir būtų stabilios CO 2 aplinkoje. Lantano niobio oksidas yra tiriamas kaip galimas pakaitalas perovskitams. Literatūroje pateikiama, kad lantano niobio oksido protoninis laidumas yra apie S/cm [3]. Tyrimai parodė, kad lantano niobio oksidą legiruojant įvairiomis medžiagomis galima gauti žymiai didesnį protoninį laidumą. Laidumas svyruoja nuo 2, S/cm [4] iki S/cm [5] priklausomai nuo to, kokios legiruojančios priemaišos yra naudojamos. Geriausias laidumas pasiekiamas legiruojant kalciu [5]. Šie laidumai yra pasiekti kai temperatūra yra ~500 C [1]. Gryno ir legiruoto lantano niobio oksido laidumas pasireiškia aukštose temperatūrose dėl kristalinės struktūros pasikeitimo. Šis pasikeitimas įvyksta 495 C temperatūroje [6]. Žemesnėje temperatūroje lantano niobio oksidas yra monoklininės fazės, o aukštesnėse temperatūrose tetragoninės (šelito tipo struktūra). Šelito struktūra suteikia protonams žemą aktyvacijos energiją, todėl galimas didelis protoninis laidumas. Medžiagai esant monoklininėje fazėje laidumas yra žemas [7]. Kadangi medžiagoje įvyksta struktūrinis persitvarkymas tai stebimas staigus temperatūrinis plėtimasis, dėl kurio atsiranda vidiniai įtempiai ir yra sunku suformuoti mechaniškai stabilias plonas dangas [7]. Kalciu legiruoto lantano niobio oksido laidumas yra eile mažesnis, todėl kad šios medžiagos galėtų pakeisti perovskitus, būtina medžiagą formuoti kaip plonas dangas. Tai leistų pasiekti tos pačios eilės laidumą kaip naudojant storesnius perovskito sluoksnius [3]. Dėl aukščiau įvardintų priežasčių šiame darbe tiriamos kalciu legiruoto lantano niobio oksido dangos, norint gauti kuo didesnį protoninį laidumą. 184 Studentų moksliniai tyrimai 2011/2012

186 Eksperimento metu kalciu legiruoto lantano niobio oksido dangos buvo užneštos garinimo elektronų spinduliu metodu. Garinama medžiaga presuotas į tabletes lantano oksido (La 2 O 3 ), niobio oksido (Nb 2 O 5 ) ir kalcio miltelių mišinys. Dangos buvo užneštos ant aliuminio oksido (Al 2 O 3 ), stiklo (SiO 2 ) ir Alloy 600 (Fe Ni Cr) padėklų. Šie padėklai buvo valomi ultragarsinėje vonioje (gryname acetone) 30 minučių, taip pat nuvalyti naudojant 100 W radijo dažnio argono jonų plazmą (10 min.). Eksperimento metu buvo keičiamas kalcio priemaišų kiekis garinamoje medžiagoje, norint rasti priemaišų kiekį su kuriuo pasiekiamas didžiausias protoninis laidumas. Užneštos dangos buvo matuojamos profilometru (Ambios technology XP-200) siekiant nustatyti dangų storį bei, išmatavus dangos svorį, apskaičiuoti užneštos medžiagos tankį. Lantano niobio oksido legiruoto kalciu dangos buvo tiriamos energijos dispersijos spektroskopijos metodu (EDS, Bruker AXS GmbH Quantax, standartinė Bragg- Brentano geometrija) matuojant intervale naudojant Cu Kα 1 (λ=0, nm) spinduliuotę. Šiuo metodu yra gaunama informacija apie elementinę dangos sudėtį ir elementų atomines koncentracijas dangoje. Paviršiaus morfologija buvo stebima skanuojančių elektronų mikroskopijos metodu (SEM, JSM5600). Taip pat atliekami rentgeno difrakcijos tyrimai (XRD, D8 Discover-Bruker AXS GmbH) norint nustatyti dangų kristalinę struktūrą. Atliekami plonų dangų protoninio laidumo matavimai (ProboStat NorECs AS) 0, Hz dažnių intervale (473K 1473 K temperatūrų intervale) siekiant nustatyti protoninio laidumo kaip kalcio kiekio dangoje funkciją. Yra svarbu nustatyti ne tik optimaliausią legiruojančios medžiagos kiekį, bet ir nustatyti protoninį laidumą lantano niobio okside užneštame fizikiniais metodais, kadangi šio oksido dangos daugiausia formuojamos chemiškai. Tai gali sąlygoti skirtingą protoninį laidumą. Literatūra [1] Mielewezyk-Gryn, A., Gdula, K., Lendze, T., Kusz, B., Gazda, M. Crystal Research and Technology, 2010, 45, p. [2] Lu,J., Wang, L. Fan, L., Li, Y., Dai, L., Guo, H. Journal of Rare Earths, 2008, 26, p. [3] Amsif, M., Marrelo-Lopez, D., Ruiz-Morales, J. C., Savvin, S., Nunez, P. Journal of the European Ceramic Society, 2012, 32, p. [4] Mielewezyk-Gryn, A., Gdula, K., Molin, S., Jasinski, P., Kusz, B., Gazda M. Journal of Non- Crystalline solids, 2010, 356, p. [5] Poulidi, D., Mather, G. C., Tabacaru, C. N., Thursfield A., Metcalfe I. S. Catalysis Today, 2009, 146, p. [6] Vielstich, W., Yokokawa, H., Gasteiger, H. A. Handbook of fuel cells: fundamentals, technology, and applications. John Wiley and Sons, Chichester p. [7] Brandao, A. D., Antunes, I., Frade, J. R., Torre, J., Kharton, V. V., Fagg, D. P. Chemistry of materials, 2010, 22, p. FIZINIAI MOKSLAI 185

187 Streptococcus thermophilus CRISPR4/Cas imuninės sistemos Cas1 ir Cas2 baltymų tarpusavio sąveikos tyrimai J. Lavišius, Vilniaus universitetas G. Kostiuk, Vilniaus universiteto Biotechnologijos institutas CRISPR/Cas plačiai bakterijose ir archėjose paplitusi sistema, apsauganti šiuos mikroorganizmus nuo svetimos DNR (konjugatyvinių plazmidžių, transpozoninių elementų ir bakteriofagų) patekimo į ląstelę. CRISPR (angl., Clustered Regularly Interspaced Short Palindromic Repeats) sritį sudaro trumpos kartotinės DNR sekos, tarp kurių įsiterpusios panašaus ilgio unikalios sekos skirtukai. Šalia CRISPR regiono aptinkami cas (angl., CRISPR Associated) genai, koduojantys didelę Cas baltymų, dalyvaujančių šios apsaugos sistemos veikloje, grupę. Bakterijai pirmą kartą susidūrus su svetima DNR, į CRISPR regioną yra įstatomas trumpas svetimos DNR fragmentas naujas skirtukas. CRISPR regionas yra transkribuojamas į ilgą RNR molekulę ir Cas baltymų pagalba sukarpomas iki mažųjų crrnr (CRISPR RNR). crrnr veikia kaip vedlys, atvedantis Cas baltymus prie svetimos DNR, kurią šie baltymai sunaikina [1]. Šiuo metu CRISPR/Cas sistemos yra labai intensyviai tyrinėjamos, o didėjant informacijos kiekiui apie veikimo mechanizmus, ryškėja jų praktinio pritaikymo galimybės. Pavyzdžiui, pieno pramonėje šis bakterijų imunitetas jau taikomas, atrenkant bakteriofagams atsparius Streptococcus thermophilus bakterijų kamienus ir panaudojant juos jogurtų gamyboje [2]. Cas-crRNR kompleksas, keičiant crrnr seką, galėtų veikti kaip programuojama endonukleazė, todėl šios sistemos turi potencialų pritaikymą genų terapijai. Kol kas mažiausiai ištirta CRISPR/Cas sistemų veikimo mechanizmo stadija yra naujų skirtukų įsistatymas, kuriame turėtų dalyvauti Cas1 ir Cas2 baltymai. Anksčiau mūsų skyriuje gauta S. thermophilus CRISPR4/Cas sistemos Cas1 baltymo raiška, tačiau vienas Cas2 baltymas nėra ekspresuojamas. Tik ekspresavus cas1-cas2 genų kasetę, buvo matoma nedidelė Cas2 raiška. Todėl iškelta hipotezė, kad gal būt Cas1 ir Cas2 gali sąveikauti, sudarydami kompleksą, ir tokiu būdu Cas2 baltymas yra stabilizuojamas. Tuo remiantis formuluojami šie uždaviniai: 1) genų inžinerijos metodais S. thermophilus CRISPR4/Cas sistemos cas1 ir cas2 genus perkelti į Escherichia coli raiškos vektorių, turintį du promotorius ir koduojantį skirtingus baltyminius inkarus; 2) pati- 186 Studentų moksliniai tyrimai 2011/2012

188 krinti rekombinantinių baltymų Cas1 ir Cas2, turinčių skirtingas inkarines sekas, raiškos efektyvumą, naudojant imunobloto metodą; 3) patikrinti, ar Cas1 ir Cas2 baltymai sąveikauja, chromatografiniais metodais gaudant Cas1 arba Cas2 už skirtingų inkarinių sekų; 4) jei Cas1 ir Cas2 sąveikautų ir pavyktų išgryninti baltyminį kompleksą, pabandyti paieškoti šių baltymų aktyvumų esant skirtingiems DNR ir RNR substratams, naudojant biocheminius metodus. Praktikos metu tikimės gauti Cas1 ir Cas2 baltymų, turinčių skirtingas inkarines sekas, koekspresiją E. coli ląstelėse, išsiaiškinti, ar Cas1 ir Cas2 baltymai sąveikauja tarpusavyje, bei nustatyti preliminarius Cas1 ir Cas2 baltymų biocheminius aktyvumus. Šiuo metu yra sėkmingai sukonstruotos Cas1 ir Cas2 genus turinčios raiškos plazmidės, imunobloto būdu įsitikinta pavienių baltymų raiška ir ieškoma optimalių Cas1 ir Cas2 bendros raiškos sąlygų. Literatūra [1] Bhaya, D., Davison, M., Barrangou, R. Annual Review of Genetics, 2011, 45: [2] Mills, S. et al., Journal of Microbiological Methods, 2007, 70: FIZINIAI MOKSLAI 187

189 Spalvas sodrinančio kietakūnio šviestuvo išėjimo charakteristikų ir kitų parametrų tyrimas J. Trimailovas, Vilniaus universiteto Taikomųjų mokslų institutas A. Tuzikas, Vilniaus universiteto Taikomųjų mokslų institutas Puslaidininkiniai šviestukai (ang. LED) kaip kompaktiški, ilgaamžiai ir našūs daugiaspalviai šaltiniai atveria naujas apšvietimo sistemų kūrimo ir taikymo perspektyvas. Tokios modernios sistemos pasižymi išskirtiniu lankstumu ir galimybių įvairove, kurių negali pasiūlyti įprastiniai šviesos šaltiniai kaitrinės ir fluorescencinės lempos. Daugiaspalvis puslaidininkinių šviestukų pagrindu sukurtas šviestuvas gali pasižymėti lengvai keičiama koreliuotąja spalvine temperatūra, apšviečiamų paviršių spalvų sodrinimo / blukinimo parametrais, šviesiniu srautu ir t. t. [1]. Šiame darbe pristatysime dviejų žinomų šviestukų gamintojų trijų gamybinių serijų šviestukų išėjimo charakteristikų bei kitų parametrų tyrimus bei palyginimą. Šis tyrimas buvo atliekamas siekiant nustatyti ekonomiškai ir techniškai palankiausius šviestukų modelius spalvas sodrinančio šviestuvo eksperimentinei gamybai. Šviestuvas laikomas spalvas sodrinančiu, jei daugiau kaip 70 % atspalvių yra paslenkami monochromatinių spalvų link (1 pav.). Matome, kad kuriamas šviestuvas turėtų itin sodrinti spalvas raudonoje ir žaliai mėlynoje spalvų srityse, nes bus naudojami raudonos (R), žalios (G) ir mėlynos (B) spalvų šviestukai, kaip pradiniai šaltiniai. 1 pav. Munsell io paletės bandinių spalvio pokyčio statistinis vertinimas. Taškai žymi atspalvius, perteikiamus tiksliai, o vektoriai žymi spalvio perteikimo pokyčio kryptį ir dydį [2] Literatūra [1] A. Žukauskas, R. Vaicekauskas, P. Vitta, A. Tuzikas, A. Petrulis, and M. Shur, Color rendition engine, Opt. Express 20(5), (2012). [2] Žukauskas, A., Vaicekauskas, R., Ivanauskas, F., Vaitkevičius, H., Vitta, P., Shur, M. S., Statistical approach to color quality of solid-state lamps, IEEE J. Sel. Top. Quantum Electron, 2009, 15(6), Studentų moksliniai tyrimai 2011/2012

190 Alifatinių pakaitų dydžio įtaka trifenilamino darinių fluorescencijai J. Jovaišaitė, Vilniaus universiteto Taikomųjų mokslų institutas S. Raišys, Vilniaus universiteto Taikomųjų mokslų institutas K. Kazlauskas, Vilniaus universiteto Taikomųjų mokslų institutas R. Reghu, Kauno technologijos universitetas J. V. Gražulevičius, Kauno technologijos universitetas S. Juršėnas, Vilniaus universiteto Taikomųjų mokslų institutas Trifenilamino (TPA) dariniai yra gerai žinomos organinės medžiagos, pernešančios skyles [1]. Be puikių pernašos savybių, trifenilamino dariniai pasižymi aukštu terminiu ir morfologiniu stabilumu, o jų plevėdaros savybės leidžia formuoti optoelektroninius prietaisus liejimo iš tirpalų ar vakuuminio garinimo metodais. Taip pat, neseniai buvo pademonstruoti TPA dariniai, efektyviai fluorescuojantys kietame būvyje [2]. Keliomis savybėmis vienu metu pasižymintys trifenilamino dariniai yra labai patrauklūs organinių šviestukų gamybai, kur daugiafunkcinių medžiagų panaudojimas leistų supaprastinti ir atpiginti prietaisų gaminimo technologiją. Šio darbo metu buvo tiriamos naujų trifenilamino darinių su skirtingomis alifatinėmis grupėmis optinės savybės praskiestuose tetrahidrofurano tirpaluose ir amorfiniuose sluoksniuose. Skirtingo ilgio alifatinių pakaitų įtaka TPA darinių savybėms buvo nustatoma pasitelkiant sugerties ir fluorescencijos spektroskopiją, analizuojant sužadintos būsenos gyvavimo trukmes bei fluorescencijos kvantinius našumus (QY). Tirpalų sugerties spektroskopijos tyrimų rezultatai parodė, kad sugerties spektro formos ir smailės padėties pokytis yra nežymus varijuojant alifatinių grandinių ilgius. Visų tirtų junginių sugerties spektro maksimumas yra ties nm. Be to, alifatinės grandinės turi nedidelę įtaką tirpalų fluorescencijos spektrams ir kvantiniams našumams. Fluorescencijos spektro maksimumas kinta siaurame intervale nuo 453 nm iki 457 nm, o našumas nuo 49 % iki 52 %. Tai rodo, kad pavienių TPA darinių molekulių optinėms savybėms alifatinės grandinės tiesioginio poveikio neturi. Priešingai nei TPA darinių tirpalų, amorfinių sluoksnių sugerties, fluorescencijos spektrai bei junginių fluorescencijos kvantinis našumas stipriai priklauso nuo pakaitų dydžio. TPA junginiai su mažiausiais alifatiniais pakaitais rodo išplitusius ir pasislinkusius sugerties ir fluorescencijos spektrus į ilgesnių bangų pusę. Sugerties smailė pasislenka per 88 nm, o fluorescencijos spektras pasislenka per 102 nm. Tai rodo, kad šių junginių molekulės amorfiniuose sluoksniuose stipriai sąveikauja formuodamos eksi- FIZINIAI MOKSLAI 189

191 merus. Eksimerų formavimasis, o taip pat eksitonų migracija į nespindulinius centrus, sumažina fluorescencijos našumą sluoksniuose iki 4 %, lyginant jį su našumu tirpaluose. Didinant pakaitus, t. y. ilginant alifatines grandines, tiek sugerties tiek fluorescencijos spektrų raudonasis poslinkis mažėja, o fluorescencijos kvantinis našumas didėja. TPA junginio, turinčio didžiausius pakaitus, fluorescencijos našumas siekia 33 %, o sugerties ir fluorescencijos spektrai išlieka beveik nepakitę tiek tirpale, tiek ir sluoksnyje. Ilgos alifatinės grandinės neleidžia formuotis nepageidaujamiems eksimerams, taip lemdamos aukštą fluorescencijos kvantinį našumą. Nepaisant to, junginių su didžiausiais pakaitais amorfiniame sluoksnyje QY yra 1,6 karto mažesnis lyginant su našumu tirpale. Manoma, kad šis QY sumažėjimas yra nulemtas nespindulinių konformerų susiformavimo amorfiniame sluoksnyje ir eksitonų migracijos sukelto fluorescencijos gesinimo. Trifenilamino darinys su didžiausiais pakaitais pasižymi didžiausiu iš visų tirtų trifenilamino darinių fluorecencijos kvantiniu našumu amorfiniame sluoksnyje, mažiausiu fluorecencijos gesinimu, todėl šis junginys galėtų būti panaudotas kaip daugiafunkcinė medžiaga organiniuose šviestukuose. Literatūra [1] Low, P., Paterson, M. et al, J. Mater. Chem., 2005, 15, [2] Ning, Z., Chen, Z. et al, Adv. Funct. Mater., 2007, 17, Studentų moksliniai tyrimai 2011/2012

192 VIDINIS KVANTINIS NAŠUMAS AlGaN EPITAKSINIUOSE SLUOKSNIUOSE IR KVANTINIUOSE LAKŠTUOSE J. Aleknavičius, Vilniaus universiteto Puslaidininkių fizikos katedra ir Taikomųjų mokslų institutas J. Mickevičius, Vilniaus universiteto Puslaidininkių fizikos katedra ir Taikomųjų mokslų institutas G. Tamulaitis, Vilniaus universiteto Puslaidininkių fizikos katedra ir Taikomųjų mokslų institutas Šviestukai, pagaminti nitridinių puslaidininkių pagrindu, pasižymi parazitiniu našumo kritimo efektu: didinant maitinimo srovę jų našumas mažėja. Analogiškas efektas stebimas ir didinant fotosužadinimo intensyvumą. Šio efekto priežastys dar nėra aiškios. Krūvininkų dinamikos didinant nepusiausvirųjų krūvininkų tankį tyrimai gali būti naudingi atskleidžiant tas priežastis. Šiame darbe tyrėme krūvininkų dinamiką AlGaN epitaksiniuose sluoksniuose ir kvantiniuose lakštuose. AlGaN ir jo heterodariniai yra naudojami ultravioletinių šviestukų gamybai buvo pasirinktas optinis nepusiausvirųjų krūvininkų sukūrimo aktyviojoje srityje būdas, nes jis leidžia lengviau keisti žadinimo parametrus. Bandiniai buvo užauginti cheminio nusodinimo iš metalorganinių junginių dujinės fazės (MOCVD) būdu ant safyro padėklo JAV firmoje Sensor Electronic Technology, Inc. Fotoliuminescencijos našumui įvertinti buvo matuojama liuminescencijos parametrų priklausomybė nuo temperatūros intervale nuo 8 iki 300 K. Bandiniai buvo atšaldomi uždarojo ciklo helio kriostatu. Bandinių fotoliuminescencijai sužadinti panaudota moduliuotos kokybės YAG:Nd lazerio spinduliuotės ketviroji harmonika (266 nm). Liuminescencijos spektrai buvo matuojami keičiant žadinimo galios tankį plačiame dinaminiame ruože nuo 0,5 kw/cm 2 iki 5 MW/cm 2. Spektrai buvo analizuojami dvigubu Jobin-Yvon monochromatoriumi HRD-1 ir registruojami UV spektro sričiai pritaikytu fotodaugintuvu. Našumas buvo vertinamas dviem būdais: pagal liuminescencijos intensyvumo priklausomybę nuo temperatūros, esant pastoviam žadinimo intensyvumui (dažniausiai naudojamas būdas), ir pagal žadinimo intensyvumo, reikalingo palaikyti pastovų liuminescencijos intensyvumą, priklausomybę nuo temperatūros. Buvo lyginamos analogiškos priklausomybės, gautos AlGaN epitaksiniuose sluoksniuose ir kvantinėse duobėse. Parodyta, kad dažnai naudojama prielaida, jog žemesnėse nei ~20 K temperatūrose nespindulinė rekombinacija yra nesvarbi, ne visada yra teisinga. FIZINIAI MOKSLAI 191

193 NAUJŲ 2,4-DIAMINOPAKEISTŲ PIRIMIDINŲ SINTEZĖ IR JŲ NITROZINIMO REAKCIJŲ TYRIMAS J. Zurba, Vilniaus universitetas V. Jakubkienė, Vilniaus universitetas Įvairūs diaminopakeisti pirimidinai turi antivėžinių, antibakterinių, antivirusinių savybių ir kelia vis didesnį ir didesnį susidomėjimą jais [1 4]. Sintetinant šiuos junginius, kyla sunkumų selektyviai įvedant aminogrupes, nors pirimidino žiedas pasižymi dideliu elektronų trūkumu ir suteikia galimybę nukleofilinio pakeitimo reakcijoms. Nustatyta, kad pirmojo aminopakaito įvedimas stipriai sumažina pirimidino žiedo aktyvumą nukleofilinio pakeitimo reakcijose, todėl antroji aminogrupė įvedama griežtesnėmis sąlygomis aukštoje temperatūroje bei naudojant didelį amino perteklių [5]. Šio darbo tikslas buvo rasti patogiausią ir efektyviausią 2,4-diaminopakeistų pirimidinų sintezės būdą bei ištirti nitrozogrupės įtaką aminolizės reakcijoms. 1 schema. 2,4-diaminopakeistų pirimidinų sintezė 192 Studentų moksliniai tyrimai 2011/2012

194 Pradiniu junginiu buvo pasirinktas 4-hidroksi-2-merkapto-6-metilpirimidinas, kurį metilinant jodmetanu metanolyje, esant natrio metoksido, o gautą 2-metiltiodarinį kaitinant su nedideliu benzilamino pertekliumi 160 C temperatūroje 1 val. 77 % išeiga susidarė 1 junginys. Šio junginio nitrozinimas galėtų vykti tiek į 5-ąją pirimidino žiedo padėtį, tiek į antrinę benzilaminogrupę. Buvo išbandytos įvairios 1 junginio nitrozinimo vandeniniu natrio nitrito tirpalu rūgščioje terpėje metodikos. Naudojant koncentruotą sieros rūgštį tiek kambario temperatūroje, tiek kaitinant susidarė alyvingas reakcijos mišinys. Išbandžius įvairių koncentracijų acto rūgštį nustatyta, kad sklandžiausiai nitrozinimas vyksta 70 % acto rūgštyje ir visais atvejais susidaro tik N-nitrozodarinys 2. Virinant šį junginį šviežiai distiliuotame fosforo oksichloride, susintetintas 4-chlorpirimidinas 3. Reikia pastebėti, kad likęs nesureagavęs fosforo oksichloridas apsunkino produkto išskyrimą, o nudistiliavus jo perteklių vakuume, reakcijos išeigą pavyko padidinti nuo 22 iki 51 %. Susintetinus 3 junginį, buvo pradėta ieškoti kuo patogesnių ir efektyvesnių aminogrupės įvedimo į 4-ąją pirimidino žiedo padėtį būdų. Iš pradžių bandyta tai padaryti įprastu metodu nukleofiliškai keičiant chloro atomą aminogrupėmis, esant bazės. Virinant 3 junginį izopropanolyje su butilaminu, esant natrio karbonato arba trietilamino, reakcija arba nevyko, arba vyko ne iki galo. Pastebėjus, kad tokia aminolizės reakcija vyksta sunkiai, sumanyta pirma, susintetinti N-nitrozodarinį 4, tikintis, kad elektronų akceptorinė nitrozogrupė palengvins nukleofilinį chloro atomo pakeitimą. Taigi, nitrozinant 3 junginį vandeniniu natrio nitrito tirpalu ledinėje acto rūgštyje buvo susintetintas 4 junginys ir atliktos jo aminolizės reakcijos dimetilformamide. Pastebėta, kad šiuo atveju chloro atomo pakeitimas aminogrupėmis vyksta net kambario temperatūroje, o reakcijų trukmė priklauso nuo amino prigimties: greičiausiai net per 10 min. susidaro 4-morfolinopirimidinas. Denitrozinant 5 junginius 10 % sieros rūgštyje 110 C temperatūroje, buvo bandoma susintetinti 2,4-diaminopirimidinus 6, tačiau kol kas grynų reakcijos produktų iš gautų mišinių išskirti nepavyko. Susidūrus su šiais sunkumais, nuspręsta grįžti prie anksčiau bandyto, bet neatnešusio gerų rezultatų 2,4-diaminopirimidinų sintezės kelio bandyti pakeisti 3 junginio chloro atomą aminogrupėmis. Kaitinant 3 junginį ~150 C temperatūroje su 2 3 ekv. atitinkamo amino dimetilformamide 2 3 val. susidarė 6 junginiai, tačiau likęs tirpiklis bei amino perteklius apsunkino reakcijos produktų išskyrimą, dėl ko 6 junginiai gauti žemomis išeigomis. Analogiškos reakcijos be tirpiklio vyko žymiai sklandžiau atitinkami 4-benzilamino- ir 4-morfolinopakeisti pirimidinai gauti itin geresnėmis išeigomis, tačiau šis būdas netinka, esant žemoms aminų virimo temperatūroms. Taigi, išbandyti keli 2,4-diaminopirimidinų sintezės būdai. Nustatyta, kad N-nitrozogrupė 2-oje pirimidino žiedo padėtyje žymiai palengvina 4-os padėties chloro atomo pakeitimą aminogrupėmis, tačiau kai kuriuos 2,4-diaminopakeistus pirimidinus patogiau sintetinti įprastu būdu keičiant chlorą, o ne per atitinkamus N-nitrozodarinius. FIZINIAI MOKSLAI 193

195 Literatūra [1] Mesaros, E., Burke, J., Parrish, J. et al. Bioorg. Med. Chem. Lett., 2011, 21, [2] Ardini, E., Magnaghi, P., Orsini, P. et al. Cancer Lett., 2010, 299, [3] Bryan, M., Whittington, E., Doherty, M. et al. J. Med. Chem., 2012, 55, [4] Erkin, A.V., Krutikov, V. I. Russ. J. Gen. Chem., 2010, 80, [5] Marchal, A., Nogueras, M. Eur. J. Org. Chem., 2010, Studentų moksliniai tyrimai 2011/2012

196 INDOLO[3,2-b]KARBAZOLO FLUORESCUOJANČIŲ DAŽIKLIŲ SINTEZĖ IR SAVYBĖS K. Dilytė, Kauno technologijos universiteto Organinės technologijos katedra R. Lygaitis, Kauno technologijos universiteto Organinės technologijos katedra Indolo[3,2-b]karbazolas yra vienas iš chromoforų, kurio pagrindu gauti junginiai gali būti pritaikomi eilėje sričių tokių kaip organinė elektronika (organiniai šviestukai, organiai tranzistoriai [1, 2], organiniai saulės elementai [3]), cheminiai sensoriai [4], priešvėžiniai preparatai [5]. Šio darbo tikslas buvo gauti mėlynos ir raudonos spalvos fluorescencinius dažiklius panaudojant indolo[3, 2-b]karbazolo karkasą. Indolo[3,2-b]karbazolas buvo sintetinamas iš indolo ir butanalio dviejų stadijų metu (žr. 1 schema). Gautas junginys 1 buvo alkilinamas sausame acetone virimo temperatūroje pridedant dimetilsulfato bei kalio hidroksido. Alkilintas darinys 2 buvo formilinamas Vilsmeier sąlygomis [6], gavus aldehidą 3, pastarasis buvo kondensuojamas su propandinitrilu katalizuojant piperidinui. Junginys 4 buvo išskirtas tamsiai raudonos spalvos kristalų pavidalu. Gauta medžiaga buvo gryninama chromatografijos būdu. Visų junginių struktūrą buvo įrodyta 1 H BMR ir 13 C BMR bei IR spektroskopijų pagalba. H N 1. a 2. b H N c N d N e N N N H O schema: (a) butanalis, acetonitrilas, 20 o C; (b) trietoksimetanas, metansulfoninė rūgštis, metanolis, 20 o C; (c) dimetilsulfatas, s. acetonas, KOH, 56 o C; (d) POCl 3, DMF, 90 o C; (e) propandinitrilas, piperidinas, CHCl 3, 50 o C N NC NC 4 N Buvo ištirtos junginių 3 ir 4 optinės, fotofizikinės bei elektrocheminės savybės. Literatūra [1] P.-L.T. Boudreault, S. Beaupré, M. Leclerc Polym. Chem., 2010, 1, 127. [2] G. Zhao, H. Dong, H. Zhao, L. Jiang, X. Zhang, J. Tan, Q. Meng, W. Hu J. Mater. Chem., 2012, 22, [3] E. Zhou, S. Yamakawa, Y. Zhang, K. Tajima, C. Yang, K. Hashimoto J. Mater. Chem., 2009, 19, [4] A. K. Mahapatra, G. Hazra, P. Sahoo Beilstein Journal of Organic Chemistry 2010, 12, 6. [5] S. Herrmann, M.Seidelin, H.C. Bisgaard, O. Vang Carcinogenesis 2002, 23, [6] A. Vilsmeier, A. Haack Berichte Dtsch. Chem. Ges. 1927, 60, 119. FIZINIAI MOKSLAI 195

197 VIETINĖS GRUPĖS GALAKTIKŲ ŽVAIGŽDŽIŲ SPIEČIŲ POTVYNINIŲ UODEGŲ MODELIAVIMAS K. M. Lyvens, Vilniaus universitetas Ph. de Meulenaer, Vilniaus universitetas Žvaigždžių spiečių evoliucija yra neatsiejama žvaigždėdaros proceso bei dinaminių procesų, vykstančių galaktikos diskuose, dalis. Viena iš stebimų žvaigždžių spiečių dinaminių struktūrų potvyninės uodegos. Potvyninės uodegos tai plonos, ištęstos bei trumpalaikės žvaigždinės struktūros, atsirandančios dėl žvaigždžių spiečiaus sąveikos su galaktika. Jos duoda informacijos apie spiečiaus dinaminę istoriją iš jų formos bei išsidėstymo galime nustatyti buvusią spiečiaus orbitą [1]. Atsirandančios substruktūros, pavyzdžiui, tankio variacijos potvyninėje uodegoje, gali būti susietos su galaktikos potencialu išilgai orbitos. Tam, kad suprastume, kaip susidarė nykštukinių galaktikų žvaigždžių populiacijos, svarbu žinoti, kaip spiečių išardymas priklauso nuo pradinių sąlygų (masės, tankio, orbitinių parametrų) bei kiek laiko išlieka erdvinės potvyninės struktūros. Nagrinėjame potvyninių uodegų struktūros priklausomybę nuo orbitinių spiečiaus parametrų ir nuo paties spiečiaus tankio bei masės intervale tarp 103 ir 105 Msol. N-body modeliavimui naudojame Superbox programą [2], kuri skaičiuoja žvaigždės sąveiką ne atskirai su kiekviena žvaigžde, bet atsižvelgdama į masės tankio pasiskirstymą erdvėje. Žvaigždžių spiečių modeliai įvairiose orbitose patalpinami į sferiškai simetrišką tamsiosios medžiagos potencialą [3], laikant, kad nykštukinės galaktikos pagrindinę masę sudaro tamsioji medžiaga. Pradinis žvaigždžių pasiskirstymas spiečiuose sugeneruojamas [4] pagal Plummer io modelį [5]. Kiekvienam modeliavimo laiko žingsniui išsaugomos visų žvaigždžių koordinatės bei greičiai. Analizė atliekama nagrinėjant šių mikroskopinių (informacija apie kiekvieną žvaigždę) duomenų rinkinius: analizuojame žvaigždžių erdvinį pasiskirstymą įvairiose projekcijose, integralinius bei diferencialinius tankio profilius, kurie leidžia susieti sumodeliuotas struktūras su nykštukinių galaktikų fotometriniais duomenimis. Vizualinei analizei atlikti buvo parašyta 3D pavaizdavimo programa nbodyplot (paremta s2plot biblioteka [6]), kurią naudojant vizualizuojama erdvinių struktūrų 3D evoliucija laike. Nustatėme, kad sutankėjimų išilgai uodegos (1 pav.) ryškumas bei pobūdis priklauso nuo ekscentriciteto, o spiečiaus suardymo pabaigoje susidarančio žvaigždinio žiedo plotis (2 pav. jau ties 400 mln. metų tampa beveik homogenišku žiedu) priklauso nuo 196 Studentų moksliniai tyrimai 2011/2012

198 orbitos ekscentriciteto bei spindulio. Modeliavimas atliktas sferiškai simetriškame tamsiosios medžiagos potenciale, kuris tinka sferoidinėms nykštukinėms galaktikoms, bet siekdami didesnio universalumo bei naujų efektų nagrinėjimo, ateityje modeliuosime spiečius, patalpintus triaksialiniame potenciale. 1 pav. Sutankėjimai (pažymėti elipsėmis), spiečiui judant beveik apskritimine orbita. Spiečiaus parametrai: m=104 Msol, ρ=1 Msol/pc3, t=70 mln. metų 2 pav. Tas pats spiečius ties 220 mln. metų. Matome, kad formuojasi žiedinė struktūra. Sutankėjimai tampa ne tokie ryškūs Literatūra [1] Küpper, A. H. W., Lane, R. R., & Heggie, D. C. 2012, MNRAS, [2] Fellhauer, M., Kroupa, P., Baumgardt, H., et al. 2000, AN, 5, 305. [3] Navarro, J. F., Frenk, C. S., & White, S. D. M. 1997, ApJ, 490, 493. [4] Aarseth, S. J., Henon, M., & Wielen, R. 1974, A&A, 37, 183. [5] Plummer, H. C. 1911, MNRAS, 71, 460. [6] Barnes, D. G., Fluke, C. J., Bourke, P. D., & Parry, O. T. 2006, PASA, 23, 82. FIZINIAI MOKSLAI 197

199 VITAMINŲ C IR K 3 KOMPLEKSO ĮTAKOS ELEKTROPORACIJAI MODELIAVIMAS KVANTINĖS MOLEKULIŲ TEORIJOS METODAIS K. Šarka, Vilniaus universiteto Fizikos fakulteto Bendrosios fizikos ir spektroskopijos katedra A. Gruodis, Vilniaus universiteto Fizikos fakulteto Bendrosios fizikos ir spektroskopijos katedra Ląstelės membrana tai užtvarinis bilipidų sluoksnis, apsaugojantis ląstelės sandus nuo išorės įtakos. Dinaminis procesas laikinos skylės membranoje sukūrimas išorinio elektrinio lauko pagalba yra naudojamas ląstelių inžinerijoje kaip beveik nežalojanti ląstelių in-vivo priemonė manipuliacijoms ląstelių turiniu ir struktūra. Skylės pramušimas nano- lygiu (trunkantis iki 20 ns) leidžia įterpti į ląstelę tam tikras chemines medžiagas, pakeisti terpės rūgštingumą ir pan. Tačiau elektroporacijos procesas, nors ir kelis dešimtmečius plačiai naudojamas kaip universalus metodas, vis dar nėra pilnai suprastas kvantinės molekulių teorijos artiniu. Modeliavimai molekulinės mechanikos artiniais tik kokybiškai aprašo procesus skylės pramušimo atveju, kai iš aplinkos į viduląstelinę terpę pakliūna išorės terpės medžiagos. Pašalinio elektrinio lauko įtaka modeliuojama kaip integralinis vyksmas (naudojant sferinio kondensatoriaus modelį). Šis darbas skirtas ištirti, kaip išorinis kompleksas vitaminų C ir K 3 darinys įtakoja skylės prasivėrimą ląstelės membranoje. Reikia atsižvelgti į keletą skirtingų veiksnių makro- lygmenyje (paviršiaus įtempimo jėgos ir kt.) bei mikro- lygmenyje Kulono sąveika tarp krūvį turinčių molekulinių darinių [1]. Ląstelės membranai aprašyti panaudotas vadinamasis skysčių mozaikos modelis (fluid mosaic model) [2]: tolygiai pasiskirstę du fosfolipidų sluoksniai be jokių baltymų. Toks modelis tinkamas struktūroms iki 10 nm dydžio. Manoma, kad sinergetinės šių vitaminų vėžį slopinančios savybės yra paaiškinamos jų tarpusavio sąveika: Vitaminas C smarkiai paspartina K 3 tarpląstelinę oksidacijosredukcijos reakciją, taip padidindamas pernešamų produktų kiekį [3]. Detali teorinė tokio reiškinio analizė dar nebuvo atlikta. Taip pat neaišku, ar ląstelės membranos pralaidumas turi kokios nors įtakos šiam reiškiniui. Tarpląstelinė cheminė pernaša yra itin sudėtingas procesas. Cheminių elementų esančių išorėje įtaka membranos geometrinės struktūros pokyčiams yra tik spėjama. Pavienių vitaminų C ir K 3 molekulių dariniai buvo panaudoti tarpusavio sąveikos si- 198 Studentų moksliniai tyrimai 2011/2012

200 muliacijai. 1 pav. pateiktas membranos išsilenkimas dėl askorbilo (jonizuotos vitamino C formos) poveikio. Modelinis junginys šešios fosfolipido molekulės ir askorbilas (jonizuota vitamino C forma) buvo sudarytas kaip viendimensinė vieno lipido sluoksnį nm apimtyje imituojanti struktūra. Skaičiavimai kvantinės molekulių teorijos metodais buvo atlikti Gaussian03 paketu. Modelinio junginio geometrijos optimizavimas ir sugerties elektroninio spektro skaičiavimai buvo atlikti ab-initio Hartrio-Foko (HF) pusempiriniu tankio funcionalo B3LYP metodais, naudojant 6-311G bazę su poliarizacinėmis (d, p) funkcijomis bei ZINDO ir TD funkcionalus. Konstatuota, kad elektroporacijos kaip vyksmo modeliavimą galima išskaidyti į dvi dalis. Pirmasis etapas. Askorbilas (kaip išorinio elektrinio lauko elektroniškai sužadinta jonizuota L-askorbato molekulė, praradusi vieną ar du protonus) priartėja prie lipidų paviršiaus. Dėl Kulono jėgų poveikio ties centru vyksta paviršiaus įtempimo jėgų perskirstymas stebimas grįžtamojo pobūdžio išsilenkimas. Antrasis etapas. Kai išsilenkimas padidėja tiek, kad lipido amino grupė atsiduria už lipido fosfogrupės, vyksta griūtinis lipidų molekulių išsisklaidymas, kuris traktuotinas kaip esminis skylės susiformavimo etapas. Pasiūlytas originalus kvantcheminis modelis [4 5], tikrintinas ląstelių elektroporacijos eksperimentais. 1 pav. Membranos paviršiaus išsilenkimas dėl askorbilo poveikio FIZINIAI MOKSLAI 199

201 Literatūra [1] Chen, C., Smye, S. W., Robinson, M. P., Evans, J. A. (2006) Med Biol Eng Comput 44, [2] Singer, S. J., Nicolson, G. L. (1972) Science 175, 720. [3] Verrax, J., Cadrobbi, J., Delvaux, M., Jamison, J. M., Gilloteaux, J., Summers, J. L., Taper, H. S., Calderon, P. B. (2003) Eur J Med Chem 38, 451. [4] A. Gruodis, N. Galikova, K. Šarka, R. Saule, D. Batiuškaitė, and G. Saulis. Mechanism of Intermolecular Electron Transfer in Bionanostructures / /Nanodevices and Nanomaterials for Ecological Security. - NATO Science for Peace and Security Series. Series B: Physics and Biophysics. Ed. By Yuri N. Shunin and Arnold E. Kiv. - ISBN (PB) Springer: P [5] A. Gruodis, N. Galikova, K. Sarka, R. Saule, D. Batiuskaite, G. Saulis. On the mechanism of synergistic cytotoxicity of vitamins C and K3: Experiments in vitro and quantum-chemical analysis. // Biophysical Journal, 102, 3, S1 (2012) P Studentų moksliniai tyrimai 2011/2012

202 Hidrazono fragmentą turinčių 1-fenil- 3-propoksi-1,2,3,4-tetrahidrochinolino dažiklių sintezė K. Rakštys, Kauno technologijos universiteto Cheminės technologijos fakultetas M. Daškevičienė, V. Getautis, Kauno technologijos universiteto Cheminės technologijos fakultetas Pastaraisiais dešimtmečiais, mažėjant organinio kuro atsargoms bei didėjant aplinkos taršai, pasaulyje pastebimas ypatingas susidomėjimas atsinaujinančiais energijos šaltiniais. Saulė pats galingiausias energijos šaltinis Žemėje. Saulės energijos konversijai į elektros energiją naudojami saulės elementai. Žemės paviršius per valandą gauna apie 178 TWh Saulės energijos, tuo tarpu metinis pasaulio poreikis tėra 111 TWh. Taigi, tinkamai ištobulinus saulės elementus, galima visiškai jį patenkinti, todėl daugelio šalių vyriausybės įvairiais būdais stimuliuoja Saulės energetikos plėtrą. Ypač didelį susidomėjimą kelia dažikliais sensibilizuoti Saulės elementai, kuriuos aprašė M. Grätzelas [1]. Tokią saulės celę sudaro: dažiklis metalo organinis juginys, sugeriantis regimąją elektromagnetinių bangų dalį, n-tipo puslaidininkis mezoporinis TiO 2 pasižymintis dideliu skirtumu tarp HOMO (highest occupied molecular orbital) ir LUMO (lowest unoccupied molecular orbital), bei skystas elektrolitas. Dažiklių molekulės dažniausiai yra D-π-A struktūros, turinčios didelį dipolio momentą, užtikrinantį pakankamą krūvininkų atskyrimą. Tokių celių našumas šiuo metu jau siekia 13 %. Tokie geri rezultatai gauti visų pirma dėl nanostruktūrinio titano oksido sluoksnio. Pastarasis ne tik užtikrina efektyvią elektronų pernašą, bet ir dėka ultraporėtos nanostruktūros pasižymi labai dideliu paviršiaus plotu, kas savo ruožtu leidžia adsorbuotis didesniam kiekiui dažiklio molekulių. Vienas iš pagrindinių tokio tipo junginiams keliamų reikalavimų intensyvi absorbcija kiek įmanoma platesniame regimosios šviesos ( nm) ir artimosios infraraudonosios (NIR) spinduliuotės diapazone (iki 1000 nm). Deja, žinoma tik keletas dažiklių klasių, kaip cianininiai, ftalocianininiai, kvadrato rūgšties dariniai (squarylium dyes), kurių absorbcijos maksimumas yra apie 700 nm. Todėl naujų chromoforų, absorbuojančių spindulius raudonajame bei artimajame IR regione, sukūrimas yra viena iš aktualiausių problemų, vystant organinių DSSC technologiją. Tyrimų metu buvo susintetinti (1 pav.) du literatūroje neaprašyti dažikliai. Pirmiausia, 1-fenil-3-hidroksi-1,2,3,4-tetrahidrochinoliną (1) virinant THF, propilbro-midu buvo sualkilinta aktyvi hidroksilgrupė. Išskirtas 1-fenil-3-propoksi-1,2,3,4-tetrahidro- FIZINIAI MOKSLAI 201

203 chinolinas (2) toliau formilinamas veikiant POCl 3 /DMF kompleksu Vilsmeier-Haack reakcijos sąlygomis. 1-fenil-3-propoksi-1,2,3,4-tetrahidrochinolin-6-karbaldehido (3) propanolio tirpalą veikiant fenilhidrazinu buvo gautas atitinkamas kristalinis hidrazonas (4). Šiam reaguojant su 4-fluorbenzaldehidu gautas junginys (5), kurį išskyrus ir toliau kondensuojant su 2-cianoacto rūgštimi bei rodanino-3-acto rūgštimi buvo gauti atitinkami dažikliai (D1) ir (D2), pasižymintys intensyvia šviesos absorbcija. OH O O N Br N POCl 3,DMF N O O H N NH2 N O O 5 N N O F N 4 N NH CN HOOC S N S O COOH N O N N R= D1 D2 R CN COOH O N S S COOH 1 pav. Dažiklių D1 ir D2 sintezės schema Nustatyta susintetintų dažiklių lydymosi temperatūra. Dažiklių struktūros patvirtintos 1 H BMR bei IR spektroskopija, ištirtos jų optinės savybės, su tikslu juos panaudoti Saulės celių technologijose. Literatūra [1] Nazeeruddin, M. K., Kay, A., Rodicio, I., Humphry-Baker, R., Müller, E., Liska, P., Vlachopolous, N., Grätzel, M. J. Am. Chem. Soc., 1993, 115, p Studentų moksliniai tyrimai 2011/2012

204 (In, Ga)N kvantinių sandarų tyrimas optiniais sužadinimo-zondavimo metodais K. Nomeika, Vilniaus universitetas R. Aleksiejūnas, Taikomųjų mokslų institutas Puslaidininkinės LED (angl. light emitting diodes) technologijos yra plačiai paplitusios žmonių kasdienybėje: apšvietimo, telekomunikacijų, informacijos saugojimo sistemose. Nors LED apšvietimo sistemos kol kas yra brangios, tačiau jų efektyvumas ir našumas verčia jomis keisti kaitrines bei liuminescencines lemputes, kadangi energijos taupymas yra viena pagrindinių šiandienos problemų. Tokiems prietaisams dėl savo savybių labai plačiai naudojami InGaN lydiniai. Keičiant tokioje medžiagoje In ir Ga santykį, galima išgauti iš šviestukų visą matomos šviesos spektrą, infraraudonąją arba ultravioletinę spinduliuotę, kurios bangos ilgis yra nuo 675 nm iki mažiau nei 370 nm. Tokie dariniai turi būti kuo našesni, todėl įvairiomis technologijomis stengiamasi kurti kuo pranašesnes jų sandaras. Dėl to paskutiniu metu daug dėmesio yra skiriama įvairių InGaN kristalų su skirtingomis struktūromis bei santykiniais In ir Ga kiekiais kūrimui ir tyrinėjimui. Šiame darbe buvo tirti keturi bandiniai su skirtingom struktūrom: GaN, storasluoksnis In 0.1 Ga 0.9 N ir du InGaN bandiniai su kvantinėm sandarom. Bandinių tyrimui buvo naudotas dinaminių difrakcinių gardelių (DDG) metodas [1]. Šiame metode bandinys yra sužadinamas interferenciniu dviejų koherentinių spindulių lauku, taip jame sukuriant dinaminę difrakcinę gardelę. Ji yra nuskaitoma užvėlinamu difraguojančiu zondo spinduliu. Eksperimente naudotų žadinančio ir zonduojančio spindulių ilgiai buvo 355 nm ir 1064 nm atitinkamai. Darbo metu nustatyta, jog GaN ir InGaN rekombinacijos spartos smarkiai skiriasi pastarajame jos vertė yra didesnė. Esant 0,375 mj/cm 2 žadinančiojo pluoštelio intensvyumui, galio nitride rekombinacijos trukmė τ R =1,38±0,08 ns, o indžio galio nitride τ R =0,32±0,02 ns. Tai galima paaiškinti dideliu skaičiumi defektų InGaN darinyje, kurie yra nespindulinės rekombinacijos centrai [2]. Taip pat kokybiškai skiriasi DDG irimo kinetikų priklausomybė nuo žadinimo: GaN atveju ji greitėja, o InGaN atveju priešingai lėtėja. To priežastis yra defektinių lygmenų sotinimasis. InGaN šviestukų struktūrose (su kvantiniais šuliniais) stebėta nemonotoninė rekombinacijos spartos priklausomybę nuo žadinimo. Iš pradžių, keliant žadinimo inten- FIZINIAI MOKSLAI 203

205 syvumą, ji spartėja dėl netiesinės rekombinacijos (greičiausiai dėl tarpjuostinės). Tačiau, pasiekus tam tikrą žadinančiojo pluoštelio intensyvumo vertę ( ~0,24 mj/cm 2 ), rekombinacijos sparta įsisotina ir ima mažėti (1 pav.). Tokia priklausomybę galima paaiškinti elektroninių būsenų kvantinėse duobėse ir defektinių lygmenų jų išorėje įsotinimu [3]. 1 pav. Kinetikų priklausomybė nuo žadinančiojo pluoštelio intensyvumo, esant Λ=22,4 µm periodo indukuotai dinaminei gardelei. Juoda spalva pažymėtos greitėjančios, o raudona lėtėjančios kinetikos Taip pat pastebėta tendencija, kad medžiagose, turinčiose indžio, difuzijos koeficientas ir judris mažėja, didinant energijos tankį, o GaN didėja. To priežastys gali būti fononų (dėl kristalinės gardelės temperatūros didėjimo) arba elektronų skaičiaus didėjimas, dėl kurių vyksta sklaida. Literatūra [1] G. Juška, J. Petrulis, Light-Induced Transient Gratings in Semiconductors: A Nondestructive Optical Technique for the Characterization of Materials for Electronics, Physics of Advanced Materials, Winter School (2008). [2] Z. Liliental-Weber1, K. M. Yu1, M. Hawkridge1, S. Bedair, A.E. Berman, A. Emara, D. R. Khanal1, J. Wu1, J. Domagala, and J. Bak-Misiuk, Structural perfection of InGaN layers and its relation to photoluminescence, Phys. Status Solidi C 6, No. 12, (2009). [3] J.-I. Shim, H. Kim, D.-S.Shin, H.-Y.Yoo, An Explanation of Efficiency Droop in InGaN-based Light Emitting Diodes: Saturated Radiative Recombination Rate at Randomly Distributed In-Rich Active Areas, Journal of the Korean Physical Society 58(3), (2011). 204 Studentų moksliniai tyrimai 2011/2012

206 Sužadinimo energijos pernaša para-heksafenilo (p6p) molekuliniuose kristaluose K. Budzinauskas, Vilniaus universitetas dr. R. Augulis, Fizinių ir technologijos mokslų centras Konjuguotų polimerų ir oligomerų tyrimai yra labai sparčiai besiplečianti sritis medžiagotyroje dėl galimybės taikyti π elektronų laidumo medžiagas elektronikoje ir fotonikoje. Konjuguotieji polimerai apjungia klasikinių puslaidininkių savybes su labai plačiomis plastikų technologinėmis galimybėmis. Tokie polimerai plačiai taikomi OLED [1] technologijose. Šio darbo metu buvo analizuojamos paraheksafenilo C 36 H 26 molekuliniai kristalai. Paraheksafenilas (p6p) yra aromatinė molekulė, sudaryta iš šešių benzeno žiedų, sujungtų vienoje grandinėje. Panašiai kaip ir anglies nanovamzdelių atveju, p6p molekulėje anglis hibridizuojasi, suformuodama tris sp 2 hibridines orbitales ir vieną paprastą p orbitalę. Darbe buvo bandoma išsiaiškinti, kokiems auginimo parametrams esant paraheksafenilo (p6p) sluoksniai pasižymi geriausiomis fluorescencinėmis savybėmis ir kaip šioje medžiagoje vyksta sužadinimo energijos pernaša. Varijuojant auginimo parametrais (garintuvo, padėklo, sienelių, bandinio, atkaitinimo temperatūromis, auginimo ir atkaitinimo laikais), galima keisti šių kristalų išsidėstymą, vadinasi ir optines savybes Tai leidžia sukurti mikroninius darinius, kurių savybes galima lengvai keisti. 1 pav. a) p6p molekulės schema, b) p6p molekulių išsidėstymas kristale [2] FIZINIAI MOKSLAI 205

207 Bandinių fluorescencijos spektrai buvo fiksuojami optiniu fluorimetru Edinburgh FL920, naudojant 375nm žadinantį lazerį. Žadinančio lazerio impulsų pasikartojimo dažnis 10MHz. AFM matavimai buvo atlikti Linco universitete Nanoscope 3 atominės jėgos mikroskopu. Bandinių spektrams su gera laikine skyra (~2ps) gauti buvo naudojama Hamamatsu fotoelektronų kamera (streak camera), žadinta buvo 343nm bangos ilgio 3W optinės galios ir 76MHz pasikartojimo dažnio lazeriu. Bandiniai prieš matuojant buvo įdėti į sąndarią nešiojamą vakuumine kamerą. Atsiurbta buvo iki 1 Pa slėgio tam, kad p6p kristalai nedegraduotų UV šviesoje. 2 pav. 145, 144 bandinių AFM nuotraukos ir atitinkami liuminescencijos spektrai 3 pav. 145 bandinio foloelektronų kameros vaizdas (fluorescencija iki700 ps) Atlikus fluorescencijos tyrimus paaiškėjo, jog p6p medžiagos optines savybes įtakoja jos kristalų morfologija. Jeigu kristalų ilgis ~4ηm spektre ima vyrauti 0 3, 0 4 vibroniniai šuoliai (vadinasi atomai po sužadinimo persiskirsto smarkiai). Iš fotoelektronų kameros rezultatų paaiškėjo, jog p6p kristalų fluorescencijos spektre egzistuoja du komponentai. Pirmas komponentas ( nm) nugęsta per ~1 ns, o antrasis ( nm) per ~7 ns. Matuojant optinio sužadinimo gęsimo pradžią (iki 50 ps), pastebėta jog egzisuota sužadinimo energijos pernaša iš pirmo komponento į antrąjį. Literatūra [1] F. Geiger, M. Stoldt, H. Schweizer, P. Bäuerle, E. Umbach, Adv.Mater. 1993, 5, 922. [2] R. Resel, Thin Solid Films 433, 1 (2003). 206 Studentų moksliniai tyrimai 2011/2012

208 MIKROOPTIKOS ELEMENTŲ FORMAVIMAS DVIFOTONĖS POLIMERIZACIJOS BŪDU IR JŲ SAVYBIŲ TYRIMAS K. K. Tikuišis, Vilniaus universiteto Fizikos fakulteto Kvantinės elektronikos katedra A. Žukauskas, Vilniaus universiteto Fizikos fakulteto Kvantinės elektronikos katedra Tradicinių optinių komponentų miniatiūriniai atitikmenys, kartais į vieną sujungiantys net kelias skirtingų įprastinių komponentų funkcijas, yra svarbios įvairių šiuolaikinių telekomunikacijų ir informacijos apdorojimo technologijų dalys. Mikroprizmės yra vienas tokių mikrooptikos komponentų pavyzdžių. Jos naudojamos kaip pluošto dalikliai bei kreipikliai šviesolaidžiuose [1], o prizmelių masyvai yra neatskiriamos projektuojamų mikroschemose integruotų medicininės fluorescencinės diagnostikos laboratorijų sudedamosios dalys [2, 3]. Nemažai šių taikymų kol kas tik koncepciniai, mat reikia išspręsti daugybę praktinių pigaus, greito ir tikslaus masinio šių komponentų gaminimo problemų, kam ir skirtas šis darbas. Prizmelės formuotos daugiafotonės polimerizacijos būdu, kai aštriai sufokusuotas lazerio spindulys pataškiui paveikia šviesai jautrią medžiagą ir šitaip sukuria norimų geometrinių matmenų struktūrą. Pagrindinis šio darbo tikslas buvo ištirti įvairius prizmelių formavimo algoritmus. Jie aprašo trajektorijas, kuriomis stacionarios padėties lazerio pluošto atžvilgiu turėtų judėti bandinio poslinkio staliukai, užtikrinantys pataškinį medžiagos paveikimą. Taigi formavimo algoritmas tiesiogiai lemia supolimerizuoto objekto kokybę. Siekta išsiaiškinti, kuris algoritmų suformuoja prizmeles greičiausiai ir tiksliausiai. Kaip spinduliuotei jautrią medžiagą naudojome šioje srityje gerai žinomą hibridinį organinį-neorganinį polimerą ORMOSIL (SZ2080), patrauklų puikiu skaidrumu optinėje spektro dalyje, mechaniniu, cheminiu ir terminiu stabilumu. 1 pav. Bandinį judinančių staliukų trajektorijų skaidymo lygiagrečiomis (a) ir nuožulniomis (b) pagrindui plokštumomis pavyzdžiai FIZINIAI MOKSLAI 207

209 Tikrinome tokius prizmelių formavimo algoritmus: a) pilnavidurių, kai tuo pačiu lazeriu pataškiui suformuojamas visas prizmės tūris; b) tuščiavidurių, kai lazeriu suformuojamas tik išorinis objekto sluoksnis, o likęs tūris vėliau supolimerizuojamas apšvitinant visą bandinį UV lempele. Šiuo metodu tikėtasi gerokai sutrumpinti laiką, reikalingą tam pačiam bandinių kiekiui suformuoti lazeriu. Su kiekvienu iš šių algoritmų mėginome trimates bandinį judinančių staliukų trajektorijas skaidyti lygiagrečiomis pagrindui arba nuožulniomis (lygiagrečiomis prizmės įžambinei) plokštumomis (1 pav.). Taip pat tikrinome, koks optimalus skiriamasis pavienių staliukų trajektorijų atstumas. Siekėme išsiaiškinti, kuris algoritmas leidžia suformuoti glotniausio paviršiaus prizmeles. Išsiaiškinome, jog pilnavidurių prizmių formavimo algoritmų vykdymo trukmė beveik eile didesnė nei tuščiavidurių, nors abiem būdais suformuoti objektai forma nesiskiria. Taip pat sužinojome, jog algoritmais, kuriais prizmės formuojamos išskaidžius jas nuožulniomis plokštumomis ir bandinį judinantiems staliukams vienu metu judant visomis kryptimis, suformuojamos iškraipytų formų prizmės. Įtariame, jog tai gali būti susiję su nesinchronizuotu staliukų judėjimu xy ir z ašių atžvilgiu. Tuo tarpu pagrindo atžvilgiu lygiagrečių plokštumų skaidymo metodu, kai xy bei z ašių staliukai juda skirtingais laiko tarpais, suformuotos prizmės atitinka projektuotąją formą. Ištyrę optimalius prizmių formavimo parametrus pagaminome ir pamatavome daug pavienių prizmių bei jų masyvų. Mažiausių prizmių, kurias mums pavyko suformuoti, matmenys siekia 15x15x15 μm (2 pav.), o pačių didžiausių, kurias ateityje planuojame formuoti tiesiai ant daugiamodžių šviesolaidžių išvadinių paviršių, siekia 70x70x70 μm (3 pav.). 2 pav. 15x15x15 μm matmenų prizmelių masyvas 3 pav. 70x70x70 μm matmenų mikroprizmė Literatūra [1] Huan, C.-C., Chang, C.-Y., Wang, W.-S. Lasers and electro-optics, CLEO/Pacific Rim The 5th Pacific Rim conference on, 2003, 2, 635. [2] Lin, H.-B., Lin, Y.-B., Wang, W.-S. IEEE Journal of quantum electronics, 1998, 34 (12), [3] Huang, S.-H., Tseng, F.-G. Journal of micromechanics and microengineering, 2005, 15, Studentų moksliniai tyrimai 2011/2012

210 OPOKOS PRIEDO ĮTAKA CHLORIDO JONAIS PAVEIKTO CEMENTO AKMENS SULFATINEI KOROZIJAI ŽEMOJE TEMPERATŪROJE L. Liaudanskytė, Kauno technologijos universitetas I. Barauskas, Kauno technologijos universitetas Naudojant netinkamą cementą, agresyvioje aplinkoje eksploatuojami gaminiai (pamatai, kelkraščiai, krantinės ir kt.) pradeda irti, o tokių klaidų taisymas labai brangus ir sudėtingas procesas. Dėl šios priežasties cemento hidratacijos ypatumų tyrimai agresyvioje aplinkoje yra aktualus klausimas. Sulfatinės korozijos mechanizmas aiškinamas etringito ir gipso susidarymu, tačiau ar visada pagrindine šio reiškinio priežastimi yra etringito susidarymas? Lietuvoje svarbu naudoti tinkamą cementą, statant ir eksploatuojant vandenvalos, jūrų uostų, tiltų, kelių ir kt. įrenginius. Taip pat svarbu ištirti ne tik sulfatų, bet ir chloridų poveikį kietėjančiam arba sukietėjusiam cemento akmeniui. Anksčiau buvo manoma, kad chloridai yra pavojingi ne cementui, bet plieninei armatūrai, nes sukelia jos koroziją. Tačiau pastebėta, kad chloridai turi įtakos ir sulfatinei korozijai. Chloridų yra gausu dirvose, nutekamuosiuose bei gamtiniuose vandenyse. Taip pat NaCl druska naudojama ir apledėjusiems keliams tirpdyti, o tokiu atveju cemento gaminius veikia labai koncentruoti chloridų tirpalai [1 2]. Lietuvoje yra dideli natūralaus gamtinio pucolano, kuris vadinamas karbonatine opoka, ištekliai (~35 mln. t.). Jos pagrindiniai komponentai yra amorfinis silicio dioksidas ir kalcitas. Kokį vaidmenį kietėjant portlandcemenčiui atlieka aktyvusis SiO 2 ir kokį kalcitas, dar nėra visiškai ištirta. Mokslinio tiriamojo projekto tikslas ištirti opokos priedo įtaką chlorido jonais paveikto cemento akmens sulfatinei korozijai žemoje temperatūroje. Naudotos medžiagos ir tyrimų metodika. Darbe buvo naudotas portlandcementis, iš AB Akmenės cementas klinkerio, pridedant 4,5 % gipso (reagentinis dihidratis gipsas, ch. grynas 99,5 %, Vokietija). Buvo suformuoti kontroliniai bandiniai iš portlandcemenčio be priedų ir bandiniai, kuriuose 5, 15 ir 25 % cemento masės buvo pakeista karbonatinės opokos priedu. Vandens ir rišamosios medžiagos santykis V/C buvo parinktas pagal normaliai tešlos konsistensijai reikalingą vandens kiekį. Visi suformuoti bandiniai, kurių matmenys 20x20x20 mm, buvo kietinti 100 % sant. oro drėgmėje 20 C temperatūroje 24 h, išimti iš formų ir toliau hidratuoti 28 paras vandenyje 20 C tempe- FIZINIAI MOKSLAI 209

211 ratūroje. Standartinėse sąlygose 28 paras išlaikyti bandiniai buvo nusausinti, pasverti. Visų bandinių milteliai užpilami acetonu ir džiovinami džiovinimo spintoje 1,5 val C temperatūroje. Likę bandiniai sumerkiami į sotų NaCl tirpalą ir laikomi vieną mėnesį, 4 0 C temperatūroje. Po mėnesio, bandiniai sumerkiami į 5 % Na 2 SO 4 tirpalą ir laikomi 3 mėnesius, 4 0 C temperatūroje. Po 3 mėnesių išlaikymo, bandiniai analogiškai tiriami ir ruošiami instrumentinės analizės tyrimams. Tyrimuose buvo panaudoti šie instrumentinės analizės metodai: mikrokalorimetrinė analizė, rentgeno difrakcinė analizė (XRD), diferencinė skenuojanti kalorimetrija ir termogravimetrija (DSK TG), skenuojanti elektroninė mikroskopija (SEM), infraraudonojo spektro molekulinė absorbcinė spektrinė analizė (FT IR). Rezultatai ir jų aptarimas. Remiantis atliktos mikrokalorimetrinės analizės duomenimis galima teigti, kad opoka greitina trikalcio silikato hidrataciją (1 pav.). Didinant opokos kiekį nuo 5 iki 25 %, maksimalios trikalcio silikato hidratacijos šilumos srauto vertės buvo pasiektos: kai opokos 5 % po 10 h 28 min.; kai 15 % po 9 h ir 28 min., o kai 25 % lygiai 9 h nuo hidratacijos pradžios. Tuo tarpu, portlandcemenčio be priedo maksimali šilumos srauto vertė pasiekta po 10 h 32 min. 1 pav. 16 valandų portlandcemenčio su opokos priedu hidratacijos mikrokalorimetrinės analizės šilumos srauto kreivės, kai opokos kiekis: 1 0 %; 2 5 %; 3 15 %; 4 25 % Opokos priedo įtaką cemento stipruminėms savybėms po 28 parų kietėjimo normaliomis sąlygomis pateikta 1 lentelėje. 210 Studentų moksliniai tyrimai 2011/2012

212 1 lentelė. Portlandcemenčio su opokos priedu bandinių stipriai gniuždant Opokos priedo kiekis bandiniuose Po 28 parų kietėjimo normaliomis sąlygomis (n.s.) Bandinių stipris gniuždant, MPa Po 28 parų kietėjimo n.s. ir mėnesio soč. NaCl tirpale Po 28 parų n.s., 1 mėn. soč. NaCl ir 3 mėn. 5 %Na 2 SO 4 tirp. Cementas + 0 % 86,70 91,90 82,70 Cementas + 5 % 74,00 78,00 71,50 Cementas + 15 % 55,50 70,70 70,10 Cementas + 25 % 49,75 76,00 53,33 Nustatyta, kad opokos priedas mažina 28 paras normaliomis sąlygomis kietintų bandinių stiprį gniuždant. Pakeitus 5 % cemento opokos priedu, bandinių stiprumas sumažėja apie 15 % (nuo 86,7 iki 74 MPa); pakeitus 15 % sumažėja apie 36 %; pakeitus 25 % net apie 43 %. Ištirta, kad 5 % opokos priedas didelės įtakos cemento bandinių kietėjimui soč. NaCl tirpale 4 0 C temperatūroje neturi, tačiau bandinių, kuriuose pakeista 15 ir 25 % opokos priedu, stipris didėjo greičiau. Didžiausias stiprio gniuždant didėjimas nustatytas bandiniuose su 25 % opokos priedu net 52 % (nuo 49,8 iki 76,0 MPa). Po bandinių išlaikymo 1 mėn. soč. NaCl ir 3 mėn. 5 % Na 2 SO 4 tirpaluose, 4 0 C temperatūroje, matome, kad stipris nesumažėjo tik bandiniuose su 15 % opokos priedu. Galima teigti, kad bandiniai su 15 % opokos priedu yra atspariausi (lyginant su visais tirtais) chlorido jonais paveiktų bandinių sulfatinei korozijai žemoje temperatūroje. Literatūra [1] Taylor, H. F. W. Cement Chemistry. Telford, Londonas psl. [2] Skalny, J., Marchand, J., Odler I., Sulfate attack on concrete, Modern Concrete Technology Series, Spon Press, Londonas psl. FIZINIAI MOKSLAI 211

213 DAUGIASLUOKSNIŲ PLĖVELIŲ, SUDARYTŲ IŠ AUKSO NANODALELIŲ IR BALTYMŲ, CHARAKTERIZAVIMAS RAMANO SPEKTROSKOPIJOS METODU L. Abariūtė, Vilniaus Gedimino technikos universitetas G. Niaura, Fizinių ir technologijos mokslų centro Chemijos institutas Biotechnologiniuose ir elektrocheminiuose procesuose, anijonų analizėje dažnai svarbu sukurti paviršių, turintį stabilų teigiamą krūvį, tam, kad jis efektyviai pritrauktų ir išlaikytų neigiamą krūvį turinčius jonus ir biomolekules iš tirpalo [1, 2]. Tokiomis savybėmis pasižymi organinių katijonų ir aukso nanodalelių daugiasluoksnės struktūros. Šiuose tyrimuose ypatingai svarbu yra charakterizuoti baltymų sąveiką su aukso paviršiais ir susidariusio dalelių komplekso stabilumą [3]. Šio darbo tikslas charakterizuoti daugiasluoksnes plėveles, sudarytas iš aukso nanodalelių (AuNDs) ir baltymų bei organinio katijono (1-(6-merkaptoheksil) piridinio, MHP) Ramano spektroskopijos metodu. Svarbiausi rezultatai buvo gauti formuojant daugiasluoksnį paviršių iš MHP bei AuNDs. Sluoksniai buvo formuojami pakaitomis elektrodą įmerkiant į MHP (atitinkamai 10, 15, 20 ir 25 min) ir AuNDs (1 h) tirpalus, bei užrašant jų Ramano sklaidos spektrus. 1 pav. A Ramano sklaidos spektrai gauti formuojant daugiasluoksninę sistemą; B sulfato anijono 977 cm -1 smailės ploto kitimo priklausomybė nuo sluoksnio sandaros 212 Studentų moksliniai tyrimai 2011/2012

214 Iš gautų spektrų (1 pav.) galime teigti, kad daugiasluoksnis formuojasi sąveikaujant piridinio žiedo teigiamam krūviui su AuNDs sudėtyje esančiais citrato anijonais. Juosta ties 977 cm -1 susijusi su teigiamą MHP krūvį kompensuojančiais sulfato anijonais. Pradedant eksperimentus šios juostos intensyvumas didžiausias. 1b pav. matomas 977 cm -1 smailės ploto pokytis, t. y. prie elektrodo paviršiaus prisijungiant MHP juostos plotas padidėja, o jungiantis AuNDs sumažėja, nes citrato anijonai pakeičia MHP paviršiuje, esančius SO 4-2 anijonus. Suformavus 4 sluoksnių sistemą ((MHP-AuNDs) 4 ), elektrodo paviršiuje buvo imobilizuotas fermentas (Mikroperoksidazė (MP-11), adsorbcijos laikas 30 min, koncentracijos: 10 ir 120 µm). Fermento adsorbcija buvo charakterizuojama Ramano spektroskopijos metodu (2 A. pav.). Ramano spektruose atsiranda 1509, 1368, 1124 cm -1 smailės (2 B, C, D pav.), kurios yra būdingos MP-11 fermentui. Taigi, panaudojant PSRS metodą, buvo parodyta, kaip formuojasi polisluoksnis ant modifikuoto Au elektrodo. Nustatyta, kad citrato anijonai išstumia sulfato anijonus fazių riboje ir parodyta, kad fermentas MP-11 gali būti adsorbuotas, panaudojant daugiasluoksnę sistemą. 2 pav. A Ramano sklaidos spektrai, rodantys kaip MP-11 adsorbuojasi ant daugiasluoksnės struktūros; B, C, D MP-11 Ramano sklaidos smailių ties 1509, 1368 ir 1124 cm -1 plotų priklausomybės nuo sluoksnio sandaros FIZINIAI MOKSLAI 213

215 MIKROBANGŲ POVEIKIS 5-CIAN-2- METILSULFANIL-4(3H)-PIRIMIDINONO SINTEZEI L. Alinauskas, Lietuvos edukologijos universitetas Ž. Stankevičiūtė, Lietuvos edukologijos universitetas Mikrobangų inicijuojamų organinių reakcijų tyrimai aktualūs žaliosios chemijos požiūriu. Pagrindiniai mikrobangų sintezių privalumai: galima nenaudoti nuodingų organinių tirpiklių, dažniausiai gaunamos didesnės produktų išeigos, susidaro mažiau šalutinių junginių, padidėja reakcijos selektyvumas, reakcijos įvyksta per trumpesnį laiką taupoma energija. Reakcijoms vykstant selektyviau išvengiama papildomo junginių gryninimo, dažniausiai reakcijoms naudojami žalieji tirpikliai (vanduo, etanolis, acetonas) [1, 2]. Mikrobangų poveikis išbandytas ir įvairių pirimidinonų sintezėje [3, 4]. Heterociklinių žiedų formavimas ciklokondensacijos būdu dažnai vyksta aukštose temperatūrose, o įprastinėse sąlygose reikalingas šildymas alyvos, metalų lydinių ar smėlio voniose keletą valandų, kartais net dienų, todėl heterocikliniams junginiams gauti pritaikytos naujos technologijos mikrobangų sintezė. Mikrobangų sintezė išbandyta ir kai kurių heterociklinių vaistų sintezėje [5]. Mikrobangos yra elektromagnetinės energijos forma, kuri patenka į žemesniojo dažnio galą elektromagnetiniame spektre ir yra apibrėžta nuo 300 MHz iki 300 GHz diapazone. Pagal Arenijaus reakcijos greičio lygtį, reakcijos greičio konstanta priklauso nuo dviejų dydžių: nuo teisingai orientuotų molekulių susidūrimo dažnumo (A) ir iš dalelės tų molekulių, kurios turi minimalią energiją reikalingą prašokti aktyvacijos energijos barjerą ( ). Temperatūros padidinimas leidžia molekulėms judėti greičiau, o tai sukelia didelį skaičių labiau energingų susidūrimų. Reakcijos vyksta daug greičiau su mikrobangų pagalba, dėl didelio momentinio šildymo lyginant su normalia masės temperatūra [6]. Pirmiausia šiame darbe iš (E)-2-cian-3-etoksi-2-propeno rūgšties etilesterio (1) veikiant jį S-metilizotiuronio sulfatu gautas (E)-2-cian-3-(S-metilizotioureido)-2-propeno rūgšties etilesteris (2): 1 schema. (E)-2-cian-3-(S-metilizotioureido)-2-propeno rūgšties etilesterio susidarymas 214 Studentų moksliniai tyrimai 2011/2012

216 Gautas (E)-2-cian-3-(S-metilizotioureido)-2-propeno rūgšties etilesteris (2) ciklizuojamas natrio ir kalio šarmų tirpaluose bei koncentruotoje acto rūgštyje esant 350 W mikrobangės galingumui. Reakcijos metu gaunamas šalutinis 4-amino-2-metilsulfanil-4(3H)- pirimidin-5-karboksilatas (3) bei atitinkamos pirimidinono druskos, kurias parūgštinus, gaunamas 5-cian-2-metilsulfanil-4(3H)-pirimidinonas (4) bei šalutinių produktų mišinys: 2 schema. (E)-2-cian-3-(S-metilizotioureido)-2-propeno rūgšties etilesterio ciklizacija Šildymas mikrobangomis leidžia žymiai sutrumpinti sintezės laiką nuo 1 2 valandų šildant 50 C temperatūroje iki 1 2,5 min. (išeigos siekia %). Gauti rezultatai pateikti 1 lentelėje. 1 lentelė. Ciklizacijos mikrobangio spinduliavimo (350 W) sąlygomis tyrimas Ciklizacijos agentas Šarmo koncentracija, M mmol Šarmo kiekis, ml Kolbos turinio temperatūra, o C Reakcijos Prieš Po reakcijos reakciją laikas, min KOH 0, ,5 NaOH 0, N 1 * (F 1 ) 0,03 ( ) 0,10 ( ) KOH 0,101 58, pėdsakai NaOH 0,095 62, ,5 CH 3 COOH - 20 ml CH 3 COOH ,00585 ( ) 0,53 ( ) Nuosėdos, g ( %) (lyd. t., o C) N 2 ** (F 2 ) 0,47 ( ) 0,64 ( ) 0,19 ( ) 0,29 ( ) N 3 *** (F 3 ) 0,39 ( ) 0,51 ( ) FIZINIAI MOKSLAI 215

217 Literatūra [1] Martínez-Palou, R. Journal of the Mexican Chemistry Society, 2007, 51, [2] Polshettiwar V., Varma, R. S. Pure and Applied Chemistry, 2008, 80, [3] Lindstrom, P., Tierney, J., Wathey, B., Westman, J. Tetrahedron, 2001, 57, [4] Barlow, S., Marder, S. R. Advanced functional materials, 2003, 13, [5] C. Oliver Kappe and Doris Dallinger. Nature Reviews, Drug Discovery, 2008, 5, [6] Hayes B. L. Aldrichimica Acta, 2004, 37, Studentų moksliniai tyrimai 2011/2012

218 Optofluidiniams mikrosensoriams skirtų mikrolęšių formavimas ir replikavimas naudojant tiesioginį lazerinį įrašymą ir minkštąją litografiją L. Jonušauskas, Vilniaus universiteto Fizikos fakulteto Kvantinės elektronikos katedra A. Žukauskas, Vilniaus universiteto Fizikos fakulteto Kvantinės elektronikos katedra M. Malinauskas, Vilniaus universiteto Fizikos fakulteto Kvantinės elektronikos katedra Optofluidika mokslo sritis, tyrinėjanti šviesos ir skysčių sąveika. Dėl šios sąveikos galima sukurti naujus mikrometrinių matmenų funkcinius darinius. Šio darbo metu buvo tirta galimybė lazeriu formuoti ir replikuoti mikrolęšius, skirtus panaudojimui optofluidiniuose sensoriuose, kurių principinė veikimo schema pavaizduota (1 pav.). 1 pav. Optofluidinio mikrosensoriaus naudojančio mikrolęšį principinė schema: 1 šviesai jautrus detektorius; 2 mikrokanalo sienos; 3 skystis; 4 mikrolęšis; n 1, n 2, n 3 skysčio lūžio rodikliai. Esant skirtingiems skysčio lūžio rodikliams šviesa yra fokusuojama vis kitoje vietoje ir tik esant vienam lūžio rodikliui tiesiogiai į detektorių FIZINIAI MOKSLAI 217

219 Pradiniams mikrolęšiams gaminti buvo panaudota tiesioginio lazerinio įrašymo naudojant daugiafotonę polimerizaciją technologija. Ši mikroformavimo technologija užtikrina labai lanksčią ir tikslią bet kokios geometrinės architektūros mikro- / nanodarinių gamybą, kurios erdvine raiška gali siekti dešimtis nanometrų [1]. Taikant šią technologiją galima gaminti įvairiausius mikro- ir nanodarinius tokius kaip biokarkasai ląstelių auginimuim [2], sudėtingi mikrooptikos elementai [3] ar fotoniniai kristalai [4]. Taip pat, šių tyrimų metu buvo pademonstruota, jog naudojant šią technologiją sensoriams pritaikytus mikrolęšius galima formuoti tiesiogiai į mikrokanalus [2 pav.]. 2 pav. Optofluidiniai mikrolęšiai suformuoti tiesiai į mikrokanalą Ši nuoseklaus rašymo technologija turi ir trūkumų, tokių kaip žema gamybos sparta, dėl kurios tirtųjų mikrometrų skersmens mikrolęšių gamybos trukmė viršijo valandą. Siekiant sumažinti gamybos trukmę buvo nuspręsta formuoti tik išorinį lęšio paviršių, o likusį tūrį polimerizuoti vienfotoniškai eksponuojant 375 nm bangos ilgio šviesos šaltiniu. Dėl šio metodo pavyko tirtųjų mikrolęšių gamybos laiką sumažinti nuo valandos iki penkių minučių. Jokių neigiamų efektų mikrolęšių kokybei taikant šį metodą nebuvo pastebėta. Taip pat buvo tirta galimybė vykdyti masinį tokio tipo optofluidinių sensorių replikavimą pritaikant minkštosios litografijos metodą [5]. Metodo principas: minkštų kaukių ėmimas nuo motininių darinių ir jų replikavimas kituose polimeruose. Šio metodo pritaikymas mikrolęšių ir mikrofluidinių kanalų replikavimui pasirodė tinkamas. Buvo pademonstruota galimybė replikuoti ištisus mikrolęšių masyvus (iki 10 mikrolęšių). Taip pat buvo parodyta, jog įmanoma reikalingus optofluidikos elementus atkartoti polimeruose, kurie nebūtinai tinkami tiesioginio lazerinio įrašymo technologijai, bet pasižymi kitomis pageidautinomis savybėmis. 218 Studentų moksliniai tyrimai 2011/2012

220 Literatūra [1] Qi, F., Li Y., Tan, D., Yang,H., Gong Q. Polymerized nanotips via two-photon photopolymerization. Opt. Express 15, 2007, [2] Malinauskas, M., Danilevičius, P., Baltriukienė, D., Rutkauskas, M., Žukauskas, A., Kairytė, Bičkauskaitė, G., Purlys, V., Paipulas, D., Bukelskienė, V., Gadonas, R. 3D Artificial Polymeric Scaffolds For Stem Cell Growth Fabricated By Femtosecond Laser, Lithuanian J. Phys. 50, 2010, [3] Malinauskas, M., Gilbergs, H., Zukauskas, A., Purlys, V., Paipulas, D., Gadonas R. A femtosecond laser-induced two-photon photopolymerization technique for structuring microlenses. J. Opt. 2010, 12. [4] Straub, M., Nguyen, L.H., Fazlic, A., Gu, M. Complex-shaped three-dimensional microstructures and photonic crystals generated in a polysiloxane polymer by two-photon microstereolithography. Opt mater, [5] Xia, Y., Whitesides, G. M. Soft lithography. Annu. Rev. Mater. Sci. 28, 1998, FIZINIAI MOKSLAI 219

221 Elektrooptinio mazgo lazerio impulsų fazės detekacijai ir valdymui sukūrimas L. Karpavičius, Vilniaus universitetas A. Varanavičius, Vilniaus universitetas Viena iš sparčiai besivystančių šiuolaikinės fizikos krypčių yra ultratrumpų šviesos impulsų generacija, stiprinimas, precizinis impulsų parametrų detektavimas ir valdymas, kuris atvėrė visiškai naujas galimybes mokslininkams stebėti bei valdyti mikroskopinius procesus branduolio, plazmos bei medžiagų fizikoje, kietojo kūno elektronikoje ir didelių energijos tankių fizikoje [1]. Femtosekundinio lazerio nešlio gaubtinės fazės matavimas ir stabilizavimas yra vienas svarbiausių reikalavimų norint kontroliuoti nešančio dažnio fazę paketo viduje. Šiame darbe pristatomi mokslinės praktikos metu atlikti darbai kuriant didelės vidutinės galios femtosekundinio Yb:KGW lazerio impulsų nešlio gaubtinės fazės matavimo ir stabilizavimo sistemą. Atliekant šį darbą buvo sukurta kompiuterinė programa, kuri vidutiniu pasikartojimo dažniu (200Hz) apdorodavo spekrinių komponentų, gaunamų naudojant netiesinį f-2f interferometrą, mušimų spektrus, bei paskaičiuodavo banginio paketo nešlio gaubtinės fazę. Turinti šiuos duomenis programa persiųsdavo apskaičiuotą fazę specialiai šiam darbui suprojektuotam ir pagamintam didelio tikslumo 16 b±10 V skaitmeniniam analoginiam keitikliui fazės vartę paverstą į atitinkamą įtampą su neigiamu ženklu, gautas signalas iš skaitmeninio analoginio keitiklio buvo panaudotas moduliuojant femtosekundinio lazerio kaupinimo energiją, ir taip atstatant fazę į pradinę vertę. Buvo pilnai kompensuotas lėtas fazės kitimas atsiradęs dėl slėgio ir temperatūros kitimo, vibracijos,lazerio maitinimo bloko triukšmo bei kitų reiškinių, ir pasiektas 0,18 0,21 rad fazės stabilumas ilgiems laiko intervalams. Pirmame paveikslėlyje a ir b dalyse matomas fazės matavimas su išjungta (a dalis) ir įjungta (b dalis) stabilizavimo sistema. 1 pav. Lazerio fazės stabilumas su išjungta ir įjungta stabilizacija 220 Studentų moksliniai tyrimai 2011/2012

222 Iš grafikų matyti, kad buvo pilnai stabilizuotas lėtas fazės kitimas ir liko tik aukšto dažnio fazės kitimai. 2 pav. Blokinė eksperimento schema. Yb:KGW osciliatorius (UAB MGF Šviesos konversija ), L1, L2 lęšiai, S safyro plokštelė, SV sferiniai aliumininiai veidrodžiai, V plokšti aliumininiai veidrodžiai, AHG antrosios harmonikos generatorius, A apertūra, P poliarizatorius, F filtras, PC kompiuteris, CCD spektrometras Per likusį mokslinės praktikos laiką bus bandoma sukurti autonominį fazės stabilizavimo įrenginį, kuris nenaudodamas kompiuterio ir spektrometro, dideliu pasikartojimo dažniu ( Khz) skaičiuos fazę ir tiesiogiai moduliuos lazerio kaupinimo energiją, ir tai turėtų padėti stabilizuoti greitesnius fazės pokyčius. Blokinė eksperimento schema pateikta 2 pav. Literatūra [1] Ferenc Krausz, Misha Ivanov, REVIEWS OF MODERN PHYSICS, VOLUME 81, JANUA- RY MARCH, FIZINIAI MOKSLAI 221

223 TELŪROPENTATIONATO RŪGŠTIES SINTEZĖ, SAVYBIŲ TYRIMAI IR TAIKYMAS CHALKOGENIDINIAMS PUSLAIDININKIAMS GAUTI L. Samardokas, Kauno technologijos universitetas J. Šukytė, Kauno technologijos universitetas Buvo tęsiami naujų chalkopolitioninių junginių telūropentationinės rūgšties H 2 TeS 4 O 6 sintezės ir fizikinių cheminių savybių tyrimai: rūgšties išskyrimo sąlygų optimizavimas, patvarumas (skilimo kinetika ir mechanizmas), optinės (UV ir IR spektrai, lūžio rodikliai), elektrinės ir kitos fizikinės cheminės savybės. Šios rūgšties tirpalai buvo panaudoti polikaproamidui PA6 chalkogeninti ir mišriems kadmio sulfidų telūridų sluoksniams sudaryti jo paviršiuje. Pirmosios selenopentationinės ir telūropentationinės rūgščių druskos buvo išskirtos 1949 m., nors jų susidarymo reakcijos vandens tirpaluose buvo žinomos ir anksčiau [1 3]. Šiose druskose yra mišrios trinarės sieros seleno ar sieros telūro grandinės. Laisvos, nesolvatuotos rūgštys ilgą laiką buvo hipotetiniai junginiai ir išskirtos palyginti neseniai [4]. Telūropentationinę rūgštį H 2 TeS 4 O 6 vandens tirpale 2004 m. išskyrė J. Šukytė BaTeS 4 O 6 2H 2 O reakcija su konc. H 2 SO 4 [5]. Mes bandėme optimizuoti šios rūgšties gavimo sąlygas. Pradinės medžiagos rūgščiai išskirti gautos šiomis reakcijomis: H 2 TeO 3 + 4Na 2 S 2 O 3 + 4CH 3 COOH Na 2 TeS 4 O 6 + Na 2 S 4 O 6 + 4CH 3 COONa +3H 2 O [3] Na 2 TeS 4 O 6 + Ba(ClO 4 ) 2 BaTeS 4 O 6 + 2NaClO 4 BaTeS 4 O 6 3H 2 O tirpalą veikiant 2,0-4,0 M H 2 SO 4 gauti 0,98-1,40 M H 2 TeS 4 O 6 tirpalai: BaTeS 4 O 6 + H 2 SO 4 H 2 TeS 4 O 6 + BaSO 4 Rūgšties patvarumui įvertinti, tyrėme jos vandeninių tirpalų skilimo kinetiką 25 C ir 50 C temperatūroje (1 lentelė). Išmatuoti H 2 TeS 4 O 6 vandens tirpalų tankiai ir lūžio rodikliai, nustatyta tiesialinijinė šių fizikinių-cheminių rodiklių priklausomybė nuo rūgšties koncentracijos [5]. 222 Studentų moksliniai tyrimai 2011/2012

224 Cheminio nusėsdinimo metodu, naudojant mūsų išskirtą H 2 TeS 4 O 6, PA6 paviršiuje buvo sudaryti mišrūs Cd x S - Cd x Te sluoksniai, polimero plėveles eksponuojant 2 48 h šios rūgšties 0,05 ir 0,1 mol dm 3 tirpaluose 25 C temperatūroje. Chalkogenų sorbcijos į PA6 plėvelę procesas buvo tirtas absorbcijos UV, VIS spektrų pagalba (1 pav.). Spektruose yra dvi absorbcijos smailės: ryški esant 250 nm bangos ilgiui ir neryški esant 430 nm bangos ilgiui. Absorbcijos maksimumų intensyvumas auga, didėjant polimero išlaikymo H 2 TeS 4 O 6 tirpale trukmei. 1 pav. Chalkogenintų 25 C temperatūros H 2 TeS 4 O 6 0,1 M tirpale PA6 plėvelių UV absorbcijos spektrai, priklausomai nuo PA6 chalkogeninimo trukmės 1 lentelė. H 2 TeS 4 O 6 skilimo kinetikos parametrai 25 ºC ir 50 C temperatūroje 25 0 C 50 0 C C rūgšties, mol/l k 10 6, s -1 t 1/2, h C rūgšties, mol/l k 10 6, s -1 t 1/2, h 0,980 3,19 60,32 1,060 40,90 4,71 0,515 2,21 87,24 0,675 18,71 10,29 0,320 1,28 150,81 0,355 14,57 13,21 0,115 0,89 215,38 0,255 9,88 19,50 0,065 0,49 390,77 0,100 5,68 33,89 Chalkogenintų H 2 TeS 4 O 6 tirpale ir kadmiuotų stipriai šarminėje terpėje (ph=11,5) PA6 bandinių analizė atominės absorbcinės ir UV spektrometrinės analizės metodais FIZINIAI MOKSLAI 223

225 parodė, kad sorbuotų chalkogenų (Te, S) ir Cd koncentracijos didėja, ilgėjant polimero eksponavimo rūgšties tirpaluose trukmei ir didinant šių tirpalų koncentracijas. Pradiniai mūsų tyrimai rodo, kad wh 2 TeS 4 O 6 yra tinkamas ir patvarus prekursorius vario ir kadmio chalkogenidų sluoksniams sudaryti amfifilinio polimero PA6 paviršiuje. (a) (b) (c) 2 pav. PA6, eksponuoto 24 h H 2 TeS 4 O 6 0,1 M tirpale ir variuoto CuSO 4, paviršiaus 206,6 nm aukštyje AJM vaizdas: 3D topografijos vaizdas (a), 2D vaizdas (b) ir bandinio skerspjūvio profilograma (c). Skenavimo laukas 10 μm 10 μm Suformuotų sluoksnių fizikinės cheminės savybės apibūdintos infraraudonųjų spindulių (FT-IR), UV spektroskopijos, šiuolaikiniais fizikiniais metodais (AJM, SEM, TEM) (2 pav.). II VI grupių elementų chalkogenidinių puslaidininkių sluoksnių formavimas izoliatorių paviršiuje, suteikia naujų optinių ir elektrinių savybių bei sudaro pagrindą plačiam taikymui mechanikoje ir fotoelektronikoje. Literatūra [1] Foss, O. Acta Chemica Scandinavica, 1949, 3, p. 435; ibidem, 1950, 4, p. 866, [2] Foss, O., Tjomsland O. Acta Chemica Scandinavica, 1954, 8, p [3] Norris, J. T., Fay, H. American Chemical Society, 1906, 28, p [4] Šukytė, J. Doctoral thesis. Investigation of Selenopolythionic Acids. Kaunas [5] Šukytė, J., Samardokas, L. Chemistry and chemical technology of inorganic materials, 2012, ISSN , p Studentų moksliniai tyrimai 2011/2012

226 OPTIŠKAI AKTYVIŲ DEFEKTŲ TYRIMAS LAZERINIUOSE ELEMENTUOSE L. Smalakys, Vilniaus universitetas G. Batavičiūtė, Vilniaus universitetas Intensyvi nanosekundinės trukmės lazerio spinduliuotė sąveikaudama su optiniais elementais gali juos pažeisti, t. y. negrįžtamai pakeisti jų optines ir fizines savybes. Optinių elementų atsparumas šviesai charakterizuojamas pažaidos lazerio spinduliuote slenksčiu (PLSS) (angl. laser-induced damage threshold LIDT). PLSS tai didžiausias lazerio spinduliuotės energijos tankis, kuriuo eksponuojant optinį elementą pažaidos tikimybė lygi nuliui [1]. Grynųjų dielektrinių medžiagų PLSS dažniausiai yra aukštas, todėl optinių elementų pažaidos slenkstį riboja šviesą sugeriantys defektai ir mikro įtrūkimai, esantys elemento paviršiuje. Jie dažniausiai sukuriami gamybos (pvz., poliravimo), dengimo (pvz., garinimo) ar sąveikos su aplinka metu. Defektų tankis ir jo energijos tankio skirstinys (ansamblis) bandinio paviršiuje gali būti įvairūs. Ansamblis yra aprašomas funkcija, kuri nusako prie tam tikro energijos tankio pasižeidžiančių defektų tankį [2], tačiau bendru atveju bandinio paviršiuje gali būti ir daugiau nei vienos rūšies defektų. Dažniausiai yra taikomi trys defektų ansambliai: išsigimęs [2], laipsninės funkcijos [2, 3] bei Gausinis [4]. Galimybė identifikuoti įvairias defektų grupes leistų toliau tobulinti optinių elementų kokybę, taip padidinant lazerinių prietaisų patikimumą bei tolimesnį lazerinių sistemų vystymą, todėl pagrindinis šios mokslinės praktikos tikslas įvairių defektų grupių optiniuose elementuose tyrimas nanosekundinių impulsų srityje. Pagal ISO :2011 standartą, PLSS matuojamas eksponuojant bandinio paviršių lazerio impulsais ir skaičiuojant pažaidos tikimybę. Šiuo atveju galimos tik dvi įvykio baigtys: paviršius pažeidžiamas arba ne, todėl pažaidos tikimybė yra santykis tarp pažeistų ir nepažeistų taškų. Operaciją kartojant kaskart keičiant lazerio impulso energiją, nustatoma vadinamoji pažaidos tikimybės kreivė, kurią ekstrapoliuojant tiese randamas PLSS [1]. Dėl baigtinio taškų skaičiaus tokios aproksimacijos tikslumas yra ribotas ir dažnai nepakankamas kokybiškam LPSS įvertinimui, todėl šiame darbe, pasinaudojant Monte Carlo metodu, buvo modeliuojamas lazeriu sukelto pažaidos slenksčio matavimas. Šio modeliavimo metu buvo imituojama lazerio impulsų sąveika su įvairiais defektų ansambliais (išsigimusiu, laipsninės funkcijos, Gausiniu) eksponuojant baigtinio ploto paviršių. Tokio matavimo metu eksperimentiniai duomenys buvo gaunami skaitmeniškai. Vėliau gautieji duomenys buvo analizuojami įvairiais algori- FIZINIAI MOKSLAI 225

227 tmais. Mūsų žiniomis, pirmą kartą PLSS nustatymui buvo panaudotas didžiausio tikėtinumo (DT) metodas [5], kuris leidžia pažeidimo kreivės duomenis aproksimuoti analitine pažeidimo kreive ir nustatyti labiausiai tikėtinas PLSS, o taip pat ir defektų tankio vertes bei jų paklaidas. Įvertinant skirtingų analitinių funkcijų tikėtinumą DT metodu, galima charakterizuoti, koks defektų ansamblis ar ansamblių grupės vyrauja bandinio paviršiuje. Pažaidos matavimai taip pat buvo atlikti panaudojant realią lazerio spinduliuotę, kuriai būdingas energijos nestabilumas. Tai lemia papildomą paklaidą LPSS matavimuose ir iškreipia pažaidos tikimybės kreivę, nepriklausomai nuo bandinio paviršiuje vyraujančio defektų ansamblio. Energijos tankio svyravimų įtakai realiuose matavimuose nustatyti buvo pritaikytas anksčiau minėtas Monte Carlo modelis. Toks tyrimo metodas leido detaliau analizuoti LPSS matavimų tikslumą bei surasti tikrąjį pažeidimo slenkstį, nepriklausantį nuo energijos tankio nestabilumo. Praktikos metu sukurta programa, kuria buvo analizuojami skirtingomis technologijomis apdirbti plonasluoksnėmis dangomis padengti ir nepadengti optiniai elementai. Atlikus duomenų analizę, buvo parodyta, kad įvairių apdirbimo technologijų metu vyrauja skirtingos defektų grupės (1 pav.), kurios gali būti charakterizuojamos naudojantis sukurtu defektų analizės įrankiu. Darbe pristatomi apibendrinti modeliavimo ir eksperimentų rezultatai įrodo analizės efektingumą ir įkvepia tolimesniems tyrimams. 1 pav. Pažaidos tikimybės kreivės nustatytos iš realių eksperimentinių LPSS matavimų. Taikant (a) optinių elementų apdirbimo technologiją sukuriami du defektų ansambliai: Gausinis ir išsigimęs. Taikant (b) technologiją būdingas tik Gausinis defektų ansamblis 226 Studentų moksliniai tyrimai 2011/2012

228 Literatūra [1] ISO :2011, Test methods for laser-induced damage threshold Part 2: Threshold determination. [2] Porteus, J. O., Seitel, S. C., Absolute onset of optical surface damage using distributed defect ensembles, Applied Optics, 1984, 23, [3] Runkel, M., Sharp, R., Modeling KDP bulk damage curves for prediction of large-area damage performance, Proceedings of SPIE, 2000, 3902, 436. [4] Krol, H., Gallais, L., Grèzes-Besset, C., Natoli, J. Y., Commandrè, M., Investigation of nanoprecursors threshold distribution in laser-damage testing, Optics Communications, 2005, 256, [5] Dekking, F. M., Kraaikamp, C., Lopuhaä H. P., Meester L.E. A Modern Introduction to Probability and Statistics. Springer, London FIZINIAI MOKSLAI 227

229 POTENCIALIŲ MIKROVAMZDELIŲ SLOPIKLIŲ SINTEZĖ M. Jonušis, Vilniaus universitetas I. Čikotienė, Vilniaus universitetas Mikrovamzdeliai arba mikrotubulės yra ląstelės citoskeleto elementai. Mikrovamzdeliai padeda judėti ląstelių organoidams, dalyvauja ląstelei dalijantis, suteikia kai kurioms ląstelėms judėjimo funkciją. Mikrovamzdeliai gali atlikti priešvėžinių vaistų specifinio taikinio vaidmenį. Iš žinomų mikrovamzdelių slopiklių, naudojamų vėžio chemoterapijoje, galima paminėti vincristiną, vinblastiną, taksolį. Mikrovamzdelius slopinantys vaistai stabdo vėžinių ląstelių ciklo mitozės stadiją, todėl yra naudingi gydant piktybinius navikus, kuriems būdingas greitas ląstelių dalijimasis. Mūsų tikslas buvo surasti optimalias salygas ir susintetinti eilę naujų mioseverino [1] struktūrinių analogų (tripakeistų pirimidino darinių), priešvėžiniams tyrimams. Pradinis junginys 4,6-dichloro-2-metiltiopirimidinas 1 buvo susintetintas pagal žinomą metodiką [2] iš 2-metiltio-4,6-dihidroksipirimidino. Virinant 1 junginį 2-propanolyje esant ekvivalentiniams benzilamino ir trietilamino kiekiams, susidaro monopakeitimo produktas 2. Siekiant suaktyvuoti antrojo chloro pakeitimą pirimidino žiede, buvo atliktas 2 junginio N-nitrozinimas. Į gauto 3 junginio tirpalą dimetilformamide buvo pridėta 2,2 ekv. dietilamino arba ciklopropilamino, vėliau į reakcijos mišinį pridėtas nedidelis kiekis sieros rūgšties ir mišinys šildomas 60 C temperatūroje 2 valandas. Nors tikėjomės gauti 4a produktą, abiem atvejais susidarė netikėti persigrupavimo junginiai 4. S N Bn Cl ON Bn HN N A B N N N Cl S N Cl S N Cl R = H, R' = cpr. R = R' = Et C HN Bn N NO S N 4 R N R' HN Bn N S N R N 4a R' A: BnNH 2, Et 3 N, iproh B: 2 ekv. NaNO 2, AcOH C: 1) 2,2 ekv. RR'NH, DMF, 2) H 2SO 4, 60 C, 2 val. 1 pav. 4 junginio sintezės schema ir reakcijos salygos 228 Studentų moksliniai tyrimai 2011/2012

230 Taigi pasirinkome kitą sintezės kelią. 1 Junginio metiltiogrupė buvo suoksiduota iki metilsulfonilgrupės naudojant 3-chlorperoksibenzenkarboksirūgštį. Išskirtas 5 junginys reagavo su benzilaminu, sudarydams 6 produktą. S N Cl A N Cl N Cl S N O O 1 5 Cl Bn A: mcpba, DCM B: BnNH 2, THF B N H N Cl N 6 Cl 2 pav. 6 junginio sintezės schema 6 Junginį virinant izopropanolyje esant benzilamino pertekliui, susidaro dibenzilaminopirimidinas 7. Kadangi 7 junginio chloro atomą labai sunku pakeisti aminu, 8 junginys buvo sintetinamas veikiant 7 mikrobangomis ir aukštai temperatūrai (180 C) esant amino pertekliui kaip tirpiklį naudojant dimetilformamidą. Bn N H Cl Bn HN HN N A B N N N Cl Bn Bn N N Cl N N H H R = H, R' = chex. RR' = - ( CH - 2)5 Bn N R R' A: 2,2 ekv. BnNH 2, iproh, vir.t. 72h B: 1,2 ekv. RR'NH, MW, Et 3 N, DMF 3 pav. 8 junginio sintezės schema Visų naujai susintetintų junginių struktūros įrodytos remiantis BMR, IR spektroskopijos ir masių spektrometrijos duomenimis. Literatūra [1] Rosania, G., Chang, Y. Nature Biotechnology, 2000, 18, [2] TIBOTEC PHARMACEUTICALS LTD.; MEDIVIR AB, WO2008/95999 A1, FIZINIAI MOKSLAI 229

231 AZOPOLIMERŲ OPTINIO POLINIMO MODELIAVIMAS M. Račiūnas, Vilniaus universitetas R. Petruškevičius, Fizinių ir technologinių mokslų centras Azodažų polimero matricoje optinis polinimas pagrindinai vyksta per taip vadinama, orientacinį skylės išdeginimo ir molekulių perorientavimo mechanizmą. Tai kompleksinis mechanizmas, susidedantis iš keturių dalių: azodažo fotosužadinimas ir izomerizacija pereinant iš trans į cis būseną, azodažo fotosužadinimas ir izomerizacija pereinant iš cis į trans būseną, cis būsenos relaksacija atgal į trans būseną molekulių šilumos indukuota orientacinė difuzija. Šio modelio kinetines lygtis pasiūlė J. M. Nunzi [1], įskaitydamas tik trans būsenos įtaką į optinio polinimo procesą. Vėliau šis modelis buvo pagerintas, įskaitant į bendrą kinetikos balansą ir molekules, esančias cis būsenoje [2]. Lygtys aprašančios molekulių skaičiaus kitimą trans ir cis būsenose pateiktos darbe [3]: nc Ω) = ξ t ( 1 2 Q( Ω Ω) I( θ ) nt ( Ω ) dω φi ( θ ) nc ( Ω) nc ( Ω) + Dc τ c n ( Ω) c (1) kur ξ, ϕ atitinkamai trans-cis ir cis-trans kvantiniai žadinimo efektyvumai,,, tikimybės, kad molekulė pasisuks tam tikru kampu atitinkamai trans-cis, cis-trans izomerizacijos ir terminės relaksacijos metu. τ c cis terminės relaksacijos laikas, D t, D c trans ir cis izomerų orientacinės difuzijos koeficientai. (1) ir (2) lygtys sudaro šie nariai, atitinkamai: trans-cis fotoizomerizacija, cis-trans fotoizomerizacija, terminė cis-trans relaksacija, orientacinė difuzija. Iš šių lygčių gauname dešimties paprastų diferencialinių lygčių sistemą, kuri sprendžiama skaitiniais metodais, naudojant Matlab programinį paketą. Laikoma, kad prieš pradedant polinimo procesą, visos azo dažų molekulės yra nesužadintos (trans būsenos) ir orientuotos izotropiškai. Šio darbo tikslas yra įtraukti į azo polimero cis-trans spindulinės relaksacijos kanalą ir įskaityti cis orientacinės skylės išdeginimo efektą į jau esamą modelį (1, 2), taip pat rasti skaičiavimams reikalingus skaitinius parametrus iš palyginimo su eksperimentiniais duomenimis azofenilkarbazolui V593 polikarbonato (PC) matricoje, esant skirtingoms bandinio (2) 230 Studentų moksliniai tyrimai 2011/2012

232 temperatūroms. Preliminarus sumodeliuoti rezultatai pateikti šalia eksperimento duomenų gautų R. Tomašiūno, esant skirtingoms azo polimero V 593 temperatūroms (1 pav. a ir b). (a) (b) 1 pav. Normuoto antros eilės netiesinio jautrio priklausomybė nuo laiko esant skirtingomis temperatūromis V 593 PC matricoje. (a) 140 K ir (b) 300 K bandinio temperatūroms Literatūra [1] C. Fiorini, F. Charra, J.-M. Nunzi, P. Raimond, Quasi-permanent all-optical encording of noncentrosymmetry in azo-dye polymers, J. Opt. Soc. Am. B 14(8), (1997). [2] G. Xu, X. Liu, J. Si, P. Ye, Zh. Li,Yu. Shen, Erasure effect of the reading beam on the decay process of χ(2) in all-optical poling, Appl. Phys. B 71, (2000). [3] G. Seniutinas, T. Malinauskas, R. Tomašiūnas, R. Petruškevičius, I. Petrikytė & V. Getautis (2012): Photoinduced Optical Functionalism of Branched Azophenylcarbazoles in Molecular Glass Matrices, Molecular Crystals and Liquid Crystals, 556:1, FIZINIAI MOKSLAI 231

233 Terahercinių InGaAs peteliškinių diodų žemadažnių triukšmų tyrimas M. Ragauskas, Vilniaus universiteto Fizinių ir technologijos mokslų centras J. Matukas, Vilniaus universitetas L. Minkevičius, Fizinių ir technologijos mokslų centras G. Valušis, Fizinių ir technologijos mokslų centras Vienas iš aktualiausių terahercinės (THz) spinduliuotės taikymo uždavinių yra kompaktiškų kambario temperatūroje veikiančių terahercinės spinduliuotės jutiklių, tinkamų vaizdinimui, sukūrimas. Tai galima sėkmingai daryti panaudojant vadinamuosius peteliškių (bow-tie, BT) tipo diodus, kurie veikia plačiame THz dažnių ruože ir yra tinkami spektroskopiniam vaizdinimui iki 2,5 THz [1]. Panaudojus heterodininį detektavimo principą, šiais jutikliais galima užrašyti dar ir fazinius vaizdus, išplėsti jutiklių dinaminį diapazoną bei pagerinti triukšmines charakteristikas [2]. Šis darbas yra skirtas dar netyrinėtai šių jutiklių sričiai žemo dažnio triukšmo savybėms. Tai įdomu ne tik todėl, kad triukšmai yra svarbus parametras jutiklių veikimui tikimės gauti detalesnių žinių ir apie fizikinius procesus jutiklyje juose, po InGaAs nanometrinio storio (534 nm) sluoksniu, prie InP padėklo, yra įterptas InAs monosluoksnis, formuojantis dvimačių elektronų kanalą, kurio įtaka krūvininkų pernašai nėra specialiai tirta. InGaAs THz spinduliuotės detektorių sudaro kontaktinės aikštelės, kurios nuo jutiklio nutolę per 200 μm, bei InGaAs aktyvioji sritis (1 pav.). Antenos forma yra nesimetriška, ją sudaro siaurėjanti metalizuota sritis, kuri koncentruoja krintančią THz spinduliuotę į aktyviąją diodo sritį. 1 pav. Diodų masyvo nuotrauka (kairėje) ir pavienio jutiklio struktūra (dešinėje) 232 Studentų moksliniai tyrimai 2011/2012

234 Tyrimo objektas buvo vienmatė jutiklių matrica sudaryta iš 8 elementų. Struktūra buvo užauginta molekulinės pluoštelių epitaksijos būdu, o pati jutiklių matrica buvo pagaminta naudojant optinę litografiją ir cheminį ėsdinimą. Jutiklio triukšmai buvo matuoti 10 Hz 20 khz dažnių ruože kambario temperatūroje lyginant juos su etaloninės varžos R šiluminiu triukšmu (pagal Naikvisto teoremą, kur k Bolcmano konstanta, T absoliučioji temperatūra). Triukšmų matavimo įrangą sudarė mažatriukšmis (5184 preamplifier) stiprintuvas, filtrų sistemos ir analoginis-skaitmeninis keitiklis (National Instruments TM PCI 6115 board). Signalai buvo apdorojami greitąja Furjė transformacija, o matavimai, siekiant išvengti pašalinių triukšmų įtakos, buvo atliekami specialiai įrengtoje patalpoje (Faradėjaus cėlėje) Įtampos triukšmo spektras, V 2 s U=0-1.5V Dažnis, Hz Įtampos triuksmo spektras, V 2 s f =3 khz Bandinys: Nr1 Nr2 Nr3 Nr ,75-0,50-0,25 0,00 0,25 0,50 0,75 Srovė, ma 2 pav. Diodo triukšmo priklausomybė nuo įtampos (kairėje). Diodų masyvo elementų triukšmo priklausomybė nuo srovės (dešinėje) Įtampos fliuktuacijų spektrai atgalinei srovei yra pateikti 2 pav. (tiesioginei srovei rezultatų dėsningumai labai panašūs, todėl čia nepateikiami). Verta pažymėti, kad įtampos fluktuacijų spektrinis tankis apytiksliai kinta pagal 1/f dėsnį, o tai leidžia daryti prielaidą, kad triukšmas bandinyje yra sąlygojamas krūvininkų generacijos ir rekombinacijos procesų. Šio triukšmo intensyvumas yra proporcingas aktyvių centrų skaičiui. Įtampos fliuktuacijų spektrinio tankio vertės skirtingiems matricos jutikliams tiek tiesioginei, tiek ir atgalinei srovei, kai dažnis lygus 3 khz, yra pateiktos 2 pav. Kaip matyti, stebimi dėsningumai yra panašūs. Triukšmai nerodo InAs sluoksnio įtakos kambario temperatūroje. FIZINIAI MOKSLAI 233

235 Efektyvioji įtampa, µv/hz 0, f =0.75 THz T =298 K f m =3 khz U s U eff Srovė, µa U s /U eff 3 pav. Signalo ir triukšmo santykio priklausomybė nuo srovės Triukšmų rezultatai terahercinių tyrimų kontekste yra pateikti 3 pav., kur atsako į 0,76 THz dažnio spinduliuotę, dydis pažymėtas U s, efektyvioji (rms) įtampos fliuktuacijų amplitudė U eff ir atsako / triukšmo santykio priklausomybė nuo atgalinės srovės, esant f=3 khz dažniui, įvertintam esant f=1 Hz dažnių juostai U s /U eff. Kaip matyti, didėjant per jutiklį tekančiai srovei jo jautris didėja, tačiau maksimalus atsako / triukšmo santykis stebimas tada, kai per detektorių tekanti srovė yra artima nuliui, t. y. kai detekcijai yra naudojama pasyvi schema. Literatūra [1] Kašalynas, I., Venckevičius, R., Seliuta, D., Grigelionis, I. and Valušis, G., InGaAs-based bowtie diode for spectroscopic terahertz imaging, J. Appl. Phys 110, (2011). [2] Minkevičius, L., Tamošiūnas, V., Kašalynas, I., Seliuta, D., Valušis, G., Lisauskas, A., Boppel, S., Roskos, H. G. and Köhler, K. Terahertz heterodyne imaging with InGaAs-based bow-tie diodes, Appl. Phys. Lett. 99, (2011). 234 Studentų moksliniai tyrimai 2011/2012

236 Fotoliuminescencijos erdvinio pasiskirstymo tyrimas InGaN sluoksniuose, užaugintuose skirtingose temperatūrose M. Mackoit, Vilniaus universiteto Puslaidininkių fizikos katedra ir Taikomųjų mokslų institutas D. Dobrovolskas, Vilniaus universiteto Puslaidininkių fizikos katedra ir Taikomųjų mokslų institutas J. Mickevičius, Vilniaus universiteto Puslaidininkių fizikos katedra ir Taikomųjų mokslų institutas InGaN yra plačiai naudojamas kaip aktyvioji terpė mėlynuose ir baltuose šviestukuose. Nepaisant intensyvių tyrimų, krūvininkų dinamika InGaN sluoksniuose ir hetero dariniuose dar nėra gerai suprasta. Svarbus krūvininkų dinamikos ypatumas InGaN junginyje yra krūvininkų lokalizacija. Daug informacijos apie ją galima gauti tiriant liuminescencijos erdvinius nehomogeniškumus. Šio darbo metu buvo tirta serija InGaN epitaksinių sluoksnių, kurie buvo užauginti ant safyro padėklo su GaN buferiniu sluoksniu cheminių metaloorganinių junginių nusodinimo iš garų fazės (MOCVD) metodu. Trys šios serijos bandiniai buvo išauginti esant skirtingoms temperatūroms (953,16; 980,16; 991,16 ir 1001,16 K). Rentgenometriniai tyrimai rodo, kad indžio dalis juose buvo, atitinkamai, 22,7; 20,7; 18,9 ir 16,8 %. Fotoliuminescencijos erdvinis pasiskirstymas buvo tirtas konfokalinės mikroskopijos metodu, panaudojant WITec alpha300 sistemą, sujungtą su spektrometru. Didelės skaitinės apertūros objektyvas užtikrino ~220 nm erdvinę skiriamąją gebą. Fotoliuminescencijos žadinimui panaudotas ALPHALAS lazerinis diodas, emituojantis 405 nm bangos ilgio spinduliuotę. Erdviškai suvidurkintas fotoliuminescencijos intensyvumas buvo didžiausias bandinyje, užaugintame aukščiausioje temperatūroje. Didinant auginimo temperatūrą fotoliuminescencijos juostos smailė slinkosi į mėlynąją pusę. To ir buvo galima tikėtis dėl indžio kiekio didėjimo junginyje. Erdviniame liuminescencijos pasiskirstyme aptiktos intensyvios liuminescencijos sritys, kurių diametras yra nuo ~400 nm iki ~1000 nm. Šių sričių matmenys buvo didesni bandiniuose, augintuose aukštesnėse temeperatūrose. Buvo ieškota koreliacijos tarp liuminescencijos intensyvumo ir bangos ilgio skaičiuojant Pearson koreliacijos koeficientą. Skaičiavimai parodė, kad bandiniuose, užaugintuose žemesnėse temperatūrose pasireiškia antikoreliacija (Pearson koeficientas lygus -0,05). Tačiau ji išnyksta didinant auginimo temperatūrą. Darbe nagrinėjami krūvininkų lokalizacijos ypatumai ir aptariamos aptikto sąryšio ir jo priklausomybės nuo auginimo temperatūros priežastys. FIZINIAI MOKSLAI 235

237 Fluorenilgrupes jungiančių fragmentų įtaka organinių puslaidininkių savybėms M. Baronaitė, Kauno technologijos universitetas J. Simokaitienė, Kauno technologijos universitetas J. V. Gražulevičius, Kauno technologijos universitetas Organinių fotopuslaidininkių sintezė ir tyrimas yra sparčiai besiplėtojanti tyrinėjimų sritis. Medžiagų moksle fluoreno dariniai pastaruoju metu tapo ypač intensyvių mokslinių tyrinėjimų objektu [1]. Jie gali būti naudojami kaip struktūros elektroniniams prietaisams: organiniams šviestukams (OLED) [2], saulės baterijoms [3], lauko tranzistoriams (FET) [4] ir modeliai [5] paaiškinti jų analogų polidispersinių polimerų fundamentalias savybes. Sintezės metodų plėtojimas suteikia galimybę sukurti didelę įvairovę tirpių monodispersinių fluoreno darinių, kurie pasižymi spalvos ir krūvio suderinamumu kontroliuojant π konjuguotą sistemą. Šio darbo tikslas susintetinti naujus fluorenilfragmentus turinčius stilbenų analogus su π konjuguotomis aromatinėmis sistemomis. Ištirti susintetintų stilbenų optines, fotoelektrines bei termines savybes. Elektroaktyvių molekulių savybių pasikeitimus nulemia π konjuguotos sistemos, todėl buvo susintetinti di- bei trifluoreno dariniai sujungti etenilgrupe. 2,2'-(1-Etenil-2- il)-di-9,9-diheksilfluorenas (5) ir 2,7-di-(9,9-diheksilfluoren-2-il)etenil)-9,9-diheksilfluorenas (6) gauti McMurry ar Heck metodais. Šių reakcijų metu naudojami 2-brom- 9,9-diheksilfluorenas (1a), 2,7-dibrom-9,9-diheksilfluorenas (1b) ir 9,9-diheksilfluoreno-2-karbaldehidas (2) gauti atlikus alkilinimo reakciją, atitinkamai, bromfluoreno ar fluoreno karbaldehido darinius veikiant 1-bromheksanu šarminėje terpėje. 2,2 -(1-Etenil-2-il)-di-9,9-diheksilfluorenas (5) sintetintas McMurry kopuliavimo būdu (1 schema), iš 9H-fluoreno-2-karbaldehido ar 9,9-diheksilfluoreno-2-karbaldehido (2) buvo atitinkamai gauti 2,2 -(1-etenil-2-il)-difluorenas (4) ir 2,2 -(1-etenil-2-il)-di-9,9-diheksilfluorenas (5). Atlikus alkilinimo reakciją, 2,2 -(1-etenil-2-il)-difluoreną (4) veikiant 1-bromheksanu šarminėje terpėje gautas 2,2 -(1-etenil-2-il)-di-9,9-diheksilfluorenas (5). Atliekant Heck reakciją tarp halogeno atomą turinčio fluoreno darinio ir vinilinę grupę turinčio fluoreno buvo susintetintas du fluorenilfragmentus turintis darinys (1 schema). 9,9-Diheksilfluoreno-2-karbaldehidą (2) veikiant trifenilmetilfosfonio bromidu ir kalio tret-butoksidu gautas 9,9-diheksil-2-vinilfluorenas (3). 9,9-Diheksil-2-vinilfluorenui (3) reaguojant su 2-brom-9,9-diheksilfluorenu (1a), katalizatoriais naudojant paladžio (II) acetatą ir tetrabutilamonio bromidą, gautas 2,2 -(1-etenil-2-il)- di-9,9-diheksilfluorenas (5). 236 Studentų moksliniai tyrimai 2011/2012

238 Br (Ph 3 PCH 3 )B r, TiCl 4, Zn THF Ar 1 val. 90 o C O 2 TiCl 4, Zn THF Ar atm. 1 val. 90 o C O t-b uok, THF 2 val. kamb. temp. K 2 CO 3, Pd(OAc) 2, TB AB r, DMF 12 val. 110 o C 1a 3 4 Br t-b uok, TB AS, DMSO 20 val. kamb. temp. 5 1 schema. Junginio 5 sintezės schema Jungiant du fluorenilfragmentus dvigubu ryšiu Heck būdu gaunama didesnė išeiga nei McMurry būdu. Atliekant Heck reakciją tarp du halogeno atomus turinčio fluoreno darinio ir vinilinę grupę turinčio fluoreno buvo susintetintas tris fluorenilfragmentus turintis darinys (2 schema). 9,9-Diheksil-2-vinilfluorenui (3) reaguojant su 2,7-dibrom-9,9-diheksilfluorenu (1b), katalizatoriais naudojant paladžio (II) acetatą ir tetrabutilamonio bromidą, gautas 2,7-di-(9,9-diheksilfluoren-2-il)etenil)-9,9-diheksilfluorenas (6). Br + 3 1b Br K 2 CO 3, Pd(OAc) 2, TB AB r, DMF 12 val. 110 o C 6 2 schema. Junginio 6 sintezės schema Susintetinti nauji di- bei trifluoreno dariniai sujungti etenilgrupe. Gautų junginių struktūros patvirtintos 1 H BMR, 13 C BMR, IR ir masių spektroskopijos duomenimis. Gauti junginiai yra tirpūs įprastiniuose organiniuose tirpikliuose. Difluoreno darinys 5 išskirtas kaip kristalinė medžiaga, tačiau jis gali būti transformuojamos į amorfinę būseną išgarinant tirpiklį iš plono medžiagos tirpalo sluoksnio arba atšaldant lydalą. Diferencinės skenuojamosios kalorimetrijos pirmo kaitinimo termogramoje užfiksuotos endoterminės dviejų polimorfinių atmainų kristalų lydymosi smailės, esant 104 C ir 118 C temperatūroms. Šaldant bandinį užfiksuotas virsmas stiklas skystis 13 C temperatūroje, virš stiklėjimo temperatūros bandinys nėra morfologiškai stabilus, nes toliau kaitinant bandinį jis 64 C temperatūroje išsikristalina ir išsilydo 118 C temperatūroje. UV absorbcijos ir fluorescencijos spektroskopijos metodais nustatyta, kad 2,2 -(1-etenil-2-il)-di-9,9-diheksilfluoreno (5) absorbcijos maksimumai išsidėsto bangos ilgių intervale nuo 210 iki 387 nm, o fluorescencijos maksimumas ties 421 nm. FIZINIAI MOKSLAI 237

239 2,2 -(1-Etenil-2-il)-di-9,9-diheksilfluoreno (5) elektrocheminės charakteristikos nustatytos ciklinės voltamperometrijos metodu. Nustatyta HOMO vertė yra -5,45 ev. Iš HOMO vertės atėmus pirmojo singuletinio lygmens sužadinimo energiją, kuri nustatyta iš absorbcijos spektrų juostos krašto, apskaičiuota LUMO reikšmė yra -2,37 ev. Literatūra [1] Tour, J. M. Chem. Rev. 1996, 96, [2] van Hutten, P. F. et al. J. Am. Chem. Soc. 1999, 121, [3] Noma, N.; Tsuzuki, T.; Shirota, Y. Adv. Mater. 1995, 7, [4] Schon, J. H. et al. Science 2000, 290, [5] Martin, R. E.; Diederich, F. Angew. Chem., Int. Ed. 1999, 38, Studentų moksliniai tyrimai 2011/2012

240 S. THERMOPHILUS Baltymo Csm6 klonavimas, raiška ir gryninimas M. Kazlauskienė, Vilniaus universiteto Chemijos fakultetas G. Tamulaitis, Vilniaus universiteto Biotechnologijos institutas Neseniai buvo atrastas [1] naujas plačiai paplitęs prokariotų gynybos nuo svetimų DNR molekulių būdas CRISPR (clusters of regularly interspaced palindromic repeats) sistema. Ši vienintelė žinoma bakterijų bei archėjų įgyjamo imuniteto sistema įgalina iškirpti iš svetimos nukleorūgšties unikalų fragmentą (20 58 bp ilgio) ir kartotekuoti jį prokarioto genome, atskiriant rūšiai specifiniais trumpais (21 49 bp ilgio) dalinai palindrominiais DNR pasikartojimais [2, 3]. Žinoma, kad CRISPR sistemos vykdytojai yra Cas (CRISPR-associated) baltymai, kurių genai yra lokalizuoti greta CRISPR kartotekos [4]. Manoma, kad CRISPR veikimo principu yra panaši į eukariotinę RNR nutildymo sistemą, tačiau molekulinis CRISPR imuniteto mechanizmas nėra pilnai suprastas. Mūsų laboratorijoje buvo nusekvenuotos IIIA tipui priklausančios Streptococcus thermophilus DGCC8004 ir DGCC7691 kamienų CRISPR2 sistemos. Palyginus su jau žinoma DGCC7710 genominės DNR seka, buvo nustatyta, kad, skirtingai nuo kitų Cas baltymų, Csm6 baltymų genai DGCC8004 ir DGCC7691 kamienuose yra dublikuoti. Tai galėtų reikšti išskirtinę šio baltymo funkciją. Šio darbo tikslas buvo klonuoti, išreikšti ir išgryninti Csm6 baltymą, kurio spėjama funkcija yra transkripcijos reguliatorius. Tuo tikslu buvo nuspręsta sukonstruoti 10 Csm6 baltymo variantų, turinčių afininei chromatografijai skirtą uodegą N arba C gale: a) Csm6 ir Csm6 iš DGCC8004, b) Csm6 ir Csm6 iš DGCC7691, c) Csm6 iš DGCC7710. Klonavimui pasirinkti pbad24-n-his-strepii-his-tag bei pbad24-c- His-Tag vektoriai. Siekiant padidinti sėkmės tikimybę, genai pirma klonuoti į tarpinį pjet-1.2 vektorių. Transformantų, turinčių pbad24-c-his-tag plazmides su Csm6 genu, mums gauti nepavyko. Konstruktai pbad24-n-his-strepii-his-tag turintys Csm6 geną, buvo sėkmingai sukontruoti; konstruktų nukleotidinė seka patikrinta sekoskaitos būdu. E. coli DH10B(ara - ) raiškos kamienas transformuotas sukonstruota plazmidine DNR. Bakterijos augintos LB terpėje, esant skirtingoms indukcijos temperatūroms (16 C ir 37 C), o baltymo raiška indukuota 0,2 % arabinoze. Baltyminių frakcijų mėginiai analizuoti elektroforetiškai ir Western Blot analize, panaudojant anti-his-tag antikūnius. Kadangi tikslinių baltymų raiška beveik nesiskyrė 16 C ir 37 C tempera- FIZINIAI MOKSLAI 239

241 tūrose, baltymų gryninimui reikalingas biomasės kiekis gautas ląsteles auginant 37 C. Csm6 baltymai išgryninti afininės chromatografijos pagalba, naudojant 1) HisTrap, 2) StrepTrap (GE Healthcare Bio-Sciences) kolonėles. Gautų baltymų preparatų išeigos ir grynumas pateikti 1 lentelėje. Kadangi gautas Csm6 iš DGCC7691 ir Csm6 iš DGCC8004 baltymų kiekis pakankamas ne tik biocheminiams tyrimams, bet ir kristalinimo eksperimentams, buvo bandyta juos iškristalinti garų difuzijos metodu sėdinčiame laše. Keičiant baltymo koncentraciją išbandyti įvairūs standartiniai kristalinimo rinkiniai bei kiti tirpalai. Buvo gauti kristalografiniams tyrimams per maži kristalai. 1 lentelė. Csm6 baltymų gryninimo išeiga ir grynumas Baltymas Išeiga (mg baltymo iš g biomasės) Grynumas N-His-StrepII-His-Tag-Csm6 iš DGCC8004 0,85 mg iš 7g >95 % N-His-StrepII-His-Tag-Csm6 iš DGCC7691 5,19 mg iš 7 g >95 % N-His-StrepII-His-Tag-Csm6 iš DGCC ,62 mg iš 8,7 g >95 % N-His-StrepII-His-Tag-Csm6 iš DGCC7691 neišgrynintas (nėra raiškos) N-His-StrepII-His-Tag-Csm6 iš DGCC7710 0,23 mg iš 7 g neįmanoma įvertinti* * Negalėjome įvertinti grynumo dėl turimo labai mažo baltymo kiekio. Gauti baltymų preparatai ateityje bus naudojami Csm6 aktyvumo nustatymui, kas leistų suprasti šių baltymų funkciją, o vėliau ir S. thermophilus CRISPR2 sistemos veikimo mechanizmą. Literatūra [1] Barrangou, R., Fremaux, C., Deveau, H., Richards, M., Boyaval, P., Moineau, S., Romero, D. A., Horvath, P. Science, 2007, 315, [2] Pourcel, C., Salvignol, G., Vergnaud, G. Microbiology, 2005, 151, [3] Mojica, F. J., Diez-Villasenor, C., Garcia-Martinez, J., Soria, E., Journal of Molecular Evolution, 2005, 60, [4] Jansen, R., Embden, J. D., Gaastra, W., Schouls, L. M. Molecular Microbiology, 2002, 43, Studentų moksliniai tyrimai 2011/2012

242 Lüneburg o lęšio panaudojimas modų konvertavimui silicio nanofotoniniuose bangolaidžiuose M. Pranaitis, Vilniaus universitetas R. Petruškevičius, Fizinių ir technologijos mokslų centras D. Urbonas, Fizinių ir technologijos mokslų centras Pastaruoju metu itin išaugo susidomėjimas silicio nanofotonikos taikymu optiniuose lustuose, kurios galėtų pakeisti elektroninius lustus [1]. Viena iš problemų, su kuria susiduriama perduodant ir apdorojant optinius signalus, yra ganėtinai mažas signalų perdavimo į nanofotoninius bangolaidžius efektyvumas. Vienas perspektyviausių šviesos įvedimo į planarinius bangolaidžius būdų yra žadinimas naudojant difrakcines gardeles. Šiuo metodu pasiekiamas didesnis nei 50 % žadinimo efektyvumas, o naudojant daugiasluoksnius reflektorius gali būti viršytas ir 70 % efektyvumas. Šios mokslinės praktikos metu buvo iškeltas tikslas sukurti struktūrą, kuri veiktų kaip modų konverteris infraraudonųjų bangų diapazone, kuris naudojamas optiniuose komunikacijų kabeliuose (bangos ilgis 1,55 µm). Tokia struktūra ženkliai sumažintų ilgį adiabatinių taper ių (modų konverterių), kurie jungia silicio nano-bangolaidžius ir žadinančias difrakcines gardeles. Kad galėtume sukurti struktūrą, kuri veiktų kaip modų konverteris, pasinaudojome efektyviojo lūžio rodiklio aproksimacija, galiojančia už bangos ilgį mažesniems dariniams [2]. Varijuodami darinių dydžiu, galime keisti efektyvųjį struktūros lūžio rodiklį. Šis vadinamasis GRIN (lūžio rodiklio gradiento) metodas suteikia galimybę valdyti elektromagnetinių bangų sklidimo kryptį [3]. Tam, kad pasiektume reikiamą efektą, naudojome efektyviojo lūžio rodiklio pasiskirstymą, kuris artimas Lüneburg o lęšiui. Idealus Lüneburg o lęšis sufokusuoja plokščiąją elektromagnetinę bangą savo paviršiaus taške sukuriamas taškinis šaltinis šiame taške, kuris spinduliuoja bangas 2π erdviniu kampu plokščiosios bangos sklidimo kryptimi. Šiuo atveju netenkinama visiško vidaus atspindžio sąlyga bangolaidyje, todėl naudojome modifikuotą lūžio rodiklio pasiskirstymą, atitinkantį tik centrinę dalį idealaus lęšio, kuri laužia ne didesniu kampu nei kritinis. Modeliavimui naudojome nemokamą MEEP programinės įrangos paketą [4], kuriame lygtys sprendžiamos baigtinių skirtumų laiko srities metodu (FDTD). MEEP naudojami matavimo vienetai, kurie yra bedimensiniai (c=1) ir invariantiški masteliui (kaip ir Maksvelio lygtys). Struktūra normuojama nurodant charakteringąjį vienetinį ilgį. Visi kiti dydžiai dažnis, bangos ilgis, laikas ir t. t., yra paskaičiuojami naudojant šį charakteringąjį FIZINIAI MOKSLAI 241

243 ilgį arba jo santykį su šviesos greičiu, kuris laikomas lygiu 1. Modeliuojant parinktos begalinės erdvės kraštinės sąlygos. Kad būtų pasiektas šis efektas, naudojome PML (idealiai suderintus) sluoksnius, kurie sugeria į juos krentančias elektromagnetines bangas. Modeliavimo rezultatų pavyzdžiai pavaizduoti 1 4 paveikslėliuose. Stebimas lęšio efektas, kuris sukuriamas varijuojant efektiniu struktūros lūžio rodikliu. Naudodami charakteringąjį ilgį ( MEEP ), atitinkantį 1,55 µm bangos ilgį, apskaičiuojame, jog, naudojant šį metodą, įmanoma konvertuoti modas į silicio bangolaidžius, mažesnio pločio nei 0,6 µm. 1 pav. Elektromagnetinės bangos sklidimas laiko momentu t=3 ( MEEP vienetai) 2 pav. Elektromagnetinės bangos sklidimas laiko momentu t=6 ( MEEP vienetai) 3 pav. Elektromagnetinės bangos sklidimas laiko momentu t=8 ( MEEP vienetai) 4 pav. Elektromagnetinės bangos sklidimas laiko momentu t=10 ( MEEP vienetai) Literatūra [1] Dumon, P., Priem, G., Nunes, L. R., Bogaerts, W., van Thourhout, D., Bienstman, P., Liang, T. K., Tsuchiya, M., Jaenen, P., Beckx, S., Wouters, J., Baets, R. Linear and nonlinear nanophotonics devices on Silicon-on-Insulator wire waveguides (Japanesse Journal of Applied Physics, Vol. 45, No.8B, 6589, 2006). [2] Brauer, R., Bryngdahl, O. Design of antireflection gratings with approximate and rigorous methods (APPLIED OPTICS, Vol. 33, No. 34, ). [3 Gao, H., Zhang, B., Johnson, S. G., Barbastathis, G. Design of thin film photonic metamaterial L uneburg lens usinganalytical approach (OPTICS EXPRESS, Vol. 20, No. 2, 1617, 2012). [4] Oskoor, A. F., Roundy, D., Ibanescu, M., Bermel, P., Joannopoulos, J. D., Johnson, S. G. Meep: A flexible free-software package for electromagnetic simulations by FDTD method (Computer Physics Communications, Vol. 181, 687, 2010). 242 Studentų moksliniai tyrimai 2011/2012

244 ULTRATRUMPŲ ŠVIESOS IMPULSŲ GENERACIJA IR STIPRINIMAS INFRARAUDONOJO SPEKTRO SRITYJE N. Garejev, Vilniaus universitetas J. Darginavičius, Vilniaus universitetas Optinis parametrinis dažnio keitimas leidžia paprastai, patikimai ir lanksčiai generuoti derinamus femtosekundinius impulsus [1]. Mėlyno kaupinimo BBO kristalų pagrindu padaryti netiesiniai optiniai parametriniai stiprintuvai (NOPA) efektyviai veikia regimoje srityje ir generuoja ~30 fs trukmės impulsus. Lieka problemų su trumpesnių, nei 30fs impulsų generacija artimojoje infraraudonoje srityje (NIR) su plačia stiprinimo juosta, naudojant 800 nm Ti:safyro lazerio kaupinimą. Problemai išspręsti, buvo parodytas parametrinis stiprinimas su 800 nm kaupinimu, naudojant skirtingus netiesinius kristalus su tinkamu grupinių greičių derinimu, leidžiančiu plačiajuostį stiprinimą: KTP, BIBO, LiI, ir kiti [2]. Šiame darbe buvo eksperimentiškai tiriamas ultratrumpų šviesos impulsų parametrinis stiprinimas infraraudonoje (IR) spektro srityje (2µm). Siekiama gauti parametrinį koherentinės šviesos šaltinį, gaminantį kelių optinių ciklų trukmės impulsus su stabilia nešančiojo dažnio-gaubtinės faze. 1 pav. Eksperimento principinė schema FIZINIAI MOKSLAI 243

245 Ti:safyro lazerio impulsas buvo padalinamas kelis kartus, kad naudoti jį kaip kaupinimą NOPA ai ir NIR stiprinimui, ir kaip signalą NIR generacijai. Pirmajame BBO kristale (0,2 mm, I tipo) iš 800 nm lazerio impulso ir regimos srities impulso iš netiesinio optinio parametrinio stiprintuvo (NOPA), buvo generuojamas skirtuminio dažnio impulsas IR srityje. Gautas IR impulsas buvo stiprinamas antrajame BBO kristale (2 mm, I tipo), naudojant 800 nm impulsą kaip kaupinimą. Schema leidžia derinti generuojamo IR impulso bangos ilgi, keičiant NOPA os išėjimo centrinį dažnį ir keičiant BBO kristalo posūkio kampą (λ NOPA =530 nm 610 nm, išėjime λ IR =1,6 µm 2,6 µm). Matavimai buvo atlikti su vienu bangos ilgiu (2 µm), siekiant detaliai ištirti gaunamų impulsų trukmę ir fazės stabilumą. (a) (b) (c) 2 pav. (a) Fazės skirtumo nuokrypio pasiskirstymas (b) Sugeneruotų impulsų spektras. (c) Impulso autokoreliacinė funkcija Tyrimo metu pademonstruotas kelių optinių ciklų trukmės šaltinis su stabilia nešančiojo dažnio-gaubtinės faze. Fazės stabilumas buvo matuojamas f į 2f interferometrijos būdu; gautas fazės vidutinis kvadratinis nuokrypis σ=0,48 rad. (2 pav. (a). Spektro plotis (Δλ=0,27 µm, [2 pav. (b)]) riboja gausinio impulso trukmę ne trumpesnę negu 18 fs. Autokoreliaciniai matavimai parodė, jog gauti impulsai buvo 19 fs trukmės (2 pav. (c), 2,7 optiniai svyravimai ties 2 µm), o energija buvo lygi 50 µj. Literatūra [1] Danielius, R., Piskarskas, A., Stabinis, A., Banfi, G. P., Di Trapani, P., and Righini, R., Traveling-wave parametric generation of widely tunable, highly coherent femtosecond light-pulses, J. Opt. Soc. Am. B. 10, (1993). [2 Brida, D., Manzoni, C., Cirmi, G., Marangoni, M., Bonora, S., Villoresi, P., De Silvestri, S., and Cerullo, G., Fewoptical-cycle pulses tunable from the visible to the mid-infrared by optical parametric amplifiers, J. Opt. A 12, (2010). 244 Studentų moksliniai tyrimai 2011/2012

246 DEIMANTO TIPO ANGLIES DANGŲ MECHANINIŲ SĄVYBIŲ TYRIMAS N. Armakavičius, Kauno technologijos universiteto Fundamentaliųjų mokslų fakultetas A. Tamulevičienė, Kauno technologijos universiteto Medžiagų mokslo institutas S. Tamulevičius, Kauno technologijos universiteto Medžiagų mokslo institutas Deimanto tipo anglies (DTA) dangos pasižymi puikiomis mechaninėmis, optinėmis, cheminėmis savybėmis, tokiomis kaip: didelis kietumas, mažas trinties koeficientas, cheminis pasyvumas, skaidrumas plačiame elektromagnetinių bangų diapazone, biologinis suderinamumas [1]. Keičiant dangų formavimo sąlygas ir legiruojant jas įvairiais elementais, šias savybes galima keisti plačiose ribose. Parinkus atitinkamas sąlygas, tokias kaip nusodinimo metodas, pradinės medžiagos, legiruojantys elementai, galima suformuoti dangas, kurios būtų tinkamos įvairiems taikymams (medicinoje, optinėse ir mechaninėse sistemose ir t. t.) [1, 2, 3]. Šiame darbe SiO x legiruotos DTA dangos buvo suformuotos uždaro srauto jonų pluošteliu iš heksametildisiloksano (C 6 H 18 OSi 2 ) su acetileno nešančiomis dujomis. Dangos (storis ~200 nm) buvo suformuotos ant p-tipo Si (100), keičiant jonų pluošto energiją nuo 300 ev iki 800 ev. Mechaninės savybės analizuotos atliekant dangų brėžimo testą. Tyrimams naudotas KTU Medžiagų mokslo institute sukonstruotas brėžimo testeris su Berkovičiaus tipo įspaudu. Brėžimo metu buvo palaipsniui didinama normalinė jėga (naudotos apkrovos mn) ir registruojama tangentinė jėga. Atlikus brėžimo testą gautos normalinės ir tangentinės jėgų priklausomybės nuo įspaudo poslinkio. Naudojantis šiomis priklausomybėmis pagal formulę (1) buvo apskaičiuotas dangų trinties koeficientas. (1) Čia F τ tangentinė jėga, N, F n normalinė jėga, N. Brėžimo eksperimentinė schema pavaizduota 1 pav. Bandiniuose padaryti rėžiai analizuoti optiniu mikroskopu Optika M699 (didinimas 10x-100x) ir skenuojančiu elektroniniu mikroskopu FEI Quanta 200 FEG (skiriamoji geba 1,2 nm, greitinanti įtampa nuo 100 V iki 30 kv, elektronų srovė 100 na). FIZINIAI MOKSLAI 245

247 1 pav. Brėžimo testo eksperimentinė schema Dangų, suformuotų keičiant jonų pluošto energiją, trinties koeficiento vertės pavaizduotos 2 pav. Pastebėta, jog didinant jonų pluošto energiją trinties koeficientas didėja. 2 pav. Dangų, nusodintų keičiant jonų pluošto energiją, vidutiniai trinties koeficientai Dangoje, suformuotoje naudojant 500 ev jonų pluošto energiją, palikto rėžio SEM mikrofotografija pavaizduota 3 pav. 246 Studentų moksliniai tyrimai 2011/2012

248 3 pav. Įspaudo palikto rėžio SEM mikrofotografija Atlikus rėžių analizę SEM, pastebėta, jog plėvelės pasižymi puikiomis mechaninėmis savybėmis. Esant didelėms apkrovoms, plėvelės sutrūkinėja, tačiau nėra prarėžiamos iki pagrindo. Literatūra [1] Cirinino, G. A., Mansano, R.,D., Verdonck, P., Jasinevicius, R.,G., Neto, L.,G. Difraction grattings fabricated in DLC thin films, Surface & Coatings Technology, 2010, 204, p. [2] Hauert, R. A review of modified DLC coatings for biological applications, Diamond and Related Materials, 2003, 12, p. [3] Robertson J., Diamond like amorphous carbon, Material Science and Engineering R, 2002, 37, p. FIZINIAI MOKSLAI 247

249 TDCR METODO GALIMYBIŲ TYRIMAS PANAUDOJANT ŽINOMO AKTYVUMO 14 C MĖGINIUS P. Butkus, Vilniaus universitetas A. Gudelis, Fizinių ir technologijos mokslų centras Dvigubų ir trigubų sutapčių (angl. Triple-to-Double Coincidence Ratio TDCR) metodas yra taikomas grynųjų beta spinduolių arba elektrono pagava pasižyminčių radionuklidų aktyvumo matavimui scintiliaciniame tirpale, blyksnių registravimui panaudojant tris fotodaugintuvus. Šis metodas ypatingas tuo, kad aktyvumo nustatymui nereikalingas šalutinis žinomo aktyvumo šaltinis [1]. Tačiau būtina žinoti informaciją apie matuojamojo radionuklido skilimo schemą tam, kad būtų galima apskaičiuoti matavimo efektyvumą [2]. Tiriamojo darbo metu buvo bandoma panaudoti TDCR metodą negesintų mėginių su žinomo aktyvumo 14 C branduoliais matavimui, pasinaudojant programine įranga TDCRB-02, kuri yra laisvai prieinama ICRM LSC darbo grupės interneto tinklalapyje, siekiant apskaičiuoti preparate esančios radioanglies savitąjį aktyvumą, bei rasti tokias matavimo sąlygas, kurių metu gaunami ypač tikslūs rezultatai. Matavimo tikslumas privalo būti toks, kad išmatuota savitojo aktyvumo vertė nesiskirtų daugiau kaip vienu arba dviem procentais nuo vertės, nurodytos sertifikate. Pastarajam tikslui pasiekti matavimo sąlygos buvo keičiamos tol, kol kartojant matavimą gauti rezultatai buvo pastovūs ir privalomo tikslumo [3]. Pirmasis bandomasis mėginys su žinomo aktyvumo 14 C branduoliais buvo paruoštas polietileniniame matavimo inde sumaišant 0,15 ml darbinio tirpalo ir 16 ml Ultima Gold LLT scintiliatoriaus. Be to, identiškame matavimo inde, 16 ml tos pačios rūšies scintiliatorius, be darbinio tirpalo, buvo paruošta fono įvertinimui. Atlikta po penkis 600 s trukmės matavimus, esant trims skirtingoms fotodaugintuvų įtampoms. Pasinaudojant programine įranga TDCRB-02 buvo nustatyta savitojo aktyvumo vertė, kuri 2,59 % skyrėsi nuo vertės, nurodytos sertifikate. Nuspręsta, kad norint gauti tikslesnius rezultatus reikia atlikti matavimus esant kitoms matavimo sąlygoms. Šiuo atveju, tam pačiam mėginiui buvo atlikti šeši 60 s trukmės matavimai esant šešioms skirtingoms fotodaugintuvų įtampoms. Galutinis savitasis aktyvumas apskaičiuotas kaip visų matavimų, atliktų šiomis sąlygomis, rezultatų vidutinė vertė. Gautas nuokrypis nuo tikrosios vertės 7,20 %, be to, atskirų matavimų apskaičiuotos savitojo aktyvumo vertės stipriai skyrėsi. Rezultatai pavaizduoti 1 pav. (b) dalyje. Kadangi nuokrypis nuo vertės, 248 Studentų moksliniai tyrimai 2011/2012

250 nurodytos sertifikate, gautas per didelis, dar kartą buvo keičiamos matavimo sąlygos. Šį kartą naujas mėginys su žinomo aktyvumo 14 C branduoliais buvo paruoštas stikliniame matavimo inde sumaišant 0,15 ml darbinio tirpalo ir 16 ml Ultima Gold LLT scintiliatoriaus. Nekeičiant kitų matavimo sąlygų buvo atlikti matavimai. Galutinis savitasis aktyvumas buvo apskaičiuotas kaip visų matavimų, atliktų šiomis sąlygomis, savitojo aktyvumo vidurkis. Gautas nuokrypis nuo tikrosios vertės 1,59 % pateko į sertifikate nurodytos neapibrėžties intervalą [3]. Matavimo rezultatai naudojant stiklinį matavimo buteliuką pavaizduoti 1 pav. (a) dalyje. Eksperimentinės vertės Apskaičiuotas pagal sertifikatą Apskaičiuoto pagal sertifikatą neapibrėžtis Vidutinė visų eksperimentų vertė Vidutinės eksperimentų vertės neapibrėžtis 1 pav. 14 C aktyvumo matavimai polietileniniame (b) ir stikliniame (a) matavimo buteliukuose Tiriamojo darbo rezultatai rodo, kad TDCR pirminio standartizavimo metodas panaudojant programinę įrangą TDCRB-02 leidžia dideliu tikslumu nustatyti 14 C savitąjį aktyvumą. Tačiau, gaunamas nuokrypis nuo reikiamos vertės vis dar per didelis, todėl numatomi tolimesni tyrimai siekiant padidinti matavimų tikslumą. Be to, tą pačią matavimų metodiką bus bandoma pritaikyti nustatant kitų radionuklidų savitąjį aktyvumą. FIZINIAI MOKSLAI 249

251 Padėka Paulius Butkus dėkoja Lietuvos mokslo tarybai už Studentų mokslinės praktikos stipendiją. Literatūra [1] Lee, K. B., Lee, J. M., Park, T. S., Hwang, H. Y., Implementation of TDCR method in KRISS, Nuclear Instruments and Methods in Physics Research Section A: Accelerators, Spectrometers, Detectors and Associated Equipment, 534, 2004, [2] Broda, R., A review of the triple-to-double coincidence ratio (TDCR) method for standardizing radionuclides, Applied Radiation and Isotopes, 2003, 58, [3] Butkus, P., Gudelis, A. Open readings 2012, 2012, Studentų moksliniai tyrimai 2011/2012

252 Riebiųjų rūgščių aliejuose ir riebaliniuose audiniuose sudėties nustatymas BMR metodu P. Šimonis,Vilniaus Gedimino technikos universitetas E. Gaidamauskas, Vilniaus universiteto Biochemijos institutas BMR (branduolių magnetinio rezonanso) spektrometrijos metodu tyriau riebalų rūgščių nesotumo (mono-,di-, poli-nesočių riebalų rg.) kiekį aliejuose bei riebaluose. Iš margarino bei kiaulienos lašinių išekstrahavau riebalus. BMR metodu gavau saulėgrąžų, graikinių riešutų, linų sėmenų, alyvuogių, kokosų aliejų, taip pat iš margarino bei kiaulienos lašinių išekstrahuotų riebalų spektrus. Juos analizavau su Mestrelab Mnova Suite programine įranga. Naudodamasis specialiai šiam tyrimo uždaviniui išvestomis formulėmis, įvertinau procentinius mono- (M), di- (D), tri- (T) nesočiųjų, bei sočiųjų (S)rūgščių kiekius tiriamuosiuose mėginiuose [2]: T( %)=100[B/(A+B)]; D( %)=100[(E/D)-2[B/(A+B)]]; M( %)=100[(C/2D)-(E/D)+ [B/(A+B)] S( %)=100[1-(C/2D)] Šiose formulėse raidėmis A, B, C, D pažymėti atitinkamų BMR spektro linijų (žr. 1 pav.) intergaliniai intensyvumai. 1 pav. 1-H BMR graikinių riešutų aliejaus chloroforme-d 1 spektras. A signalo sritis, kurią sukelia nesočiosiose, di nesočiosiose bei sočiosiose riebalų rūgštyse esančių metilų vandenilio atomai. B signalo sritis, kurią sukelia tri-nesočiosiose riebalų rūgštyse esančių metilų vandenilio atomai. C signalo sritis, kurią sukelia metileno vandenilio atomai, esantys α padėtyje nuo dvigubojo ryšio (aliliniai protonai). D signalo sritis sukelta vandenilio atomų FIZINIAI MOKSLAI 251

253 priklausančių metileno atomam esantiems α prie karboksilo grupės. E signalo sritis sukelta vandenilio atomų prisijungusių prie α anglies tarp dviejų dvigubųjų ryšių [1, 2] Tyrimu parodėme, jog BMR spektroskopijos pagalba galime identifikuoti riebalų sudėties varijacijas (2 pav.) bei kiekybiškai įvertinti sočiųjų bei nesočiųjų rūgščių trigliceridų santykinius kiekius tiriamuosiuose augaliniuose bei gyvulinės kilmės riebaluose (1 lentelė). 2 pav. Lipidų 1-H BMR spektrai chloroforme-d 1. A saulėgrąžų aliejaus. B graikinių riešutų aliejaus. C linų sėmenų aliejaus. D alyvuogių aliejaus. E ekstrakto iš margarino. F ekstrakto iš kiaulienos lašinių. G kokosų aliejaus [1,2] 252 Studentų moksliniai tyrimai 2011/2012

254 1 lentelė. Mono- nesočių (M), di- nesočių (D), tri- nesočių (T) bei sočiųjų (S) riebiųjų rūgščių santykiai (%) riebaluose ir aliejuose Aliejus arba riebalas (M) (D) (T) (S) A Saulėgrąžų B Graikinių riešutų C Linų sėmenų D Alyvuogių E Margarino F Kiaulienos lašinių G Kokosų Literatūra [1] D. Mickevičius. Cheminės analizės metodai. Žiburio leidykla, Vilnius [2] Guillen, M. D., Ruiz, A. Rapid simultaneous determination by proton NMR of unsaturation and composition of acyl groups in vegetable oils. Eur.J.Lipid Sci. Technol., 2003, 105, FIZINIAI MOKSLAI 253

255 AROMATINIŲ HIDRAZONŲ POLIMERIZACIJA IR SAVYBIŲ TYRIMAS R. Laurinavičiūtė, Kauno technologijos universitetas J. Ostrauskaitė, Kauno technologijos universitetas Hidrazonai sudaro didelę organinių elektroaktyvių junginių klasę [1, 2]. Jie yra naudojami kaip organiniai puslaidininkiai optoelektroniniuose prietaisuose, daugiausia elektrofotografiniuose fotoreceptoriuose. Žemais jonizacijos potencialais pasižymintys hidrazonai yra perspektyvūs dažais sensibilizuotų fotovoltinių (saulės) elementų komponentai. Skyles pernešančių hidrazonų tarpe dominuoja mažamolekuliai junginiai. Tačiau aromatinių hidrazonų su reaktyviomis funkcinėmis grupėmis literatūroje aprašyta labai nedaug. Hidrazonų fragmentus pagrindinėje makromolekulių grandinėje turintys polimerai buvo gauti diepoksigrupes turinčių hidrazonų monomerų ir ditiolių poliadicijos reakcijoje [3]. Krūvininkus pernešančių hidrazonų, kurie galėtų dalyvauti radikalinės polimerizacijos ar tinklinimo reakcijose literatūroje apskritai nėra aprašyta. Jau esami rezultatai leidžia manyti, kad tai galėtų būti potencialios medžiagos elektroaktyviems sluoksniams lanksčių optoelektronikos ir elektronikos prietaisų gavimui. Sintetinant polimerus radikalinės polimerizacijos ar tinklinimo būdu galima gauti mažiau poliškas makromolekules. Šio darbo tikslas buvo ištirti trifenilamino ir karbazolilfragmentus turinčių mono- ir dihidrazonų su vinilgrupėmis terminę polimerizaciją ir tinklinimą. Trifenilamino ir karbazolilfragmentus turinčių hidrazonų su viena arba dviem vinilgrupėmis, polimerizacija buvo vykdoma termiškai inicijuojant grandinės augimą. Šis metodas buvo pasirinktas todėl, kad termiškai inicijuojant polimerizaciją nereikia naudoti iniciatorių, kurių likučiai veiktų kaip krūvininkų gaudyklės krūvininkus pernešančiuose optoelektroninių ir elektroninių prietaisų sluoksniuose ir dėl to blogėtų šių prietaisų charakteristikos. Gautų polimerų (1 pav.) struktūra įrodyta IR spektroskopijos metodu, linijinių polimerų struktūra patvirtinta dar ir 1 H BMR spektroskopijos metodu. Taip pat buvo ištirtos gautų junginių optinės, terminės bei elektrocheminės savybės Studentų moksliniai tyrimai 2011/2012

256 pav. Susintetintų polimerų cheminė struktūra Polimerinant monomerus su viena vinilgrupe, susidarė linijiniai oligomerai 1, 2, 4, 5 (1 pav.), kurių vidutinės skaitinės ir vidutinės masinės molekulinės masės ir polidispersiškumas pateiki 1 lentelėje. Polimerinant monomerą su dviem vinilgrupėmis, susidarė tinklinis polimeras 3, kurio tirpios THF frakcijos atitinkamos charakteristikos taip pat pateiktos 1 lentelėje. 1 lentelė. Polimerų 1 5 skaitinės ir masinės molekulinės masės bei polidispersiškumas Junginys M w M n M w /M n ,3 3* , , ,5 * Pateikti duomenys yra tetrahidrofurane tirpios frakcijos. Literatūra [1] Lygaitis, R., Getautis, V., Grazulevicius, J. V. Chemical Society Review. 2008, 37, [2] Juršėnas, S. Organinės optoelektronikos prietaisai. Vilniaus universitetas. 2008, [3] Getautis, V., Grazulevicius, J. V., Daskeviciene, M., Malinauskas, T., Jankunaite, D., Gaidelis, V., Jankauskas, V., Sidaravicius, J., Tokarski, Z. Polymer. 2005, 46, FIZINIAI MOKSLAI 255

257 ELEKTROS GALIOS KOKYBĖS TYRIMAS, KURIANT IŠMANIOS EKO-SOCIALIOS APLINKOS MODELĮ R. Birškytė, Klaipėdos universitetas A. A. Bielskis, Klaipėdos universitetas Siekiant sukurti gamtai ir žmogui draugišką bendradarbiavimą, yra bandoma sukonstruoti eksperimentinį modelį, kuris galėtų teikti protingos ekologiškos ir socialios laboratorijos darbuotojams adaptyvaus apšvietimo ir mikroklimato valdymo paslaugas pagal apšviestumo, temperatūros ir asmens emocinės būsenos matavimus. Šiam tikslui įgyvendinti buvo kuriamas išmanusis maitinimo blokas, kurį sudaro elektros galios reguliatorius ir suvartojamos energijos kiekio bei kokybės skaitmeninis matuoklis. Išmaniojo maitinimo bloko ir galios reguliatoriaus principinė schema aprašoma išskaidant ją į keturis skirtingas funkcijas atliekančius blokus. 1 pav. Principinė schema, 1 blokas 2 pav. Principinė schema, 2 blokas Pirmajame bloke (žr. 1 pav.) kintantamoji srovė (~220 V) patenka į srovės transformatorių, kuriame, tekėdama pirmine transformatoriaus apvija, indukuoja antrinėje apvijoje (sudarytoje iš vijų) jai proporcingą įtampą. Antrinės apvijos įtampa bus naudojama prie išmaniojo maitinimo bloko prijungtų įrenginių vartojamos elektros energijos matavimams atlikti (Atmega32 mikrovaldikiu). Atrajame bloke (žr. 2 pav.) esantis vienos pirminės ir dviejų antrinių apvijų įtampos transformatorius yra naudojamas išmaniojo maitinimo bloko valdymo schemoms maitinti ir įtampai matuoti. 256 Studentų moksliniai tyrimai 2011/2012

258 3 pav. Principinė schema, 3 blokas 4 pav. Principinė schema, 4 blokas Trečioje (3 pav.) ir ketvirtoje (4 pav.) išmaniojo maitinimo bloko dalyje yra pavaizduotas galios reguliatorius. Trečioje dalyje esantis optronas (OK1) naudojamas 0 taško kirtimo radimui, o ketvirtoji dalis naudojama prie išmaniojo maitinimo bloko prijungto įrenginio vidutinės įtampos lygiui valdyti (simistoriaus T2 pagalba). Tokias grandines tikslinga naudoti, kai valdymas atliekamas skaitmeniu būdu. Valdymas atliekamas bangos ilgio moduliacijos programa, esančia prie šios schemos SV2 jungtimi prijungtame mikrovaldiklyje ATmega32 [1]. Matavimams atlikti buvo pasirinka programa Atmega Oscilografas, kuri pateikta 5 pav. Šios programos bloke ADC 0 (U) vaizduojama tinklo įtampos U kreivė, švytuojanti sinuso dėsniu apie 480 padalų virtualųjį nulį atitinkantį 2,5 VDC įtampos lygį. Programos Atmega Oscilografas blokas ADC 1 (I) vaizduoja apkrovimo srovės I sinosoidės kreivę, taip pat svyruojanti apie 2,5 VDC 515 padalų virtualųjį nulį, kuris yra sukurtas 1 pav. schemoje į operacinių stiprintuvų LM358N 1C1A ir 1C1B neinvertuojančius įėjimus padavus 2,5 VDC stabilizuotos nuolatinės įtampos lygį. Taip pat atliekami suvartojamos energijos matavimai ir pateikiami skaičiavimų rezultatai, kurie pavaizduoti kairiajame 5 pav. krašte: U[stipr.koef.]=1,0625, I[stipr.koef.]=51.9, U[atsk. taškas] = 480, I[atsk. taškas] = 515, U RMS = 214,82 V, I RMS = 8062 ma, Pilnoji galia= ,57 mva, Aktyvioji galia= ,75 mw, Galios koeficientas=0,9112. FIZINIAI MOKSLAI 257

259 5 pav. Programa Atmega Oscilografas Taigi įvedus įtampos ir srovės stiprinimo koeficientus atitinkamoje programos Atmega Oscilografas vietoje yra apskaičiuojami: įtampos ir srovės RMS reikšmės, pilnoji galia, aktyvioji galia ir galios faktorius [2]. Taip pat atsižvelgiant į prietaisų suvartojamą galią, apskaičiuotą galios faktorių, galime nustatyti, kuris prietaisas pasižymi blogiausiais suvartojamos galios rodikliais. Literatūra [1] Birškytė, R., Bielskis, A. A., Gricius, G. 55th Scientific Conference for Young Students of Physics and Natural Sciences, 2012, Vilnius, Lietuva. [2] Paul, A., Calter, Michael, A., Calter. Technical Mathematics with Calculus, Sixth Edition. Hardcover, Canada, Studentų moksliniai tyrimai 2011/2012

260 PLATAUS SPEKTRO IMPULSŲ DISPERSIJOS VALDYMAS GRIZMINIU PLĖSTUVU R. Budriūnas, Vilniaus universitetas R. Antipenkov, Vilniaus universitetas Moduliuotos fazės impulsų optinis parametrinis stiprinimas (Optical Parametric Chirped Pulse Amplification, OPCPA) vienas plačiausiai taikomų didelės galios ultratrumpųjų koherentinės spinduliuotės impulsų generavimo metodų [1]. Vienas esminių uždavinių, sprendžiamų realizuojant OPCPA sistemas, yra dispersijos kompensavimas. Šiame pranešime pateikiami rezultatai praktikos metu atliktų tyrimų, skirtų charakterizuoti perspektyvią priemonę medžiagos dispersijai kompensuoti neigiamos dispersijos grizminį plėstuvą, pasižymintį universalumu ir kompaktiškumu [2, 3]. Darbo metu atliktas skaitmeninis plėstuvo (žr. 1 pav.) modeliavimas MATLAB programavimo aplinkoje. Sukurta programa su grafine sąsaja, kurioje nurodžius plėstuvo parametrus spindulių sekimo (angl. raytrace) būdu apskaičiuojami plėstuvo dispersijos parametrai. Siekiant įvertinti kompiuterinio modelio tikslumą, eksperimentiškai ištirta bandomojo grizminio plėstuvo įnešamos dispersijos priklausomybė nuo spindulio įvedimo kampo. Matavimai buvo atlikti baltos šviesos interferometru [4], kurio principinė schema vaizduojama 2 paveiksle. Šiuo būdu tiesiogiai išmatuojama grupinio vėlinimo GV laiko, kurį užtrunka šviesos banginis paketas, sklisdamas grupiniu greičiu per tiriamą objektą priklausomybė nuo šviesos bangos ilgio ar dažnio GV(ω). Sulyginus optinius kelius interferometro šakose tam tikro bangos ilgio šviesai, spektre stebimas interferencinis vaizdas, iš kurio kitimo slenkant veidrodžiui apskaičiuojamas GV(ω). Galima parodyti, kad GV(ω)= φ(ω)/ ω, čia φ(ω) spektrinė fazė, todėl GV matavimas pridedamos konstantos tikslumu ekvivalentus fazinės charakteristikos matavimui. Modeliavimo ir eksperimento rezultatų palyginimas parodytas 3 paveiksle. FIZINIAI MOKSLAI 259

261 1 pav. Grizminio plėstuvo schema. Įnešama dispersija labiausiai priklauso nuo schemoje pažymėtų dydžių 2 pav. Baltos šviesos interferometro principinė schema 3 pav. Išmatuotos (taškai) ir teoriškai apskaičiuotos (ištisinės linijos) plėstuvo fazinės charakteristikos įvedant spindulį į plėstuvą įvairiais kampais (žr. pažymėjimą 1 pav.) 260 Studentų moksliniai tyrimai 2011/2012

262 Kaip matome 3 paveiksle, plėstuvo indėlis į impulso spektrinę fazę ir darbinis spektro diapazonas stipriai priklauso nuo kritimo kampo. Pastebimas plėtimo koeficiento augimas (statesnės kreivės) mažėjant kritimo kampui ir spektro diapazonui slenkant į mėlynąją pusę. Priklausomai nuo kritimo kampo, plėstuvo pralaidumo juosta gali siekti nuo kelių dešimčių iki kelių šimtų nm. Palyginę teorines ir eksperimentines kreives matome, kad skaitmeninio modeliavimo ir eksperimentinių duomenų nesutapimas svyruoja apie 14 % ir neviršija 25 %. Pranešime bus aptartos galimybės pritaikyti plėstuvą konkrečiai OPCPA sistemai. Autoriai dėkoja Sauliui Frankinui už suteiktą galimybę pasinaudoti baltos šviesos interferometru. Literatūra [1] Piskarskas, A., Dubietis, A., Jonušauskas, G. Opt. Commun., 1992, 88, [2] Squier, J., Kane, S. JOSA B, 1997, 14, [3] Zacharias, H., Zheng, J. Appl. Phys. B, 2009, 96, [4] Sainz, C., Jourdain, P., Escalona, R., Calatroni, J. Opt. Commun., 1994, 110, FIZINIAI MOKSLAI 261

263 EFEKTYVI TRIARILPIROLO[2,3-d] PIRIMIDINŲ SINTEZĖ Pd (0), Ni (0) IR Cu (I) KATALIZUOJAMOMIS KRYŽMINIO JUNGIMO REAKCIJOMIS R. V. Urbonas, Vilniaus universitetas S. Tumkevičius, Vilniaus universitetas Organinės medžiagos, kurių molekulės sudarytos iš konjuguotų aromatinių žiedų, sulaukia vis daugiau dėmesio dėl jų galimo pritaikymo elektroniniuose ir optoelektroniniuose įrenginiuose [1-3]. Neseniai mūsų atlikti tyrimai parodė, kad nelinijinės struktūros pirolo[2,3-d]pirimidino dariniai, turintys šoninėse grandinėse konjuguotas aromatines ar heteroaromatines sistemas, pasižymi stipria fluorescencija ir yra mėlynos šviesos spinduoliai [4, 5]. Tokiems junginiams gauti labai svarbu turėti efektyvų jų sintezės metodą. Ypač svarbu, kad sintezės metodo pagalba ne tik būtų galima susintetinti norimus junginius geromis išeigomis, bet ir atlikti arilinimo reakcijas regioselektyviai. Tai leistų sintetinti pirolo[2,3-d]pirimidino darinius, turinčius skirtingas arilgrupes skirtingose heterociklo padėtyse. Šiam tikslui pasiekti buvo pasiūlyta sintezės strategija, kurios esmė yra tam tikrų funkcinių grupių reaktingumas įvariais metalais katalizuojamose kryžminio jungimo reakcijose ir šių reakcijų tam tikras eiliškumas. Taigi, triarilpirolopirimidinų sintezei buvo nuspręsta panaudoti Pd (0) katalizuojamą Suzuki reakciją, CuI katalizuojamą N-arilinimo reakciją ir Ni (0) katalizuojamą Kumada reakciją, kurios metu metiltiogrupė gali būti pakeista norima arilgrupe [6]. Pradiniu junginiu tyrimui atlikti buvo pasirinktas 4-chloro-2-metiltiopirolo[2,3-d] pirimidinas (1). Jis susintetintas iš lengvai prieinamų cianacto rūgšties etilesterio ir bromacto aldehido dietilacetalio pagal literatūroje aprašytas metodikas [7 9]. 262 Studentų moksliniai tyrimai 2011/2012

264 Cl DIPEA, DMAP, Cl Boc N 2 O, DCM N MeS N N % H MeS N 1 2 O N (HO) 2 B R Pd(OAc) 2, PCy 2 (2-biPh), K 3 PO 4, Ar, dioksanas N Ot-Bu MeS N R N 3a-d O a) R=H b) R=Ph c) R=OMe d) R=CHO R TFA, DCM 71-86% N Ot-Bu MeS N R' I N H 4a-c a) R=H b) R=Ph c) R=OMe CuI, K 3 PO 4, Ar, trans-cikloheksan-1,2-diaminas, dioksanas R 6a-g a) R''=fenil b) R''=4-bifenil c) R''=2-naftil d) R''=3,4-dimetilfenil R'' e) R''=4-toluil f) R''=4-fluorofenil g) R''=4-(trifluorometil)fenil N N N R''MgX NiCl2(dppp) Ar, THF MeS N N N 5a-e a) R=R'=H b) R=H, R'=OMe c) R=OMe, R'=H d) R=Ph, R'=CN e) R=Ph, R'=N(Ph)2 R' 1 pav. 2,4,7-triarilpirolo[2,3-d]pirimidinų sintezės schema Atlikus pirolopirimidino 1 Suzuki bei N-arilinimo reakcijas, panaudojant fenilborono rūgštį ir jodbenzeną, buvo nustatyta, kad reakcija vyksta labai sunkiai (produktai susidaro mažomis išeigomis) arba visai nevyksta. Todėl buvo nuspręsta, prieš atliekant Suzuki reakciją, užblokuoti pirolopirimidino 1 N(7)-padėtį tret-butoksikarbonilgrupe. Blokuotas darinys 2 pakankamai greitai (1 2 val.) reagavo kryžminio jungimo reakcijoje su pasirinktomis arilborono rūgštimis ir 4-arilpirolopirimidinai 3a-d gauti geromis % išeigomis. Atlikus gautų darinių deblokavimo reakcijas, panaudojant trifluoracto rūgštį, susintetinti junginiai 4a-c % išeigomis. Toliau buvo atlikta CuI katalizuojama N-arilinimo reakcija tarp 2-metiltio-4-arilpirolo[2,3-d]pirimidinų (4a-c) ir arilhalogenidų. Šios reakcijos laikas yra pakankamai ilgas (8 45 val.), tačiau produktai 5a-e gaunami taip pat geromis išeigomis (68 99 %). Ni(0) katalizuojamos reakcijos tyrimui buvo pasirinktas 5a junginys. Ni katalizatorius gali lengvai oksiduotis, todėl reakcija turi būti atliekama griežtai inertinėje atmosferoje ir naudojant absoliučius tirpiklius. Po daugelio nesėkmingų bandymų pavyko nustatyti, jog optimalios reakcijai vykti sąlygos yra kambario temperatūra, naudojant 10 mol % NiCl 2 (dppp), 4 5 ekvivalentus arilmagnio bromido ar arilmagnio jodido. Reakcijos laikas 1 2 val. Daugelis 2,4,7-triarilpirolo[2,3-d]pirimidinų 6b-f buvo gauti geromis % išeigomis. Junginys 6a gautas 47 %, o 6g 14 % išeigomis. Taigi, buvo pasiūlytas naujas, efektyvus 2,4,7-triarilpirolo[2,3-d]pirimidinų sintezės būdas, pirmą kartą pritaikius tris ortogonalias Pd(0), Cu(I) ir Ni(0) katalizuojamas FIZINIAI MOKSLAI 263

265 reakcijas. Metodo pagalba galima regioselektyviai įvesti įvairias arilgrupes į norimas pirolo[2,3-d]pirimidino padėtis. Tai išplečia šių darinių sintezės galimybes ir perspektyvas, tiriant šios klasės junginių struktūros įtaką jų fotofizikinėms savybėms. Literatūra [1] Hughes, G.; Bryce, M. R. J. Mater. Chem., 2005, 15, 94. [2] Wong, W.Y.; Zhou, G.-J.; Yu, X.-M.; Kwok, H.-S.; Lin, Z. Adv. Funct. Mater., 2007, 17, 315. [3] Tao, Y.; Wang, Q.; Yang, C.; Wang, Q.; Zhang, Z.; Zou, T.; Qin, J.; Ma, D. Angew. Chem. Int. Ed., 2008, 47, [4] Tumkevicius, S., Dodonova, J., Kazlauskas, K., Masevicius, V., Skardziute, L., Jursenas, S. Tetrahedron Lett., 2010, 51, [5] Dodonova, J., Skardziute, L., Kazlauskas, K., Jursenas, S., Tumkevicius, S. Tetrahedron, 2012, 68, 329. [6] Modern Organonickel chemistry. Ed. Y. Tamaru. Weinheim: Wiley-VCH, [7] Seela, F.; Richter, R. Chem. Ber. 1978, 111, [8] Lupke, U.; Seela, F. Chem. Ber. 1979, 112, [9] Tsitovich, A. V.; Shamshin, D. V.; Burkovskii, V. B.; Shvec, V. I.; Bioorg. Khim. 1995, 21(11), Studentų moksliniai tyrimai 2011/2012

266 HIBRIDINIŲ ORGANINIŲ-NEORGANINIŲ SLUOKSNIŲ FORMAVIMAS TERMINIO LYDYMO BŪDU IR JŲ ELEKTRINIŲ SAVYBIŲ TYRIMAS R. Dobužinskas, Vilniaus universiteto Kietojo kūno elektronikos katedra K. Arlauskas, Vilniaus universiteto Kietojo kūno elektronikos katedra Nors didžioji dalis šiuolaikinės mikroelektronikos prietaisų gaminama naudojant kristalines medžiagas, pastaraisiais metais mokslininkų susidomėta amorfinių organinių ir neorganinių medžiagų sluoksnių savybėmis. Šių, hibridinių medžiagų, sluoksniai turėtų pasižymėti tiek organinių medžiagų, tiek jose įterptų neorganinių medžiagų savybėmis. Šiame darbe buvo pagaminti hibridiniai organiniai-neorganiniai sluoksniai ant ITO padėklo liejant iš tirpalo bei terminio lydymo būdu. Išmatuoti jų sugerties spektrai matomoje srityje, ištirtos fotoelektrinės savybės bei įvertintas jų jautris įvairių energijų rentgeno spinduliams. Formuojant liejimo iš tirpalo bei terminio lydymo būdu sudaromi tūrinės heterosandūros [1] hibridiniai organiniai-neorganiniai sluoksniai: organinė skylių pernašos medžiaga su kristalinėmis ZnCdS mikrogranulėmis. Ištirtos išlietų sluoksnių I V charakteristikos parodė netiesinę diodams būdingą priklausomybę nuo įtampos bei spartesnį srovės augimą apšvietus AM1.5 spinduliuotę. Tai nėra saulės celė, tačiau fotojautri struktūra. 1 pav. Hibridinio organinio-neorganinio sluoksnio (0,9 μm storio) I V charakteristika tamsoje ir apšvietus AM1,5 spinduliuote FIZINIAI MOKSLAI 265

267 Apšvietus tą patį sluoksnį rentgeno spinduliais nepastebėta srovės pokyčių, t. y. sluoksnis rentgeno spinduliams nėra jautrus. Tai galėjo sąlygoti maža rentgeno spindulių sugertis dėl per mažo sluoksnio storio (0,9 μm) bei mažos organinių junginių fotoefekto tikimybės (0,2 0,5 %). Norint stebėti organinių sluoksnių jautrį rentgeno spinduliams, buvo įvertinta, kad sluoksnio storis turi siekti 1 mm, nes liejant tirpalą sluoksnių storis neviršija 20 μm. Storus hibridinius sluoksnius numatoma formuoti terminio lydymo būdu, naudojant specialų įrenginį, kuris gaminamas pagal specialų užsakymą. Literatūra [1] C. Brabec, V. Dyakonov, J. Parisi, N. S. Sariciftci. Organic Photovoltaics Concepts and Realization, Springer-Verlag, Berlin 2003, Studentų moksliniai tyrimai 2011/2012

268 2-Alkinil-1-ciklopenten-1-karbaldehidų sintezė ir savybių tyrimai R. Sažinas, Vilniaus universiteto Organinės chemijos katedra I. Čikotienė Vilniaus universiteto Organinės chemijos katedra Alkinilarenai, orto-padėtyje turintys karbonilgrupę, yra geri pradiniai reagentai įvairiems benzfurano, benzpirano, izokumarino bei izochinolino dariniams sintetinti [1 3]. Šios reakcijos vyksta esant pereinamųjų metalų katalizatoriams ar tokiems elektrofilams kaip I 2, ICl, kurie sudaro tarpinius kompleksinius junginius su C C ryšiais, taip palengvindami orto-padėtyje esančios grupės nukleofilinę ataką. Literatūroje yra gana plačiai išnagrinėtos įvairios o-alkinilbenzaldehidų ciklizacijos reakcijos [1 7]. Mūsų laboratorijoje yra ištirtos kai kurios heteroaromatinių o-alkinilbenzaldehidų analogų transformacijos [8 10]. Šio darbo tikslas ištirti nearomatinių 2-alkinil-1-ciklopenten-1-karbaldehidų reakcijas su įvairiais nukleofiliniais reagentais, nustatyti optimalias reakcijų sąlygas, taikyti pasiektus dėsningumus tikslinėje organinėje sintezėje. 2-brom-1-ciklopenten-1-karbaldehidas (1) susintetintas iš ciklopentanono pagal literatūroje pateiktą metodiką. Reikėtų paminėti, kad po tam tikro laiko 1 junginys pasidaro sprogus ir jį reikėtų naudoti šviežią. Pradiniai šio tyrimo junginiai 2-alkinil-1-ciklopenten-1-karbaldehidai (2a-e) buvo susintetinti Sonogashira reakcijos pagalba iš 2-brom-1- ciklopenten-1-karbaldehido (1) su kai kuriais terminaliniais alkinais naudojant paladžio (II) dichlorobisfenilfosfiną, vario (I) jodidą ir trietilaminą: Atliekant ciklizacijos reakcijas su 2a-e junginiais ir merkaptoacto rūgšties metilo esteriu bei kalio tret-butoksidu metanolyje mikrobangų krosnelėje susidaro indano FIZINIAI MOKSLAI 267

269 fragmentą turintys 3a-e junginiai. Manoma, kad reakcija vyksta per tarpinius tiepino žiedo fragmentą turinčius junginius: 2-Alkinil-1-ciklopenten-1-karbaldehidai (2a-c) reaguoja su dimetilfosfitu ir anilinu ar 4-cloranilinu kambario temperatūroje dichloretane (DCE), susidarant 4a-d produktams. 4a-b junginiai, esant katalitiniams aukso (III) bromido ar paladžio (II) chlorido kiekiams dichloretane, selektyviai ciklizavosi į pirolo fragmentą turinčius 5a-b produktus. Tuo tarpu reakcijose su molekuliniu jodu ir kalio karbonatu susidarė 6a-b ir 7a-b junginiai. 268 Studentų moksliniai tyrimai 2011/2012

270 Apibendrinant, galima pažymėti, kad 2-alkinil-1-ciklopenten-1-karbaldehidai reaguoja kiek kitaip, nei aromatinį žiedą turintys analogai. Darbo metu buvo optimizuotos indano ir polipakeistų pirolo darinių sintezės metodikos. Literatūra [1] Singh, B.; Chandra, A.; Singh, S.; Singh, M. R. Tetrahedron, [2] Verma, A. K.; Rustagi, V.; Aggarval, T.; Singh, A. P. J. Org. Chem. 2010, 75, [3] Godet, T.; Bosson, J.; Belmont, P. Synlett. 2005, 18, [4] Rathin, J.; Sunanda P.; Anup, B.; Jayanta, K. R. Tetrahedron Letters. 2010, 51, [5] Yu, X.; Ding, Q.; Wang, W.; Wu, J. Tetrahedron Letters. 2008, 49, [6] Asao, N.; Iso, K.; Salprima, Y. S. Organic letters. 2006, 8, 18, [7] Yue, D.; Ca, N. D.; Larock, R. C. J. Org. Chem. 2006, 71, [8] Čikotienė, I.; Bukšnaitienė, R.; Sažinas, R. Tetrahedron. 2011, 67, [9] Rudys, S.; Čikotienė, I. 2008, vol. 44, 11, [10] Čikotienė, I.; Bukšnaitienė, R.; Rudys, S.; Morkūnas, M.; Motiejaitis, D. Tetrahedron, 2010, 66, 1, FIZINIAI MOKSLAI 269

271 ŠAKOTŲ MOLEKULINIŲ DARINIŲ JUDRIO TYRIMAI OPTINIO POLINIMO METODU R. Samuilovas, Vilniaus universiteto Taikomųjų mokslų institutas R. Tomašiūnas, Vilniaus universiteto Taikomųjų mokslų institutas Optinis polinimas molekulių orientacijos pakeitimas lazerio spinduliuote. Molekulės gali būti poliarizuojamos naudojant statinį elektrinį lauką, tačiau tokiu atveju bus vienodai poliarizuota visa sritis, kurią kirto elektrinis laukas. Naudojant optinį polinimą nereikia prie bandinio jungti kontaktų, jo metu sukurtą netiesiškumą galima greitai ištrinti bei perorientuoti molekules priešinga kryptimi tiesiog keičiant fazės skirtumą tarp polinimo spindulių. Dar vienas privalumas yra tai, jog netiesinė aplinka sukuriama tik dviejų spindulių persiklojimo vietoje, o tai suteikia galimybę įvairiose polimero vietose kaupti informaciją. Optinio polinimo eksperimentuose naudojamos tokios medžiagos, kurių molekules sužadinus, sukeliamas netiesinis optinis jautris, t. y. šios medžiagos pradeda generuoti antrąją harmoniką. Šiuo metu plačiai tyrinėjami polimerai, kuriuose yra azobenzeno grupė. Naujos ir patobulintos polimerinės medžiagos turi perspektyvų generuojant, apdorojant, perduodant, aptinkant šviesos signalus, todėl svarbu tokias medžiagas atrasti, tirti jų savybes. Norint efektyviai vykdyti optinį polinimą ir taip medžiagoje sukelti anizotropiją ir sukurti necentrosimetrinę optinę terpę, reikia tam tikrų sąlygų: ω ir 2ω dažnio (pirmosios ir antrosios harmonikų) spindulių netiesioginės interferencijos; vienodos ω ir 2ω dažnio spindulių poliarizacijos; atitinkamo fazės skirtumo tarp ω ir 2ω dažnio spindulių; medžiagos, kuri būtų skaidri ω dažnio spinduliuotei, tačiau gerai sugertų 2ω dažnio spinduliuotę, taip pat medžiagos molekulės turi turėti cis ir trans izomerines būsenas, turi galėti judėti tam tikroje matricoje; medžiagai tinkamo ω ir 2ω dažnio spindulių intensyvumo santykio. Šio tyrimo metu buvo atliekamas šakotųjų molekulių dendrimerų optinis polinimas, siekiant nustatyti jų orientavimo ir išsiorientavimo ypatumus bei orientacinio judrio savybes kintant aplinkos temperatūrai. Dendrimerai pasižymi pasikartojančia struktūra, suformuota apie centrinę molekulę, vadinama dendrimero šerdimi. Šie junginiai yra kuriami laipsniškai, vieną po kito prijungiant molekulių sluoksnius, sudarančius skirtingas vadinamąsias kartas. Nepaisant to, šiuo atveju svarbiausias šių mo- 270 Studentų moksliniai tyrimai 2011/2012

272 lekulių struktūrinis elementas yra dviejų azoto atomų, susietų dvigubuoju ryšiu, grupė N=N, kurią žadinant šviesos impulsais molekulė gali pereiti iš stabilios trans būsenos į sužadintąją cis padėtį (tokių izomerų dipolinis momentas mažesnis). Didžiausią tikimybę būti sužadintos turi tos molekulės, orientuotos artima šviesos poliarizacijos krypčiai. Esant optimamalioms polinimo sąlygoms sukuriamas didelis medžiagos poliarizuotumas, po kiek laiko išnykstantis dėl šiluminės difuzijos, sužadintoms molekulėms relaksuojant į termiškai stabilesnę trans padėtį. Vykdant šį eksperimentą naudotas Nd:YAG lazeris, generuojantis nanosekundinės trukmės (20 ns) infraraudonosios spinduliuotės (bangos ilgis 1064 nm pirmoji harmonika) impulsus 10 Hz dažniu. Tiesiškai poliarizuotas lazerio spindulys pluošto dalikliu padalintas į dvi dalis, kurių viena nukriepiama į KDP (KH2PO4) kristalą, generuojantį antrąją harmoniką. Panaudotas segmentuotas filtras gautos žalios šviesos srautui reguliuoti siekiant gauti optimalų skirtingų harmonikų intensyvumų santykį tiriamojo junginio polinimui. Kita pluošto dalis nukreipiama į λ/2 plokštelę, kuri pakeičia pirmos harmonikos spindulio poliarizaciją, taip sutapatinant abiejų spindulių fazes bandinyje. Polinimui reikiamas fazių skirtumas gaunamas fazine plokštele. Temperatūriniams matavimams skirta uždaro ciklo helio kriogeninė sistema. Tyrimai atlikti su keturių skirtingų kartų dendrimerais (1 pav.), patalpintais į polikarbonato (PC) matricą. Šios medžiagos praktiškai yra skaidrios lazerio skleidžiamai pirmosios harmonikos spinduliuotei ir pasižymi gera žalios šviesos fotonų sugertimi. Aukštesnių kartų dendrimerai yra stabilesni, todėl jie taip pat sunkiau orientuojami [1]. Vis dėlto pakankamai svarbu yra išsiaiškinti šių medžiagų judrio savybes skirtingose (žemose) temperatūrose, nustatyti galimus molekulių išsipolinimo mechanizmus ir jų sandaros įtaką judriui. FIZINIAI MOKSLAI 271

273 1 pav. Nulinės (G0), pirmosios (G1) ir antrosios (G2) kartų dendronų struktūros Literatūra [1] Seniutinas, G., Laipniece, L., Kreicberga, J., Kampars, V., Gražulevičius, V., Petruškevičius, R., Tomašiūnas, R. Journal of Optics A: Pure and Applied Optics, 2009, 11, Studentų moksliniai tyrimai 2011/2012

274 Krūvininkų relaksacijos tyrimai vienasluoksnėje Nb 2 O 5 dangoje S. Paurazaitė, Vilniaus universiteto Lazerinių tyrimų centras A. Melninkaitis, Vilniaus universiteto Lazerinių tyrimų centras Dielektrinės interferencinės dangos plačiai naudojamos, siekiant pagerinti arba pakeisti optines paviršių savybes (atspindžio ir pralaidumo koeficientus). Šiame darbe plačiau buvo tyrinėjamas niobio oksidas (Nb 2 O 5 ), kuris labai svarbus dangų optikoje dėl jo aukšto lūžio rodiklio. Niobio oksidas buvo padengtas ant 1 mm storio lydyto kvarco (UV klasės KU1 stiklo) padėklo jonpluoščio dulkinimo (angl. IBS ion beam sputtering) technologija. Tokia technologija užgarintos dangos pasižymi labai geromis mechaninėmis savybėmis ir atsparumu aplinkos poveikiui [1]. Sąveika su intensyvia lazerine spinduliuote daro didelę įtaką tokio tipo optinių elementų ilgalaikiškumui. Femtosekundinės lazerinės spinduliuotės poveikyje optinis pažeidimas daugiausia veikiamas pernešant energiją medžiagai dėl elektronų sugerties ir netiesinio sužadinimo. Taigi, pasinaudojus žadinimo zondavimo (angl. pump probe) technika, buvo tiriami femtosekundinės lazerinės spinduliuotės sukelti procesai minėtoje dangoje. Žadinimo zondavimo spektroskopija vienas labiausiai paplitusių sparčių fotovirsmų tyrimo metodų. Pagrindinė žadinimo zondavimo idėja: bandinys sužadinamas vienu trumpu lazerio impulsu, o kitas impulsas, atėjęs po tam tikro laiko tarpo nuo pirmojo, matuoja, kaip dėl pirmojo impulso pasikeitė bandinio sugertis. Pagrindiniai gauti rezultatai pavaizduoti 1 paveikslėlyje. 1 lentelė. Eksperimentiniai duomenys Medžiaga l, nm n 1064 n 1030 E gc, ev E gt, ev E gu, ev Lydytas kvarcas 1 mm 1,46 1, NB 2 O 5 danga 717 2,23 2,23 3,43 3,46 3,92 E g draustinės energijos juostos plotis; l sluoksnio storis; n lūžio rodiklis; Pirminis tiek žadinimo, tiek zondavimo impulsų šaltinis šioje eksperimentinėje konfiguracijoje yra komercinė femtosekundinė lazerinė sistema, susidedanti iš Kero FIZINIAI MOKSLAI 273

275 lęšio modų sinchronizavimo principu veikiančio titano safyro osciliatoriaus ir regeneratyvinio faziškai moduliuotų impulsų stiprintuvo (Millenia/Tsunami/Evolution X/ Spitfire, Spectra Physics). Didžioji dalis (95 %) iš stiprintuvo išeinancios spinduliuotės yra padalinama pusiau ir nukreipiama į bėgančios bangos optinius parametrinius stiprintuvus (TOPAS, Light Conversion). Nedidelė dalis (5 %) iš regeneratyvinio stiprintuvo išėjusios spinduliuotės nukreipiama į motorizuotą vėlinimo liniją. Skirtuminë sugertis (mod) Eksperimentiniai rezultatai: 440 nm nm 560 nm -2-1,0-0,5 0,0 0,5 1, Vëlinimas (ps) (a) Skirtuminë sugertis (mod) ps 11 ps 100 ps 1000 ps 6000 ps Bangos ilgis (nm) (b) 1 pav. Eksperimentiniai rezultatai (λ žad =330 nm, E žad =600 nj, τ žad =150 fs): (a) skirtuminės sugerties kinetinės kreivės ties pasirinktomis bangos ilgių vertėmis. Raudonos kreivės atitinka apytikslę eksperimentinių duomenų aproksimaciją; (b) skirtuminės sugerties spektrai, esant skirtingiems vėlinimams tarp žadinimo ir zondavimo impulsų 2 pav. Eksperimentiniai rezultatai (λ žad =330 nm, E žad =600 nj, τ žad =150 fs): pilnas skirtuminės sugerties spektras Taigi, kaip matome gautuosius pokyčius spektre gana gerai aprašo trijų eksponenčių aproksimacija. Pirmieji pastebimi pokyčiai įvyksta prie 6 ps ir 200 ps, o galutinė suža- 274 Studentų moksliniai tyrimai 2011/2012

276 dinimo būsena nuslopsta su 13 ns charakteringa trukme. Taip pat bandinio sugerties spektras po matavimo pasislinkęs į mėlynąją pusę, lyginant su sugerties spektru prieš matavimą. Gauti duomenys bus panaudoti toliau atliekant optinio atsparumo modeliavimą dielektrinėse interferencinėse dangose. Padėka Autoriai dėkoja dr. M. Vengriui ir K. Redeckui už patarimus ir techninę pagalbą atliekant žadinimo-zondavimo eksperimentą. Literatūra [1] Melninkaitis, A., Tolenis, T., Mažulė, L., Mirauskas, J., Sirutkaitis, V., Mangote, B., Fu, X., Zerrad, M., Gallais, L., Commandré, M., Kičas, S., Drazgys, R. Characterization of zirconia and niobia silica mixture coatings produced by ionbeam sputtering, APPLIED OPTICS, Vol. 50(9), FIZINIAI MOKSLAI 275

277 FENANTROIMIDAZOLO DARINIŲ OPTINIŲ SAVYBIŲ VALDYMAS FUNKCINIAIS PAKAITAIS S. Raišys, Vilniaus universiteto Taikomųjų mokslų institutas K. Kazlauskas, Vilniaus universiteto Taikomųjų mokslų institutas A. Ivanauskaitė, Kauno technologijos universiteto Cheminės technologijos katedra R. Lygaitis, Kauno technologijos universiteto Cheminės technologijos katedra J. Gražulevičius, Kauno technologijos universiteto Cheminės technologijos katedra S. Juršėnas, Vilniaus universiteto Taikomųjų mokslų institutas Fenantroimidazolo dariniai pasižymi unikaliomis sąvybėmis, kurios leidžia šiuos junginius panaudoti įvairiuose jutikliuose, pavyzdžiui, jonų detektavimui [1] ar net priešvėžinėje terapijoje [2]. Taip pat fenantroimidazolams būdingas puikus terminis stabilumas, efektyvi fluorescencija mėlynajame ruože ir elektronų bei skylių laidumas. Dėl šių priežasčių pastarieji dariniai yra naudojami kuriant organinius šviesos diodus [3]. Dėl plokščios savo struktūros fenantroimidazolo dariniai kietajame kūne yra linkę formuoti eksimerus, kurie efektyviai mažina fluorescencijos kvantinį našumą (QY). Siekiant panaudoti šiuos junginius našių mėlynųjų šviesos diodų kurimui, reikia sumažinti eksimerų formavimąsi ir padidinti fluorescencijos kvantinį našumą kietojoje būsenoje. Šiame darbe pristatomos dešimties fenantroimidazolo darinių, turinčių skirtingas funkcines grupes, optinės savybės. Jos buvo nustatytos analizuojant junginių sugerties ir fluorescnecijos spektrus bei fluorescencijos gesimo kinetikas praskiestame dimetilformamido (DMF) tirpale bei sluoksnyje. Tirti junginiai DMF tirpale švietė mėlyname-violetiniame diapazone, o QY siekė net 81 %. Buvo nustatyta, kad mažesnius pakaitus turinčių fenantroimidazolo darinių QY yra mažesnis (49 57 %) lyginant su junginiais, turinčiais masyvesnius pakaitus (64 81 %). Išsiaiškinta, kad prijungus didesnius pakaitus spindulinio fluorescencijos kanalo sparta padidėjo, tuo tarpu nespindulinio kanalo sparta išliko praktiškai nepakitusi. Fenantroimidazolo junginiai su mažais pakaitais sluoksnyje, kurie pagaminti liejimo būdu (greitai išgarinant tirpiklį), formuoja eksimerus. Jie identifikuoti iš plataus bestruktūrio fluorescencijos spektro, o jų QY yra 4 12 %. Junginių su didesniais pakaitais sluoksnyje QY yra didesnis (iki 26 %). Tai reiškia, kad didesni pakaitai neleidžia formuotis žalingiems eksimerams, taip sumažindami fluorescencijos gesinimą, tačiau, lėtai garinant tirpiklį, junginiai, turintys trifluormetano ar trifenilamino ir karbazolo pakaitus, formavo šakotas struktūras, kurios padidino QY iki 48 % kietajame kūne. Tikėtina, kad QY išaugo dėl efektyviai fluorescuojančių J-agregatų susiformavimo. Kitų 276 Studentų moksliniai tyrimai 2011/2012

278 darinių QY praktiškai išliko nepakitęs nepriklausomai nuo to, kokiu būdu buvo formuojami junginių sluoksniai. Didesnių pakaitų jungimas prie fenantroimidazolo kamieno išlaiko tokį patį aukštą fluorecencijos kvantinį našumą sluoksnyje kaip ir praskiestame tirpale. Taip pat savybės, kuriomis paprastai pasižymi fenantroimidazolo dariniai, leidžia šiuos junginius panaudoti kaip daugiafunkcines medžiagas. Daugiafunkcinių medžiagų panaudojimas labai patrauklus kuriant trijų, dviejų ar netgi vieno sluoksnio organinius šviesos diodus [4]. Paprasta šviesos diodų struktūra leidžia sumažinti diodų gamybos kaštus, tuo pačiu metu išlaikydama jų geras elektrines ir optines charakteristikas lyginant su daugiasluoksniais šviesos diodais. Tai leidžia juos padaryti itin komerciškai patraukliais. Literatūra [1] Lin, W., Long, L., et al., Analytica Chimica Acta, 2009, 634, [2] Castor, K.-J., Mancini, J., et al., Chem., Med. Chem, 2012, 7, [3] Wang, Z., Lu, P., et al., J. Mater. Chem., 2011, 21, [4] Zhang,Y., Lai, S.-L., et al., Chem. Mater., 2012, 24, FIZINIAI MOKSLAI 277

279 Superkontinuumo generacija žadinant artimojo infraraudonojo spektro ultratrumpais impulsais T. Vasiliauskas, Vilniaus universiteto Kvantinės elektronikos katedra J. Darginavičius, Vilniaus universiteto Kvantinės elektronikos katedra Lazerinės spinduliuotės sugeneruotas superkontinuumas tai itin plataus spektro koherentinė spinduliuotė, apimanti UV, regimąją ir IR spektro dalis. Superkontinuumas naudojamas kaip šviesos šaltinis spektroskopijoje, mikroskopijoje, taip pat kaip užkratas (pradinis signalas) optiniuose šviesos stiprintuvuose. Superkontinuumo spektro plitimą į mėlynąją sritį riboja daugiafotonė sugerti, todėl eksperimente naudota dvigubai didesnio bangos ilgio (2,0 µm) nei įprastų femtosekundinių lazerinių sistemų (0,8 1,1 um) spinduliuotė, gauta iš pakopinio tribangio optinio stiprintuvo [1]. Šis darbas svarbus tuo, kad mokslinėje literatūroje duomenų apie superkontinuumą sugeneruotą artimojo infraraudonojo (2,0 µm) bangos ilgio ir trumpesniais nei 100 fs trukmės impulsais nėra ir superkontinuumas apimantis regimąją infraraudonąją dalį tipiškai generuojamas fotoniniuose šviesolaidžiuose, kurie netinkami trumpos trukmės kontinuumo generacijai. Kontinuumo matavimai atlikti sujungiant duomenis iš spektrometrų su Si CCD matrica (Ocean Optics QA65000, 16-bit) ir InGaAs CCD matrica (Avantes NIR , 16-bit). Spektrometrų jautrumo kreivės suderintos naudojant atraminę kaitrinės lempos šiluminę spinduliuotę. Superkontinuumas generuotas skaidriose dielektrinėse medžiagose: safyro, YAG ir CaF2 kristaluose ir lydytame kvarce. Literatūra [1] Darginavičius, J., Rubino, E., Tamošauskas, G., Faccio, D., Valiulis, G., Di Trapani, P., Piskarskas, A., Dubietis, A., Lithuanian Journal of Physics, 2011, 51, [2] Dudley, J., Genty, G., Coen, S., Reviews of Modern Physics, 2006, 78, Studentų moksliniai tyrimai 2011/2012

280 DALINAI KOHERENTINIŲ BANGŲ TYRIMAS MAIKELSONO (MICHELSON) INTERFEROMETRU T. Marčiulionis, Vilniaus universiteto Lazerinių tyrimų centras V. Smilgevičius, Vilniaus universiteto Lazerinių tyrimų centras Tikslas Ištirti dalinai koherentinių bangų, kurių šaltinis yra pikosekundinis diodinis lazeris, interferencijos kontrasto priklausomybę nuo vėlinimo su sukonstruotu Maikelsono (Michelson) interferometru. Koherentinių bangų interferencija Sudėjus du harmoninius vienodo dažnio virpesius, vykstančius ta pačia linkme, gautas naujos bangos intensyvumas bus lygus: Čia I 1 ir I 2 yra sudėtų virpesių intensyvumai, o δ 1, δ 2 yra virpesių pradinės fazės. Matome, jog atstojamojo virpesio intensyvumas nėra lygus atskirų virpesių intensyvumų sumai, tačiau taip pat priklauso ir nuo pradinių fazių skirtumo δ=δ 2 δ 1 [4]. Vidutinis atstojamojo virpesio intensyvumas per tam tikrą trukmę τ. (1) Jei fazių skirtumas δ per stebėjimo trukmę τ nekinta, tai (2) Tuomet (3) t. y.. Vienodo dažnio virpesiai, kurių pradinių fazių skirtumas yra pastovus (δ = const), yra koherentiniai. Sudedant tokius virpesius, gautas jų atstojamosios in- (4) FIZINIAI MOKSLAI 279

281 tensyvumas nebus lygus pradinių virpesių intensyvumų sumai. Šis reiškinys vadinamas virpesių interferencija. Jei virpesiai atsitiktinai nutrūksta arba jų fazės per vidurkinimo trukmę kinta netvarkingai, tai Iš to seka, jog (5) Kai galioja (5) ir (6) lygybės, tuomet laikome, jog virpesiai yra nekoherentiniai ir atstojamasis intensyvumas lygus dedamųjų virpesių intensyvumų sumai. Interferencinis vaizdas nematomas [1]. Visiškai koherentinių šviesos šaltinių, kurių amplitudė ir fazė laike nekinta, nėra. Visų realių šaltinių skleidžiama šviesa yra tik dalinai koherentinė. Tiriant, kiek yra harmoningi virpesiai, naudojami interferometrai, kurie leidžia stebėti interferencijos reiškinį. Gautas interferencines juostas galima kiekybiškai apibūdinti parametru, vadinamu matomumu (kontrastu): (6) (7) Čia I max ir I min yra gretimų interferencinių juostų šviesos intensyvumo maksimumo ir minimumo vertės. Šis parametras leidžia nustatyti, kiek harmoningi (ar koherentiniai) virpesiai yra. γ vertė kinta nuo 1 (virpesių fazės yra lygios ir bėgant laikui nekinta, t. y. virpesiai absoliučiai koherentiniai, ryškiai matoma interferencija) iki 0 (virpesių fazės laikui bėgant smarkiai kinta, virpesiai absoliučiai nekoherentiniai, interferencija nematoma). Tirti šį parametrą ganėtinai patogu, naudojant Maikelsono (Michelson) interferometrą (1 pav.), nes interferometre interferencinių juostų matomumas gali kisti, keičiantis optinių kelių skirtumui (vėlinimui). Maikelsono interferometras Maikelsono interferometras sudarytas iš dviejų veidrodžių ir pusiau skaidraus veidrodėlio spinduliams skaidyti. Naudojant šį interferometrą lengva keisti optinį kelią (t. y. keičiant vieno veidrodžio padėtį veidrodėlio atžvilgiu), kuris keičia interferencijos matomumo parametrą γ bei sukelia interferencijos vaizdo poslinkį, kurį galima vizualiai įvertinti iki 1/20 juostelės. Tačiau esant tam tikroms sąlygoms gali būti aptiktas ir 280 Studentų moksliniai tyrimai 2011/2012

282 1/1000 juostelės ilgio interferencijos poslinkis, naudojant Kenedžio (Kennedy) metodą [2]. Maikelsono interferometras, parinkus atitinkamus parametrus, gali būti pritaikomas tekstūruoti medžiagų paviršiams ir taip pat kontroliuoti paviršiaus savybėms, tokioms kaip sugeriama drėgmė [3]. Taip pat jis skirtas optinės spinduliuotės bangos ilgiams ir su tuo susijusiems dydžiams matuoti, pvz., etaloninių plokštelių ilgiams iki 0,005 μm, paviršių mikronelygumams. Veidrodis (1) Pluoštą dalinatis pusiau skaidrus veidrodėlis 1 Ekranas ar CCD 2 Veidrodis (2) Šviesos šaltinis 1 pav. Maikelsono (Michelson) interferometro schema 2 pav. Surinktas Maikelsono interferometras Atlikto tyrimo rezultatai Naudojant Maikelsono (Michelson) interferometrą, kurio schema pavaizduota 1 pavyzdyje, ištirta kontrasto (γ) priklausomybė nuo vėlinimo (τ). Vėlinimas buvo keičiamas, keičiant 1 pluošto optinį kelią. Kadangi absoliučiai koherentinių virpesių nėra, todėl nebuvo pasiekta γ vertė, lygi 1. Žinant maksimalią γ vertę, kuri apytiksliai lygi 0,8776, galima laikyti, jog optiniai keliai lygūs, o vėlinimo trukmė lygi 0. Pagal šią vertę buvo sugraduotos likusios vėlinimo vertės. Atliekant šį tyrimą buvo naudojamas 50 pikosekundžių impulso trukmės diodinis lazeris BHL 600, kuris spinduliuoja 635 nanometrų ilgio šviesos bangas. Spinduliuojamų bangų spektro linijos plotis 3 nanometrai. Pagal šiuos parametrus nustatytas lazerio skleidžiamos šviesos koherentiškumo ilgis (tai kelio atkarpa, kurią nusklidusios dvi ar daugiau bangų praranda koherentiškumą) -L c =λ 2 / Δλ=1, m. Čia λ spinduliuojamų bangų ilgis, o Δλ spektro linijos plotis. Pagal koherentiškumo ilgį apskaičiuotas koherentiškumo laikas τ c =L c / c= 4, s, kur c šviesos greitis. FIZINIAI MOKSLAI 281

283 3 pav. Interferencijos kontrasto (γ) priklausomybė nuo vėlinimo (τ) Išvados 1. Atlikti dalinai koherentinių bangų interferencijos kontrasto parametro matavimai su sukonstruotu Maikelsono (Michelson) interferometru. 2. Nustatyti naudoto diodinio pikosekundinio lazerio spinduliuojamos šviesos bangų parametrai. 3. Nustatyta interferencijos kontrasto priklausomybė nuo vėlinimo. Gauta priklausomybė atitinka normalųjį (Gauso) skirstinį, tai patvirtina teorinį modelį. Literatūra [1] Šalna, V. A. Optika. ENCIKLOPEDIJA, Vilnius psl. [2] Born, M., Wolf, E. Principles of Optics. Cambridge university press, Cambridge p. [3] Olivera, V., Polushkin, Laser surface patterning using a Michelson interferometer and femtosecond laser radiation, N. I., Optics & Laser Technology, [4] Yang, H., Nyberg, S., High-precision absolute distance measurement using dual-laser frequency scanned interferometry under realistic conditions, Nuclear Instruments and Methods in Physics Research, 2007, A 575, p. 282 Studentų moksliniai tyrimai 2011/2012

284 Glicerofosfato biokonversija imobilizuotos glicerofosfato oksidazės pagalba T. Užusienis, Vilniaus universitetas B. Kurtinaitienė Vilniaus universiteto Biochemijos institutas Neatsinaujinantys žaliavų šaltiniai yra itin intensyviai naudojami ir pigių šaltinių ateityje turėtų labai sumažėti. Todėl dabar siekiama, kad tokia medžiaga kaip glicerolis šalutinis biodyzelino gamybos produktas taptų potencialia žaliava naujiems naudingiems produktams gauti. Iš jo galima susintetinti tagatozę mažai kaloringą cukraus pakaitalą. Panaudojus fermentus kaip tarpinių stadijų katalizatorius, galutinį produktą būtų galima išgauti greičiau, be priemaišų ir tarpinių medžiagų pašalinimo procedūrų. Kuriant naujas glicerolio perdirbimo į sacharidus biokatalizines sistemas, viena iš tarpinių stadijų yra dihidroksiacetono fosfato (DHAP) biosintezė. Šio junginio susidarymą iš glicerolio 3-fosfato katalizuoja fermentas α-glicerolio fosfato oksidazė (glicerolio 3-fosfatas: O 2 -oksidoreduktazė, EC , GPO). Procesas vyksta aerobinėmis sąlygomis, susidarant vandenilio peroksidui. Darbo tikslas sukurti aktyvią imobilizuotos GPO biokatalizinę sistemą. Uždaviniai: 1) imobilizuoti GPO ant nešiklio paviršiaus, panaudojus kovalentinio prijungimo reakciją, 2) ištirti imobilizuoto fermento stabilumą ir kinetines savybes ir 3) sukonstruoti reaktorių ir išmatuoti glicerolio 3-fosfato biokonversijos greitį. Medžiagos ir metodai Koncentruotas fermento GPO, išskirto iš Enterococcus sp. VU Biochemijos institute, tirpalas (aktyvumas 24,5 U/ml). Silikagelis D50 (Lachema, Čekija). Glutaro dialdehidas 25 % (Reanal, Vengrija). α-d,l glicerofosfatas (GP) (Fluka, Šveicarija). Peroksidazė, išskirta iš krienų (HRP). Glicerolio fosfato dehidrogenazė (GPDH). 0,2 mm NADH tirpalas. 0,3 mm o-dianizidino tirpalas. Darbe naudotas 0,05 M kalio fosfato buferinis tirpalas, ph=7,0. GPO aktyvumas matuotas spektrofotometru [1] ir panaudojant deguonies jutiklį. H 2 O 2 koncentracija matuota panaudojant H 2 O 2 jutiklį. Reakcijos mišinyje susidariusio produkto DHAP koncentracija periodiškai matuota panaudojus GPDH ir NADH tirpalus ir spektrofotometru matuojant sugerties pokytį kiuvetėje NADH atžvilgiu. Likusio substrato koncentracija reakcijos mišinyje periodiškai matuota panaudojant GPO ir HRP fermentus (prieš tai pašalinus H 2 O 2 ) ir matuojant sugerties pokytį kiuvetėje. FIZINIAI MOKSLAI 283

285 Tyrimo rezultatai Fermentas GPO buvo imobilizuotas ant poringo silikagelio D50 granulių, prieš tai aktyvuotų 3-aminopropiltrietoksisilanu (3-APTES) 1 % tirpalu, atliekant silanizavimo procedūrą [2]. Imobilizavimui panaudota kovalentinio prijungimo reakcija bifunkcinio reagento glutaro dialdehido pagalba. Po silanizuoto silikagelio su imobilizuotu fermentu (SGS-GPO) plovimo granulės buvo laikomos šaldytuve 0,05 M kalio fosfato buferiniame tirpale, ph=7,0. Periodiškai matuojant SGS-GPO aktyvumą, nustatyta, kad fermentas išlaiko aktyvumą 30 dienų, jam sumažėjus 64 %. Taip pat nustatytos SGS-GPO kinetinės konstantos (1 pav.). Palyginus su tirpaus fermento parametrais, K M padidėja apie 6 kartus. Bioreaktorius GP konversijai sukonstruotas įpylus 10 ml SGS-GPO suspensijos į stiklinę kolonėlę (skersmuo 1,5 cm), aprūpintą termostatavimo marškinėliais. Pastovią 30 o C temperatūrą palaikė pajungtas vandens termostatas. Per suspensiją, apribotą kaproniniais filtrais, cirkuliavo 100 ml 0,1 M GP tirpalas. Periodiškai imdami po 0,1 ml pratekėjusio mėginio, matavome pasikeitusią GP, vandenilio peroksido ir DHAP koncentraciją. Rezultatai (2, 3 pav.) parodė, kad pilna GP konversija įvyksta per 4 val., kai substratas cirkuliuoja 1,56 ml/min greičiu. Produkto DHAP susidarymo greitis pilnai sutampa su substrato išnykimo greičiu. Vandenilio peroksido susidarymas taip pat proporcingas DHAP susidarymui. Taip pat ieškoma būdų, kaip kitaip imobilizuoti GPO ir pasiekti didesnį GP biokonversijos efektyvumą. Tam tikslui atliekami bandymai su ant Berlyno mėliu aktyvuoto anglies pluošto (angl. carbon fiber) imobilizuotu GPO (CF-BM-GPO). 1 pav. SGS-GPO fermentinės reakcijos greičio priklausomybė nuo GP koncentracijos 284 Studentų moksliniai tyrimai 2011/2012

286 2 pav. H 2 O 2 koncentracijos matavimas vykdant GP biokonversiją SGS-GPO kolonėlėje 3 pav. DHAP ir GP koncentracijų matavimai vykdant GP biokonversiją SGS-GPO kolonėlėje Literatūra [1] Cunningham, C. C., Hager, L. P. J. Biol. Chem., 1971, 246, [2] Lee, D. H., Park, C. H. J. Ind. Eng. Chem., 2006, 12, FIZINIAI MOKSLAI 285

287 DEIMANTO TIPO DANGŲ ELEKTRINIŲ NESTABILUMŲ TYRIMAS V. Bulota, Kauno technologijos universitetas Š. Meškinis, Medžiagų mokslo institutas Įvadas Deimanto tipo dangos (DTA) yra patraukli medžiaga, pasižyminti išskirtinėmis fizikinėmis ir mechaninėmis savybėmis. Šias savybes lemia specifinė DTA medžiagos struktūra, kurioje susipina deimanto ir grafito fazės sukurdamos unikalią struktūrą. Taip pat DTA dangos yra amorfinės prigimties ir jose kaip ir kituose amorfiniuose puslaidininkiuose gali pasireikšti elektriniai nestabilumai [1]. Priklausomai nuo sp 3 /sp 2 fazių santykinio ir vandenilio kiekio medžiagoje dangos savybės kinta, todėl kinta ir elektrinės savybės. DTA elgesys skiriasi nuo standartinių puslaidininkių, dėl didelio lokalizuotų būsenų tankio esančių draustinėje juostoje, kas lemia mažą krūvininkų judrumą [2]. Norint pritaikyti DTA dangas mikro- jutikliams, reikia įvertinti šių dangų elektrinius nestabilumus. Metodika ir įranga DTA dangoms gauti buvo pasitelktos dvi technologijos. Pirmos rūšies dangoms nusodinti buvo panaudota reaktyviojo magnetroninio dulkinimo metodika (šios grupės dangos bus žymimos DTA-Ag). Acitileno dujos panaudotos kaip reaktyviosios. Taip pat dangos buvo legiruotos sidabro atomais, dulkant sidabro taikinį. Legiravimo laipsnis buvo reguliuojamas keičiant nuotolį tarp taikinio ir padėklo. Antros bandinių grupės nusodinimui buvo pasitelkta uždaro dreifo jonų šaltinių iš acitileno dujų gamybos technologija (šios grupės dangos žymėsim DTA). Šiems bandiniams buvo panaudoti skirtingų metalų kontaktai. Elektriniam nestabilumai tirti pikoampermetru Keithley Eksperimentiniai rezultatai Visų dangų varžos buvo išmatuotos prie 1V,5V,10V,50V ir 100V įtampos veikiant dangą įtampą 180 s. Didžiausi nestabilumai tiek DTA, tiek DTA-Ag dangoms pasireiškė veikiant bandinius silpnais elektriniais laukais (1 5V). Silpnų laukų režimuose varžų nestabilumai DTA ir DTA-Ag dangoms yra panašūs. Stiprių laukų (100 V) režime DTA-Ag dangoms nestabilumai pasireiškia smarkiau, nei DTA bandiniams (1 pav.). Bandinių elektrinių savybių nestabilumas didėjo didėjant jų varžai (1 pav.). 286 Studentų moksliniai tyrimai 2011/2012

288 Nagrinėjami galimi varžos nestabilumo mechanizmai pateikti (2 pav.). Didžiausi varžos nestabilumai pasireiškė bandiniuose, kurie savo sudėtyje turi sidabro atomų t. y. legiruotas DTA-Ag bandinys, ir DTA bandinys su sidabro kontaktais. Silpnų laukų (1 V) režime varžos nestabilumo charakteris yra panašus abiem bandiniams. Stebimas staigus varžos išaugimas, kuris greitai relaksuoja. Tikėtina nestabilumo priežastis krūvių pagavimas [5]. 1 pav. Stabilumo priklausomybė nuo bandinių varžos matuojant prie 100 V 2 pav. Varžos priklausomybė nuo laiko, prie skirtingų įtampų (1-100 V) DTA-Ag bandiniui Vidutinių elektrinių laukų režime (1 5 V) DTA-Ag dangoms būdingas varžos didėjimas. Varža didėja iš lėto ir tolygiai, tai leidžia daryti prielaidą apie galimą poliarizacijos srovių įtaką [3]. Stiprių laukų režime ( V) abiejų tipų dangose yra stebimas silpnas varžos mažėjimas. Jį galima paaiškinti savaiminiu kaitimu dėl varžoje patiriamų šiluminių nuostolių [4], tačiau patvirtinti šią hipotezę reikalingi platesni tyrimai. Išvados DTA ir DTA-Ag dangos pasižymi smarkiais varžos nestabilumais silpnų laukų režime. Didžiausių nestabilumų bandiniuose nestabilumai yra panašūs, kas leidžia spėti apie galimą sidabro atomų įtaką. Staigus varžos didėjimas galėjo atsirasti dėl krūvio pagavimų. Vidutinių laukų režime DTA bandiniuose dominuoja varžos mažėjimas, kurį gali sukelti varžos degradacijos mechanizmas. Stiprių laukų režimuose abiejų grupių bandiniai pasižymi silpnų varžos mažėjimu, kuris gali atsirasti dėl savaiminio kaitimo. Pateikti varžos nestabilumą aiškinantys mechanizmai yra hipotetiniai, ir siekiant juos patvirtinti ar paneigti reikia atlikti platesnio masto tyrimus. Gauti rezultatai rodo, kad kuriant DTA pjezovaržinius jutiklius, svarbu parinkti tinkamus šių jutiklių darbo režimus. FIZINIAI MOKSLAI 287

289 Literatūra [1] Robertson, J., Mater. Sci. Eng. R 37 (2002) 129. [2] Grill. Electrical and optical properties of diamond-like carbon, - Thin Solid Films (1999) [3] Manceau, J. E., Bruyere, S., Jeannot, S., Sylvestre, A., Gonon, P., IEEE trans on dev. and materials reliability, vol. 7, No. 2, june [4] Wang, L., Fjeldly, A., Iniguez, B., Slade, C., Shur, M., IEEE transactions on electron devices, vol. 47, No. 2, [5] G. Ribes, J. Mitard, M. Denais, S. Bruyere, F. Monsieur, C. Parthasarathy, E. Vincent, and G. Ghibaudo, IEEE Transactions on Device and Materials Reliability, vol. 5, 2005, Studentų moksliniai tyrimai 2011/2012

290 INDANDIONILFRAGMENTUS TURINČIŲ JUNGINIŲ SINTEZĖ IR TYRIMAS V. Žilinskaitė, Kauno technologijos universitetas D. Gudeika, Kauno technologijos universitetas Darbe buvo susintetinti indandionilfragmentus turintys junginiai 1 3. Produktai 1 ir 2 gauti 25 o C temperatūroje kondensuojant komercinį 1,3-indandioną su fentiazinil-, karbazolil- ir fenoksazinilaldehidais, naudojant tetrahidrofurano (THF) tirpiklį, piperidiną kaip katalizatorių, verdant mišinį 12 val. [1] (2 schema). Tomis pačiomis sąlygomis junginio 3 gauti nepavyko, bet remiantis šaltinyje [2] aprašyta metodika (1-butanolis, 24 val., 120 o C) norimas produktas buvo sėkmingai pagamintas. Prieš tai tarpiniai junginiai (kazbazolas, fentiazinas ir fenoksazinas) buvo alkilinami, po to Vilsmejerio metodu formilinami gaunant produktus a-c (1 schema). Visų junginių struktūra įrodyta 1 H BMR ir IR spektroskopijos metodais. 1 schema. Tarpinių junginių a-c sintezės eiga: (I) metiljodidas, KOH, acetonas, 2 val., 60 o C; (II) POCl 3 /DMF, 24 val., 80 o C FIZINIAI MOKSLAI 289

291 2 schema. Junginių 1 3 sintezės sąlygos: (I ir II) dialdehidas a arba c, THF/piperidinas, 12 val., 25 o C; (III) dialdehidas b, 1-butanolis, 24 val., 120 o C Buvo užrašyti gautų (1 3) junginių pralaidumo ir fluorescencijos praskiestų tirpalų 1,4-dioksane spektrai (1 ir 2 pav.). Didžiausias batochrominis poslinkis taigi ir didžiausia konjugacija būdinga fenoksazinilchromoforą turinčiam 3 junginiui (λ abs =518 nm). Indandionilfragmentus turinčių junginių fluorescencijos maksimumai yra intervale nm. Junginiai 1 3 fluorescuoja oranžine ir raudona spalva. 1 pav. Junginių 1 3 praskiestų tirpalų (10-6 M) 1,4-dioksane absorbcijos spektrai 2 pav. Junginių 1 3 praskiestų tirpalų (10-6 M) 1,4-dioksane emisijos spektrai Taip pat buvo užrašyti junginių 1 3 tirpalų DCM ciklinės voltamperometrinės kreivės (3 pav.). Iš ciklinės voltamperogramų matome, kad gautuose junginiuose vyksta grįžtami procesai ir junginiai yra elektrochemiškai stabilūs. 290 Studentų moksliniai tyrimai 2011/2012

292 3 pav. Junginių 1, 3 tirpalų (10-5 M) ciklinės voltamperogramos 0,1 M TBAHFP 6 /DCM tirpale, naudojant Pt darbinį elektrodą, palyginamąji Ag/Ag + eletrodą, esant 100 mv/s skenavimo greičiui Ateityje planuojama detaliau ištirti gautų junginių optines ir fotofizikines savybes, užrašyti UV absorbciją plėvelėse. Ištirti termines bei fotoelektrines savybes. Literatūra [1] Xiaochuan Li, Sung-Hoon Kim, Young-A. Son, Dyes and Pigments, 82, 2009, [2] Klaudia Wegner, Loreta L. Crowe, Pawel Wegner, Sanjeev Gambhir, Ashton C. Partridge, John C, Earles, Tracey M. Clarke, Keith C. Gordon, David L. Officer, Macromolecules, 43, 2010, FIZINIAI MOKSLAI 291

293 CELIV EKSPERIMENTO AUTOMATIZAVIMAS IR OPTIMIZAVIMAS V. Janonis, Vilniaus universiteto Taikomųjų mokslų institutas V. Kažukauskas, Vilniaus universiteto Taikomųjų mokslų institutas Šviesa indukuotų krūvininkų ištraukimas naudojant tiesiškai kintančią įtampą (Photo-CELIV, angl. Photo induced Carrier Extraction by Linearly Increasing Voltage) yra realityviai nauja metodika naudojama norint vienu metu nustatyti krūvininkų judrį ir gyvavimo trukmę. Metodika naudojama tiriant organinius puslaidininkius, kurių aktyvieji sluoksniai yra kelių šimtų nanometrų storio [1]. Alternatyvus metodas yra lėkio trukmės (TOF), jis susiduria su kai kuriomis kliūtimis, kurios neveikia CELIV eksperimento. Pavyzdžiui, TOF metodikai kartais reikalingi bandiniai yra iki 10 kartų tankesni nei reikalinga optimaliai organinių saulės elementų veikai. Be to, TOF eksperimento metu panaudojama iki 10 % esančio krūvio. Taip pat, naudojant CELIV galima tirti didėlio laidžio bandinius, kurie netinkami tirti TOF metodu. CEIV eksperimentui naudotą aparatūrą sudarė didėlės galios šviestuko, kontroliuoto programuojamu Agilent 3220A generatoriumi, per savadarbį stiprintuvą bei maitintą skaitmeniniu TTI QL355P maitinimo šaltiniu. Tiesiškai kintanti įtampa bandinyje kuriama programuojamu HAMEG HMF 2550 generatoriumi. Srovės kinetikos bandinyje buvo matuojamos Tektronix TDS 2022 skaitmeniniu oscilografu. Pats bandinys buvo laikomas Janis VPF-475 kriostate, o temperatūra reguliuojamacryo-con 32 B temperatūros valdikliu. Darbą sudarė dvi dalys. Pirmoji dalis buvo šviestuko veikos optimizavimas. Norint pasiekti kuo greitesnį šviestuko įsijungimą ir išsijungimą taip išvengiant pereinamųjų procesų buvo pagamintas stiprintuvas. Juo buvo kompensuojami triukšmai diodo impulso pabaigoje ir jie galiausiai sutrumpinti iki vienos mikrosekundės. Taip pat norint užtikrinti greitą ir patogų šviesos bangos ilgio pakeitimą buvo padaryti penki lengvai keičiami diodai su aušinimo ir šviesos fokusavimo elementais. Antroji darbo dalis buvo visos aparatūros sujungimas į bendrą sistemą bei jos valdymo per USB ir GPIB sąsajas programos rašymas. Programa buvo rašoma programos Labview programavimo aplinkoje taip, kad matavimus būtų galima atlikti greitai ir patogiai be kitu atveju reikalingų ilgų ir nepatogių rankinių aparatūros reguliavimų. Programa gali askirai arba kartu valdyti stačiakampio impulso siunčiamo į diodą parametrus bei į bandinį siunčiamą signalą. Dėl specifinės signalo formos programa sukuria ją aprašančių taškų rinkinį ir jį paduoda generatoriui per USB sąsają, temperatūra yra valdoma tiesiog įrašant pa- 292 Studentų moksliniai tyrimai 2011/2012

294 geidaujamą vertę, toliau programa paduoda ją bei kitus reikalingus parametrus temperatūros valdikliui. Srovė bandinyje užrašoma bei įrašoma į failą oscilografo valdymo bloke, kuriame yra du atskiri displėjai kiekvienam oscilografo įėjimui bei kiti reikalingi valdikliai. Taip pat toje pačioje programavimo aplinkoje buvo parašyta programa šiluma stimuliuotoms srovėms matuoti greičiau ir patogiau. Ši programa keičia bandinio temperatūrą Cryo-Con temperatūros valdikliu ir nuskaito srovę tekančią per bandinį kombinuotu Keithley 2400 skaitmeniniu mikrometru bei įtampos šaltiniu. Rezultatai yra atnaujinami ir vaizduojami programos lange. Literatūra [1] G. Juška, A. J. Mozer, N. S. Sariciftci, L. Lutsen, D. Vanderzande, R. Österbacka, M. Westerling. Charge transport and recombination in bulk heterojunction solar cells studied by the photoinduced charge extraction in linearly increasing voltage technique, Appl. Phys. Lett. 86, (2005). FIZINIAI MOKSLAI 293

295 BALTOS ŠVIESOS DIODŲ SU NITRIDINIAIS SLUOKSNIAIS TRIUKŠMŲ IR PATIKIMUMO TYRIMAS V. Martinaitis, Vilniaus universitetas V. Palenskis, Vilniaus universitetas Nitridiniai puslaidininkiai yra plačiai naudojami ultravioletinio bei regimo spektro šviesos dioduose. Deja, jų gamybos procesas nėra tobulas, todėl jie pagaminami su dideliu defektų skaičiumi aktyviajame sluoksnyje [1]. Nustatyta, kad optoelektronikos įtaisų triukšmo charakteristikų tyrimas yra labai jautrus metodas leidžiantis atskleisti procesus, vykstančius darinyje, įvertinti įtaiso kokybę, prognozuoti ilgalaikiškumą. Žemo dažnio triukšmo intensyvumas ir pobūdis yra susiję su puslaidininkinių darinių defektiškumu įvairūs defektai ir priemaišos lemia didesnį triukšmą ir taip pat įtakoja spartesnį charakteristikų blogėjimą [2]. Tyrimai atlikti kambario temperatūroje, srovių srityje nuo 0,049 ma iki 21 ma. Elektrinių ir optinių triukšmų spektrai ir koreliacijos koeficientas išmatuoti dažnių srityje nuo 10 Hz iki 20 khz. Be to, koreliacijos koeficientas papildomai išmatuotas ir kiekvienoje nurodytos dažnių srities oktavos juostoje. Matavimai atlikti naudojant du kanalus, sudarytus iš žemo triukšmų lygio stiprintuvų, filtravimo sistemų bei analoginio skaitmeninio keitiklio. 1 pav. Fotodiodo įtampos fliuktuacijų spektrinio tankio priklausomybė nuo dažnio prie skirtingų srovių 2 pav. Koreliacijos koeficiento priklausomybė nuo srovės stiprio 294 Studentų moksliniai tyrimai 2011/2012

296 Koreliacijos koeficientas buvo apskaičiuotas remiantis šia formule. Skliaustai <...> reiškia vidurkinimą laiko bei matavimų skaičiaus atžvilgiu. Literatūra [1] K.-M. Chang, J.-Y. Chu, ir C.-C. Cheng, Highly reliable GaN-basedlight emitting diodes formed by p.in0:1ga0:9n.ito structure, IEEE Photon Technol. Lett 16, (2004). [2] V. Palenskis, Flicker noise problem, Lithuanian J. Phys. 30, (1990). FIZINIAI MOKSLAI 295

297 SILICIO CMOS DETEKTORIŲ ATSAKO Į THz SPINDULIUOTĘ IR JŲ ŽEMADAŽNIŲ TRIUKŠMŲ TYRIMAI V. Kornijčuk, Vilniaus universitetas J. Matukas, Vilniaus universitetas S. Pralgauskaitė, Vilniaus universitetas V. Palenskis, Vilniaus universitetas A. Lisauskas, Goethe s universitetas Terahercinių dažnių (THz) elektromagnetinė spinduliuotė pasižymi dideliu potencialu pritaikant ją spektrinei analizei medicinoje, apsaugos sistemose bei įvairaus pobūdžio diagnostikoje. Būtent todėl kompaktiškų THz spinduliuotės jutiklių kūrimas pastarąjį dešimtmetį yra viena karščiausių kietojo kūno fizikos krypčių [1]. Naudojantis šiuolaikinėmis fizikos bei technologinėmis galimybėmis buvo pristatyti įvairūs aukštadažnės spinduliuotės detektoriai. Tarp jų infraraudonosios spinduliuotės detektoriai su kvantinėmis duobėmis (angl. quantum well infrared photodetectors (QWIPs), naudojantys krūvininkų šuolius iš surištų būsenų į kvantinius šulinius, Šotkio diodai, Golajaus kameros bei kiti. Daugumos detektorių veikimo principas yra paremtas kvantiniais elektronų šuoliais pojosčiuose, o žinant kad 1 THz atitinka 4,1 mev, tokių prietaisų veikimui užtikrinti reikalinga žema temperatūra, kas nevisada gali būti įgyvendinama. Alternatyvus THz spinduliuotės detekcijos būdas, besiremiantis plazminių bangų sužadinimu lauko tranzistoriuose, pirmą kartą buvo pasiūlytas M. Djakonovo bei M. Šuro darbuose [2, 3]. Pasirodo, kad tokie detektoriai gali veikti ir kambario temperatūroje. Teorija taip pat pateikė keletą svarbių praktikai išvadų: 1) savąjį plazmonų dažnį galima derinti užtūros įtampa, 2) priklausomai nuo tranzistoriaus bei aplinkos parametrų jis gali veikti kaip rezonansinis siaurajuostis arba nerezonansinis plačiajuostis detektorius (arba spinduliuotės šaltinis), 3) prietaiso veikamas nėra ribojamas temperatūros kitimo. Teoriniai modeliavimai papildomai numatė tam tikrą detektuojamo signalo gerėjimą, kai tranzistoriaus kanalu teka elektros srovė, tačiau eksperimentiniai tyrimai rodo, kad esant tokioms veikimo sąlygoms, stipriai išauga ir prietaiso triukšmai. Šis augimas gali lemti smarkų signalo triukšmo santykio pablogėjimą. Projekto metu buvo tiriami Si pagrindu pagamintų CMOS detektorių žemadažniai triukšmai bei jautrio charakteristikos. Buvo siekiama nustatyti, koks prietaisų veikimo režimas yra optimaliausias bei kokie procesai nulemia jutiklių jautrio ribas (t. y. atliekama išsami triukšmų charakteristikų analizė). 1 pav. vaizduoja bandinio srovės fluktuacijų galios spektrinio tankio priklausomybę nuo dažnio, kai jo užtūros įtampa yra lygi 0,60 V bei kanalu leidžiamos skirtingo stiprio srovės. 296 Studentų moksliniai tyrimai 2011/2012

298 Matome, kad santakos įtampai esant lygiai 0 mv (kanalu neteka srovė) vienintelis triukšmų šaltinis yra tranzistoriaus kanalo šiluminiai triukšmai. Jų lygis tiksliai atitinka teorinę vertę, kurią nusako 4 kt/r išraiška (R bandinio diferencinė varža, T temperatūra, k Bolcmano pastovioji). Tačiau netgi nedidelis santakos įtampos padidėjimas lemia tai, kad šiluminis triukšmas yra visiškai užgožiamas stiprių generacinių-rekombinacinių procesų bei 1/f spektro pobūdžio fluktuacijų. Tokio stipraus triukšmo priežastis glūdi atsitiktiniuose krūvininkų generacijos-rekombinacijos procesuose, kurie vyksta per defektus, esančius tranzisotoriaus kanalo paviršiuje bei oksido sluoksnyje. Be to, esant teigiamoms tranzistoriaus kanalo įtampoms, padidėja ir jo diferencinė varža, kas taip pat nulemia šiluminio triukšmo augimą. 1 pav. Si CMOS jutiklio srovės fluktuacijų galios spektrinio tankio priklausomybę nuo dažnio esant skirtingoms bandinio veikimo sąlygoms Taigi, netgi jei Si CMOS jutiklių signalas stiprėja tranzistoriaus kanalu leidžiant elektros srovę, signalo triukšmo santykis yra smarkiai pabloginamas itin stipraus 1/f bei generacinio-rekombinacinio triukšmo. Literatūra [1] Seliuta, D., Širmulis, E., Martūnas, Z., Tamošinas, V., Devensos, J., Juozapavičius, A., Valušis, G., Puslaidininkių fizikos instituto XVII mokslinės konferencijos darbai, Vilnius, 2006, p. 57. [2] Dyakonov, M., Shur, M., Shalow water analogy for a ballistic field effect transistor: new mechanism of plasma wave generation by dc current, Phys. Rev. Lett. 71, [3] Dyakonov, M., Shur, M., Detection, Mixing, and Pnr equency Multiplication of Terahertz Radiation by Two-Dimensional Electronic Fluid, IEEE Transactions on electron devices Vol. 41, No. 3, FIZINIAI MOKSLAI 297

299 GaBiAs SLUOKSNIŲ OPTINIAMS SUGĖRIKLIAMS TYRIMAS OPTINIAIS SUŽADINIMO-ZONDAVIMO METODAIS Ž. Podlipskas, Vilniaus universiteto Fizikos fakultetas R. Aleksiejūnas, Vilniaus universiteto Taikomųjų mokslų instituto Puslaidininkinės optoelektronikos skyrius Pastaraisiais metais trinarių GaBiAs junginių struktūrinės ir elektroninės savybės bei auginimo technologija susilaukė nemažai dėmesio dėl perspektyvių šios medžiagos taikymų ultrasparčiojoje elektronikoje artimosios IR spinduliuotės 1 1,5 µm diapazone [1, 2]. Bismuto indukuota atominė netvarka salygoja stiprų draustinių energijų tarpo E g mažėjimą esant salyginai mažai Bi molinei koncentracijai (62 mev vienam procentui Bi) [1 3] ir smarkiai įtakoja nepusiausvyrųjų krūvininkų rekombinacijos ypatumus [4 6]. Šiame darbe ištirti skirtingomis sąlygomis užaugintų GaBiAs sluoksnių nepusiausvyrųjų krūvininkų rekombinacijos ir pernašos ypatumai bei ištirtas GaBiAs junginių tinkamumas puslaidininkinių besisotinančių sugėriklių veidrodžių (SESAMų) gamybai. Minėti tyrimai buvo atlikti taikant optines sužadinimo-zondavimo ir dinaminių difrakcinių gardelių (DDG) eksperimentines metodikas. Tyrimuose naudotos pikosekundinio žadinimo-zondavimo schemos buvo skirtos matuoti šviesa sukelto lūžio rodiklio (Δn) bei optinio pralaidumo pokyčio (ΔT) dinamiką plačiame sužadinimų energijos ir delsų ruožuose. Iš skirtuminio pralaidumo ΔT/T relaksacijos spartos buvo sprendžiama apie nepusiausvirųjų krūvininkų gyvavimo trukmę, o iš difrakcijos signalo kinetikų nustatoma difuzijos koeficiento bei krūvininkų gyvavimo vertės mažesnių sužadinimo tankių režime. Skirtuminio pralaidumo matavimai taip pat buvo atliekami įsisotinančių sugėriklių charakterizavimui. Tirti GaBiAs d=1,2 1,6 µm storio sluoksniai esant skirtingai Bi molinei koncentracijai buvo užauginti MPE būdu ant GaAs padėklų. Sluoksnių draustinių energijų tarpai E g, nustatyti iš optinės sugerties spektrų, kito nuo 1,05 ev iki 1,38 ev ir suteikė informacijos apie Bi kiekį bandiniuose. Atlikti optiniai matavimai atskleidė, kad bismuto atomų pasiskirstymas yra galimai nehomogeniškas, kas sąlygoja sugerties krašto difuzinį išplitimą ( mev ribose) ir inicijuoja krūvininkų lokalizacijos efektus bei pakeičia valentinės juostos padėtį. DDG matavimai parodė, kad GaBiAs sluoksniuose vyksta bent dviejų tipų rekombinacijos procesai. Difrakcijos efektyumo η kinetikos yra neeksponentinės daugumoje bandinių stebėtos sparti pradinė ir lėtesnė vėlesnė komponentės (1 pav.). Pradinės komponentės irimo trukmė kito nuo 27 iki ps, tuo tarpu lėtosios komponentės irimo trukmė yra labai ilga ir siekia net ns. DDG matavimai su skirtingais gardelės 298 Studentų moksliniai tyrimai 2011/2012

300 periodais taip pat parodė, kad krūvininkų, susijusių su lėtąja komponente, difuzijos koeficientas yra neišmatuojamai mažas (<0,1 cm 2 /s), tuo tarpu kai pradinės komponentės difuzijos koeficientas buvo daug didesnis (0,94 cm 2 /s). Apibendrinant visus stebėjimus prieita išvados, kad pirminė DDG kinetikų dalis atspindi laisvųjų krūvininkų, o lėtoji dalis krūvininkų iš lokalizuotų būsenų rekombinaciją. 1 pav. Difrakcijos efektyvumo η kinetikos GaBiAs sluoksniams su skirtinga Bi moline koncentracija žadinant 50 µj/cm 2 energijos tankiu kambario temperatūroje Ištirtas GaBiAs sluoksnių tinkamumas įsisotinančių puslaidininkinių sugėriklių gamybai. Šiuo tikslu sužadinimo-zondavimo metodu buvo išmatuoti optiniai sluoksnių parametrai, charakterizuojantys SESAMų veikimą: įsotinimo energijos tankis (55 μj/ cm 2 1,6 mj/cm 2 ), moduliacijos gylis (10 % 200 %) ir atsistatymo trukmė (<25 ps 0,9 ns) ties 1064 nm. Šie parametrai yra palyginami su rinkoje esančių įsisotinančių sugėriklių parametrais, todėl GaBiAs gali būti naudojamas kaip pilnavertė alternatyva kitiems puslaidininkiams, pvz., InGaAs. Literatūra [1] V. Pačebutas et al., Growth and characterization of GaBiAs epilayers, Opt. Mater. (Amsterdam, Neth.) 30, 756 (2008). [2] V. Pačebutas et al., Characterization of low-temperature molecular-beam-epitaxy grown Ga- BiAs layers, Semicond. Sci. Technol. 22, 819 (2007). [3] K. Alberi et al., Valence band anticrossing in GaBi x As 1 x, Appl. Phys. Lett. 91, (2007). [4] S. Imhof et al., Clustering effects in Ga(AsBi), Appl. Phys. Lett. 96, (2010). [5] S. Francoeur et al., Bi isoelectronic impurities in GaAs, Phys. Rev. B 77, (2008). [6] S. Nargelas et al., Hole diffusivity in GaAsBi alloys measured by a picosecond transient grating technique, Appl. Phys. Lett. 98, (2011). FIZINIAI MOKSLAI 299

301 TECHNOLOGIJOS MOKSLAI 300 Studentų moksliniai tyrimai 2011/2012

302 POLIVINILALKOHOLIO NANOGIJŲ SU JODU IR VANDENILIO PEROKSIDU FORMAVIMAS ELEKTRINIO VERPIMO BŪDU A. Matusevičiūtė, Kauno technologijos universiteto Dizaino ir technologijų fakulteto Tekstilės technologijos katedra S. Stanys, Kauno technologijos universiteto Dizaino ir technologijų fakulteto Tekstilės technologijos katedra Elektrinis verpimas tai procesas, kurio metu iš polimerinio tirpalo arba lydalo yra suformuojamos gijos, kurių skersmuo svyruoja nuo nm [1]. Pastaraisiais metais buvo suformuota nemažai struktūrų iš nanogijų su įterptais įvairiausiais medikamentais. Elektrinio verpimo būdu neaustinės medžiagas iš nanogijų galima suformuoti su hidrofiliniais antibiotikais (Mefoxin, cefoxitim sodium), augalinės kilmės vaistais, antibakterinis dalelėm AgBr, TiO 2 ir jų mišiniais. Tyrimų metu nustatyta, kad neaustines medžiagas iš nanogijų galima suformuoti naudojant kelių skirtingų rūšių medikamentus [1 5]. Vandenilio peroksidas (H 2 O 2 ) yra paprasčiausias peroksidas, skystas vandenilio ir deguonies junginys. Jis taip pat yra stiprus oksidatorius [6]. Jodas yra mikroelementas, būtinas normaliam organizmo augimui ir vystymuisi, pasižymintis antiseptinėmis savybėmis. Abi šios medžiagos naudojamos žaizdų gydymui. Darbo tikslas: elektrinio verpimo būdu suformuoti neaustinę medžiagą iš nanogijų ir mikrogijų su antiseptinėmis medžiagomis. Metodai ir medžiagos Jodo įterpimas į neaustinę medžiagą iš PVA nano/mikrogijų. 8 % koncentracijos PVA tirpalas buvo paruoštas tirpinant PVA miltelius (Carl Roth Vokietija, M=72000 g/mol) distiliuotame vandenyje, maišant elektromagnetine maišykle (Yelow Line, Vokietija) dvi valandas esant 70 o C temperatūrai. Jodas buvo tirpinamas 90 % etanolyje kambario temperatūroje 24 val. Siekiant nustatyti didžiausią galimą 3 % koncentracijos jodo etanolyje tirpalo kiekį PVA tirpale iš kurio, elektrinio verpimo būdu, galima suformuoti nanogijas buvo atlikti šie bandymai: į 8 % koncentracijos PVA tirpalą buvo įmaišomas skirtingas kiekis 1 %, 2 %, 3 % ir 4 % jodo etanolyje tirpalo. Vandenilio peroksido įterpimas į neaustinę medžiagą iš PVA nano- / mikrogijų. Atliekant bandymų seriją su vandenilio peroksidu (H 2 O 2 ) (UAB Valentis, Lietuva), buvo pa- TECHNOLOGIJOS MOKSLAI 301

303 gaminti skirtingų koncentracijų PVA tirpalai C=7 %, 8 %, 9 %. Į paruoštus PVA tirpalus buvo įmaišyta 10 %, 20 % ir 30 % kiekis vandenilio peroksido. Neaustinės medžiagos buvo formuojamos elektrinio verpimo įrenginiu Nanospider TM (Elmarco, Čekija). Suformuotos neaustinės medžiagos struktūra buvo nustatyta naudojant skenuojantį elektroninį mikroskopą SEM Quanta 200 FEG (FEI). Suformuotų gijų skersmuo buvo išmatuotas iš SEM nuotraukų kompiuterine programa LUCIA Image 5.0. Tirpalų klampa buvo nustatyta naudojant viskoziometrą Brookfield DV-II+Pro VISCOMETER. Rezultatai Tirpalo sudėtis 8 % PVA + 92 % H 2 0 Tirpalo sudėtis 8 % PVA + 90 % H ,12 % I + 1,88 % C 2 H 6 0 Tirpalo sudėtis 8 % PVA + 90 % H ,18 % I + 1,82 % C 2 H pav. Neaustinių medžiagų iš PVA su jodu nano- / mikro gijų SEM nuotraukos Tirpalo sudėtis - 7 % PVA+ 93 % H 2 0 Tirpalo sudėtis - 7 % PVA+ 63 % H % H 2 O 2 Tirpalo sudėtis - 9 % PVA+ 91 % H 2 0 Tirpalo sudėtis - 9 % PVA+61 % H % H 2 O 2 2 pav. Neaustinių medžiagų iš PVA su vandenilio peroksidu nano- / mikro gijų SEM nuotraukos Išvados 1. Elektrinio verpimo būdu galima suformuoti neaustinę medžiagą įterpiant į PVA tirpalą vandenilio peroksidą bei jodo ištirpinto etanolyje tirpalus. 2. Didinant jodo ištirpinto etanolyje kiekį PVA tirpale, tirpalo klampa didėja. 302 Studentų moksliniai tyrimai 2011/2012

304 3. Jodo ištirpinto etanolyje kiekis turi įtakos elektrinio verpimo būdu suformuojamos neaustinės medžiagos struktūrai. Esant didesniam jodo kiekiui ištirpintame etanolyje PVA tirpale yra suformuojama daugiau ydų (polimerinio tirpalo dėmių). 4. Vandenilio peroksido kiekis PVA tirpale neturį įtakos tirpalo klampai. 5. Didinant vandenilio peroksido kiekį PVA tirpale yra suformuojamos storesnės nanogijos, bei tankesnė gautos neaustinės medžiagos struktūra. Literatūra [1] Wu,Y., Jia, W., An, Q., Liu, Y., Chen, J., Li, G. IOPscience Nanotechnology (2009) pp [2] Yu, D., Zhu, L., White, K., Brandford-White, C. Science Research Health Vol. 2, No.2 (2009) pp [3] Kim, K., Luu, K., Chang, C., Fang, D., S. Hsiao, B., Chu, B., Hadjiargyrou, M. Science direct Journal of Controlled Release 98 (2004) pp [4] Yang, D., Li, Y., Nie, J. Carbohydrate Polymers 69 (2007) pp [5] Moreno, I., Gonzalez-Gonzalez, V., Romero-Garcia, J. European Polymer Journal 47(2011) pp TECHNOLOGIJOS MOKSLAI 303

305 ŠVIESTUKO BANGOS ILGIO KEITIKLIS, SKIRTAS AUGALŲ FOTOMORFOGENEZEI VALDYTI A. Zabiliūtė, Vilniaus universiteto Taikomųjų mokslų institutas A. Žukauskas, Vilniaus universiteto Taikomųjų mokslų institutas Šviesos diodai (šviestukai) yra patrauklus apšvietimo šaltinis šiltnamiuose, kur šiuo metu dominuoja aukšto slėgio natrio, metalų halogenidų ir fluorescencinės lempos [1]. Žinoma, kad augaluose vyksta trys skirtingi fotofiziologiniai procesai: fototropija, fotosintezė ir fotomorfogenezė, kuriems atitinkamai reikalinga mėlyna ( nm), raudona ( nm) ir tolima raudona ( nm) šviesa [2]. Mėlyni InGaN ir raudoni AlGaInP tiesioginės emisijos šviestukai yra našūs, patvarūs ir tinkami naudoti šiltnamiuose, tačiau tolimoje raudonoje srityje šviečiantys AlGaAs šviesos diodai pasižymi didele degradavimo sparta, yra jautrūs drėgmei bei temperatūros svyravimams [3]. Tiesioginės emisijos AlGaAs šviestukai gali būti pakeisti mėlynais InGaN šviesos diodais, padengtais tolimo raudono fosforo sluoksniu. Šiam tikslui gali būti panaudotos granato struktūros medžiagos, kurios yra žinomos, kaip našūs ir mechaniškai bei chemiškai stabilūs fosforai. Šiame darbe buvo tiriamos Vilniaus universiteto Chemijos fakultete žolių-gėlių metodu susintetintos šios medžiagos: Gd 3 Ga 5 O 12 (GGG), Y 3 Ga 5 O 12 (YGG), Lu 3 Ga 5 O 12 (LGG) ir Gd 3 Sc 2 Ga 3 O 12 (GSGG), kurios buvo legiruotos skirtingais kiekiais chromo (3, 5 ir 8 mol %) bei iškaitintos skirtingose temperatūrose (1000, 1300, 1400 ir 1500 o C). Susintetinti fosforai buvo baltų miltelių su žalsvu atspalviu pavidalo. Naudojantis rentgeno spindulių difrakcija, nustatyta, kad susintetinti granato struktūros bandiniai. Tyrimai skenuojančiu elektronų mikroskopu atskleidė bandinių morfologiją ir parodė, kad, keliant iškaitinimo temperatūrą, bandiniai tampa tolygesni, išryškėja kristalinė struktūra. Ištyrus bandinių optinio sužadinimo spektrus, nustatyta, jog bandiniai geriausiai žadinami 445 ir 630 nm bangos ilgio šviesa. Kadangi mėlynoje srityje esanti sužadinimo juosta buvo intensyvesnė, tolimesniems matavimams buvo pasirinktas 450 nm bangos ilgio šviesos šaltinis. Difuzinio atspindžio matavimas parodė, kad bandiniai stipriai sugeria ultravioletinę šviesą ( nm), tačiau neblogai atspindi šviesą regimajame diapazone ( nm), išskyrus sritis ties sužadinimo bangų ilgiais. Bandinių liuminescencijos spektrai pasižymėjo plačiomis juostomis tolimoje raudonoje srityje, jų maksimumų padėtys šiek tiek kito skirtingiems bandiniams ir atitinkamai buvo ties maždaug 710 nm (YGG ir LGG), 720 nm (GGG) ir 730 nm (GSGG). Nustatyta, kad LGG:Cr ir GSGG:Cr nepasižymi dideliu našumu, kuris nesiekia 10 %, tačiau 304 Studentų moksliniai tyrimai 2011/2012

306 YGG legiruoto 8 mol % chromo ir kaitinto 1000 C temperatūroje kvantinis našumas buvo 18 %, o GGG, legiruoto 5 mol % chromo ir atkaitinto 1400 C temperatūroje siekė net 30 %. Apskaičiavus liuminescencijos gesimo trukmes, nustatyta, kad tirtos medžiagos pasižymi dvieksponenčiu gesimo dėsniu, kurį nusako dvejos, gana ilgos liuminescencijos gesimo trukmės, kurios buvo 1,2 ms ir 0,1 ms (LGG), 0,5 ms ir 0,02 ms (YGG), 0,14 ms ir 0,004 ms (GGG) bei 0,2 ms ir 0,01 ms (GSGG). Tyrimų metu nustatyta, kad GGG:Cr (5 mol %) iškaitintas 1400 C temperatūroje yra našiausias iš bandinių. Jo liuminescencijos bei sužadinimo spektras atitinka kriterijus, reikalingus šviestuko, skirto augalų fotomorfogeneziniams poreikiams tenkinti, keitikliui. Literatūra [1] Kim, S. J., Hahn, E. J., Heo, J. W., Paek, K. Y. Sci Hort, 2004, 101, [2] Mc Donald, M. S., Photobiology of Higher Plants John Wiley & Sons, West Sussex 2003 xiv+354. [3] Tamulaitis, G., Duchovskis, P., Bliznikas, Z., Breivė, K., Ulinskaitė, R., Brazaitytė, A., Novičkovas, A., Žukauskas, A. J Phys D: Appl Phys, 2005, 38, TECHNOLOGIJOS MOKSLAI 305

307 F - JONŲ JUDRIO SUMAŽINIMAS HIDROTERMINĖMIS SINTEZĖS SĄLYGOMIS A. Iljina, Kauno technologijos universitetas R. Šiaučiūnas, Kauno technologijos universitetas AlF 3 gamybos metu susidaro atlieka, kurioje vyrauja amorfinis SiO 2 nh 2 O, tačiau yra agresyvių aliuminio fluorido ir heksafluoro rūgšties (F - jonų kiekis iki 10 masės %) priemaišų. AB Lifosa per metus šių atliekų susidaro keletas tūkstančių tonų. Jos nėra perdirbamos, o kaupiamos sąvartyne. Sukūrus kalcio hidrosilikatų (KHS) sintezės iš AlF 3 gamybos atliekos silikagelio technologiją, iš karto būtų sprendžiami 2 uždaviniai utilizuojama agresyvi atlieka ir sintetinami naujos kartos hidrosilikatiniai sorbentai [2]. Mokslinio tiriamojo projekto tikslas ištirti agresyvios AlF 3 gamybos atliekos silikagelio utilizavimo galimybę, iš jos sintetinant kalcio hidrosilikatus. Naudotos medžiagos: CaO, gautas 950 C temperatūroje 30 min. išdegus Ca(OH) 2 ( Stanchem, Lenkija; S pav. =1190 m 2 /kg; CaO laisvas =95,99 %); SiO 2 nh 2 O ( Reaktiv, Rusija; 4 h maltas laboratoriniame porcelianiniame malūne ir persijotas per sietą, kurio akučių skersmuo 80 µm; S pav. =1307 m 2 /kg; kaitmenys 8,7 %). AlF 3 gamybos atlieka silikagelis (50 C temperatūroje išdžiovintas iki pastovios masės; 3,5 h maltas laboratoriniame porcelianiniame malūne; S pav. =964 m 2 /kg), kurio cheminė sudėtis: SiO 2 78,14 %, F - 8,27 %, Al 3+ 4,03 %, kaitmenys 9,56 %. Kalcio hidrosilikatų sintezė vykdyta nemaišant suspensijos, kai sočiųjų vandens garų temperatūra 200 C, o izoterminio išlaikymo trukmė: 4, 8, 16, 24, 48, 72 valandos. Naudoto pradinio mišinio molinis santykis C/S=0,66, o vandens / kietųjų medžiagų santykis buvo lygus 10. F - jonų koncentracija skystoje terpėje tirta potenciometriniu titratoriumi Mettler Toledo T 70 naudojant selektyvų F - jonams elektrodą. Rentgeno difrakcinė analizė (XRD) atlikta difraktometru DRON 6. Produktų granuliometrinė sudėtis nustatyta medžiagų frakcijonavimo įranga L3P Sonic Sifter. Darbo rezultatai ir jų aptarimas. Sintezės produktų granuliometrinė analizė parodė, kad silicio oksido komponento prigimtis turi didelę įtaką ne tik mineralinei, bet ir granuliometrinei produktų sudėčiai. 306 Studentų moksliniai tyrimai 2011/2012

308 1 lentelė. Sintezės produktų granuliometrinė sudėtis, kai izoterminio išlaikymo 200 C temperatūroje trukmė, h: 4 ir 48 Sieto akučių skersmuo, μm Frakcijos kiekis (%) po 4 h, kai SiO 2 komponentas: Frakcijos kiekis (%) po 48 h, kai SiO 2 komponentas: amorfinis SiO 2 silikagelis amorfinis SiO 2 silikagelis ,45 14,57 3,92 14, ,00 13,56 6,86 11, ,64 20,10 15,20 29, ,27 9,05 10,29 13,23 <80 67,73 39,70 65,69 33,86 Nustatyta, kad naudojant reagentinį SiO 2 nh 2 O, po 4 h bei 48 h izoterminio išlaikymo vyrauja mažesnio nei 80 μm skersmens dalelės. Tuo tarpu, mišiniuose su silikageliu, minėtos frakcijos dalelių kiekis sudarė tik 39,70 % po 4 h ir 33,86 % po 48 h izoterminio išlaikymo (1 lentelė). Ištyrus skystąją terpę, galima teigti, jog hidroterminės sintezės metu F - jonai, esantys pramoninės atliekos sudėtyje, yra surišami į stabilius junginius bei nepaleidžiami atgal į skystąją terpę (F - jono kiekis jose neviršija 7 ppm) (2 lentelė). 2 lentelė. F - jonų koncentracija tirpale po sintezės Sintezės trukmė, h F- jonų koncentracija, ppm 8 6, , , ,099 Šiuos rezultatus patvirtino XRD analizė: jau po 4 h hidroterminio išlaikymo sočiųjų vandens garų aplinkoje 200 C temperatūroje naudojant CaO ir AlF 3 gamybos atliekos silikagelio mišinį, produktuose identifikuoti ne tik C-S-H(I) ir Z-fazės atspindžiai, bet ir difrakciniai maksimumai būdingi kalcio fluoridui CaF 2 (d - 0,315; 0,193; 0,166 nm) ir hidrogranatui hidrograsuliarui Ca 3 Al 2 O 6 (H 2 O) 6 (d - 0,513; 0,443; 0,336 nm) (1 pav.). TECHNOLOGIJOS MOKSLAI 307

309 1 pav. Sintezės produktų rentgenodifrakcinės analizės kreivė, kai izoterminio išlaikymo 200 C temperatūroje trukmė 4 h. Čia: A CaF 2 ; B CSH (I); H Ca 3 Al 2 O 6 (H 2 O) 6 ; Z Z-fazė Literatūra [1] Vaičiukynienė, D.; Kantautas, A.; Vaitkevičius, V.; Sasnauskas, V. Materials science, 2009, Vol. 3: Studentų moksliniai tyrimai 2011/2012

310 IŠMANUS MENO KŪRINIŲ APŠVIETIMAS A. Petrulis, Vilniaus universiteto Taikomųjų mokslų institutas A. Žukauskas, Vilniaus universiteto Taikomųjų mokslų institutas Meno kūrinių apšvietimas turi užtikrinti gerą išvaizdumą ir tuo pačiu mažiausią šviesos sukeliamą žalą. Atsižvelgiant į fotocheminio poveikio žalos funkcijas skirtingoms medžiagoms [1], šviesos šaltinio spektrinės galios skirstinys turi būti atitinkamai optimizuotas, neturėti infraraudonosios (IR) bei ultravioletinės (UV) komponenčių, o apšvieta neviršyti tam tikrų normų. Be to, meno kūrinių ir muziejinių eksponatų spalvinės paletės pokyčiai, sukelti pigmentų blukimo, lako geltimo ir kitų senėjimo procesų, gali būti kompensuojami tinkamai parinkus šviesos šaltinio spektrą. Optimalus meno kūrinių apšvietimas gali būti sukurtas, komponuojant siaurajuostes spektro komponentes. Tokia technologija gali būti realizuota, naudojant vienspalvių šviesos diodų (šviestukų) telkinius. Dėl griežtai apibrėžto šviestukų spektrinės galios skirstinio eliminuojama nepageidaujama IR ir UV spinduliuotė ir pasiekiamas aukštas šviesos veiksmingumas. Be to telkinio spektras gali būti optimizuotas taip, kad kūrinys patirtų mažiausią žalą ir tuo pačiu spalvos būtų perteikiamos norimu būdu. Tokias galimybes atveria keturspalvis raudonas-gintarinis-žalias-mėlynas (RAGB) telkinys su valdoma apšvietimo spalvine kokybe [2]. Vienas šio telkinio ribinis trispalvis derinys (AGB) pasižymi iki 35 % mažesniu žalingu poveikiu filtruotos halogeninės lempos atžvilgiu, o kitas ribinis derinys (RGB) kompensuoja išblukusias spalvas. Tuo tarpu keturspalvė AGB ir RGB derinių svertinė suma leidžia valdyti spalvų atgavą. Be to RAGB telkinys yra lengvai suderinamas bet kokiai spalvinei temperatūrai, geriausiai atitinkančiai kūrimo sąlygas. Šiame darbe pristatomas išmanus keturspalvis kietakūnis šviesos šaltinis, skirtas meno kūrinių ir muziejinių eksponatų apšvietimui. Šaltinio spalvinė temperatūra ir spalvų atgavos kokybė yra tolygiai keičiama. Šaltiniui valdyti naudojamas mikroprocesorinis valdiklis ir programinė įranga, leidžianti vartotojui (autoriui, ekspertui arba parodos lankytojui) subjektyviai parinkti tinkamą apšvietimo režimą, nekeičiant fotocheminio poveikio žalos potencialo. Šaltinis buvo išbandytas, apšviečiant M. K. Čiurlionio paveikslus ir Vilniaus universiteto Smuglevičiaus salės eksponatus ir kitus paveldo objektus. Konferencijos metu bus demonstruojami eksperimentai su meno kūrinio reprodukcijos apšvietimu. Literatūra [1] Commission Internationale de l Eclairage. Control of damage to museum objects by optical radiation. Pub. CIE 157, [2] Žukauskas, A., Vaicekauskas, R., Vitta, P., Tuzikas, A., Petrulis, A., Shur, M. Opt. Express (5). Psl TECHNOLOGIJOS MOKSLAI 309

311 LED PANAUDOJIMO GATVIŲ APŠVIETIME TYRIMAS A. Krivoj, Klaipėdos universitetas J. Kupčinskas, Klaipėdos universitetas E. Guseinovienė, Klaipėdos universitetas Anotacija Šiame straipsnyje yra pateikiami LED privalumai ir trūkumai, argumentai, kodėl verta įdiegti LED apšvietimą. Aprašomos LED šviestuvų ateities galimybės turėti švarų ir nekenksmingą apšvietimą. Pateikiama atlikta statistinė apklausa, kurioje balsavusieji pasisako už LED technologijos panaudojimą. Apžvelgiama LED šviestuvų diegimo struktūra bei taikymas, kuris realizuoja tematinę racionalią energijos panaudojimo plėtrą, nusako ateities investicijas bei minimalų lėšų pasiskirstymą mokant už elektros energiją. Pateikiami išmatuotų ir palygintų aukšto slėgio natrio lempų su LED šviestuvais energijos sąnaudų Klaipėdos Galinio Pylimo gatvėje duomenys, apšvietimo tyrimo išvados ir rezultatai. Įvadas Elektros energijos sąnaudos gatvių apšvietimui per metus sudaro ženklią miestų biudžeto dalį, todėl tikslinga ieškoti būdų taupiau panaudoti elektros energiją gatvių apšvietimui. Tyrimų tikslas išmatuoti ir palyginti aukšto slėgio natrio (Na) ir LED lempų energijos sunaudojimą Galinio Pylimo gatvėje Klaipėdoje. Uždaviniai: Nustatyti, kiek ir kokios rūšies lempų yra sumontuota Galinio Pylimo gatvėje Klaipėdoje. Išmatuoti apšvietimą ir energijos sąnaudas, kai gatvė apšviečiama aukšto slėgio Na lempomis ir 3 skirtingų gamintojų ir galingumų LED šviestuvais. Išnagrinėti aukšto slėgio Na ir LED lempų privalumus ir trūkumus. Pateikti tyrimo išvadas ir rezultatus. LED galimybės ir investicijos Šaltinyje [1] teigiama, kad didžiąją miestų gatvių apšvietimo sistemų dalį sudaro pasenę šviestuvai ir lempos. Jiems eksploatuoti sunaudojami didžiuliai elektros energijos kiekiai ir priežiūros resursai. Sumažinti resursus galima keičiant gyvsidabrio ir 310 Studentų moksliniai tyrimai 2011/2012

312 natrio lempas šviesos diodų (LED-light emitting diode) lempomis, kurioms taip pat neturi jokios didesnės įtakos šviesos srauto reguliatorių įdiegimas. Dėl mažos vartojamos galios LED lempos gali būti vienodai naudojamos visą tamsios paros laikotarpį, o taip pat nesudarys didesnių sąnaudų, kai suveikia apšvietimą valdantys jutikliai, esant sutemoms ir pan. 20 W, 28 W galingumo LED šviestuvų šviesos srauto našumas siekia net 75 Lm/W ir, palyginus su dabar naudojamomis lempomis (80 Lm/W), esminio skirtumo nesudaro. Gaminami ir didesnės galios LED lempos ir šviestuvai, kurie gali sėkmingai pakeisti ir galingesnes 400 W ir 750 W didžiaslėges lempas. Vienu metu esamas lempas pakeisti būtų labai ryžtingas sprendimas gamtosauginiu atžvilgiu, tačiau pareikalautų milžiniškų investicijų. Žinant, kad savivaldybių ir verslo įmonių finansinės lėšos ribotos, būtų realesnis laipsniškas LED lempų įdiegimas. Būtų galima dalį biudžeto, skirto gatvių apšvietimo remontui ir rekonstrukcijai, panaudoti neveikiančių lempų pakeitimui LED lempomis, kurios naudotų mažiau elektros energijos, taupytų eksploatacines lėšas, papildomų galios linijų prijungimo lėšas, elektros linijų ir aparatūros renovacijos lėšas (dėl padidėjusio šviestuvų skaičiaus) [1]. LED ir aukšto slėgio Na lempų, įdiegtų Galinio Pylimo gatvės apšvietimo sistemoje, apšviestumo ir energijos sąnaudų tyrimai ir rezultatai Galinio pylimo gatvės Klaipėdoje apšviestumas (liuksais) išmatuotas kas 3 m gatvės kraštuose (atramų pusėje ir kitoje gatvės pusėje) ir viduryje. Gatvės atkarpos su LED šviestuvais apšviestumas atliktas, pradedant nuo atramos Nr. 15 iki atramos Nr. 7, o gatvės atkarpos su Na šviestuvais apšviestumas atliktas, pradedant nuo atramos Nr. 6 iki atramos Nr. 4. Ant atramų Nr. 15, Nr. 14, ir Nr. 13 sumontuoti korėjiečių firmos SE-STA130 markės (130 W deklaruojamo galingumo) LED šviestuvai. Ant atramų Nr. 12, Nr. 11 ir Nr. 10 sumontuoti korėjiečių firmos NSLT-90G markės (90 W deklaruojamo galingumo) LED šviestuvai. Ant atramų Nr. 9, Nr. 8 ir Nr. 7 sumontuoti italų firmos Archilede markės (84 W deklaruojamo galingumo) LED šviestuvai. Ant atramų Nr. 6, Nr. 5 ir Nr. 4 sumontuoti belgų firmos Sintra markės (150 W deklaruojamo galingumo) aukšto slėgio Na šviestuvai. Matavimo rezultatus atvaizduoja grafikas 1 pav. Galinio Pylimo gatvės atkarpos su LED ir Na šviestuvais gatvės krašto atramų pusėje apšviestumas pavaizduotas 1 pav. a, o palyginimui Galinio Pylimo gatvės atkarpos su LED ir Na šviestuvais apšviestumas gatvės viduryje pateiktas 1 pav. b: TECHNOLOGIJOS MOKSLAI 311

313 a) b) 1 pav. a) Galinio Pylimo gatvės su Na ir LED šviestuvais gatvės krašto atramų pusėje apšviestumas; b) Galinio Pylimo gatvės vidurio su Na ir LED šviestuvais apšviestumas Išmatuotos LED ir Na šviestuvų naudojamos srovės, įtampos ir galios. Taip pat pateikiama kiekvieno šviestuvo santykinė galia (išreikšta procentais) deklaruojamos šviestuvo galios atžvilgiu. Matavimų rezultatai pateikti 1 lentelėje: 1 lentelė. Srovės, įtampos ir galios matavimo duomenys Eil. Nr. LED Na, 150 W 130 W 90 W 84 W Paleidimo Nusistojusi Srovė, A 0,62 0,38 0,47 1,48 0,72 Įtampa, V Galia, W 139,5 86,6 103,9 162,7 Galia, % 107,31 96,27 123,66 108,48 LED panaudojimo gatvių apšvietime tyrimo išvados 1. Palyginus įvairių šaltinių duomenis nustatyta, kad LED šviestuvai sunaudoja apie 9 kartus mažiau elektros energijos nei kaitrinės lemputės, jie tarnauja apie 50 kartų ilgiau nei įprastinės lempos. Šie šviestuvai efektyvesni paverčia šviesa 10 kartų didesnę elektros energijos dalį (~50 %), negu tradicinio apšvietimo lempos (~5 %). LED yra mažiau kenksmingi aplinkai. Pavyzdžiui, lyginant šviestuvų su 150 W Na lempomis, kurios daugiausia yra naudojamos gatvėms apšviesti, ir LED, per metus sutaupoma apie 132 tonos CO Studentų moksliniai tyrimai 2011/2012

314 2. Laipsniškas lempų pakeitimas taupytų lėšas, skirtas apmokėjimui už elektros energiją, didesnės elektros galios išpirkimui (įvedant naujas apšvietimo linijas), elektros linijų ir aparatūros renovacijai (dėl padidėjusio šviestuvų skaičiaus). Apžvelgta LED šviestuvų diegimo struktūra bei taikymas, kuris realizuoja tematinę racionalią energijos panaudojimo plėtrą, nusako ateities investicijas bei minimalų lėšų pasiskirstymą mokant už elektros energiją. 3. Remiantis surinkta informacija ir atlikto LED panaudojimo gatvių apšvietime tyrimo matavimų rezultatais, aprašytos LED šviestuvų ateities investicijos ir galimybės turėti švarų ir absoliučiai nekenksmingą apšvietimą. Statistiniai apklausos rezultatai, kurioje žmonių buvo klausiama, ar Klaipėdos gatvėse reikalingi LED šviestuvai, parodė, kad net 72,73 % respondentų pasisako už naujausią apšvietimo technologiją, t. y. už LED gatvių apšvietimą. 4. Išmatuotas apšviestumas ir energijos sąnaudos Galinio Pylimo gatvėje esančių 3 skirtingų gamintojų ir galingumų LED šviestuvų ir aukšto slėgio Na šviestuvų. Iš 1 lentelės galima palyginti 4 skirtingų gamintojų, įdiegtų LED ir aukšto slėgio Na šviestuvų energijos sąnaudas. Rezultatai rodo, kad mažesnio galingumo LED lempos (84 W) užtikrina beveik tokį pat apšviestumą, kaip ir aukšto slėgio Na lempos (150 W), esant mažesniam galios suvartojimui. Tyrimai yra remiami Lietuvos mokslo tarybos. Literatūra [1] Just - elektra. Prieiga per Internetą: led-apsvietimas/gatviu-apsvietimo-sistemos.html [Peržiūrėta ]. TECHNOLOGIJOS MOKSLAI 313

315 ULTRAGARSINIŲ IMPULSŲ PRALĖKIMO LAIKO NUSTATYMO SRAUTO MATUOKLIO KANALE TYRIMAS A. Aleksandrovas, Kauno technologijos universitetas prof. L. Svilainis Kauno technologijos universitetas Signalo pralėkimo laikas yra skysčio srauto ir ultragarsinio signalo sąveikos parametras, naudojamas srauto greičio nustatymui. Matavimų tikslumui ženklią įtaką daro ultragarso sklidimo greičio priklausomybė nuo temperatūros. Siekiant sumažinti temperatūros įtaką, naudojami du lygiagretus kanalai, kurių signalai sraute sklinda priešpriešiais. Tuomet signalas sklindantis prieš srautą yra vėlinamas o palei srautą sklinda greičiau. Naudojant signalų sklidimo laikų skirtumą išryškinama srauto įtaka. Sklidimo laiko nustatymo tyrimai itin aktualūs: nuo pralėkimo laiko nustatymo tikslumo priklauso matavimo rezultatas [1]. Pristatomi atlikti tyrimai kaip skleisto spektro ir siaurajuosčių signalų koreliacinės charakteristikos yra įtakojamos ultragarsinių keitiklių parametrų ir matavimo terpės. Suprojektuotas srauto matavimo stendas skirtas signalų siuntimui, priėmimui ir apdorojimui. Naudojamas programuojamas aukštos įtampos maitinimo šaltinis, impulsų generatorius, priėmimo stiprintuvas ir du keitimo analogas-kodas kanalai (1 pav.). Surinkti duomenys siunčiami į kompiuterį kaupimui ir tolimesniam apdorojimui. 1 pav. Srauto matavimo stendas 314 Studentų moksliniai tyrimai 2011/2012

316 Atliekant ultragarsinius srauto greičio matavimus svarbu žinoti, kaip rezultatus įtakoja sklidimo terpė. Nustačius terpės įtaką galima parinkti ultragarsinių keitiklių žadinimo signalų tipą. Remiantis preliminaria keitiklių dažninių charakteristikų analize [2], tyrimams buvo parinkti devyni skirtingi žadinimo signalai: siaurajuosčiai radioimpulsai (3 MHz, 5 MHz ir 6,3 MHz), plačiajuosčiai skleisto spektro tiesiškai moduliuoto dažnio (nuo 0,5 MHz iki 10 MHz ir nuo 3 MHz iki 6,3 MHz), šuolio signalas (3 ns fronto trukmė) ir impulsiniai žadinimo signalai (optimizuoti 3 MHz, 5 MHz ir 6,3 MHz dažniams). Matavimų skyrą įtakoja koreliacinės funkcijos centrinio lapelio plotis. Šoninių lapelių lygis apsprendžia atsparumą esant žemam santykiui signalas-triukšmas kadangi tokiu atveju atsiranda tikimybė kad koreliacijos maksimumas peršoks ant gretimo lapelio. Naudojant aukščiau minėtus signalus buvo atliktas koreliacinės charakteristikos (2 pav. a) kitimo laike tyrimas temperatūrai kintant nuo 20 ºC iki 44 ºC. (2 pav. b). a) b) 2 pav. a) Koreliacinė funkcija, b) koreliacnės funkcijos kitimas laike Analizė parodė, kad skleisto spektro impulsams ir radioimpulsams koreliacijos maksimumas didžiausias (0,99), impulsams 0,88, šuoliui 0,7. Siauriausias centrinis koreliacinės funkcijos lapelis gautas skleisto spektro impulsams, didžiausias šoninių lapelių lygis gautas radioimpulsams. Apskaičiavus skirtuminį signalų sklidimo laiką nesant srautui buvo nustatyta, kad mažiausia rezultatų sklaida (standartinę deviaciją) matavimų pasižymi skleisto spektro impulsai, naudojant skleisto spektro impulsus nuo 0,5 MHz iki 10 MHz gauta 19,96 ns sklaida, o nuo 3 MHz iki 6,3 MHz 23,24 ns. Siaurajuosčiams 3 MHz, 5 MHz ir 6,3 MHz radioimpulsams gautos 81,21 ns, 76,46 ns ir 79,43 ns sklaidos. Žadinant impulsais, optimizuotais 3 MHz, 5 MHz ir 6,3 MHz dažniams, gautos 421,46 ns, 263,45 ns, 250,46 ns standartinė deviacija, o žingsniui 592,71 ns. TECHNOLOGIJOS MOKSLAI 315

317 Atlikus eksperimentus nustatyta, kad siauriausiu centrinės koreliacinės funkcijos lapelio pločiu bei didžiausiu koreliaciniu koeficientu pasižymi skleisto spektro impulsai nuo 0,5 MHz iki 10 MHz. Minėti impulsai taipogi pasižymi mažiausia skirtuminio laiko rezultatų sklaida. Literatūra [1] Butkus, J., Jakevičius, L., Tumšys, O., Srauto greičio matavimas panaudojant impulsinius akustinius signalus. Ultragarsas, Nr. 2(30) P [2] Aleksandrovas, A., Svilainis, L. Ultragarso perdavimo charakteristikų siaurame kanale tyrimas. Telekomunikacijos ir elektronika P [3] Svilainis, L., Kabišius, P., Kitov, S. Ultrasonic transit time flow meter for diesel: initial analysis. Ultragarsas, Nr. 2(30) P Studentų moksliniai tyrimai 2011/2012

318 VAIZDŲ FILTRAVIMAS LAUKU PROGRAMUOJAMA LOGINE MATRICA A. Šlenderis, Šiaulių universitetas, Technologijos fakultetas G. Daunys, Šiaulių universitetas, Technologijos fakultetas Lauku programuojamos loginės matricos (LPLM, angl. FPGA) yra plačiai naudojamos ten, kur reikia atlikti specifinius uždavinius ir reikalinga galimybė patobulinti sistemą. Vaizdų filtravimas yra vienas iš tų specifinių uždavinių, nes sistemos įgyvendinimui dažnai reikia naudoti įvairių tipų filtrus, kad būtų pasiektas norimas rezultatas. Naudojant specifinius procesorius, kurie yra pritaikomi gaminimo metu specifinėms užduotims vykdyti, yra labai brangu. Pirmiausia, jų gamybos kaštai yra didesni nei LPLM procesorių. Be to, pagaminus procesorius, nebegalima jų tobulinti. Sąsuka yra standartinė operacija naudojama vaizdų filtravimui (blukinimui, ryškinimui, suspaudimui, triukšmų šalinimui ir kt.) [1]. Sąsuka apskaičiuojama pagal (1) formulę: čia n filtro matricos koeficientų skaičius; v(i) filtruojamo vaizdo taškas; c(i) filtro koeficientas. (1) Jeigu filtro dydis yra c x c, tada kiekvienas nufiltruoto vaizdo taškas priklauso nuo c 2 gretimų vaizdo taškų ir dar nuo c 2 sandaugų ir sumų, kurių reikia kiekvienam išrinkimui. 1 pav. 3x3 sąsukos konvejeris [2] TECHNOLOGIJOS MOKSLAI 317

319 1 pav. pavaizduotas 3x3 sąsukos konvejeris. Vaizdo taškas imamas iš pradinio vaizdo ir iš karto padauginamas iš visų 9 filtro koeficientų (C0-C8). Dalinės sumos yra kaupiamos sumavimo elementuose. Po to tos reikšmės yra sudedamos tarpusavyje. Po kiekvienos tokios sudėties aktyvuojamas vieno vaizdo taško nuskaitymo laiko vėlinimas. Atlikus 3 sumas vienoje vaizdo eilutėje, aktyvuojamas visos vaizdo eilutės nuskaitymo laiko vėlinimas minus 3-jų vaizdo taškų nuskaitymo laiko vėlinimas, nes jie jau buvo nuskaityti. Toliau tokia pati operacija yra atliekama ir su kitomis dviejomis vaizdo eilutėmis. Filtro išėjime yra gaunamas nufiltruoto vaizdo taškas. 2 pav. 3x3 sąsukos filtras, įgyvendintas LPLM kristale [2] 2 pav. pavaizduotame modelyje 9 filtro koeficientai yra įkeliami prieš tai kai pradedami vykdyti procesai įėjime, naudojant X0 X7 magistrales ir LdCj (aktyvavimo signalas) signalus. Pradinio vaizdo taškai paduodami nuosekliai Y magistralėje, prie 318 Studentų moksliniai tyrimai 2011/2012

320 kiekvienos vertės pridedant 8 nulius, kad būtų gaunamas 16 bitų rezultatas (gaunamas dvigubo tikslumo rezultatas). Kiekvienas sumatorius skaičiuoja nuoseklią bitinę sumą paduodamos vertės iš kairės ir iš dauginimo elemento rezultato, esančio viršuje, ir išveda rezultatą į dešinę, kur jis yra užvėlinamas per 16 bitų vaizdo taško nuskaitymo laiką, kad būtų sulygintas kitas dalinis rezultatas. Po 9 tokių operacijų, galutinė suma, kuri susiformuoja paskutiniame sumatoriuje ir gali būti išvedama kaip 8 bitų rezultatas. Ribotos impulsinės charakteristikos filtrai gali būti įgyvendinti dviem tipais: simetriniai ir nesimetriniai. Simetriniai ribotos impulsinės charakteristikos filtrai yra plačiau naudojami dėl to, kad jų naudojamų dauginimo elementų kiekis yra dvigubai mažesnis lyginant su nesimetriniais tokio tipo filtrais [3]. Taip yra todėl, kad pusė filtro koeficientų yra vienodi. Tuo tarpu nesimetriniai filtrai naudoja vieną dauginimo elementą kiekvienam filtro branduolio koeficientui. Tyrimas buvo atliktas su Cyclone III[4] šeimos LPLM lustu. Tyrimo tikslas išsiaiškinti sistemos resursų sąnaudas, filtruojant vaizdus su skirtingo filtro branduolio dydžio ir filtro tipo ribotos impulsinės charakteristikos su sąsukos branduoliu filtrais. Buvo sukurta vaizdų filtravimo sistema, kuri nuskaito vaizdą, esantį flash tipo atmintyje. Vaizdas ten yra talpinamas, emuliuojant vaizdo kameros išėjimą. Vaizdo reikšmės yra nuskaitomos ir talpinamos laikiname atminties buferyje iš kurio imamos reikšmės, kurios keliauja į vaizdo filtrą, išvedantį nufiltruotus vaizdus. Buvo naudojami simetriniai ir nesimetriniai 3x3 ir 7x7 dvimačiai ribotos impulsinės charakteristikos filtrai su sąsukos branduoliu. 1 lentelė. Sistemos su simetriniu nesimetriniu filtrais naudojami LPLM lusto resursai Parametras Loginių elementų skaičius Registrų skaičius Išvadų skaičius Atminties naudojimas, bitais 9-bitų dauginimo elementų skaičius Reikšmė su 3x3 filtru Nesimetrinis filtras Resursų panaudojimas su 3x3 filtru, % Reikšmė su 7x7 filtru Resursų panaudojimas su 7x7 filtru, % TECHNOLOGIJOS MOKSLAI 319

321 Parametras Loginių elementų skaičius Registrų skaičius Išvadų skaičius Atminties naudojimas, bitais 9-bitų dauginimo elementų skaičius Simetrinis filtras Reikšmė su 3x3 filtru Resursų panaudojimas su 3x3 filtru, % Reikšmė su 7x7 filtru Resursų panaudojimas su 7x7 filtru, % Kaip matyti iš 1-oje lentelėje pavaizduotų rezultatų galima teigti, kad simetrinis filtras naudoja mažiau LPLM lusto resursų. Ypatingai sumažėja naudojamų dauginimo elementų skaičius (daugiau nei per pusę). Taip yra dėl to, kad kai pusė koeficientų yra vienodi. Du vienodi vaizdo taškų dydžiai yra sudedami, padauginami iš bendro filtro koeficiento. Tokiu būdu yra laimima pusės dauginimo elementų lyginant su nesimetriniu filtru. Literatūra [1] Bailey, D. G. Design for embedded image processing on FPGAs, Massey University, New Zealand, 2011, 482 psl. [2] Shoup, R. G. Parameterized convolution filtering in a field programmable gate array, Palo Alto, California, USA, 3 5 psl. [3] Implementing FIR Filters and FFTs with 28-nm Variable-Precision DSP Architecture, Altera corporation, San Jose, California, USA, 2010, 3 5 psl. [4] Cyclone III FPGA Family: Unlimited Possibilities [interaktyvus]. [žiūrėta ] Prieiga per internetą: < 320 Studentų moksliniai tyrimai 2011/2012

322 DISPERSIŠKAI ARMUOTŲ LENKIAMŲJŲ GELŽBETONINIŲ ELEMENTŲ ĮTEMPIŲ- DEFORMACIJŲ ANALIZĖ A. Rimkus, Vilniaus Gedimino technikos universitetas G. Kaklauskas, Vilniaus Gedimino technikos universitetas Dispersinis armavimas žymiai pagerina eksploatacines betono kaip medžiagos savybes. Jis neturi didesnės įtakos gniuždomajam betono stipriui, tačiau lemia visiškai skirtingą tempiamojo betono suirimo pobūdį. Nearmuoto tempiamojo betono suirimas yra trapus, tuo tarpu dispersiškai armuoto plastinis. Skirtingai nuo įprastojo, dispersiškai armuoto betono mechaninei elgsenai aprašyti nepakanka nustatyti tik gniuždomojo stiprio. Lemiama charakteristika šiuo atveju tampa betono liekamųjų įtempių reikšmė. Dėl didelės fibrų tipo ir formos įvairovės, taip pat sunkumų nustatant fibrų ir betono sąveiką, iki šiol nėra pasiūlyta patikimų dispersiškai armuoto betono liekamųjų įtempių modelių. Yra žinomi vos keli empiriniai modeliai, liekamuosius įtempius įvertinantys su 2 3 kartų atsarga. Patikimų modelių trūkumas stabdo projektavimo normų kūrimą ir platesnį dispersiškai armuoto betono taikymą. Nesant tikslių modelių, liekamieji įtempiai nustatomi standartinių sijelių bandymais [1]. Deja, tokie bandymai yra pakankamai sudėtingi ir brangūs. Be to, taikant standartinius metodus, liekamieji įtempiai nustatomi netiesiogiai. Darbo autorių buvo pasiūlytas atvirkštinis algoritmas liekamiesiems įtempiams apskaičiuoti, taikant eksperimentinius standartinių sijelių rezultatus [2]. a) b) 1 pav. a) Eksperimentinių sijų 3 taškų lenkimo bandymo schema, b) plieno plaušas TECHNOLOGIJOS MOKSLAI 321

323 Autorius atliko 10 sijelių, armuotų 50 mm ilgio ir 1 mm skersmens plieno plaušu, bandymus, taikant 3 taškų lenkimo schemą (1 pav.). Penkios sijelės buvo armuotos 0,5, kitos penkios 1,0 % plieno plaušo, skaičiuojant elemento tūriui. Šių sijelių gniuždomasis stipris buvo atitinkamai 43,1 MPa ir 44,8 MPa. Eksperimentinės apkrovos plyšio pločio diagramos parodytos 2 pav. a ir b. Reikėtų pažymėti, kad net vienodų bandinių rezultatai gerokai skiriasi dėl plieno plaušo padėties bei pasiskirstymo atsivėrusiame plyšyje. a) b) c) d) 2 pav. a), b) Atitinkamai 1,0 % ir 0,5 % plieno plaušu armuotų bandinių apkrovos plyšio pločio diagramos, c), d) atitinkamai 1,0 % ir 0,5 % plieno plaušu armuotų bandinių eksperimentiniu ir standartiniu metodais gautų liekamųjų įtempių deformacijų priklausomybių palyginimas 322 Studentų moksliniai tyrimai 2011/2012

324 Apskaičiuotos liekamųjų įtempių deformacijų priklausomybės, taikant standartinį bei atvirkštinį metodus, pateiktos 2 pav. c ir d. Atlikto tyrimo metu nustatyta, kad pagal RILEM metodiką liekamieji įtempiai nustatomi su 46,3 53,3 % atsarga. Tolimesniuose tyrimuose planuojama nustatyti susidariusias paklaidas lemiančius veiksnius ir patikslinti liekamųjų įtempių modelius. Literatūra [1] RILEM, RILEM TC 162-TDF: Test and design methods for steel fiber reinforced concrete, Bending tests, Vol. 33, pp. 3 5, (2000). [2] Kaklauskas, G., Gribniak, V., Bačinskas, D., Inverse technique for deformational analysis of concrete beams with ordinary reinforcement and steel fibers, Procedia Engineering, Vol. 14, pp , (2011). TECHNOLOGIJOS MOKSLAI 323

325 Nitrido pagrindu pagamintų baltų šviesos diodų žemo dažnio triukšmų charakteristikų kitimo procesas A. Trinkūnas, Vilniaus universitetas V. Palenskis,Vilniaus universitetas Dabartinių šviesos diodų (ŠD) spinduliuotė apima visą matomos šviesos spektrą ir dalį už jo ribų. Nitrido pagrindu yra gaminami diodai žaliai-mėlynai, ultravioletinei ir baltos šviesos spinduliuotei. Tačiau nitrido sluoksniai heterostruktūrose sukuria papildonus defektus dėl medžiagos gardelės nesutapimo su pagrindu [1]. Be to, fosfaro sluoksnis, kuris yra naudojamas baltiems ŠD, gali būti papildomas prietaiso degradacijos šaltinis. Defektai blogina ŠD optines ir elektrines charakteristikas, didina nuotekio sroves, o tai mažina diodo efektyvumą ir greitina degradacijos procesą [2]. Tiriant bet kokią puslaidininkinę struktūrą yra aktualios šios problemos: kurioje struktūros vietoje atsiranda defektai, kaip jie veikia prietaiso charakteristikas ir kaip jie elgiasi prietaisui senstant. Sprendžiant šias problemas triukšmų tyrimas suteikia vertingos informacijos ir yra naudingas vertinant prietaiso kokybę bei nustatant jo veikimo trukmę [3]. Darbo tikslas buvo ištirti balto ŠD žemų dažnių triukšmų charakteristikas ir išsiaiškinti fizikinius procesus, vykstančius skirtingose diodo vietose. Tyrimams pasirinktas didelės galios nitrido pagrindu pagamintas baltas ŠD. Triukšmų charakteristikos (elektrinio ir optinio triukšmų spektrai bei jų tarpusavio koreciacijos koeficientas) matuojamos žemų dažnių (20 Hz 20 khz) srityje prieš ir po diodo pagreitinto sendinimo. ŠD spinduliuojamos šviesos galios ir optinio triukšmo signalai matuojami trimis vienas šalia kito išdėstytais fotodiodais. Šie fotodiodai yra jautrūs skirtingoms matomos šviesos spektro dalims. Dėl to mes galime optines ŠD charakteristikas tirti atskirai: aktyviosios srities spinduliuotės charakteristikas ir fosforo sluoksnio įtakojamą spinduliuotę. Toks spinduliuojamos šviesos spektras leidžia atskirti fizikinius procesus, kurie vyksta skirtingose diodo struktūros dalyse, ir išsiaiškinti, kurie iš jų labiausiai lemia prietaiso degradavimą. Tiek aktyviosios srities, tiek fosforo sluoksnio kuriamos spinduliuotės optinių triukšmų koreliacija su elektriniu triukšmu yra panašios apie (40 50) %. Tokios koreliacijos vertės yra stebimos žemų dažnių srityje, kur tiek elektriniame, tiek optiniame triukšmuose dominuoja 1/f α tipo triukšmas. Koreliacijos koeficientas yra mažas (arti 0 %) dažniuose f>100 Hz, kur optinis šratinis triukšmas (sukeltas atsitiktinės fotonų emisijos) yra intensyvus. 324 Studentų moksliniai tyrimai 2011/2012

326 Rezultatai rodo, kad tiriamojo ŠD struktūroje yra defektų, kurie lemia 1/f α tipo fliuktuacijas, kurios dalinai moduliuoja srovę, tekančią per aktyviąją sritį. Koreliacijos koeficientas tarp dviejų optinių signalų (aktyviosios srities ir fosforo sluoksnio sąlygojamose spinduliuotės spektro dalyse) yra didelis ((80 90) %) ir teigiamas visoje tirtų srovių srityje. Taigi fosforo sluoksnis ir tolimesnė šviesos perdavimo dalis iš aktyviosios srities iki laisvos erdvės nepaveikia šviesos sklidimo. 1 pav. Tirto balto šviesos diodo spinduliuotės spektras diodu tekant tiesioginei 300 ma srovei. Trys išskirtos sritys rodo spektro dalis, kuriose kiekvienas fotodetektorius yra jautriausias Literatūra [1] Y.-J. Lee, H.-C. Kuo, T.-C. Lu, S.-C. Wang, K. W. Ng, K. M. Lau, Z.-P. Yang, A. S.-P. Chang,.S.- Y. Lin, J. Light. Technol. 26, 1455 (2008). [2] Z. Li, P. T. Lai, and H. W. Choi, IEEE Photon. Technol. Lett. 21, 1429 (2009). [3] D. Ursutiu and B. K. Jones, Semicond. Sci. Technol. 11, 1133 (1996). TECHNOLOGIJOS MOKSLAI 325

327 SERGANČIŲ PARKINSONO LIGA: VIRŠŪTINĖS GALŪNĖS BIOMECHANIKOS KINETIKOS IR KINEMATIKOS TYRIMAS A. Dagytė,Vilniaus Gedimino technikos universitetas J. Griškevičius, Biomechanikos katedra Parkinsono liga (PL) yra lėtinė progresuojanti neurologinė liga, kuri išoriškai pasireiškia galvos ir galūnių drebėjimu, judesių sulėtėjimu, sukaustymu bei eisenos pasikeitimu [1]. Įprastai PL diagnostika grindžiama klinikiniais simptomais, todėl PL diagnozė gali būti patvirtinta tik vėlesnėse ligos vystymosi stadijose, o diagnozės tikslumas yra ribotas. Esencialinis tremoras (ET) tai laipsniškai progresuojanti liga, kuriai būdingas nevalingas kūno dalies drebėjimas [1]. Neretai ankstyvoje ligos stadijoje šios abi patologinės būklės yra painiojamos. Nėra sukurta nei vieno efektyvaus metodo PL diagnozuoti, o atskirti vienareikšmiškai be ilgesnio klinikinio stebėjimo ET nuo PL galima tik su RKT su jofllupanu būdu. Diagnozavus PL, naudojama Unifikuota PL vertinimo skalė (UPDRS), skirta stebėti simptomų pokyčius ir šios ligos vystymąsį. Pagrindinis mokslinio tyrimo tikslas sukurti PL ankstyvosios diagnostikos ir ligos vystymosi kiekybinio įvertinimo sistemą KIN-NEURAL (įvertinti žmonių, sergančių Parkinsono liga (ir esencialiniu tremoru), viršutinės galūnės biomechanikos kinematinių ir kinetinių parametrų pokyčius bei palyginti juos su sveiko žmogaus viršutinės galūnės biomechanika). Skirtingai nuo kitų PL diagnozavimo būdų, KIN-NEURAL sistema bus skirta ne tik atskirti sveikus nuo PL, bet ir ET subjektus. Tyrimo pradžioje buvo išmatuojami kiekvieno paciento antropometriniai duomenys bei jie turėjo atlikti supaprastintą kontrolinį testą, siekiant įvertinti psichofiziologinius rodiklius. Iš viso buvo ištirtas 41 pacientas, kurių vidutinis amžius 67,5±7,6 (12 sveikų (kontrolinių) tiriamųjų (KT), 17 PL tiriamųjų ir 13 ET tiriamųjų). Taikant pacientams neinvazinį metodą, rizikos bei žalos tiriamieji nepatirė. Po to žasto, dilbio ir plaštakos srityse dirželiais buvo pritvirtinti bevieliai jutikliai, kurių pagalba buvo užrašomas viršutinės galūnės judėjimas erdvėje (2 pav.). Naudojome Airijos gamintojo Shimmer 9 DOF jutiklius, kurie registruoja tiesinį pagreitį, kampinį greitį ir magnetinį nuokrypį trijose dimensijose (1 pav.). 1 pav. 9DoF Shimmer bevielis jutiklis, matmenys 53x32x19 mm 326 Studentų moksliniai tyrimai 2011/2012

328 2 pav. Bevielių jutiklių tvirtinimas prie rankos: žasto, dilbio ir plaštakos srityse Buvo sukurta LabView programinio paketo programa, skirta priimti signalus iš sensorių per Bluetooth sąsają, kai pasirinktas diskretizavimo dažnis yra 51,2 Hz. Matlab funkcijos, naudotos skaičiuoti vidutinę kvadratinę pagreičio (RMS), judesio pagreičio (PK-PK), signalo galios reikšmes tarp 3 8 Hz ir rankos judesio pagreičio entropijai nustatyti. Kiekvienas tiriamasis turėjo atlikti 12 funkcinių pratimų. Naudojome ANOVA statistinį metodą su mažiausio reikšmingumo lygiu alfa=0,05. Lyginome trijų grupių pacientų judesio parametrus, kai mažiausias skirtumas tarp reikšmių lygus 5 %. Gautų rezultatų vidutinė reikšmė RMS (0,912 m/s 2 ), PK-PK (3,123 m/s 2 ) ir judesių entropija PL ramybės tremoro tyrime pastebimai skyrėsi nuo kontrolinės grupės tiriamųjų. ET grupės RMS (0,248 m/s 2 ) ir PK-PK (0,542 m/s 2 ) atliekant statinio tremoro funkcinius pratimus, kai ranka laikoma ištiesta, vertės pastebimai skyrėsi nuo (KT). 1 lentelė. Pacientų judesių parametrų reikšmės (alfa=0,05) Įrodyta, kad PL pacientai gali būti atskirti nuo KT grupės, remiantis paciento viršutinės galūnės kinematiniais [2] arba elektromiografijos [3] duomenimis. Atlikus tyri- TECHNOLOGIJOS MOKSLAI 327

329 mą, pastebėjome, kad, remiantis potencialiais biomechaniniais parametrais, PL galima nustatyti pagal ramybės tremoro parametrus, ET statinį tremorą, o dėl nekordinuotų rankos drebėjimų judinant ranką, nerasta judesio tremoro parametrų skirtumų tarp tiriamųjų grupių (1 lentelė). Literatūra [1] Jankovic, J. Journal of Neurology, Neurosurgery & Psychiatry 2008, [2] Chan, J., Leung, H., Poizner, H., IEEE Trans Neural Syst Rehabil Eng 2010, [3] Robichaud, J. A., Pfann, K. D., Leurgans, S., Vaillancourt, D. E., Comella, C. L., Corcos, D. M., Clin Neurophysiol 2009, Studentų moksliniai tyrimai 2011/2012

330 MIŠRIŲ MONOSLUOKSNIŲ, NAUDOJAMŲ MODELINIŲ MEMBRANŲ FORMAVIMUI ANT AG ELEKTRODO, TYRIMAS VIRPESINĖS SPEKTROSKOPIJOS METODAIS A. Bazaraitė, Vilniaus Gedimino technikos universitetas G. Niaura,Vilniaus universiteto Biochemijos institutas Viso tyrimo metu, norimiems rezultatams gauti, buvo taikytas paviršiaus sustiprintos Ramano spektroskopijos metodas (PSRS), darbui naudojamas LabRam HR800 Ramano mikroskopas. Spektrai buvo žadinami su 632,8 nm lazerine spinduliuote. PSRS reiškinį galima apibūdinti kaip žymų molekulės Ramano sklaidos intensyvumo padidėjimą, kai ji adsorbuojasi ant nelygaus metalinio paviršiaus, arba yra netoli metalinio paviršiaus. Todėl tam, kad būtų gaunamos ryškesnės Ramano sklaidos juostos, tyrime buvo taikomas elektrodo paviršiaus stiprinimas šiurkštinimas [1]. Darbo tikslas buvo ištirti organinių monosluoksnių, naudojamų pakabinamų modelinių membranų formavimui, struktūrą ant sidabro elektrodo. Šiam procesui naudojome junginio WC14 ir β merkaptoetanolio tirpalus (1 pav.). Taip pat buvo svarbu išanalizuoti kaip monosluoksnių struktūra (goš / trans izomerizacija) priklauso nuo tirpalų koncentracijos, bei adsorbcijos laiko. 1 pav. Tirtų junginių struktūros Tiriant β merkaptoetanolio sąveiką su sidabro elektrodu, svarbiausi rezultatai buvo gauti imant didžiausią medžiagos koncentraciją tirpale (2 pav.) ir ilgiausią elektrodo išlaikymo adsorbciniame tirpale laiką (3 pav.). O naudojant WC-14, informatyviausi rezultatai buvo gauti, kuomet buvo imta 100 % medžiaga. TECHNOLOGIJOS MOKSLAI 329

331 2 pav. PSRS spektrų priklausomybė nuo merkaptoetanolio koncentracijos tirpale 3 pav. C-S valentinių virpesių priklausomybė nuo adsorbcijos laiko 4 pav. WC14 adsorbuoto ant Ag elektrodo PSRS spektras Žiūrėdami į trečiame paveiksliuke esantį spektrą, galima pasakyti, jog ilgėjant merkaptoetanolio adsorbcijos laikui, trans konformerų santykine dalis didėja, C S ryšys stiprėja, o Ag S ryšys silpnėja. 2 pav. analizė rodo, kad didėjant merkaptoetanolio koncentracijai adsorbcijos tirpale, Trans konformerų santykinė dalis didėja. Na, o (4 pav.) spektras mums suteikia žinių apie tai, kad adsorbuoto ant Ag elektrodo WC14 spektre C S dažnis padidėja, atitinkamai sustiprėja C S ir susilpnėja Ag S ryšiai, lyginant su merkaptoetanoliu. Tai pat tyrimo metu buvo nustatytas charakteringas adsorbuoto WC14 žymuo PSRS spektre: C C valentinio virpesio juosta ties 1046 cm -1 (4 pav.). Literatūra: [1] Mickevičius, D. Cheminės analizės metodai I. Žiburys, Vilnius m. 408 p. 330 Studentų moksliniai tyrimai 2011/2012

332 ŽMOGAUS KVĖPAVIMO PROCESO PARAMETRŲ REGISTRAVIMO METODŲ TYRIMAS D. Stankevičius, Kauno technologijos universiteto Telekomunikacijų ir elektronikos fakultetas V. Marozas, Kauno technologijos universiteto Telekomunikacijų ir elektronikos fakultetas Kvėpavimo proceso parametrų registravimas turi ir mokslinę ir praktinę reikšmę. Tyrimai rodo, kai vienas iš pagrindinių būdų nustatyti ne tik kvėpavimo takų ligas, bet ir bendrus pirminius sveikatos pakitimo požymius [1]. Kvėpavimo parametrų registravimo praktinę vertę sveikatingumui ir sportui sudaro galimybė objektyviai vertinti kvėpavimo taisyklingumą sportuojant ir miegant. Tuo pačiu laiko momentu stebint dar ir kitus fiziologinius žmogaus parametrus galima įvertinti jų sąryšius su kvėpavimu. Tokiu būdu būtų galima įgyvendinti įvairiapusišką ilgalaikę pacientų tiriamųjų gyvybinių parametrų stebėseną, bet tam reikalingas paprastas, pigus ir patikimas metodas. Šio tyrimo tikslas eksperimentiniu būdu ištirti įvairius kvėpavimo dažnio registravimo metodus ir palyginti juos pagal registravimo tikslumą, patikimumą, daromą įtaką žmogaus gyvenimo kokybei ir sukeliamus nepatogumus. Eksperimentiniams tyrimams naudojami: fiziologinių procesų registratorius BIO- PAC MP36 (BIOPAC Systems, Inc, Goleta, CA), galintis registruoti kvėpavimo procesą spirometriniu ir piezorezistyviniu metodais; KTU Biomedicininės inžinerijos institute naujai sukurtas mobilus bevielis prietaisas Cardiologger v5.2, galintis registruoti fiziologinius procesus impedanso, biopotencialų matavimo ir biooptiniu būdais. Duomenų apdorojimui ir statistinei analizei naudojamas matematinių skaičiavimų paketas Matlab. Tyrimų struktūrinė schema pavaizduota 1 pav. 1 pav. Tyrimo struktūrinė schema TECHNOLOGIJOS MOKSLAI 331

333 Rengiant eksperimentinių tyrimų vykdymo protokolą, buvo atsižvelgta į tai, kad prietaisai niekaip nesusieti tarpusavyje, taigi eksperimento pradžioje yra reikalinga juos sinchronizuoti. Judesių artefaktų įtakos tyrimo dalis parengta pagal [2], įvertinus tai, kad tiriamasis turi viena ranka laikyti spirometrą. Protokolas pateikiamas toliau: 1. Atliekama prietaisų sinchronizacija: keletą sekundžių sulaikomas kvėpavimas, tada giliai įkvepiama ir iškvepiama. 2. Tiriamasis ramybės būsenoje sėdi. Registruojama: 30 s. 3. Tiriamasis ramybės būsenoje guli. Registruojama: 30 s. 4. Tiriamasis ramybės būsenoje stovi. Registruojama: 30 s. 5. Atliekami pilni pritūpimai laisva ranka reikalinga paliesti grindis, registruojama: 20 s. 6. Atliekami atsispaudimai nuo sienos kaire ranka. Registruojama: 15 s. 7. Kartojamas 6-as punktas, atsispaudžiant dešine ranka. Registruojama: 15 s. 8. Nugara ir pečiai priglaudžiami prie sienos. Kairiosios rankos pečių aukštyje pirštų galiukais bandoma paliesti kitą plaštaką. Registruojama: 15 s. 9. Kartojamas 8-as punktas, laisva ranka dešinioji. Registruojama: 15 s. 10. Laisva kairiąja ranka atliekamas judesys, atitinkantis dantų valymą. Registruojama: 15 s. 11. Kartojamas 10-as punktas, laisva ranka dešinioji. Registruojama: 15 s. Atliekant perėjimus nuo vienos padėties prie kitos, daroma 5 10 sekundžių pertrauka, kurios metu į spirometrą nekvėpuojama. 2 pav. pavaizduoti pirminiai tyrimo rezultatai. Signalai buvo užregistruoti sėdint ir gulint. Maksimalios koreliacinių funkcijų vertės lyginant spirometro ir piezorezistyvinį metodus sėdint yra 0,8477, gulint 0,8905. Lyginant spirometrinį ir impedansinį metodus gautos atitinkamos vertės: 0,7121 ir 0,8622. U a) b) c) laikas, s 2 pav. Kvėpavimo proceso registravimo rezultatai: (a) pjezorezistyvinis, (b) impedanso pletizmografinis, (c) spirometrinis metodai 332 Studentų moksliniai tyrimai 2011/2012

334 Tolimesniame tyrime metodams palyginti bus naudojamos koreliacinė, spektrinė ir jungtinė laikinė-dažninė analizės. Literatūra [1] Smith, I., Mackay, J., Fahrid, N., Krucheck, D. Respiratory rate measurement: a comparison of methods, British Journal of Healthcare Assistants, 2011, 5: [2] Kearney K, Thomas C, McAdams E. Quantification of motion artifact in ECG electrode design, Conference proceedings of IEEE Engineering in Medicine and Biology Society, 2007, 2007: TECHNOLOGIJOS MOKSLAI 333

335 SKIRTINGŲ JUNGINIŲ, TURINČIŲ KALCIO KOMPONENTĄ, ĮTAKA GIROLITO TEKSTŪRAI D. Sutkutė, Kauno technologijos universitetas K. Baltakys, Kauno technologijos universitetas Girolitas [Ca 8 Si 12 O 30 (OH) 4 7H 2 O] tai kalcio hidrosilikatas, priklausantis filosilikatų grupei, ir retai randamas gamtoje mineralas. Nustatyta, kad girolito sintezė yra sudėtingas, ilgai trunkantis procesas [1]. Girolito kristalų gardelės sandara, savybių kitimas, įsiterpiant kitų elementų jonams, leidžia tikėtis, kad šis junginys dėl jam būdingo selektyvumo ir didelės jonų mainų gebos ateityje gali būti naudojami šarminių tirpalų perskyrimo arba valymo procesuose [2]. Darbo tikslas ištirti Ca(OH) 2 ir Ca(NO 3 ) 2 įtaką girolito tekstūrai hidroterminėmis sintezės sąlygomis. Naudotos medžiagos ir tyrimų metodika. Grynas girolitas susintetintas iš Ca(OH) 2, (savitasis paviršius S pav. =1171 m 2 /kg; CaO=97,68 %) bei SiO 2 nh 2 O (kaitmenys 8,7 %; S pav. =1307 m 2 /kg) mišinio. Norint išlaikyti pastovų suspensijos molinį Ca/Si = 0,66 santykį, kai vandens / kietųjų medžiagų santykis V/K=10 buvo paruoštas 27,48 g/dm 3 koncentracijos Ca(NO 3 ) 2 tirpalas, kuris atitiko 20 % iš Ca(NO 3 ) 2 tirpalo įmaišytų Ca 2+ jonų kiekį pradiniame mišinyje. Sintezė vykdyta 200 o C temperatūroje sočiųjų vandens garų aplinkoje 48 valandas. Produktai išdžiovinti 40±1 o C temperatūroje ir persijoti per sietą, kurio akučių skersmuo 50 µm. Gryno ir su kalcio nitrato priedu girolito bandinių tekstūra ir savitasis paviršius ištirti BET metodu. Rezultatai ir jų aptarimas. Gryno ir su kalcio nitrato priedu girolito bandinių savitojo paviršiaus matavimų rezultatai (1 lentelė) rodo, kad esant santykiniams slėgiams 0,05 p/p 0 0,30 BET koordinatėse ((1/X[(p o /p) - 1]) p/p o ) gaunamos tiesės, kurių reikšmingumo koeficientai R 2 yra lygūs 0,999 (1 pav.). Tai leidžia teigti, kad bandinių porų paviršiuje susidaro stabilus adsorbuoto N 2 vienmolekulis sluoksnis ir S BET (savitojo paviršiaus) skaičiavimai yra patikimi. 334 Studentų moksliniai tyrimai 2011/2012

336 a) b) 1 pav. Gryno (a) ir su kalcio nitrato priedu (b) girolito bandinių gautų po 48 h izoterminio išlaikymo 200 o C temperatūroje, N 2 adsorbcijos 77 K temperatūroje izotermos BET koordinatėse, esant 0,05 p/p o 0,30 1 lentelė. Bandinių savitojo paviršiaus (S BET ) skaičiavimų rezultatai Bandinio pavadinmas Bandinio masė m, g BET lygties konstantos Tiesės poslinkio kampas S=tgα Ordinačių ašyje atkertantamos atkarpos ilgis I Įkrovos monosluoksnio talpa Savitasis paviršiaus plotas S BET, m 2 /g Konstanta C BET Reikšmingumo koeficientas R 2 Grynas girolitas 0, ,9 4,55 0, ,82 162,10 0,9992 Girolito su kalcio nitrato priedu 0, ,3 11,55 0, ,69 81,89 0,9997 Apibendrinant tyrimų rezultatus galime teigti, kad: gryno ir su kalcio nitrato priedu girolito bandiniai priskirtini mezoporinių medžiagų grupei bei jų paviršiuje susidaro adsorbuoto N 2 vienmolekulis sluoksnis; girolitui būdingas savitasis paviršiaus plotas S BET = 84,82 m 2 /g, suminis porų tūris ΣV p = 160 mm 3 /g (2 pav., a), vyraujančių porų spindulys kinta intervale 2 7 nm; girolito su kalcio nitrato priedu padidėja tiek savitasis paviršiaus plotas S BET = 90,69 m 2 /g, tiek suminis porų tūris ΣV p = 250 mm 3 /g (2 pav., b), o vyraujančių porų spindulys kinta intervaluose 2 4 ir 5 8 nm. TECHNOLOGIJOS MOKSLAI 335

337 a) b) 2 pav. Gryno (a) ir su kalcio nitrato priedu (b) girolito bandinių gautų po 48 h izoterminio išlaikymo 200 o C temperatūroje, suminis porų tūris Taigi, gryno ir su kalcio nitrato priedu girolito bandiniai tenkina pagrindinius adsorbentams keliamus reikalavimus (didelis savitasis paviršius, vienalytis, reikamo dydžio dalelių, mechaniškai atsparus slėgiams) ir gali būti naudojami kaip adsorbentai ir / ar chemosorbentai. Literatūra [1] Šiaučiūnas, R., Baltakys, K. Cement and Concrete Research, 2004, Vol. 34, p [2] Michael, A. Winters, Jesse, D. Richter, Sangeetha, L. Sagar, Ann, L. Lee, Russel, J. Lander. Biotechnology Progress, 2003, Vol. 19, p Studentų moksliniai tyrimai 2011/2012

338 Nutolusios RGBY apšvietimo kokybės valdymo sistemos laboratorinio prototipo kūrimas ir tyrimas E. Šikšnis, Klaipėdos universitetas A. A. Bielskis, Klaipėdos universitetas Įvadas Išmanioji apšvietimo valdymo koncepcija gali būti vystoma eksperimentinėje apšvietimo adaptyvaus valdymo laboratorijoje (EAAVLab), pritaikant joje eksperimentines posistemes [1]. EAAVLab sukūrimas skatintų gamtą ir žmogų tausojančių bevielių paslaugų per išmaniuosius tinklus plėtrą. Šio darbo tikslas aprašyti minimaliais kaštais sukonstruotą eksperimentinį modelį, kuris galėtų teikti protingos ekologiškos ir socialios laboratorijos darbuotojams adaptyvaus apšvietimo valdymo paslaugas pagal apšviestumo ir asmens emocinės būsenos matavimus. EAAVLab apšvietimo valdymas Tikėtina, jog šviesą spinduliuojantys diodai (LED) netolimoje ateityje taps pagrindiniais šviesos šaltiniais. Viena iš šių diodų rūšių, taip vadinamų raudonos-žalios-mėlynos-geltonos (RGBY) spalvų LED ai, galintys realiu laiku keisti skleidžiamos šviesos spalvą, randa savo nišą ir patalpų apšvietime. Tokių LED šviestuvų panaudojimas būtų racionalus pasirinkimas, kuriant išmaniosios laboratorijos apšvietimą ar netgi kuriant tos pačios laboratorijos atskirų darbo vietų išmanųjį apšvietimą. Sudaromos dirbtinės šviesos parametrai, tokie kaip intensyvumas, šviesos sklaida ar netgi skirtingos spalvos turi gan didelę įtaką žmogaus emocinei būsenai [2]. Dažniausias LED apšvietimo valdymas vykdomas impulsų pločio moduliacijos (PWM) principu [3]. Tačiau toks paprasčiausias valdymas nevisiškai patenkina išmaniojo apšvietimo idėją (nėra tiesioginio sąryšio tarp žmogaus būsenos ir valdymo sistemos). Norint išvengti šios problemos, naudojama Ambient Comfort Affect Reward (ACAR) automatinė išmanios aplinkos kontrolės sistema, t. y. naudojami metodai, kurių dėka randami aplinkos parametrai, automatiškai sureguliuojama sistema, taip leidžiant žmonėms komfortabiliai jaustis toje aplinkoje [1]. TECHNOLOGIJOS MOKSLAI 337

339 EAAVLab mikroklimato nuotolinio valdymo įterptiniais agentais sistemos modeliavimas Eksperimentinės apšvietimo adaptyvaus valdymo laboratorijos (EAAVLab) paslaugų valdymo įterptiniais agentais sistemos modeliavimas vykdytas sukuriant, programuojant ir tiriant 1 pav. įterptinius agentus. a) b) 1 pav. ATMega 128RFA bevielio ryšio modulių principinės schemos: a) sluoksniui Instrumented ; b) sluoksniui Interconnected 1 pav. parodyta ATMEGA128RFA1-ZU signalo priėmimo ir perdavimo modulio pagrindu sukurta sistema, naudojanti ZigBee žemos galios trumpų atstumų ISM standarto 2,4 GHz radijo bangas. Moduliai naudojami techninio aprūpinimo ir tarpusavio ryšio su debesies įranga EAAVLab Instrumented ir Interconnected sluoksniams sukurti. Įterptinio agentinio vykdiklio adaptyvaus valdymo modelis 2 pav. blokinė schema aprašo adaptyvųjį neraiškiosios logikos neuroninių tinklų valdiklį, skirtą sistemai valdyti. Pateikta struktūra sugeba adaptuotis prie netiesinių dinaminių apšvietimo sistemos vykdymo įtaisų, valdymo procesų ir išorinių trikdžių, užtikrina stabiliąją vykdymo įtaisų maitinimo įtampą. Valdymo sistemos jutikliai nuskaito apšvietimo parametrus: intensyvumą I(k), apšviestumą E(k). Priklausomai nuo apšvietimo užduoties, nustatytos adaptyviosios valdymo sistemos, vykdymo įtaisai maitinami skirtingos reikšmės reguliuojama įtampa. Priklausomai nuo kontroliuojamo apšvietimo parametro laiko momentu k, skirtingiems sistemos agentams nustatytas skirtingas darbo režimas, kurį nusako jų maitinimo reguliuojama įtampa. Skirtumas tarp užduotos įtampos reikšmės ir įtampos tikrosios reikšmės išreikštas per paklaidą e(k) ir paklaidos pokytį Δe(k). 338 Studentų moksliniai tyrimai 2011/2012

340 2 pav. Neraiškiosios logikos neuroninių tinklų valdiklio struktūrinė schema Literatūra [1] Andziulis, A., Bielskis, A.A., Denisovas, V., Ramašauskas, O., Bielskienė, J., Bielskis, P., Guseinovienė, E. Electronics and Electrical Engineering, 2009, Nr. 3(91) pp [2] Rubaai, A., Ofoli, A. R., Burge, L., Garuba, M. IEEE Tansactions on Industry Applications, 2005, Vol. 41, No. 6, pp [3] Xiaohui Qu, Siu Chung Wong and Chi K. Tse. Annual Conference of the IEEE Industrial Electronics Society, 2007, 33, pp TECHNOLOGIJOS MOKSLAI 339

341 AMONIAKU MODIFIKUOTO ĄŽUOLO MEDIENOS KLIJAVIMO TYRIMAS IR ADHEZINIŲ SAVYBIŲ ĮTAKA TECHNOLOGINIAMS KLIJAVIMO PARAMETRAMS E. Žiugždaitė, Kauno technologijos universitetas K. Ukvalbergienė, Kauno technologijos universitetas D. Minelga, Kauno technologijos universitetas Amoniaku modifikuota ąžuolo mediena plačiai naudojama parketlenčių gamyboje. Ją galima klijuoti su dauguma medienos apdirbimo pramonėje naudojamų klijų [1], tačiau, dėl klijų savybių technologinis procesas yra sudėtingas, ilgai trunkantis ir gaunama klijuotinių junginių sanklija dėl amoniakinių darinių medienoje nepatikima. Buvo iškelta hipotezė, kad šarminis amoniaku modifikuoto ąžuolo paviršius neleidžia pilnai veikti KF dervos kietikliui, turinčiam rūgštinę terpę. Iš preso išimtas klijuotinis junginys dėl sulėtėjusio kietiklio poveikio nespėja įgauti pakankamo pradinio striprio ir, vidiniams medienos įtempiams viršijus sanklijos stiprį, išsisluoksniuoja. Daroma prielaida, kad PVA (polivinilacetatinės) dispersijos įvedimas į KF dervą turėtų padidinti pradinį sanklijos stiprį. Pagrindinis dėmesys šiame darbe buvo skiriamas karbamido formaldehidine (KF) derva ir šia derva su įvairiais priedais klijuotos modifikuoto ąžuolo medienos sanklijos stipriui nustatyti. Atliktame ąžuolo medienos sanklijos stiprio tyrime, nemodifikuotos medienos sanklijos stipris lygintas su amoniaku modifikuotos medienos stipriu. Papildomai išbandyti ir modifikuotos medienos bandiniai, kurie prieš klijavimą vieną parą pakaitinti 100 C temperatūroje. Kaitinimo tikslas išgarinti dalį amoniako ir tokiu būdu sumažinti amoniakuotos medienos paviršiaus ph. Bandinių klijavimo trukmė 5 min. Bandiniai po klijavimo išlaikyti 7 paras ir išbandyti skėlimu per klijų siūlę. Buvo iškelta hipotezė, kad artimesnis klijų ir medienos ph, duoda geresnę sankliją, todėl keleto bandinių paviršius buvo paveiktas 70 % acto rūgštimi. Tyrimo rezultatai parodė, kad geriausia amoniaku modifikuotos medienos sanklija gaunama, kai bandiniai yra klijuoti su KF+20 %PVA ir su KF+20 %EPI, kai prieš klijavimą mediena yra pakaitinta. Atliktame klijų ir klijų mišinių siūlės stiprio tyrime, buvo nustatoma pačių klijų atsparumas tempimui, kadangi dažnai tiriant medienos-klijų sankliją tempimo būdu, rezultatai gaunasi netikslūs dėl medienos atsipleišėjimo. Lyginant tarpusavyje KF, PVA ir EPI klijus, kai jie išlaikyti 70 temperatūroje, didžiausias siūlės stipris gavosi PVA klijų. 340 Studentų moksliniai tyrimai 2011/2012

342 Nagrinėjant į klijus įvesto amoniako (NH 3 ) kiekį, nustatyta, kad didžiausias siūlės stipris gaunamas KF dervos, kai į ją įvedama 0,6 % amoniako. Analizuojant PVA dispersiją, galima teigti, kad klijų stipris didėja, didinant įvedamą amoniako kiekį. Lyginant EPI, nustatyta, kad didžiausias siūlės stipris gaunamas įvedus 1 % amoniako. Vienas iš tyrimų buvo medienos ir klijų ph nustatymas. Šio bandymo tikslas buvo išsiaiškinti, kaip ąžuolo mediena reaguoja su klijais. Medienos ph nustatomas universaliu ph-metru. Nustatyta, kad nemodifikuotos medienos ph=4,8, o modifikuotos ph=3,65, kai PVA dispersijos ph=2,9, KF ph=5,45, EPI ph=6,3. Atlikus tyrimą, galima teigti, kad kuo medienos ph yra artimesnis klijų ph, tuo sanklija yra geresnė. Papildomai buvo atliekamas klijų mikrostruktūros tyrimas, siekiant įvertinti amoniako įtaką klijų struktūrai bei įvertinti mišinių struktūros pokyčius. Klijais ir klijų mišiniais buvo padengiama stiklinė plokštelė ir stebima kietėjimo reakcija per mikroskopą skirtingu laiko momentu, t. y. kas 5 min. Buvo stebimos pasirinktos vietos klijuose ant stiklinės plokštelės. Analizuojant klijų mikrostruktūrą, nustatyta, kad pagrindinė reakcija tarp karbamido formaldehidinės dervos ir amoniako vyksta pirmąsias 5 min., tačiau ir po 24 val. buvo užfiksuoti mikrostruktūros pokyčiai. 1 pav. matoma karbamido formaldehidinės dervos mikrostruktūros destrukciniai pokyčiai, kai į juos yra įvesta 1 % amoniako, pastebimi po 24 val. Galima daryti išvadą, kad esant amoniako poveikiui, klijų struktūra pasikeičia ir susilpnėja. 1 pav. Karbamido formaldehidinės dervos mikrostruktūros destrukcija Klijų drėkinimo kampo nustatymui buvo naudojama 12 % drėgnio tiek amoniaku modifikuota, tiek nemodifikuota ąžuolo mediena. Ant medienos paviršiaus buvo užnešamas klijų ar klijų mišinio lašas ir kompiuterine programa išmatuojamas drėkinimo kampas kai t=0 min., t=5 min. Tyrimo metu nustatyta, kad KF, KF+20 %PVA, PVA, KF+1 %NH 3 klijų ir klijų mišinių drėkinimo kampas yra didesnis, kai yra užneštas ant nemodifikuoto ąžuolo medienos nei ant modifikuotos. TECHNOLOGIJOS MOKSLAI 341

343 Atlikto tyrimo metu buvo nustatytas optimalus klijų mišinys KF+10 %EPI, kurio poveikyje sanklijos stipris yra pakankamai didelis. Stiprio tyrimai atlikti su kompiuterizuota universalia tempimo mašina P-0,5, klijų ir klijų mišinių mikrostruktūrą tyrinėjau mikroskopu Nikon Eclipse E200 su vaizdo kamera. Tyrimams taip pat naudota specialus optinis įrenginys drėkinimo kampui nustatyti. PH nustatymui naudota universalus ph-metras. Literatūra [1] Jakimavičius, Č., Juodeikienė, I., Modifikuota mediena, Technologija, Kaunas, 2002: 48 p. 342 Studentų moksliniai tyrimai 2011/2012

344 BEPILOČIO ORLAIVIO VALDYMO BEI SKRYDŽIO AUTOMATINIU REŽIMU CHARAKTERISTIKŲ TYRIMAS E. Berteška, Vilniaus Gedimino technikos universiteto Antano Gustaičio aviacijos institutas D. Bručas, Vilniaus Gedimino technikos universiteto Antano Gustaičio aviacijos institutas Bepiločiai orlaiviai sparčiai populiarėja pasaulyje bei yra taikomi vis naujose srityse. Plačiausiai jie naudojami kariniams tikslams (žvalgybai, priešo orlaivio imitavimui, koviniams veiksmams) 1. Tačiau jų pritaikymas civiliams tikslams pastaraisiais metais sparčiai plečiasi. Šiuo metu bepiločių orlaivių naudojimą civiliams tikslams riboja teisinės bazės, reglamentuojančios jų panaudojimą, nebūvimas. Artimiausiu metu Europoje numatoma parengti bepiločių orlaivių naudojimo taisykles, kurios turėtų išplėsti jų eksploatavimo galimybes. Bepiločiai orlaiviai civilėms reikmėms plačiausiai naudojami stebėjimams (meteorologiniams, transporto, dujotiekio, elektros linijų, miškų gaisrų ir pan.) 2. Pranešime pristatomi nedidelių bepiločių orlaivių bandymai bei su jais susiję tyrimai, aprašoma jų vykdymo metodika. Šiuo metu tyrimai yra sukoncentruoti į bepiločio orlaivio automatinį valdymą bei distancinę orlaivio kontrolę (su automatizuotos įrangos pagalba), vykdomą operatoriaus. Skiriamos dvi darbų grupės: 1. Bandymų platformos gamyba: orlaivio (sklandmens) gaminimas, automatinio valdymo sistemos (autopiloto), ryšio perdavimo linijų (dviejų nepriklausomų) bei naudingojo krovinio (foto- / vaizdo kameros) instaliavimas orlaivyje. 2. Orlaivio skrydžio, automatinio valdymo sistemos ir naudingojo krovinio charakteristikų tyrimas realiame skrydyje, gautų rezultatų analizavimas ir jų pritaikymas atliekant naujus skrydžius TECHNOLOGIJOS MOKSLAI 343

345 1 pav. Sistemos funkcinė schema 344 Studentų moksliniai tyrimai 2011/2012

346 SAULĖS ELEMENTŲ MATEMATINIO MODELIO KŪRIMAS IR ENERGIJOS KONVERSIJOS EFEKTYVUMO TYRIMAS F. Ą. Bagdonas, Vilniaus Gedimino technikos universitetas V. Barzdėnas, Vilniaus Gedimino technikos universitetas Kadangi dėl mokslo pasiekimų vis gerėja gyvenimo sąlygos, eksponentiškai auga ir gyventojų skaičius, tad atitinkamai didėja ir Žemės teikiamų resursų suvartojimo sparta. Dauguma iš jų yra arba praktiškai visiškai neatsinaujinantys, pavyzdžiui, iškastinis kuras, arba dėl vis augančios paklausos nebesuspėja atsinaujinti. Tokiais galima laikyti miškus, kadangi medžiai auga lėtai, o medienos reikia vis daugiau. Didžioji dalis šių gamtinių išteklių sunaudojama elektros energijai gauti. Tačiau neišsenkančią energiją galima paimti tiesiai iš gamtos: turbinas gali sukti vėjas, tekantis vanduo, Saulės šviesa skirtingų tipų puslaidininkių sandūroje gali sukurti elektros srovę. Todėl daug investuojama į atsinaujinančių energijos šaltinių tyrimus. Dėl galimo labai patogaus panaudojimo mobiliuose įrenginiuose, automobiliuose, pastatuose bei dėl paprastos priežiūros, kurios po įdiegimo reikia labai retai, ir nesudėtingo išplėtimo, vienu perspektyviausių laikomi fotovoltiniai elementai, kuriuose dalis šviesos energijos paverčiama elektros energija. Tačiau šiandien ta dalis yra labai nedidelė: komerciniuose elementuose vos penktadalis ar net dar mažiau į elementą krintančios šviesos srauto sėkmingai panaudojama. Šio ir viso į elementą krintančio šviesos srauto santykis yra vadinamas efektyvumu. Kadangi esant didesniam efektyvumui užtenka mažesnio paviršiaus ploto gauti reikiamam energijos kiekiui, elementui pagaminti reikia ir mažiau medžiagų, todėl elementas tampa lengvesnis, kas padidina mobilumą, be to tuomet jis gali būti ir pigesnis [1]. Tačiau apskaičiuota, kad vienos sandūros fotovoltinių elementų maksimalus efektyvumas negali viršyti Shockley-Queisser ribos, t. y. negali būti didesnis už 33,7 %, kai draustinės juostos plotis yra 1,1 ev. Mažesnės energijos fotonai nebus absorbuojami, o didesnės energijos fotonų energijos perteklius virs šiluma, o tai dar papildomai mažins efektyvumą. Tačiau yra daugiau veiksnių, ribojančių efektyvumą, tad ir iki šios ribos su viena sandūra priartėti praktiškai neįmanoma, kadangi dalis šviesos atsispindi nuo elemento paviršiaus, dalis energijos nepanaudojama dėl neišvengiamų defektų elemento pakraščiuose: nelygumų, priemaišų, kurios įneša tarpinius energijos lygmenis ir taip sumažina draustinės juostos plotį, dėl ko padidėja rekombinacija, tad ją tenka mažinti pasyvuojant paviršių, t. y. dengiant oksidu, likusi dalis dėl elemento varžos ir kitų priežasčių [2]. TECHNOLOGIJOS MOKSLAI 345

347 Didžiąją rinkos dalį užima kristalinio silicio monokristaliniai, polikristaliniai Saulės elementai. Taip pat populiarūs yra ir plonasluoksniai vario-indžio-diselenido (CIGS), kadmio telūrido (CdTe) ir amorfinio silicio. Kristalinio silicio elementų efektyvumas siekia 25 %, bet jie yra sunkūs, juos sudėtinga transportuoti ir instaliuoti. Be to, jų gamybos metu prarandama apie 70 % viso sunaudoto silicio. Dėl šių priežasčių jų gaminama energija yra bent tris kartus brangesnė už gaunamą šiluminėse elektrinėse. Šie trūkumai mažiau juntami plonasluoksniuose elementuose jie yra lengvi ir lankstūs, nesunkiai transportuojami ir montuojami, tačiau jų efektyvumas yra mažesnis siekia 20,3 % [3, 4]. Vieni perspektyviausių laikomi tandeminiai arba daugiasluoksniai Saulės elementai. Kadangi jie turi ne vieną, o keletą pn sandūrų, jų efektyvumas gali gerokai viršyti 33,7 %. Viršutinės sandūros draustinės juostos plotis parenkamas didesnis, kad absorbuotų tik didžiausio dažnio ir energijos šviesą, o žemesnio dažnio šviesa praeina tą sandūra ir dalis jos sugeriama sekančioje sandūroje, kurios draustinės juostos plotis yra mažesnis. Žemesnių dažnių šviesa taip pat yra absorbuojama kituose, žemiau esančiuose sluoksniuose. Teorinė tokių elementų efektyvumo riba yra 86 %, laikant, kad elementas sudarytas iš begalinio kiekio sandūrų. Tačiau realybėje tokio efektyvumo greičiausia nepavyks pasiekti dėl technologinių kliūčių, pavyzdžiui, žemiau esančiose sandūrose gaunama silpnesnė srovė, todėl papildomai krenta įtampa ir taip nukenčia efektyvumas. Paprasčiausias būdas didinti šių elementų efektyvumą didinti sandūrų skaičių, tačiau praktikoje susiduriama su daugybe derinimo problemų, tad jų skaičių verta didinti tik iki tam tikros ribos [3]. Didžiausias daugiasluoksnių elementų pasiektas efektyvumas yra net 43,5 % [4], tačiau didelės gamybos sąnaudos ir sudėtingas skirtingų sandūrų tarpusavio derinimas lemia tai, kad artimiausiu metu tokie elementai nebus pritaikyti masinei rinkai. Siekiant sukurti vis tobulesnius Saulės elementus turi būti atliekami įvairūs tyrimai ir bandymai, tačiau tai atlikti laboratorijose kaskart kuriant naują struktūrą ir stebėti rezultatus yra nepatogu ir užima daug laiko. Be to, kai kurių parametrų iš viso nėra galimybės išmatuoti praktiškai. Dėl šių priežasčių sukurti kompiuterinių programų paketai, kurie remiantis fizikiniais modeliais leidžia simuliuoti įvairias struktūras ir stebėti netgi tuos parametrus, kurių praktikoje išmatuoti nėra galimybės. Vienas iš tokių programų paketų yra Silvaco TCAD. Svarbiausi į jį įeinantys įrankiai Atlas ir Athena. Atlas teikia galimybę modeliuoti projektų automatizavimo procesus (simuliuoti gamybos procesą), o Athena tirti puslaidininkiuose vykstančius procesus, modeliuoti struktūras dvimatėje ir trimatėje erdvėje. Šio tyrimo tikslas sumodeliuoti keletą perspektyvių Saulės elementų struktūrų ir pažiūrėti kaip kinta efektyvumas priklausomai nuo sluoksnių storių, priemaišų koncentracijos bei paviršiaus. Šioje santraukoje pateikiami daugiasluoksnio elemento (1 pav.), 346 Studentų moksliniai tyrimai 2011/2012

348 sudaryto iš dviejų pn sandūrų, atskirtų GaAs tuneline sandūra, modeliavimo rezultatai: efektyvumo priklausomybė nuo viršutinio sluoksnio storio ir jo priemaišų koncentracijos. Didžiausią teorinį efektyvumą (31,3 %) pavyko pasiekti, kai viršutinis InAlGaP sluoksnis buvo 20 μm storio (žr. 1 lentelę), o priemaišų koncentracija cm -3. Keičiant priemaišų koncentraciją efektyvumas kinta ne taip sparčiai, didžiausią pavyko pasiekti (30,8 %), kai jų koncentracija cm -3, o sluoksnio storis bandymo metu buvo pastovus 30 μm. 1 pav. Dviejų pn sandūrų daugiasluoksnio elemento struktūra 1 lentelė. Efektyvumo priklausomybė nuo viršutinės sandūros InAlGaP p+ sluoksnio storio 2 lentelė. Efektyvumo priklausomybė viršutinės sandūros InAlGaP p+ sluoksnio priemaišų koncentracijos Efektyvumas, (%) InAlGaP p+ sluoksnio storis viršutinėje sandūroje, (μm) Efektyvumas, (%) InAlGaP p+ sluoksnio priemaišų koncentracija, (cm -3 ) 16, , , , , , , , , LITERATŪRA [1] Thin-Film Cost Reports [2] Lynn, A. P. Electricity from Sunlight. John Wiley & Sons, Ltd., 2010, [3] Karolis Kiela. Fotovoltiniai elementai. Mokslas Lietuvos ateitis. 2012, 4(1), [4] Green, M. A.; Emery, K.; Hishikawa, Y.; Warta, W Solar Cell Efficiency Tables (version 37) [žiūrėta 2012 m. balandžio 30 d.]. Prieiga per internetą: doi/ /pip.1088/pdf. TECHNOLOGIJOS MOKSLAI 347

349 SAVITVARKIŲ FOSFOLIPIDŲ BISLUOKSNIŲ IMOBILIZAVIMAS ANT CHEMIŠKAI NUSODINTŲ AU PLĖVELIŲ G. Drabavičius, Vilniaus Gedimino technikos universitetas G. Valinčius, Vilniaus universiteto Biochemijos Institutas Paprastai fosfolipidų bisluosnis formuojamas ant vakuume garinto auksinio paviršiaus. Tyrimo tikslas buvo sukurti protokolą, leisiantį efektyviausiai suformuoti fosfolipidų bisluoksnį ant chemiškai nusodintų Au plėvelių. Chemiškai nusodinti Au plėveles yra, palyginti, paprasta, pigu ir greita, tam nereikalinga jokia speciali įranga, išskyrus termostatą. Chemiškai nusodintos plėvelės turi natūralų šiurkštumą, kas nėra pageidautina membranų formavimui, tačiau tai leidžia taikyti paviršiaus sustiprintus (surface enhanced) spektroskopijos metodus. Pradžioje buvo išbandyti įvairūs silicio paviršiaus valymo metodai sonikuojant, kadangi buvo stengtasi išvengti agresyvesnių valymo būdų, tokių kaip 10 % (NH 4 ) 2 S 2 O 8 tirpalas koncentruotoje sieros rūgštyje [1], kuris turi potencialą pažeisti paties silicio atominį lygumą. Atominės jėgos mikroskopo (AFM) pagalba buvo nuspręstas, efektyviausias valymo metodas. Nusonikuotos silicio plokštelės buvo dengiamos aukso plėvele iš tirpalo [2]: 0,015M AuCl 3 + 0,15M Na 2 SO 3 + 0,05M Na 2 S 2 O 3 5H 2 O + 0,05M NH 4 Cl Tirpalas buvo sumaišytas 1:2 su 2 % HF. Plokštelė buvo 3 minutėms pamerkta į 40 % NH 4 F tirpalą nuredukuoti SiO 2 sluoksniui ir išdžiovinta azoto garais ir termostatuota ties 60 o C. Tirpalas buvo tiesiog užlašinamas ant paviršiaus ir palaikomas s. Vėliau nuplaunamas dideliu kiekiu dejonizuoto vandens (~18,2MΩ cm) sodinimui sustabdyti. Gautos Au plėvelės buvo tirtos AFM pagalba ir topografinės analizės programine įranga analizuojamas paviršiaus šiurkštumas. Vidutinis defekto aukščio standartinis nuokrypis buvo RMS vid. =18,078 nm su pasikliaujamumo intervalu: X~ (16,625; 19,530). Gauti duomenys buvo nepriklausomai palyginti, su ciklinės voltampermetrijos duomenimis, kurie leido nustatyti tikrąjį Au paviršiaus plotą ir šiurkštumą[3]. 348 Studentų moksliniai tyrimai 2011/2012

350 1 pav. Ciklinės voltampermetrijos grafikas. Užtušuota dalis buvo integruojama siekiant rasti tikrąjį paviršiaus plotą, kuris pasirodė esąs apie 2,5 karto didesnis už geometrinį Tada ant Au plėvelės buvo formuojami savitvarkiai monosluoksniai iš inkarinių junginių; varijuojant jų koncentracijas buvo tirti paviršiaus sustiprintos infraraudonos absorbcijos (SEIRA) spektrai ir taip pat elektrinio impedanso spektrai (EIS), kurie leido manyti, kad monosluoksnis formuojasi sėkmingai, tačiau nėra visiškai integralus. Taip pat buvo mėginta ištirti skirtingų inkarų hidrofobines savybes kontaktinio kampo nustatymo metodu ir išties skirtumai buvo akivaizdūs. Sočiosios inkarų molekulės turi didesnį hidrofobiškumą. Paskutinis žingsnis buvo lipidų bisluoksnio formavimas tirpiklio pakeitimo metodu. Gautų membranų integralumas tirtas EIS būdu ir buvo stebima, kad membranos išties formuojasi buvo stebimas elektrinės talpos sumažėjimas sistemoje. Nors membranos integralumas buvo nedidelis, greičiausiai, biskluoksnis formavosi salelėmis. Iš rezultatų matyti, kad vakuume garintos Au plėvelės ir dengtos iš tirpalo šiurkštumas skiriasi 4 5 kartus, tad inkaro molekulės, prilaikančios membraną, negali susėsti taip lygiai, kaip gali ant atomiškai lygaus, garinto paviršiaus. Tačiau šis metodas turi ekonominį pranašumą tame, kad jam nereikia specialios įrangos ir iš tirpalo padaryti Au plėvelę galima bet kurioje chemijos laboratorijoje. O IR ir EIS spektrai byloja, kad tokios imobilizuotos fosfolipidų bisluoksnių sistemos gali sėkmingai panaudotos bent jau preliminariuose tyrimuose. Literatūra [1] Valinčius, G.; Ignatev, I. Anal. Chem. 2005, 77, [2] Miyake, H.; Ye, S.; Osawa, M. Electrochem. Commun. 2002, 4, [3] Trasatti, S.; Petri, O. A. Pure & Appl. Chem. 1991, 63, TECHNOLOGIJOS MOKSLAI 349

351 SKAITMENINĖS FOTOKAMEROS OPTIKOS SISTEMOS KALIBRAVIMAS J. Sužiedelytė-Visockienė, Vilniaus Gedimino technikos universitetas I. Stadalninkaitė, Vilniaus Gedimino technikos universitetas Tiksliems antžeminiams fotogrametriniams darbams naudojamos didelio tikslumo skaitmeninės, profesionalios, nekintamo objektyvo židinio nuotolio ir būtinai kalibruotos fotokameros. Kalibravimo metu yra nustatomos fotokameros ir objektyvo optikos necentriškumo pataisos, kurios reikalingos sudarant objekto išpildomąsias nuotraukas, atliekant objektų deformacijų tyrimus, kontroliuojant pastatyto objekto atitikimą projektiniams sprendiniams ir kitiems svarbiems tikslams. Fotokamerų kalibravimą galima atlikti specialioje laboratorijoje arba programine įranga, naudojant specialius, įvairiausių konfigūracijų kalibravimo stendus. Lietuvoje neturime kalibravimo laboratorijos, todėl yra svarbu ir aktualu atlikti mokslinius fotokameros patikros tyrimus bei bandymus su keliomis programomis ir, remiantis gautais rezultatais, pasiūlyti priimtiniausią kalibravimo metodą ir darbų eigą. Moksliniam tyrimui naudota skaitmeninė fotokamera Canon EOS 1D Mark II su nekintamojo židinio 20 ir 50 mm objektyvais (1 lentelė). Fotokameros ir objektyvo optikos sistemos klaidos išreiškiamos šešiais parametrais: A 1, A 2, A 3 radialine simetrine ir B 1, B 2, B 3 radialine nesimetrine distorsijomis [1]. Visi šie parametrai apskaičiuojami kalibruojant fotokamerą. Kalibravimui paruošti skirtingos konfigūracijos stendai su pažymėtais taškais (1, 2 pav.). 1 lentelė. Tyrimui naudota fotokamera Charakteristikos Reikšmės Objektyvo židinio nuotolis c, mm 21,0 50,0 Fotonuotraukų rezoliucija, vaizdo taškais 21 mln. Vaizdo taško dydis, μm 6,4 6,4 Fotonuotraukos dydis, mm 35,9 23,9 Fotonuotraukos dydis, vaizdo taškais Studentų moksliniai tyrimai 2011/2012

352 1 pav. Kalibravimo stendas kubas 2 pav. Kalibravimo stendas šachmatų lenta Stende esančių taškų koordinatės arba atstumas tarp jų turi būti žinomi. Paruošti stendai fotografuoti iš įvairiausių fotokameros padėčių. Kameros kalibravimo parametrai gauti apdorojus fotonuotraukas Tcc (Vokietija) ir MatLab programomis [2, 3, 4, 5]. Parametrų skaičiavimų tikslumą apibūdina SIGMA reikšmė, kuri neturi viršyti 15 µm. Skaičiavimai vykdomi priartėjimo metodu tol, kol kalibravimo rezultato tikslumas tenkina šį reikalavimą. Apibendrinti fotokameros tikslumo rodikliai pateikti 2 lentelėje. 2 lentelė. Fotokameros kalibravimo tikslumo rodikliai Objektyvo židinio nuotolis 20 mm 50 mm Rodiklis / Programa Tcc MatLab Tcc MatLab Židinio nuotolis c, mm 19,94 20,24 51,07 50,51 Kalibravimo tikslumas 8,15 5,6 2,95 1,3 SIGMA, mm Paralaksas RSM, mm 2,5 2,7 2,6 2,3 Trianguliacija: E XY, mm E Z, mm 6,0 5,0 6,0 6,0 7,0 5,0 10,0 8,0 MatLab programa leidžia pamatyti distorsijų išsidėstymą vaizdine išraiška (3 pav.). TECHNOLOGIJOS MOKSLAI 351

353 3 pav. Fotokameros objektyvo distorsijos 4 pav. Objekto geometrinis modelis (20 mm objektyvas) Vaizdinėje fotokameros objektyvo distorsijų išraiškoje (3 pav.) matyti, kad didžiausi objektyvo optikos iškraipymai, net iki 80 vaizdo taškų (~0,5 mm) yra objektyvo pakraščiuose. Kalibravimo parametrų tikslumas ir patikimumas tikrinamas fotografuojant objektą ir apdorojant fotonuotraukas fotogrametrine programine įranga. Parametrų tikrinimo PhotoMod programa pavyzdys pateiktas 4 pav. Skaitmeninių fotokamerų kalibravimo rezultatų apibendrinimas ir rekomendacijos: 1. Fotokameroms kalibruoti ruošiamas stendas turi užimti kuo didesnį plotą fotonuotraukoje. 2. Fotografuojant stendą, fotokamera turi būti stabili fotografavimui rekomenduojama naudoti stovą. Fotografuoti būtina neautomatiniu režimu, fokusuojant objektyvą į begalybę. Fotografuojama iš trijų fotokameros padėčių: iš vidurio, kairės ir dešinės. Fotokamera sukama 360 kampu. Kiekvienoje pozicijoje gaunama po 4 stendo fotonuotraukas. Fotografavimas kartojamas pakeitus stendo kampą. 3. Stendo fotonuotraukas galima apdoroti programomis Tcc ir MatLab. Atlikus fotokameros kalibravimo šiomis programomis tyrimus, nustatyta, kad kalibravimo tikslumo rodiklis SIGMA neviršijo programų kūrėjų rekomenduojamojo 15 µm dydžio. 4. Kalibravimo rezultatui, kalibruojant Tcc programa, įtakos turi stendo fotonuotraukose atpažintų taškų kiekis. Jei programa atpažįsta mažiau nei 13 stende esančių taškų, kalibravimo skaičiavimai gali nutrūkti. Atpažintų taškų kiekis matomas ir pagal suformuotą fotonuotraukos bylos dydį. Fotonuotraukos bylos dydis turi būti didesnis kaip 1 kb. 352 Studentų moksliniai tyrimai 2011/2012

354 5. Kalibravimo stendo fotonuotraukoms apdoroti MatLab programa reikalauja didelių kompiuterio operacinės sistemos išteklių. Esant nepakankamam atminties dydžiui, programa nutraukia skaičiavimus. 6. Matuojamojo objekto fotonuotraukas pataisius, dėl fotokameros objektyvo distorsijų, išskaičiuotų Tcc ir MatLab programomis, ir atlikus fotogrametrinius matavimus, nustatyta, kad geometrinio modelio taškų matavimo vidutinė kvadratinė klaida (paralaksas) skiriasi tik 0,2 mm, o trianguliacijos rezultato tikslumas toks pats. Aukštas trianguliacijos skaičiavimų tikslumas rodo, kad gauti rezultatai Tcc ir MatLab programomis yra geri ir patikimi. Literatūra [1] Abraham, S Tcc A software for Test field based self-calibration of multi-camera-systems. Institute für Photogrammetrie, Universität Bonn, 39 p. [2] Camera Calibration Toolbox for Matlab. Prieiga per internetą: bouguetj/calib_doc/htmls/ref.html. [3] Heikkilä, J.; Silvén, O. A Four-step Camera Calibration Procedure with Implicit Image Correction. Prieiga per internetą: [4] Marzan, G. T; Karara, H. M. A computer program for direct linear transformation solution of the co linearity condition, and some applications of it. Proceedings of the Symposium on Close-Range Photogrammetric Systems. Falls Church, VA: American Society of Photogrammetry, p [5] Zhengyou, Z Flexible Camera Calibration by Viewing a Plane From Unknown Orientations. Prieiga per internetą: zhan99.pdf. TECHNOLOGIJOS MOKSLAI 353

355 Impulso pralėkimo laiko matavimo principu veikiančio ultragarsinio srauto matuoklio tyrimas I. Balčiūnas, Kauno technologijos universiteto Telekomunikacijų ir elektronikos fakulteto Signalų apdorojimo katedra V. Dumbrava, Kauno technologijos universiteto Telekomunikacijų ir elektronikos fakulteto Signalų apdorojimo katedra Skysčio srauto matavimui yra sukurta daug įvairiais metodais pagrįstų matavimo prietaisų, kurių kiekvieno ypatybės lemia panaudojimo tinkamumą vienoje ar kitoje srityje. Vienas iš srauto matavimo būdų yra jo nustatymas ultragarsu, matuojant impulso pralėkimo trukmę matavimo kameroje. Keičiantis srauto greičiui, keičiasi ir impulso pralėkimo trukmė, kuria remiantis yra apskaičiuojamas srauto greitis. Ultragarsiniai srauto matuokliai pasižymi itin dideliu dinaminiu diapazonu, aukštu tikslumu bei atsikartojamumu. Tokiuose matuokliuose nėra judančių detalių, įterptų į srautą tai sąlygoja jų ilgaamžiškumą bei greitą reakciją į srauto pokyčius. Konstrukciniai šiuo principu veikiančių matuoklių ypatumai leidžia juos panaudoti ir chemiškai agresyvių medžiagų srauto matavimui. Viena iš šių matuoklių panaudojimo sričių yra degalų srauto nustatymas, skirtas palengvinti ir tuo pačiu suteikti galimybę įmonėms griežčiau kontroliuoti savo transporto degalų apskaitą. Ultragarsinių matuoklių panaudojimas šioje srityje yra įtakojamas tokių veiksnių, kaip reikalingas platus temperatūrinis darbo diapazonas, greita reakcija į srauto pokyčius, atsparumas vibracijoms ir t. t. Kuriant srauto matuoklius svarbu tinkamai parinkti jų konstrukciją bei ištirti konkrečios konstrukcijos matuoklio veikimo ypatybes. Šiame darbe buvo tiriama matavimo kamera (1 pav.), kurioje ultragarsiniai keitikliai (K1 ir K2) išdėstyti vienoje tiesėje su srautu. 1 pav. Matavimo kameros struktūrinė schema 354 Studentų moksliniai tyrimai 2011/2012

356 Atliekant tyrimą srauto greitis buvo įvertinamas vienu metu žadinant keitiklius K1, K2 (1 pav.), ir skaičiuojant skirtuminę signalo pralėkimo trukmę, kuri randama koreliuojant žadinimo signalą bei priimtąjį signalą, sklidusį prieš srautą. Esant skirtingiems srauto greičiams keičiasi vamzdžiu tekančio skysčio profilis, kuris yra įvertinamas Reinlodso skaičiumi [1]. Tėkmės profilio pokyčiai [2] įtakoja signalo pralėkimo laiką, kadangi išilgai kameros pasiūstas ultragarsinis impulsas sklinda jos centru, o srauto greitis įvairiuose kameros skerspjūvio taškuose yra skirtingas. Šio darbo tikslas buvo atlikti temperatūrinės [3] ir skysčio tėkmės profilio pokyčio (esant skirtingiems srauto greičiams) įtakos impulso pralėkimo trukmei kokybinį įvertinimą. Tyrimui buvo paruošta matavimo sistema, susidedanti iš šių pagrindinių elementų: matavimo kameros su ultragarsiniais keitikliais (Doppler TF5C6N), srautą palaikančio siurblio, ultragarsinių signalų siuntimo-priėmimo įrenginio, etaloninio srauto daviklio, kaitlentės, temperatūrinio sensoriaus bei kompiuterio. Atliekant tyrimą, matavimo kamera buvo sujungta į nuoseklią grandinę su etaloniniu srauto matuokliu skaitmeniniu vandens debitomačiu. Šio prietaiso parodymai buvo registruojami duomenų surinkimo sistema kartu su temperatūros bei ultragarsiniais matavimais. Žemiau pateiktame grafike (2 pav.) pateikiamas santykis tarp etaloninio srauto ir srauto, išmatuoto ultragarsu l/h l/h l/h l/h Santykis l/h l/h l/h Temperatûra ( C) 2 pav. Etaloninių ir ultragarsu įvertintų srautų santykis Ultragarsu išmatuojamas srautas buvo gaunamas su didele triukšmų amplitude. Ją galėjo įtakoti nestabiliu dažniu veikianti pompa, kurios pulsacijos ir buvo registruojamos bei pulsacijos, kurias lėmė nuoseklus debitomačio jungimas į sistemą. Esant 20,44 l/h srautui šios pulsacijos aiškiai matyti 0,5 Hz aplinkoje (4 pav.). TECHNOLOGIJOS MOKSLAI 355

357 13 Srauto greitis (l/h) Laikas (s) 3 pav. Ultragarsu išmatuotas srautas 4 pav. Srauto spektrograma Išanalizavus matavimų rezultatus gautos polinominės ištiesinimo funkcijos dalinai įvertinančios srauto dydžio bei temperatūrinę įtaką. Siekiant tiksliau įvertinti srautą, reikalinga atlikti papildomus matavimus, įvertinančius histereze vykstantį srauto profilio kitimą bei kitų veiksnių įtaką. Literatūra [1] Saleh, Jamal. Fluid Flow Handbook. New York, NY, USA: McGraw-Hill, p [2] L. Svilainis, P. Kabišius, S. Kitov, Ultrasonic transit time flow meter for diesel: initial analysis, ULTRASOUND, p16, Vol. 65, No. 4, [3] L. Svilainis, A. Chaziachmetovas, P. Kabišius, Temperature influence on the ultrasonic signal acquisition path, ULTRASOUND, p28 Vol. 65, No. 4, Studentų moksliniai tyrimai 2011/2012

358 Formation and investigation of polymeric scales for angular piezopositioning system I. Grybas, Kaunas University of Technology, Institute of Materials Science V. Grigaliūnas, Kaunas University of Technology, Institute of Materials Science Rasters for angular positioning systems are usually produced in a wide range of dimensions and diameters using conventional optical lithography technique [1]. Generally rasters are formed in a thin layer of chromium evaporated on a float glass substrate. Raster step, error and light transmission are the main parameters used to characterize incremental glass discs. The problem is that the cost of manufacturing of glass discs is relatively high so there is a need for new cheap technologies ensuring sufficient measurement accuracy of angular displacement for household appliances. Incremental glass scales can be substituted by the polymeric ones produced using low-cost thermal imprinting or UV casting technologies [2, 3]. Thermal imprinting of polymer films is a technique to make microstructures in polymers by pressing a master matrix (usually nickel-type) containing surface-relief features into thermoplastic polymer film, which is heated above the glass transition temperature afterwards. Then the polymer is cooled down below the glass-transition temperature, and the stamp is removed. UV- casting (or UV imprint lithography) employs ultraviolet ray-transparent stamps usually made of fused silica, which can be imprinted into UV-curable polymers at room temperature. After filling of stamp features with polymer it is exposed by UV rays through the stamp and thus becomes solidified. Then the stamp is removed away [4, 5]. The aim of this work was to explore two techniques for fabrication of polymeric scales used in angular piezopositioning system. Thermal imprinting of the angular raster pattern was performed into PMMA substrates (30 x 30 mm, thickness 1.5 mm) applying the nickel matrix using homemade thermal press (constant imprint temperature 112 C, constant pressure 40 MPa, imprint time varied from 45 to 120 s). UV casting of the angular raster pattern was formed using polyethylene terephthalate (PET) substrates (thickness 110 μm) coated by acrylic photopolymer (3 μm). Before formation of photopolymer layer PET substrates were treated by O 2 gas plasma (f = MHz, plasma power density p = 0.45 W/cm 2, t = 60 s) in order to improve adhesion of the coating. Imprint mould was pressed into the substrate applying pressure of 0.4 MPa TECHNOLOGIJOS MOKSLAI 357

359 Important distinctions can be observed when comparing polymeric scales fabricated using thermal imprinting and UV-casting methods (Fig. 1). Although the period of rasters is the same in both cases, the quality of patterns is different. The edges of rasters formed in PMMA are non-even and much thicker than those produced in PET-based substrate. a) b) Fig. 1. Fragment of polymeric scales a) thermally imprinted in PMMA, b) UV-casted in photopolymer-coated PET (magnification 750x) A more detailed analysis of differences between imprinted scales was done using atomic force microscope (AFM) in contact image mode with 12 μm 12 μm field of view. It can be seen from Fig. 2a that depth of imprinted scale into PMMA is equal to 1140 nm when imprinting time is 60 s, while value of 1565 nm is observed at 120 s (Fig. 2b). Futhermore, overall surface is much smoother when processing time is shorter. a) b) Fig. 2. AFM 3D fragmental views of thermally imprinted polymeric scales into PMMA when imprinting time is a) 60 s, b) 120 s 358 Studentų moksliniai tyrimai 2011/2012

360 Formation of polymeric scales was implemented successfully in two ways, i.e. thermal imprinting and UV-casting. Corresponding differences between obtained results were registered, analysed and evaluated. Their influence on accuracy, precision and operation of angular piezopositioning system is going to be carried on in the future. Literature [1] Masuda, T., Kajitani, T. Precision Engineering, 1989, Vol. 11(2), p [2] Merino, S., et al. Microelectronic Engineering, 2006, Vol. 83, p [3] Grigaliūnas V., et al. Materials Science (Medziagotyra), 2007, Vol. 13(2), p [4] Herzig, P. H. Micro optics: elements, systems and applications. Taylor & Francis, London p [5] Mühlberger M., et al. Microelectronic Engineering, 2007, Vol. 84 (5 8), p TECHNOLOGIJOS MOKSLAI 359

361 TERMIŠKAI MODIFIKUOTOS MEDIENOS ADHEZINIŲ BEI DRĖKINIMO SAVYBIŲ TYRIMAS I. Grigaliauskienė, Kauno technologijos universiteto Medienos technologijos katedra K. Ukvalbergienė, Kauno technologijos universiteto Medienos technologijos katedra Mediena nėra atspari ilgalaikiam aplinkos poveikiui, todėl jos ilgaamžiškumo padidinimui, mediena dengiama įvairiomis polimerinėmis medžiagomis. Eksploatuojant medieną lauke, adhezija tarp medienos bei polimero gana greitai ir stipriai mažėja, ko pasekoje apdailos medžiaga nustoja funkcionuoti kaip apsauginis apdailos elementas. Tai lemia prastas medienos paviršiaus ir polimero tarpusavio suderinamumas, itin didelis medienos higroskopiškumas, medienos porėtumas, anizotropija, paviršiaus savybės. Kitas būdas medienos ilgaamžiškumo padidinimui yra jos terminis apdorojimas. Tokiu būdu modifikuojant medieną, keičiasi jos cheminė struktūra, dėl ko ji tampa labiau hidrofobiška. Šis privalumas tampa trūkumu, kai modifikuota mediena klijuojama ir apdailinama sintetiniais polimerais: paviršius prastai drėkinamas, polimerinės medžiagos blogai išsilieja ant medienos paviršiaus, medienos paviršius prastai sukimba su polimeru ir eksploatacijos metu šios medžiagos atsisluoksniuoja. Pramonėje tai iki šiol yra didelė problema, nors rinkoje tokios medienos poreikis yra didelis ir ateityje tik didės. Kol kas nėra pilnai žinoma, kaip keičiasi adhezijos mechanizmas medieną modifikuojant. Ypač tai tampa aktualu, kai modifikuota apdailinta mediena eksploatuojama drėgnomis atmosferinėmis sąlygomis. Kad gauti gerą apdailos dangos adheziją su mediena, reikalinga molekulinė sąveika (0,6 nm arba 6 A) tarp skysto plėvėdario bei medienos paviršiaus [1, 2]. Tam būtina suprasti ir drėkinimo procesus. Todėl šio darbo tikslas buvo ištirti termiškai bei chemiškai modifikuotos medienos drėkinimo bei adhezines savybes, apdailinant medieną vandens pagrindo akrilinėmis apdailos medžiagomis. Tyrimams buvo naudojama 90 vnt. išdžiovintų be matomų defektų ąžuolo medienos bandinių, kurių matmenys 50x50x15 mm. Bandiniai suskirstyti į tris grupes po 30 bandinių. Viena bandinių grupė palikta nemodifikuota, dvi grupės buvo modifikuojamos termiškai. Terminis modifikavimas buvo atliekamas kaitinimo krosnelėje SNOL, kaitinant medienos bandinius po dvi valandas 160 o C ir 220 o C temperatūroje. Pirmiausia, bandinių paviršius nušlifuotas P120 grūdėtumo šlifavimo popieriumi. Paviršiaus šiurkštumas išilgai bei skersai medienos pluošto buvo matuojamas kontaktiniu profilometru MarSurf PS1. Įvertinti trys šiurkštumo parametrai R a paviršiaus nelygumų vidutinis nuokrypis nuo profilio vidurinės linijos, R z matavimo bazės ilgyje profilio nelygumų vidutinis aukštis ir R max paviršiaus didžiausių nelygumų vidutinis aukštis. 360 Studentų moksliniai tyrimai 2011/2012

362 Medienos paviršiaus drėkinimo savybės vertinamos matuojant distiliuoto vandens drėkinimo kampą prieš modifikavimą ir po jo. Drėkinimo kampo nustatymui naudotas specialus stendas, sudarytas iš reguliuojamo staliuko, mikrošvirkšto ir vaizdo kameros. Gauti duomenys apdoroti programine įranga Motic Images Plus 2.0. Medienos ph nustatymui naudotas ph-metras ph-340. Įvertinus medienos rūgštingumą, gauta, kad mažiausia ph vertė yra nemodifikuotos ąžuolo medienos dėl didelio kiekio joje esančios acto rūgšties. Pakaitinus medieną 160 o C temperatūroje, jos ph vertė padidėjo 11,3 %, o pakaitinus 220 o C temperatūroje dar 6,7 %. Lyginant šiurkštumo pokyčius prieš kaitinimą ir po jo, tarp skirtingų terminio apdirbimo temperatūrų, gauta, kad didesnis šiurkštumo sumažėjimas pastebimas 160 o C temperatūroje kaitintiems bandiniams. Matuojant išilgai pluošto krypties, šiurkštumas R a sumažėjo 35 %, R z 32 %, o R max net 45 %. Tuo tarpu 220 o C temperatūroje kaitintų bandinių, šiurkštumas R a sumažėjo 35 %, R z 31 %, o R max 43 %. Matuojant šiurkštumą skersai pluošto krypties, 160 o C temperatūroje kaitintiems bandiniams šiurkštumas R a sumažėjo 44 %, R z 42 %, o R max 25 %, o 220 o C temperatūroje kaitintiems bandiniams šiurkštumas R a sumažėjo 16 %, R z 10 %, o R max padidėjo 7 %. Tiriant drėkinimo kampą, jis buvo įvertintas ankstyvajai ir vėlyvajai medienai atskirai, dėl žymaus medienos porėtumo skirtumo (1 pav.). Fiksuojant medienos drėkinimą pirmąsias 30 s, nemodifikuotos medienos bandinių drėkinimo kampas ankstyvajai medienai pasikeitė vidutiniškai 30 %, vėlyvajai medienai 40 %. Po terminio apdirbimo 160 o C temperatūroje, drėkinimo kampas ankstyvajai medienai pakito apie 24 %, vėlyvajai medienai 9 %, o po kaitinimo 220 o C temperatūroje, drėkinimo kampas ankstyvajai medienai pakito vidutiniškai 3 %, vėlyvajai medienai 2 %. a b c d 1 pav. Drėkinimo kampo kitimas: a prieš kaitinimą ant ankstyvosios medienos; b po kaitinimo 160 C temperatūroje ant ankstyvosios medienos; c prieš kaitinimą ant ankstyvosios medienos; d po kaitinimo 220 C temperatūroje ant ankstyvosios medienos TECHNOLOGIJOS MOKSLAI 361

363 Matoma, kad medienos paviršiaus šiurkštumui didelę įtaką turi terminis ąžuolo medienos modifikavimas, po kurio sumažėja medienos tankis ir šiurkštumo vertės. Drėkinimo kampas po terminio medienos modifikavimo žymiai padidėja, t. y. sumažėja medienos drėkinimas. Kuo griežtesnės terminio apdirbimo sąlygos, tuo labiau mažėja medienos drėkinimas, tuo didesnis paviršiaus šiurkštumas. Toliau bus atliekami vandens pagrindo akrilinių dangų adhezijos prie medienos tyrimai. Adhezijos stipris įvertinamas tempimo (pull-off) testu, remiantis standartu EN ISO Literatūra [1] Frihart, C. R. Wood Adhesion and Adhesives. Handbook of Wood Chemistry and Wood Composites, CRC Pres, 2005: pp [2] Good, R. J., Adhes J. Definition of Adhesion. 8 (1) 1976: pp [3] EUROPEAN STANDARD EN ISO Paints, varnishes and plastics. Pull-off test for adhesion, 2003: 15 p. 362 Studentų moksliniai tyrimai 2011/2012

364 AKUSTINIO KOMFORTO ĮVERTINIMAS STUDENTŲ MIESTELIO BENDRABUČIUOSE I. Silickaitė, Vilniaus Gedimino technikos universitetas M. Mickaitis, Vilniaus Gedimino technikos universitetas 2010 metais Valstybinis studijų fondas pranešė, kad studentų bendrabučių atnaujinimui skiriama 30 mln. Lt. Vienas iš prioritetų yra higienos normas atitinkančio mikroklimato sukūrimas. Triukšmas studentų bendrabučiuose yra aktuali problema. Triukšmas trukdo jų darbui ir poilsiui, neigiamai įtakoja sveikatą: sutrikdo miegą, sudaro priežastį pažeisti klausą, blogina savijautą. Akustinį komfortą žmogaus gyvenamojoje aplinkoje užtikrina Lietuvos higienos norma HN , kuri nustato stacionarių triukšmo šaltinių skleidžiamo triukšmo ribinius dydžius gyvenamuosiuose ir visuomeninės paskirties pastatuose bei jų aplinkoje ir taikoma vertinant triukšmo poveikį visuomenės sveikatai [1]. Pastato ir jo aplinkos apsaugos nuo triukšmo sprendimai priimami projektavimo stadijoje pagal metodiką pateikta straipsnyje: Atitvarų garso izoliacijos projektavimas ir skaičiavimas pagal LST EN standartų seriją [2] metais buvo atliktas akustinės taršos tyrimas tuometiniame Lietuvos žemės ūkio universiteto studentų miestelyje. Magistrantas tyrė akustinę taršą daugiaaukščių bendrabučių ir kitų pastatų aplinkoje [3]. Bendrabučiuose subjektyvus triukšmo vertinimas atliktas nebuvo. Todėl, šio darbo tikslas yra ištirti kaip Vilniaus Gedimino technikos universiteto bendrabučiuose studentai vertina akustinį komfortą. Tyrimo objektu buvo pasirinkti Vilniaus Gedimino technikos universiteto bendrabučiai, esantys Vilniaus miesto Saulėtekio mikrorajone. Bendrabučiai sukoncentruoti dviejose Saulėtekio alėjos zonose. Dalis yra Saulėtekio alėjos pradžioje, greta Nemenčinės plento ir Saulėtekio viešojo transporto stotelės. Tyrimams pasirinkti du šioje teritorijoje esantys šešiolikos aukštų bendrabučiai. Kiti du bendrabučiai yra greta Saulėtekio alėjos ir Plytinės gatvių sankirtos, netoli Senosios plytinės viešojo transporto stotelės. Duomenų apie akustinį komfortą bendrabučiuose kaupimui buvo pasirinktas mokslinės metodologijos būdas anketinė apklausa. Joje buvo pateikti esminiai klausimai apie studentų bendrabučių akustinį komfortą. Gauti duomenys remiasi respondentų asmenine patirtimi ir išreiškia jų subjektyvią nuomonę apie bendrabučio akustinę kokybę. Respondentas buvo supažindintas su tyrimų tikslu ir anketos klausimais. Anketos klausimus siekta pateikti vienodai suprantamai studentams ir akustikos specialistams. Greta pateikti atsakymų variantai į klausimus aiškūs ir nesuponuojantys atsakymo. Respondentai buvo apklausti tiesiogiai. Atsakydami į klausimą apie bendrą akustinio komforto lygį bendrabučiuose, kuriuose gyvena, apklaustieji turėjo jį įvertinti dešimties balų sistemoje (vienas balas labai blogai, TECHNOLOGIJOS MOKSLAI 363

365 dešimt balų labai gerai). Gyventojai taip pat buvo prašomi įvertinti akustinio komforto lygį priklausomai nuo paros meto. Išanalizavus dviejų bendrabučių apklausos rezultatus (tyrimai kituose bendrabučiuose tęsiami), paaiškėjo, kad triukšmas bendrabutyje gyventojus labiausiai trikdo naktį, kiek mažiau vakare, ne itin smarkiai ryte ir mažiausiai dieną. Automobiliai Lėktuvai Žmonės Kita 1 pav. Pagrindiniai išorinio triukšmo šaltiniai bendrabučiuose Bendrabučių gyventojų buvo klausiama apie išorinio ir vidinio triukšmo šaltinius. Pagrindinius išorinio triukšmo šaltinius respondentai įvardija žmones ir lėktuvus (1 pav.). Vidinis triukšmas taip pat yra problema ir pagrindiniai jo sukėlėjai yra kaimynai iš kitų aukštų (45 %) ir to paties aukšto (26,5 %). Pastebėta, kad skirtingų aukštų gyventojus trikdo skirtingi tiek išoriniai tiek vidiniai triukšmo šaltiniai. Taip pat respondentų buvo klausiama, kaip dažnai juos trikdo triukšmas. 19,5 % gyventojų teigia, kad triukšmas juos trikdo kiekvieną dieną. 52,5 % gyventojų teigia, kad triukšmas juos trikdo kartą per savaitę, o 22,5 % teigė, kad triukšmas juos trikdo tik kartą per mėnesį. Anketos paskutiniame klausime buvo prašoma pažymėti, kokių gyventojai imasi veiksnių, jei triukšmas juos trikdo. 55,5 % teigia, kad nesiima jokių veiksnių triukšmo priežastims mažinti. 35,5 % teigia, kad paprašo triukšmadarių sumažinti triukšmą ir 8 % gyventojų įvardijo, kad kreipiasi į budėtoją. Subjektyvių ir objektyvių rodiklių palyginimui buvo vertinamas bendrabučio išorės aplinkos triukšmo lygis pagal Vilniaus miesto triukšmo žemėlapio oficialiąją versiją. Literatūra [1] HN 33:2011 Triukšmo ribiniai dydžiai gyvenamuosiuose ir visuomeninės paskirties pastatuose bei jų aplinkoje. [2] Mickaitis, M. Atitvarų garso izoliacijos projektavimas ir skaičiavimas pagal LST EN standartų seriją // Pastatų konstruktoriaus ir statybininko žinynas Kaunas: Naujasis lankas, 2009, p [3] Sventkauskas, V. Akademijos studentų miestelio akustinės taršos tyrimas Lietuvos žemės ūkio universiteto studento magistrantūros studijų baigiamasis darbas Studentų moksliniai tyrimai 2011/2012

366 Elektroišlydžio panaudojimas aerotankų veikliojo perteklinio dumblo skaidymui M. Tichonovas, Kauno technologijos universitetas J. Jankauskas, Kauno technologijos universitetas I. Radžiūnienė, Kauno technologijos universitetas V. Račys, Kauno technologijos universitetas Įvadas Perteklinis veiklusis dumblas, susidarantis nuotekų valymo įrenginiuose biologinio nuotekų valymo metu, pastaruoju metu tampa vis aktualesne problema. Atskyrus šį dumblą ir toliau apdorojant metantankuose ar fizikochemiškai sausinant, dumblo stabili struktūra trukdo procesų eigai. Norint išspresti šią problemą yra kuriami įvairūs nuotekų dumblo apdorojimo būdai. Šiuo metu naudojama keletas aktyviojo dumblo bioskaidumo didinimo metodų, tarp jų ultragarsino pirminio apdorojimo metodai [1], temperatūrinio-cheminio apdorojimo metodai [2]. Taikant šiuos metodus mikroorganizmų ląstelės ir dalis sunkiai skaidomų organinių junginių pereina į lengviau biologiškai skaidomas formas. Taip pat gali būti naudojami dumblo apdorojimo plazma metodai, veikiant dumblą elektros išlydžiu. Viena iš šio metodo atmainų apdorojimas elektrohidrauliniu išlydžiu, kuomet sukuriami trumpi aukštos įtampos, didelės energijos elektros impulsai apdorojamame dumble. Šio tyrimo tikslas įvertinti elektrohidraulinio išlydžio technologijos panaudojimo dumblo apdorojimui galimybes ir nustatyti dumblo flokulių suardymo laipsnį, apibūdinamą filtracijos efektyvumo pokyčiu. Aparatūra ir darbo metodai Eksperimentui naudojamas 20 kv nuolatinės įtampos šaltinis, 11 nf talpos 25 kv įtampos kondensatoriai elektros energijai kaupti, elektrohidraulinio išlydžio reaktorius. Principinė įrangos schema pavaizduota 1 paveiksle: TECHNOLOGIJOS MOKSLAI 365

367 1 pav. Principinė laboratorinės įrangos elektroišlydžio panaudojimui veikliojo dumblo apdorojimui schema Reaktorius polietileninis (LDPE), su 4 mm skersmens dumblo tekėjimo lataku, kuriame įtaisyti du elektrodai, tarp kurių esantis reguliuojamas atstumas lygus 0,5 1 mm. Įrenginiui veikiant, lataku tekant dumblui, apytiksliai 5 ml/s debitu (išbuvimo trukmė reaktoriuje vieno ciklo metu apytiksliai 0,14 s), tarp šių elektrodų susidaro elektrohidraulinis išlydis. Aktyvusis dumblas per reaktorių prateka cikliškai, taip didinant išbuvimo trukmę. Literatūra [1] Dhar, B. R., Nakhla, G., Ray, M. B. Techno-economic evaluation of ultrasound and thermal pretreatments for enhanced anaerobic digestion of municipal waste activated sludge, Waste Management, : [2] Rani, R. U., Kumar, S. A., Kaliappan, S., Yeom, I, Banu, J. R. Low temperature thermo-chemical pretreatment of dairy waste activated sluoge for anaerobic digestion process, Bioresource Technology, : Studentų moksliniai tyrimai 2011/2012

368 NAUJŲ ELEKTROAKTYVIŲ ORGANINIŲ MEDŽIAGŲ SINTEZĖ IR SAVYBĖS J. Šutaitė, Kauno technologijos universiteto Organinės technologijos katedra A. Tomkevičienė, Kauno technologijos universiteto Organinės technologijos katedra Tobulinant (opto)elektroninius prietaisus reikalingi vis efektyvesni organiniai puslaidininkiai. Šiuo metu mokslininkai, sintetinantys medžiagas elektroniniams ir optoelektroniniams prietaisams, daugiausia dėmesio skiria mažos molekulinės masės amorfines plėveles sudarantiems elektroaktyviems organiniams junginiams. Vienas iš labiausiai paplitusių konstrukcinių elementų, naudojamų projektuojant puslaidininkius molekulinius stiklus, yra karbazolilgrupė. Elektroaktyvių medžiagų sintezėje karbazolilfragmentas įdomus dėl kelių priežasčių: nedidelės savo, kaip pradinės, kainos; pilnai aromatinės struktūros, užtikrinančios cheminį stabilumą ir atsparumą aplinkos veiksniams; galimybės lengvai keisti optines ir elektrines savybes, nesunkiai prijungus įvairius pakaitus. Tokios medžiagos gali būti plačiai taikomos elektrofotografiniuose fotoreceptoriuose, šviesos dioduose, saulės elementuose, lauko tranzistoriuose [1]. Šio darbo tikslas 3- ir 2-pakeisto karbazolo darinių sintezė bei savybių palyginimas. 1 schemoje pavaizduota 3-(4-vinilfenil)-9-etilkarbazolo trijų pakopų sintezė. Pirmiausia buvo atliekama 9H-karbazolo jodinimo reakcija Tucker io metodu, naudojant kalio jodidą bei kalio jodatą, reakciją vykdant acto rūgšties virimo temperatūroje. Toliau vykdant alkilinimo reakciją brometanu naudojant tarpfazinį katalizatorių, gautas 3-jod-9-etilkarbazolas. Atlikus pastarojo junginio paladžio dariniais katalizuojamą Suzuki reakciją, gautas 3-(4-vinilfenil)-9-etilkarbazolas. 1 schema. Darinio I sintezė 2 schemoje pavaizduota 2-(4-vinilfenil)-9-etilkarbazolo daugiapakopė sintezė. Naudojant 4-brombifenilą, kaip pradinę medžiagą, buvo susintetintas 2-bromkarbazolas. TECHNOLOGIJOS MOKSLAI 367

369 Pirmiausia buvo atliekama pradinių medžiagų nitrinimo reakcija azoto rūgštimi, toliau sekė Catogan redukcinis žiedo uždarymas, naudojant trifenilfosfino perteklių. Atlikus alkilinimo reakciją brometanu, gautas 2-brom-9-etilkarbazolas. Pastarajam dalyvaujant paladžio dariniais katalizuojamoje Suzuki reakcijoje su 4-vinilfenilboronio rūgštimi, susintetintas 2-(4-vinilfenil)-9-etilkarbazolas. 2 schema. Darinio II sintezė Gautų junginių struktūros patvirtintos 1 H ir 13 C BMR metodais. Terminė analizė atlikta diferencinės skenuojamosios kalorimetrijos metodu, duomenys pateikti 1 lentelėje. Kaip matyti, įvedus vinilfenilpakaitą į 3-ią karbazolo žiedo padėtį, sumažėja polinkis kristalintis. 1 lentelė. Junginių I, II terminės savybės Junginiai I II T s *, [ 0 C] T lyd *, [ 0 C] T kr *, [ 0 C] - 87 * Nustatyta DSC metodu, kaitinimo greitis 10 0 C/min. Ištirtos susintetinų junginių optinės ir fotoelektrinės savybės. Junginių I, II praskiestų tirpalų tetrahidrofurane UV ir fluorescencijos spektrai pateikti 1 pav. Matyti, jog 2-pakeisto karbazolo darinio II tiek absorbcijos, tiek fluorescencijos maksimumai pasislinkę į ilgesnių bangų pusę lyginant su atitinkamo 3-pakeisto karbazolo darinio I atitinkamais maksimumais. 368 Studentų moksliniai tyrimai 2011/2012

370 Absorbcija, [sant. vnt.] I II FL intensyvumas, [sant. vnt.] I II Bangos ilgis, [nm] Bangos ilgis, [nm] 1 pav. Darinių I, II UV ir fluorescencijos praskiestų tirpalų THF (c=10-5 M) spektrai (λ suž.=310 nm) Junginio I jonizacijos potencialas (I p ) buvo išmatuotas fotoemisijos ore metodu, kuris lygus 5,72 ev. Literatūra [1] Shirota, Y., Journal of Materials Chemistry, 2000, 10, p TECHNOLOGIJOS MOKSLAI 369

371 ORGANINIŲ MEDŽIAGŲ SLUOKSNIŲ SU KVANTINIAIS TAŠKAIS FORMAVIMAS IR TYRIMAS J. Laužadis, Vilniaus universiteto Kieto kūno elektronikos katedra K. Arlauskas,Vilniaus universiteto Kieto kūno elektronikos katedra Kvantinių taškų (KT) įterpimas į organinių medžiagų sluoksnius įtakoja jų optines, emisines ir fotoelektrines savybes [1]. Šio darbo tikslas buvo pagaminti organinius skylių pernašos sluoksnius su CdSe/ZnS kvantiniais taškais ir palyginti jų savybes su tos pačios organinės medžiagos sluoksnių be kvantinių taškų savybėmis. Sluoksniai buvo liejami ant stiklinių padėklų, dalinai padengtų skaidriu (83 %) ir laidžiu (25Ω/ ) ITO pasluoksniu. Sluoksniai buvo formuojami liejant tris [4-(2,2-diphenylethenyl)phenyl]amine (TPA) pagrindu sintezuotą organinę skylių pernašos medžiagą kodiniu pavadinimu V 608, o kvantiniai taškai buvo pagaminti Evident Technologies (DK-C11-TOL-0540). Tiek organinė medžiaga tiek kvantiniai taškai buvo tirpūs toluene. Sluoksniai buvo suformuoti išdžiovinant palietus ant padėklų tirpalus ( casting ) arba sukant ( spin coating ). Ant sluoksnių, terminio garinimo vakuume būdu, buvo suformuoti aliuminio elektrodai. Sluoksnių, pagamintų casting būdu, storiai buvo įvertinti naudojant CELIV metodą ir gauta ~1,6 μm [2]. Pirminiai tyrimai parodė, kad casting būdu suformuotų su ir be KT sluoksnių sandara skiriasi (1 pav. a c). 1a pav. parodyta optiniu prašviečiančiu mikroskopu gautas organinio sluoksnio be KT vaizdas matyti tolydi sandara (tamsi sritis aliuminio elektrodas), o sluoksnio su KT sandara netolydi sutrūkinėjusi (1b ir 1c pav.). Galima daryti prielaidą, kad kvantiniai taškai įtakojo organinės medžiagos sluoksnio formavimąsi džiūstant. Buvo išmatuoti šių sluoksnių absorbcijos spektrai, kurie parodė, kad sluoksnių su KT šviesos sugertis yra stipresnė. Šių sluoksnių elektrinių ir fotoelektrinių savybių tyrimai buvo nesėkmingi, nes, sluoksniui džiūstant, sutrūkinėjo taip pat ir Al elektrodas (1c pav.). a) b) c) 1 pav. Organinės medžiagos sluoksnis (a) be KT (padidinta 40x); (b) su KT (padidinta 40x); (c) su KT (padidintas100x) 370 Studentų moksliniai tyrimai 2011/2012

372 Plonesnių sluoksnių, pagamintų sukant ( spin coating ), sandarą numatoma ištirti optiniu poliarizuotos šviesos bei atominės jėgos (AFM) mikroskopais, o taip pat išmatuoti ir palyginti jų I V charakteristikas bei krūvininkų pernašos tyrimui pritaikyti srovės kinetikos tyrimo metodus. Literatūra [1] Norris, D. Measurement and Assignment of the Size-Dependant Optical Spectrum in Cudmium Celenide (CdSe) Quantum Dots. MIT, Massachusetts psl. [2] Juška, G., Arlauskas, K., Viliūnas, M., Kočka. J. Extraction Current Transients: new method of study of charge transport in microcrystalline silicon. Phys.Rev.Letters, v. 84, p (2000). TECHNOLOGIJOS MOKSLAI 371

373 Lietuvos magistralinių kelių kraštovaizdžio estetinė vizualinė raiška ir saugumas K. Navickaitė, Kauno technologijos universitetas I. Matijošaitienė, Kauno technologijos universitetas Įvadas Mokslo pažanga ir greitėjantis žmonių gyvenimo tempas turi įtakos šiuolaikiniam kraštovaizdžio planavimui. Siekiant pagerinti susisiekimą tiesiami nauji ar rekonstruojami jau esami keliai. Dažnai šie darbai vykdomi neatsižvelgiant į psichologinį kelio kraštovaizdžio poveikį eismo dalyviams, t. y. pėstiesiems, vairuotojams ir kt. Kelio kraštovaizdis gali būti ne tik vizualiai gražus (negražus), bet ir sukelti tam tikras teigiamas arba neigiamas emocijas eismo dalyviams. Tai gali sąlygoti eismo įvykius [1]. Tiriamas ryšys tarp kelių estetinių parametrų ir saugumo juose. Manoma, kad gražaus kraštovaizdžio aplinkoje vairuotojai laikosi mažesnio greičio. Tačiau teigti, jog gražus kraštovaizdis yra saugesnis nei negražus tvirto pagrindo nėra [1]. Kai kuriose Europos šalyse gyventojai, motyvuodami, jog kelyje sumažės eismo įvykių, siekia įstatymiškai numatyti medžių alėjų sodinimą šalia kelio ne arčiau kaip 10 m [2]. Tyrimo objektas Tyrimo objektas yra dvylikos Lietuvos magistralinių kelių kraštovaizdis: A1 Vilnius Kaunas Klaipėda, A2 Vilnius Panevėžys, A3 Vilnius Minsk (Baltarusija), A5 Kaunas Marijampolė Suwalki (Lenkija), A6 Kaunas Zarasai Daugavpils (Latvija), A8 Panevėžys Aristava Sitkūnai, A9 Panevėžys Šiauliai, A10 Panevėžys Pasvalys Bauska (Latvija), A11 Šiauliai Palanga, A12 Riga (Latvija) Šiauliai Tauragė Kaliningrad (Rusija), A13 Klaipėda Liepaja (Latvija) ir A16 Vilnius Prienai Marijampolė. Pasirinktos tik kelių atkarpos, esančios Lietuvos teritorijoje. 372 Studentų moksliniai tyrimai 2011/2012

374 1 pav. Tiriamų kelių tinklas Darbo tikslas Nustatyti kokią įtaką magistralinių kelių kraštovaizdžio estetiniai parametrai turi kelių saugumui. Darbo uždaviniai 1. Sugrupuoti ir sisteminti sociologinės apklausos, vykusios 2010 metais, duomenis, atspindinčius tiriamų objektų estetines-vizualines savybes. 2. Rasti ryšį ir, jei jis yra, ryšio stiprumą tarp kelių kraštovaizdžio estetinių vizualinių savybių ir avaringumo keliuose rodiklių. 3. Nustatyti, nuo kokių kintamųjų priklauso kintamasis saugumas, išreikštas eismo įvykių konkrečiame kelyje skaičiumi. Tyrimo metodika 1. Sociologinės apklausos, vykusios 2010 metais, duomenų sisteminimas. Remiantis respondentų atsakymais nustatyta jų nuomonė apie pateiktus vertinimui kelius. Pagal apklausų anketų rezultatus ir m. įskaitinių eismo įvykių magistraliniuose keliuose suvestinės duomenis daromos išvados apie kelio estetinių parametrų įtaką jo saugumui. 2. SPSS programa. Ši kompiuterinė programa leidžia ištirti kelių kraštovaizdžio estetinių parametrų ir saugumo tarpusavio priklausomybę ir ryšį bei ryšio stiprumą. Koreliacinei analizei pasirinkti du ranginės koreliacijos koeficientai, tai TECHNOLOGIJOS MOKSLAI 373

375 Spirmeno ir Kendalo. Jie abu leidžia tirti dydžius, kurių skirstiniai nėra normalieji. Ši duomenų analizė leidžia įvertinti, kuris iš estetinių parametrų turi ryšį (ar jo neturi) su kelių saugumu. Vėliau doumenys analizuojami taikant linijinę tiesinę regresinę analizę, kurioje saugumas (eismo įvykių skaičius) yra priklausomas kintamasis. Ši analizė leidžia nustatyti, nuo kokių estetinių kraštovaizdžio parametrų priklauso (ar nepriklauso) saugumas. Tyrimo rezultatai Tyrimas nėra baigtas, tad aprašomi laukiami rezultatai. Tikimasi, kad išanalizuoti tyrimo duomenys leis aiškiai apibrėžti sąryšį tarp kelio estetinių parametrų ir saugumo. Taip pat tikimasi, kad tyrimo rezultatai leis nustatyti pavojingų (eismo įvykių skaičiaus atžvilgiu) ruožų atsiradimo priežastį ir rasti būdą kaip pagerinti esamą situaciją. Literatūra [1] Drottenborg, H. Are Beautiful traffic environments safer than Ugly traffic environments? Lundo universitetas, Lundas P [2] Pradines, Ch. Road infrastructures: tree avenues in the landscape. Europos kraštovaizdžio konvencija, 2009, 5 leidimas, p Studentų moksliniai tyrimai 2011/2012

376 Nanostruktūrizuotų La-Sr(Ca)-Mn-O sluoksnių elektrovarža L. Žurauskaitė, Vilniaus universitetas S. Balevičius, Fizinių ir technologijos mokslų centras Pastaruoju metu ypač intensyviai buvo tiriami La-Sr(Ca)-Mn-O cheminės sudėties manganitai, dėl juose aptiktos kolosalios magnetovaržos (CMR) ir elektrovaržos (ER) reiškinių ir galimybės juos pritaikyti naujų elektronikos prietaisų kūrimui [1]. Nanostruktūrizuotų manganitų sluoksnių tyrimai atskleidė jų pritaikymo praktikoje privalumus, lyginant su epitaksiniais sluoksniais. Nanostruktūrizuoti sluoksniai, užauginti ant specialaus polikristalinio padėklo, gali būti nagrinėjami kaip tinklas tvarkingos struktūros kristalitų, pasižyminčių magnetine tvarka, atskirtų netvarkiomis tarpkristalitinėmis sritimis (angl. grain boundaries, GB), kurios pilnai magnetiškai nesuorientuojamos net ir esant labai žemoms temperatūroms bei stipriems magnetiniams laukams. Nehomogeniška sluoksnių struktūra nulemia tam tikrų efektų, būdingų tik nanostruktūrizuotiems manganitų sluoksniams, atsiradimą. Šio darbo tikslas buvo ištirti nanostruktūrizuotų La-Sr(Ca)-Mn-O sluoksnių, užaugintų MOCVD būdu, elektrovaržos reiškinį elektrinių laukų ruože 1 40 kv/cm, nustatyti jį lemiančius krūvio pernašos mechanizmus šiuose sluoksniuose, įvertinti tarpkristalitinių sričių įtaką elektrovaržai. Buvo išmatuotos La 0.8 Ca 0.2 MnO 3 (LCMO) ir La 0.83 Sr 0.17 MnO 3 (LSMO) sluoksnių, užaugintų ant polikoro padėklo, savitosios varžos priklausomybės nuo temperatūros ir nustatyta, kad varžos maksimumo vertės ρ m lygios atitinkamai 5,2 Ωcm ir 3,4 Ωcm, o maksimumo temperatūros T m lygios atitinkamai 190 K ir 235 K ER, % kV/cm 40kV/cm 60kV/cm 80kV/cm La 0.83 Sr 0.17 MnO T, K ER, % kv/cm 20 kv/cm 30 kv/cm La 0.8 Ca 0.2 MnO T, K 1 pav. La-Sr(Ca)-Mn-O sluoksnių elektrovaržos priklausomybės nuo temperatūros TECHNOLOGIJOS MOKSLAI 375

377 Buvo ištirtas LS(C)MO sluoksnių varžos pokytis stipriame elektriniame lauke elektrovarža ER=100 % [R(E) R(0)]/R(0), kur R(E) bandinio varža stipriame, R(0) silpname elektriniame lauke. 1 pav. parodytos elektrovaržos (ER) priklausomybės nuo temperatūros LCMO ir LSMO sluoksniams. Matome, kad plačiame temperatūrų intervale nuo 5 K iki T m ER beveik pastovi ir esant labai stipriam elektriniam laukui (80 kv/cm) LSMO atveju siekia apie 90 %. LCMO sluoksnių atveju elektrovaržą pavyko išmatuoti tik iki 36 kv/cm, nes buvo stebimas sluoksnio šilimas impulso metu, o esant stipresniam elektriniam laukui, stebėjome elektrinį perjungimą. Nanostruktūrizuoti sluoksniai, turintys savyje didelį skaičių nanometrinio dydžio tarpkristalitinių sričių, gali būti nagrinėjami kaip magnetinių tunelinių jungčių tinklas. Todėl jų voltamperinės charakteristikos (VACh) buvo analizuojamos, naudojant Glazmano-Matvejevo modelį ir aprašant tokia empirine formule: I=G U+G 0 α Uα+1, kurioje α, G ir G yra parametrai [2]. Ypač svarbus α, nes jis nusako vyraujantį krūvio pernašos mechanizmą. Kai α=1,3, 0 α vyksta neelastinis tuneliavimas per dvi lokalizuotas būsenas tarpkristalitinėse srityse, kai α=2,5 per tris būsenas, kai α=1 erdvinio krūvio ribotos srovės, α=0,5 tarpelektroninė sąveika silpnai netvarkiose medžiagose. 2 pav. taškais parodytos VACh charakteristikos LSMO sluoksniui, gautos matuojant 6 nanosekundžių trukmės elektriniais impulsais, o VACh aprašanti kreivė gauta, naudojant aukščiau pateiktą formulę, derinant parametrus. Paskaičiuotos skirtingų sluoksnių α priklausomybės nuo temperatūros yra pateiktos 3 pav. Matome, kad LSMO sluoksnio atveju α kitimas didesnis. Šis parametras rodo, kad žemose temperatūrose sluoksniuose vyksta tuneliavimas per dvi lokalizuotas būsenas (α 1,3), tuo tarpu aukštesnėse temperatūrose vyrauja tuneliavimas per daugiau būsenų, kas gali būti susiję su tarpkristalitinių sričių platėjimu dėl kristalitų fazinio virsmo į paramagnetinę būseną. I, A 2,0 La 0.83 Sr 0.17 MnO 3 1,5 1,0 0,5 50K 230K 290K 0, U, V 2 pav. LSMO sluoksnio voltamperinės charakteristikos. Simboliai eksperimentiniai rezultatai, kreivės aproksimacija, naudojant Glazmano- Matvejevo modelį α La 0.83 Sr 0.17 MnO 3 La 0.8 Ca 0.2 MnO T, K 3 pav. Parametro α priklausomybė nuo temperatūros LSMO ir LCMO sluoksniams Literatūra [1] Israel, C., Calderón, M. J. and Mathur N. D., Materials Today, 2007, 10, [2] Höfener, C., Philipp, J. B., Klein, J., Alff, L., Marx, A., Büchner, B., Gross, R., Europhys. Lett. 2000, 50, Studentų moksliniai tyrimai 2011/2012

378 Nanometrinio fazės derinimo kilpos integrinio grandyno projektavimas M. Jurgo, Vilniaus Gedimino technikos universitetas R. Navickas, Vilniaus Gedimino technikos universitetas Fazės derinimo kilpa (FDK, angl. Phase-Locked Loop PLL) grandinė, palaikanti elektronikos įtaisų veikimo tvarką, sinchronizuojanti tarpusavyje įvairias elektronines sistemas pagal dažnį ir/arba fazę [1]. Gali būti naudojama signalų dažniui atkurti, generuoti, paskirstyti ir pan. Dažnai yra naudojama kaip dažnio sintezatorius bevielio ryšio imtuve-siųstuve (1 pav.). 1 pav. Bevielio ryšio siųstuvo-imtuvo blokinė diagrama Klasikinė fazės derinimo kilpa yra sudaryta iš fazės detektoriaus (FD), krūvio pompos (KP), žemųjų dažnių kilpos filtro (KF), įtampa valdomo generatoriaus (ĮVG) ir dažnio daliklio, kurio dalybos koeficientas yra N (2 pav.) 2 pav. Klasikinės fazės derinimo kilpos struktūra TECHNOLOGIJOS MOKSLAI 377

379 Klasikinėje FDK beveik visi blokai (išskyrus fazės detektorių) yra analoginiai, kuriuos sunku realizuoti nanometrinėse technologijose. Pavyzdžiui, sumažėjus maitinimo įtampai, sumažėja signalas triukšmas santykis; susiaurėjus galimam įtampų diapazonui, sumažėja įtampa valdomo generatoriaus perderinimo diapazonas; žemųjų dažnių filtre naudojami didelės talpos kondensatoriai, kurių nuotėkio srovės didėja nanometrinėse technologijose, be to, jie užima didelį plotą ir dažnai realizuojami už lusto ribų. Paminėtas problemas galima spręsti keičiant kilpos struktūrą klasikinę FDK pakeisti pilnai skaitmenine FDK (3 pav.). 3 pav. Pilnai skaitmeninės fazės derinimo kilpos struktūra Tam fazės detektorius ir krūvio pompa yra pakeičiami laikas skaitmuo keitiklis (LSK), įtampa valdomas generatorius pakeičiamas skaitmeniniu būdu valdomu generatoriumi (SVG), žemųjų dažnių kilpos filtras pakeičiamas skaitmeniniu filtru, o dažnio daliklis yra pašalinamas, nes jo funkciją taip pat atlieka LSK [3]. Kadangi tokioje struktūroje visi signalai ir blokai yra skaitmeniniai, atsiranda kvantavimo triukšmas. Čia yra du pagrindiniai triukšmų šaltiniai: LSK ir SVG. LSK atsirandantis triukšmas yra žemadažnis, SVG aukštadažnis. Kvantavimo triukšmą siūlome mažinti naudojant termometriniu kodu valdomą SVG su keliais dažnio perderinimo rinkiniais ir ΔΣ moduliatoriumi. LSK kvantavimo triukšmą mažinsime naudojant vėlinimo liniją su maža laiko skiriamąja geba inverterių vėlinimo liniją su skirtingais vėlinimo elementais, Vernier vėlinimo liniją. Integrinis grandynas projektuojamas naudojant 65 nm KMOP technologijos tranzistorius ir Cadence programinę įrangą. Jo siektini parametrai: sinchronizavimo juosta 5 10 GHz, fazinis triukšmas mažesnis nei 120 dbc/hz, vartojamoji galia iki 200 mw, aplinkos temperatūra o C. Literatūra [1] Best, R. Phase Locked Loops 6/e: Design, Simulation, and Applications. McGraw Hill psl. [2] Lu, P., Sjoland, H. ANALOG INTEGRATED CIRCUITS AND SIGNAL PROCESSING, 2011, Vol. 66, No 1, p. [3] Temporiti, E., Weltin-Wu, C., Baldi, D., Tonietto, R., Svelto, F. IEEE JOURNAL OF SOLID- STATE CIRCUITS, 2009, Vol. 44, No 3, p. 378 Studentų moksliniai tyrimai 2011/2012

380 led lempų techninių parametrų analizė ir eksperimentinis tyrimas M. Gailius, Kauno technologijos universitetas V. Dumbrava, Kauno technologijos universitetas Pastaraisiais metais tapo populiarios šviesos diodų (ŠD) lempos, kurios pasižymi dideliu naudingumo koeficientu, o taip pat ilgaamžiškumu, mechaniniu atsparumu, o tai leidžia sumažinti išlaidas elektros energijai [1, 2]. ŠD lempų gamyba sparčiai plečiasi ir vis daugiau gamintojų pereina prie naujų ŠD lempų technologijos ir gamybos. Į Europą plačiai eksportuojama Kinijos gamintojų produkcija, kuri pasižymi nedidele kaina, tačiau parametrų stabilumas, jų patikimumas tampa problematiškas. Dėl to gali nukentėti produkcijos eksportuotojas arba pirkėjas. Ryšium su tuo, iškyla būtinybė tikrinti iš Kinijos eksportuojamų ŠD lempų pagrindinius parametrus ir tokiu būdu sumažinti riziką bei pasirinkti stabilius tiekėjus. Šio darbo tikslas atlikti galimybių studiją norint išsiaiškinti ŠD lempų techninių parametrų matavimo galimybes, esamą standartizavimo lygį, atlikti įvairių gamintojų ŠD lempų techninių parametrų matavimus ir pateikti eksperimentinių tyrimų rezultatus. Mūsų manymu, svarbiausi tokie šviesos diodų lempų eksplotaciniai parametrai: temperatūros pasiskirstymas lempoje, keitiklio naudingumo koeficientas, šviesos srauto degradacija eksploatacijos metu, šviesos srauto priklausomybė nuo maitinimo įtampos. Kadangi ŠD sandūros temperatūra daro įtaką ŠD šviesiniam efektyvumui [3], tikslinga išsiaiškinti, kaip pasiskirsto temperatūra lempoje. Šio parametro įvertinimui naudojome termovizorių MikroSHOT. Pradiniame etape buvo ištirtos 9 ŠD lempos, kurių techniniai duomenys ir lempos pateikti firmos atstovo Lietuvoje (UAB Sirius). Visose ištirtose ŠD lempose temperatūra šviesos diodų plokštėje paskirsto gan tolygiai. Aukščiausia užfiksuota temperatūra 75 C (1 pav.), o žemiausia 49,3 C. Matavimo metu aplinkos temperatūra buvo 17 C. 1 pav. Temperatūros pasiskirstymas GU F24 lempos ŠD plokštėje TECHNOLOGIJOS MOKSLAI 379

381 Apskaičiavome GU10-3x1W-B lempos keitiklio naudingumo koeficientą. Keitiklio įėjimo bei išėjimo srovės ir įtampos buvo diskretizuotos naudojantis osciloskopu GDS Keitiklio įėjimo ir išėjimo srovių bei išėjimo įtampos oscilogramos pavaizduotos 2 pav., kurios nėra harmoninės funkcijos. 2 pav. GU10-3x1W-B lempos keitiklio oscilogramos: 1 įėjimo srovė tekanti 10,4 Ω rezistoriumi, 2 išėjimo srovė tekanti 0,47 Ω rezistoriumi, 3 išėjimo įtampa (CH2) Galią skaičiavome pagal formulę: čia T periodas, U m įtampa, I m srovė. Apskaičiuota iš tinklo vartojama galia 4,47 W, atiduodama galia 3,24 W. Pagal gamintojo informaciją iš tinklo imama galia siekė 3,8 W. Naudingumo koeficientas buvo skaičiuojamas pagal formulę: (1) (2) Kadangi tipiniai multimetrai matuoja tik sinusinę įtampą bei srovę, integravimas buvo atliktas Matlab aplinkoje. Eksperimentiškai išmatuotas ir apskaičiuotas naudingumo koeficientas GU10-3x1W-B ^D lempai siekė 72 %. Ateityje numatoma tirti šviesos diodų lempų skleidžiamo šviesos srauto degradaciją eksplotacijos metu remiantis apšvietimo inžinerijos bendrijos keliamais reikalavimais [4, 5]. 380 Studentų moksliniai tyrimai 2011/2012

382 Literatūra [1] Marcelo Paschoal Dias, Danilo Pereira Pinto e Henrique A. C. Braga. A simplified technique of lighting performance evaluation applied to led-based modern luminaires // Power Electronics Conference, COBEP 09. Brazilian. P [2] Dr. John Peck, Gary Ashburner, Michael Schratz. Solid state led lighting technology for hazardous environments; lowering total cost of ownership while improving safety, quality of light and reliability // Petroleum and Chemical Industry Conference Europe Conference Proceedings (PCIC EUROPE), 2011 P [3] Li, X.P., Chen, L. ; Chen, M. An approach of LED lamp system lifetime prediction // 2011 IEEE International Conference on Quality and Reliability (ICQR) P [4] Electrical and Photometric Measurements of Solid-State Lighting Products, IES LM Prieiga per Internetą: < (prisijungta ). [5] Approved Method: Measuring Lumen Maintenance of LED Light Sources, IES LM Priega per Internetą: < (prisijungta ). TECHNOLOGIJOS MOKSLAI 381

383 NEOPENTILGLIKOLIO OLEATO BIOTECHNOLOGINĖ SINTEZĖ M. Šantaraitė, Aleksandro Stulginskio universitetas M. Gumbytė, Aleksandro Stulginskio universitetas Tepalai turi milžinišką rinką visame pasaulyje, jų suvartojama maždaug 37 milijonai metrinių tonų per metus. Apie 50 % tepalų, parduodamų visame pasaulyje, padarė ženklią žalą aplinkai (išsiliejimas ar nutekėjimas, nelaimingi atsitikimai). Šiandien rinkoje esančios aplinkai draugiškos alyvos paprastai gaminamos iš rapsų, sojų, grūdų ir saulėgrąžų arba šių augalinių aliejų mišinio. Europoje naudojamas rapsų ir saulėgrąžų aliejus dėl aliejaus terminio atsparumo oksidacijai ir geresnių tekėjimo savybių lyginant su kitų rūšių augaliniu aliejumi. Tačiau šių rūšių augalinių aliejų oksidacinių ir hidrolizinių savybių, atsparumo karščiui nepakanka, kad jį, kaip tepamąją medžiagą, galima būtų naudoti cirkuliavimo sistemose [1]. Tikslinga ieškoti kitų tinkamų ir pigių biologinės kilmės žaliavų tepamųjų medžiagų gamybai. Tarp šių potencialių žaliavų nemažą potencialą turi neopentilglikolio oleatas. Darbo tikslas biotechnologiniu metodu nustatyti neopentilglikolio oleato proceso optimalias sąlygas ir ištirti gauto produkto tribologines savybes. Esterinimo reakcija tarp neopentilglikolio ir oleino rūgšties vykdyta termostatuojamoje trikaklėje kolboje, prie kurios prijungtas grįžtamasis šaldytuvas, termometras ir hermetinė maišyklė. Mišinys homogenizuojamas palaikant pastovų sūkių dažnį ( 240 min -1 ) ir temperatūrą bei pridedant reikiamą biokatalizatoriaus kiekį. Pagal rūgštingumo sumažėjimą reakcijos terpėje vertintas sureagavusių rūgščių kiekis. Tam iš termostatuojamos kolbos paimti mėginiai ir tiriamas rūgštingumas. Rūgštingumo tyrimai buvo atliekami pagal standarto LST EN ISO 660 reikalavimus [2]. Siekiant optimizuoti esterinimo neopentilglikoliu procesą, buvo keičiami biokatalizatoriaus kiekis, proceso temperatūra ir trukmė. Siekiant parinkti optimalias sąlygas neopentilglikolio oleato procese, pradiniame etape buvo didinta proceso temperatūra nuo C. Kaip katalizatorius naudojant fermentus, skirtingai nei naudojant cheminius katalizatorius, neįmanoma neribotai didinti reakcijos temperatūrą, nes aukštoje temperatūroje biokatalizatoriai praranda savo aktyvumą [3]. Procesas vykdytas esant tam pačiam pradiniam oleino rūgšties ir neopentilglikolio molių santykiui 1:1 ir vienodam lipazės kiekiui (5 % nuo mišinio kiekio), proceso trukmė 7 val. Proceso efektyvumas vertintas pagal oleino rūgšties kiekio sumažėjimą reakcijos terpėje. Gauti rezultatai pateikti 1 paveiksle. 382 Studentų moksliniai tyrimai 2011/2012

384 Atlikti palyginamieji esterinimo neopentilglikoliu tyrimai naudojant lipazę Novozym 435 padidinus reakcijos temperatūrą nuo 30 C iki 80 C. Iš tyrimų rezultatų matyti (1 pav.), kad temperatūros didinimas iki 70 C duoda teigiamą efektą, kaip teigia ir kiti užsienio mokslininkai [4]. Iš gautų duomenų matyti, kad nebetikslinga didinti proceso temperatūrą virš 70 C, nes biokatalizatorius praranda savo katalizinį efektyvumą, t. y. pradeda denatūruotis [5]. 1 pav. Temperatūros įtaka lipazės Novozym 435 efektyvumui Toliau buvo tirta, kaip įtakoja biokatalizatoriaus kiekis esterinimo procesą. Bandymai atlikti esant 70 C temperatūrai, Novozym 435 kiekis esterinimo reakcijoje didintas nuo 3 % iki 10 %, nors pagal mokslininkų tyrimus [6], koncentraciją galima didinti iki 15 %, bet tai neekonomiška. Pateikti rezultatai rodo, kad Novozym 435 kiekio didinimas teigiamai veikia esterinimo reakcijos išeigą. Padidinus biokatalizatoriaus kiekį iki 7 %, sureagavusios oleino rūgšties kiekis reakcijos mišinyje pasiekė 84 %, o padidinus iki 10 % lipazės koncentraciją, jos aktyvumas sumažėja dėl susidariusių produktų, kurie inaktyvuoja fermentą. Iš atliktų tyrimų matyti, kad optimali Novozym 435 koncentracija esterinimo neopentilglikoliu procese yra 7 %. Siekiant padidinti neopentilglikolio oleato išeigą, buvo ilginama proceso trukmė. Bandymai atlikti esant 70 C temperatūrai, Novozym 435 kiekis esterinimo reakcijoje 7 %, proceso trukmė 12 ir 24 val. Iš atliktų tyrimų matyti, kad tiek po 12 val., tiek po 24 val. oleino rūgšties kiekis esterinimo reakcijoje padidėjo. Buvo padaryta prielaida, kad didinant proceso trukmę vyksta grįžtamoji reakcija. Tolesniais tyrimais siekta įvertinti, ar įmanoma suesterinti visą oleino rūgštį taikant daugiapakopį esterinimo procesą, kas 5, 6 ir 7 val. pridedant 7 % Novozym 435, t. y. kas 5 7 val. nufiltruojamas reakcijos mišinys ir vėl įdedamas fermentas. Reakcijos sąlygos išliko tokios pačios. Esterinimo procesas vykdytas trimis stadijomis. Nustatyta, kad vykdant daugiapakopį esterinimo procesą kas 7 val. pridedant fermentą užtenka dviejų stadijų, o tuo tarpu kas 5 ir 6 val. reikia 3 stadijų. TECHNOLOGIJOS MOKSLAI 383

385 Buvo ištirtos gauto produkto neopentilglikolio oleato tribologinės savybės, taikant keturių rutulių tyrimą. Tyrimui naudota modernizuota tepamųjų medžiagų savybių vertinimo mašina MAST-1. 2 pav. Bazinių alyvų dilimo slopinimo savybės 3 pav. Bazinių alyvų trinties mažinimo savybės 4 pav. Tribologinio tyrimo metu susidarančios trinties kitimas Atlikti palyginamieji tribologiniai tyrimai naudojant neopentilglikolio oleatą (NPGO), rapsų aliejų (RA) ir mineralinę bazinę alyvą (SAE10). Nustatyta, kad esteris NPGO, lyginant su augalinės ir mineralinės kilmės bazinėmis alyvomis, pasižymi prastomis dilimo slopinimo savybėmis (2 pav.). Tačiau šis esteris puikiai mažina trintį (3 pav.). Vertinant trinties kitimą tyrimo metu (4 pav.) matyti, kad NPGO pasižymi nestabilia trintimi, tačiau tyrimo pabaigoje mažėjanti trintis rodo gerėjančias tepimo sąlygas. 384 Studentų moksliniai tyrimai 2011/2012

386 Literatūra [1] Salimon, J., Salih N., Yousif, E. Biolubricants: Raw materials, chemical modifications and environmental benefits European Journal of Lipid Science and Technology : pp [2] Lietuvos standartas LST EN ISO 660:2000. Gyvuliniai ir augaliniai riebalai ir aliejai. Rūgščių skaičiaus ir rūgštingumo nustatymas (ISO 660:1996). [3] Vakhlu, J., Kour, A. Yeast lipases: enzyme purification, biochemical properties and gene cloning Microbial Biotechnology 9 (1) 2006: pp [4] Åkermana, C.O., Hagströma, A.E.V., Mollaahmada, M.A., Karlssonb, S., Hatti-Kaula, R. Biolubricant synthesis using immobilised lipase: Process optimisation of trimethylolpropane oleate production Process Biochemistry : pp [5] Cabrera, Z., Fernandez-Lorente, G., Fernandez-Lafuente, R., Palomo, J. M., Guisan, J. M. Enhancement of Novozym-435 catalytic properties by physical or chemical modification Process Biochemistry 44 (2) 2009: pp [6] Hayes, D.G. Enzyme-Catalyzed modification of oilseed materials to produce eco-friendly products Journal of the American Oil Chemists Society 81 (12) 2004: pp TECHNOLOGIJOS MOKSLAI 385

387 PERISTALTINIO SIURBLIO SU PJEZOELEKTRINE PAVARA EKSPERIMENTINIAI TYRIMAI M. Juodėnas, Kauno technologijos universitetas V. Jūrėnas, Kauno technologijos universitetas Įžanga. Peristaltiniai siurbliai yra plačiai naudojami medicinoje, prietaisų gamyboje, chemijos ir maisto gamybos šakose. Tokie siurbliai pasižymi ypatingomis savybėmis: ilgą laiką gali dirbti sausai, užsipildo savaime su labai geromis įsiurbimo galimybėmis. Kadangi tokie siurbliai veikia vakuumavimosi principu, galima išgauti itin tikslų skysčio dozavimą [1, 2, 3]. Tam panaudota precizinė pjezoelektrinė sukamojo judesio pavara. Tokios pavaros pasižymi unikaliomis savybėmis: nanometro eilės skyra, gana plačiu darbinės temperatūros diapazonu, savistabda, didele greitaveika, galimybe dirbti elektrinių, magnetinių bei radiacinių laukų aplinkoje [4, 5]. Be to, pjezoelektriniai įtaisai yra paprastos konstrukcijos, mažų gabaritų ir svorio, naudoja minimaliai energijos. Pjezoelektrinis variklis. Peristaltinio siurblio rotoriaus sukimui buvo pasirinktas ultragarsinių virpesių pjezoelektrinis variklis. Tokiuose varikliuose paprastai sužadinami ultragarsinio dažnio rezonansiniai virpesiai, leidžiantys žymiai padidinti tokio tipo įrenginių efektyvumą. Pjezoelemente yra suformuoti penki elektrodai, kuriuos komutuojant galima keisti rotoriaus sukimosi kryptį. Peristaltinis siurblys. Tokiame siurblyje skystis juda lanksčia žarna, patalpinta apskritame siurblio korpuse. Vienas ar keli cilindrai, pritvirtinti per guolius prie rotoriaus, spaudžia žarną. Sukantis rotoriui, cilindrai stumia skystį išėjimo link, be to, žarnai atsistatant į normalią būseną po suspaudimo susidaro momentinis vakuumas, kuris greitai užpildomas nauju siurbiamu skysčiu [1, 3]. Tyrimai. Peristaltinio siurblio eksperimentinių tyrimų bendras vaizdas pateiktas 1 pav. Pjezoelementui valdymo signalas U(t) per stiprintuvą buvo paduodamas iš signalo generatoriaus. Tyrimai buvo atliekami palaipsniui keičiant vieną iš dydžių (signalo įtampos amplitudės kitimo dažnį (f, khz) arba įtampos amplitudę (U, V), kitą laikant pastoviu. 386 Studentų moksliniai tyrimai 2011/2012

388 1 pav. Eksperimentinių tyrimų stendas: 1 signalo generatorius Agilent 33220A; 2 įtampos stiprintuvas EPA-104; 3 peristaltinis siurblys; 4 pjezoelementas Rezultatai. Buvo nustatytas rezonansinis pjezoelemento virpesių dažnis, lygus 34,15±0,05 khz, prie kurio pjezoelektrinė pavara turi didžiausią efektyvumą (žadinimo įtampos amplitudė 70 V). Ištirta siurblio rotoriaus apsisukimų priklausomybė nuo harmoninio žadinimo signalo įtampos amplitudės, esant rezonansiniam dažniui. Nustatyta, kad optimali įtampos amplitudė 70 V. Taip pat buvo ištirta pjezoelemento valdymo signalo formos įtaka rotoriaus sukimosi greičiui. Nustatytas žymus siurblio rotoriaus sukimosi greičio padidėjimas, kai pjezoelemento valdymo signalas yra stačiakampės formos. Ypač tai pasireiškia prie didesnių žadinimo signalo amplitudžių (2 pav.). 2 pav. Siurblio rotoriaus sukimosi greičio n priklausomybė nuo pjezoelemento maitinimo įtampos amplitudės ir įtampos formos: a maitinama harmoninės formos signalu; b maitinama stačiakampės formos signalu. Signalo įtampos kitimo dažnis f = 34,15 khz TECHNOLOGIJOS MOKSLAI 387

389 Skysčio siurbimo tyrimais nustatytas didžiausias siurbimo našumas. Esant 34,15 khz dažnio ir 70 V amplitudės stačiakampės formos pjezoelemento žadinimui, pasiektas 300 ml/min siurbimo našumas. Išvados. Ištirtos pjezoelektrinio ultragarsinio variklio dinaminės charakteristikos. Didžiausias tiriamo siurblio našumas buvo pasiektas esant 34,15 khz dažnio ir 70 V amplitudės stačiakampės formos žadinimui. Tokiomis aplinkybėmis gautas maksimalus siurbimo našumas 300 ml/min. Literatūra. [1] [žiūrėta ]. [2] [žiūrėta ]. [3] [žiūrėta ]. [4] Bansevičius, R., Barauskas, R., Kulvietis, G., Ragulskis, K. Vibromotors for Precision Microrobots. Hemisphere Publishing Corp., USA, p. [5] Bansevičius, R. Piezomechanics as a component of mechatronics. The International Journal of Mechanical Engineering Education. 1996, Vol. 24, no. 1. ISSN p Studentų moksliniai tyrimai 2011/2012

390 NEURONINĖS SĄSASJOS SISTEMOS TYRIMAS M. Vasiljevas, Kauno technologijos universitetas R. Damaševičius, Kauno technologijos universitetas Įvadas Neuroninė kompiuterio sąsaja apima tiek kompiuterio smegenų sąsajos technologiją, tiek raumenų susitraukimas paremtą kompiuterio ar kito įrenginio valdymą. Kompiuterio smegenų sąsaja tai komunikavimo sistema, kuri smegenų generuojamas bangas verčia į kompiuterio ar kito skaitmeninio įrenginio valdymo komandas [1]. Smegenų generuojamos bangos vadinamos elektroencefalograma (EEG). EEG tai laike kintantys elektros potencialai, atsirandantys dėl smegenyse esančių neuronų ir jų junginių generuojamų biosrovių. EEG duomenys yra suskirstyti į atskiras grupes pagal dažnį. Bendras EEG duomenų dažnio diapazonas yra nuo 0,5 130 Hz. Kitas metodas priskiriamas neuroninės kompiuterio sąsajos technologijoms yra elektromiograma (EMG). EMG tai elektriniai potencialai atsirandantys susitraukiant raumenims ir yra generuojami nervų šaknelių esančių prie raumenų. EMG signalų dažniai svyruoja nuo 1 iki 2000 Hz. EEG signalai gali būti iškraipomi dėl raumenų judesių ir akių mirksnių atsirandančių trikdžių, todėl šiuos signalus apdoroti nėra paprasta, nes jie dažniausiai būna paskendę triukšmuose [4]. Nuskaitytiems EMG signalams taip pat būdingas didelis triukšmo lygis. Nuskaitytų duomenų triukšmų mažinimui naudojami skaitmeninių signalų apdorojimo (DSP) metodai, tokie kaip Furje transformacija, bangelių transformacija ir kt. Taip pat naudojamos įvairios filtravimo funkcijos (pvz., aukšto dažnio filtras ir kt.) ir kiti matematiniai metodai tokie kaip nepriklausomų komponentų analizė (ICA). Šiuo metu netiesiniai operatoriai tokie, kaip Teager-Kaiser energijos operatorius (TKEO) patraukė BCI srityje dirbančių mokslininkų dėmesį [2]. Šis operatorius taip pat naudojamas kalbos atpažinimo srityje [3]. Neuroninės kompiuterio sąsajos rezultatas dažniausiai yra duomenų klasė, kuri, priklausomai nuo sistemos, identifikuoja komandą, kurią turi atlikti kompiuteris ar kitas įrenginys. Norint užtikrinti sklandų sistemos darbą, reikia tiksliai atlikti duomenų klasifikavimą. EEG duomenų klasifikavimui naudojami pagrindinių komponentų analizės (PCA), Bayesian tiesinės diskriminanto analizės (BLDA), Fisher tiesinės diskriminanto analizės (FLDA), atraminių vektorių mašinos (SVM) metodai. TECHNOLOGIJOS MOKSLAI 389

391 Neuroninės kompiuterio sąsajos sistemos tyrimai Neuroninės kompiuterio sąsajos sistema susideda iš tokių pagrindinių komponentų: pirminio signalo apdorojimo, apmokymo procedūros ir signalo klasifikavimo (žr. 1 pav.). Neuroninės kompiuterio sąsajos veikimo tikslumas priklauso nuo duomenų nuskaitymo įrangos tikslumo, klasifikavimo metodo ir jo parametrų, pirminio signalo apdorojimo priemonių. Apmokymo procedūra EEG / EMG Pirminis signalo apdorojimas Signalų klasifikavimas Duomenų klasės 1 pav. Principinė neuroninės kompiuterio sąsajos schema Svarbus etapas neuroninės kompiuterio sąsajos sistemose yra pirminis signalo apdorojimas. Remiantis atliktais tyrimais, pirminiam signalo apdorojimui naudojant netiesinius operatorius TKEO signalo klasifikavimo tikslumą galima padidinti 4 % [4]. Signalo vaizdus prieš ir po apdorojimo galima pamatyti 2 pav. 2 pav. EEG signalas prieš ir po apdorojimo netiesiniu operatoriumi [4] 1 lentelėje pateikti klasifikavimo rezultatai gauti klasifikavimui naudojant SVM metodą su tiesine branduolio funkcija. Pirminiam apdorojimui buvo naudojami šie metodai: antros ir trečios eilės TKEO netiesiniai operatoriai ir ICA metodas. 390 Studentų moksliniai tyrimai 2011/2012

392 1 lentelė. Klasifikavimo rezultatai [4] Apdorojimo metodas Tikslumas Precizija Grįžtamasis ryšys F-metrika Neapdorotas signalas 74 % 0,69 0,78 0,73 Antros eilės TKEO 78 % 0,76 0,80 0,78 Trečios eilės TKEO 76 % 0,84 0,73 0,78 ICA 67 % 0,66 0,67 0,67 Literatūra [1] Hoffmann, U.,Vesin, J.M., Ebrahimi, T. IEEE 9th Workshop on Multimedia Signal Processing, 2007, p. 17. [2] Martišius, I., Damaševičius, R., Jusas, V., Birvinskas, D. Electronics and Electrical Engineering, 2012, 3(119), p [3] Nehe, N.S., Holambe, R.S. Third Int. Conf. on Industrial and Information Systems, 2008, p [4] Vasiljevas, M., Turčinas, R, Martišius, I. Informacinės technologijos 2012, 2012, p TECHNOLOGIJOS MOKSLAI 391

393 IMPULSINIŲ VALDIKLIŲ INDUKUOTŲ ELEKTROMAGNETINIŲ TRUKDŽIŲ ULTRAGARSINIO SIGNALO PERDAVIMO TRAKTE TYRIMAS M. Ragulskis, Kauno technologijos universitetas L. Svilainis, Kauno technologijos universitetas Nuotolinio duomenų surinkimo ultragarsinėse sistemoms būtinas pozicionavimas. Jis atliekamas naudojant variklius, siekiant efektyvumo varikliai paprastai valdomi impulsiniais valdikliais. Impulsinio valdymo signalo frontai yra statūs todėl impulsinių signalų spektras yra platus. Nutolusi dalis paprastai daroma kiek įmanoma lengvesne ir joje būna tik keitiklis bei pozicionavimo varikliai, taigi ultragarsinio signalo linija yra šalia variklių valdymo linijos. Kadangi linijos yra viena šalia kitos tarp jų atsiranda ryšys dėl, kurio impulsiniai variklių valdymo signalai sukelia trukdžius ultragarsiniame trakte. Ultragarsinio signalo stiprinimas paprastai yra didelis, todėl net nedideli trukdžiai gali ženkliai iškreipti naudingą signalą [1]. 1 pav. Automatizuotos ultragarsinės sistemos schema Kovoti su trukdžiu patekimu yra keletas būdų: linijos ekranavimas, teisingas žemės pajungimas bei paskirstymas, bendros žemės trukdžių filtravimas. Tiriamuoju atveju vyrauja induktyvinis ryšys. Vienas būdas kovoti su indukuotais trikdžiais yra neleisti jiems patekti į variklių valdymo liniją. Trukdžių patekimas į liniją yra mažinamas naudojant diferencialinius filtrus. 392 Studentų moksliniai tyrimai 2011/2012

394 Diferencialinis filtras, tai iš esmės yra dvi apvijos turinčios magnetinį ryšį ir yra jungiamos nuosekliai nueinančio ir grįžtančio signalo keliui. Skirtuminis signalas nėra veikiamas šio filtro. Poveikį daro tik apvijų varža, o bendros žemės trikdžius veikia sudėtinis induktyvumas. Didžiausias šio filtro impedansas yra ultragarsinių keitiklių veikimo dažnių diapazone (1 10 MHz) [2]. Naudojant tyrimo sistema (3 pav.) sudaryta iš valdiklio [3], tiriamųjų filtrų, bendros žemės srovės daviklio, ryšio linijos maketo, variklio ir spektro analizatoriaus. Buvo tiriama kiek filtrų naudojimas padeda sumažinti trukdžius patenkančius į liniją. 2 pav. Trukdžių ir filtrų tyrimo schema Bendros žemės trukdžiai keliauja kontūru, sudarytu iš valdiklio, filtrų, linijoje talpiniu būdu patenka į ekranavimą ir iš ekranavimo grįžta per bendrą žemę į valdiklį [4]. Srovės transformatoriuje tiriamąja linija tekanti srovė indukuoja įtampą, kuri išmatuojama spektro analizatoriumi ir vėliau perskaičiuojama į srovės trukdžius. a) b) 3 pav. Trukdžių naudojant filtrus (a) ir nenaudojant (b) palyginimas TECHNOLOGIJOS MOKSLAI 393

395 Didžiausias ištirtas trukdžių sumažėjimas (4 pav.) gautas naudojant sudėtinį filtrą sudaryta iš kondensatorių, feritinių filtrų, bei diferencialinio filtro. Tyrimai bus tęsiami ir toliau tiriant įvairias filtrų kombinacijas bei skirtingas kondensatorių talpas. Literatūra [1] Ragulskis, M. Telekomunikacijos ir elektronika, 2012, puslapiai [2] P0422NL dokumentacija: [3] DRV8412 dokumentacija: [4] Murata Manufacturing Co., Ltd. Application manual for Power Supply Noise Suppresion and Decoupling for Digital IC s. 394 Studentų moksliniai tyrimai 2011/2012

396 N-FENIL-N-tiazolil-β-alaninų poveikis miežių (Hordeum vulgare L.) vystymuisi in vitro O. Jasaitytė, Kauno technologijos universitetas I. Jonuškienė, Kauno technologijos universitetas Įvadas Miežiai (Hordeum vulgare L.) yra nuolatinių biotechnologinių mokslinių tyrimų objektas. Jie kaupia bioaktyvius junginius, pasižyminčius antioksidaciniu, antimikrobiniu, antivirusiniu, imuninę sistemą stimuliuojančiu ir kitais poveikiais. Žinoma, kad miežiai kaupia biologiškai aktyvias medžiagas. Juose yra kalcio, geležies, magnio, kalio, vitaminų E ir C, polifenolinių junginių. Miežiuose esantys flavonoidai pasižymi antioksidaciniu ir antimikrobiniu poveikiais. Mokslininkai ištyrė, kad miežių ekstraktai padeda gydyti ligas, todėl jie naudojami tiek gydymo, tiek profilaktikos tikslams. Antioksidacinių junginių miežiuose kaupimąsi lemia daug veiksnių. Pirmiausia jų kiekis, kaupimosi kiekybiniai ir kokybiniai dėsningumai priklauso nuo miežių rūšies, amžiaus, augimo ir vystymosi fazės bei ekologinių ir geografinių veiksnių. Šiuo metu yra ieškomi nauji metodai natūralių antioksidantų gavimui iš augalų. Natūralūs ir sintetiniai augalų augimo stimuliatoriai yra naudojami reguliuoti fermentų biosintezę, kurie yra atsakingi už metabolitų susidarymą augaluose bei augalų ląstelių kultūrose in vitro. Yra atliekami tyrimai su įvairiais sintetiniais β-alanino dariniais, siekiant atrasti naujų junginių, pasižyminčių augimo reguliatoriams būdingomis savybėmis ir įtakojančių metabolitų susidarymą. Darbo tikslas: ištirti N-fenil-N-tiazolil-β-alaninų poveikį miežių vystymuisi in vitro. Tyrimo metodika Miežių sėklos Beatrix buvo daigintos 7 paras tamsoje 25 C temperatūroje Petri lėkštelėse ant filtrinio popieriaus, sudrėkinto 2 ml, 0,5; 1; 1,5; 2 ir 2,5 mgl -1 koncentracijų tiriamaisiais tirpalais [1, 2]. Kontroliniam bandiniui naudotas sterilus distiliuotas vanduo. Buvo tirti organiniai junginiai, susintetinti KTU, Organinės chemijos katedroje (prof. V. Mickevičiaus): 1- N-Fenil-N-tiokarbamoil-β-alaninas; 2- N-Fenil-N-(5-okso-4,5-dihidro-1,3-tiazol-2-il)-β-alaninas; 3- N-Fenil-N-{4-[(4-bromofenil)metiliden]-5-okso-4,5-dihidro-1,3-tiazol-2-il}-βalaninas; TECHNOLOGIJOS MOKSLAI 395

397 4- N-Fenil-N-{4-[(4-dimetilaminofenil)metiliden]-5-okso-4,5-dihidro-1,3-tiazol- 2-il}-β-alaninas 5- N-Fenil-N-{4-[(4-chlorfenil)metiliden]-5-okso-4,5-dihidro-1,3-tiazol-2-il}-βalaninas 6- N-Fenil-N-4-[(fenilmetiliden)-5-okso-4,5-dihidro-1,3-tiazol-2-il]-β-alaninas 7- N-Fenil-N-(5-okso-4,5-dihidro-1,3-tiazol-2-il)-β-metil-β-alaninas 8- N-Fenil-N-(5-okso-4,5-dihidro-1,3-tiazol-2-il)-α-metil-β-alaninas Rezultatai Organinių junginių (1 8) poveikis miežiams in vitro pateiktas 1 3 paveiksluose. 1 pav. N-Fenil-N-{4-[(4-bromofenil) metiliden]-5-okso-4,5-dihidro-1,3-tiazol-2- il}-β-alanino poveikis miežių daigų aukščiui 2 pav. N-Fenil-N-{4-[(4-dimetilaminofenil) metiliden]-5-okso-4,5-dihidro-1,3-tiazol-2- il}-β-alanino poveikis miežių daigų aukščiui 3 pav. Visų tiriamųjų junginių atrinktų koncentracijų poveikis miežių daigų aukščiui in vitro 396 Studentų moksliniai tyrimai 2011/2012

398 Iš rezultatų matyti (3 pav.), kad labiausiai miežių daigų augimą skatino N-fenil- N-{4-[(4-chlorfenil)metiliden]-5-okso-4,5-dihidro-1,3-tiazol-2-il}-β-alaninas 2,5 mg/l koncentracijoje. Literatūra [1] Snow, A. M., Ghaly, A. E. American Journal of Environmental Sciences, 2008, 4 (2), [2] Slater, A., Scott, N., Fowler, M. Plant Biotechnology, Oxford university press, Oxford, 2003, 346. TECHNOLOGIJOS MOKSLAI 397

399 RGBY TETRACHROMATINIO PUSLAIDININKINIŲ ŠVIESOS DIODŲ (LED) ŠVIESTUVO APŠVIETIMO KOKYBĖS TYRIMAS O. Lyan, Klaipėdos universitetas E. Guseinovienė, Klaipėdos universitetas A. A. Bielskis, Klaipėdos universitetas J. Vaupšas, Klaipėdos universitetas Anotacija Pranešime tiriama puslaidininkinių šviesos diodų apšvietimo kokybė efektyviai panaudojant naujausias bei eksperimentines elektronikos technologijas prietaisų maitinimo, parametrų matavimo, bei eksperimentinius biofizinius neinvazinius prietaisus. Taip pat naudojama bevielė komunikacija tarp pagrindinio prietaiso, kompiuterių ir daviklių. Reguliuojamo polichromatinio RGBY (red, green, blue, yellow) LED eksperimentinio šviestuvo ir bevielio radijo modulio pagalba, bus valdomas polichromatinis RGBY LED apšvietimas laboratorinių patalpų darbo aplinkoje, kurioje gaunamas paketas duomenų iš daviklių ir matavimo įrenginių bei modulių, įvertinančių aplinkos apšvietimo ir klimato būseną, bei biofizinių prietaisų, įvertinančių personalo emocinę būseną. RGBY LED šviestuvo spalvos ir intensyvumo reguliavimas bei stabilizavimas orientuotas į kokybišką apšvietimą, palaikantį personalo emocinę būseną stabilia, esant skirtingoms aplinkos sąlygoms; arba kuo greičiau nuslopinantį būsenos sutrikimą po nenumatyto sudirgintojo, kuomet palaikomas elektros energijos taupymas, galios koeficiento koregavimas, stabilizuotas šviestuvo maitinimas bei efektyvus personalo darbas. Pagrindiniai žodžiai: apšvietimas, puslaidininkiai diodai, matavimas, šviestuvas, aplinka, patalpa, RGBY, LED, polichromatinis, daviklis, prietaisas, emocinė, būsena, stabilumas, energija, taupymas. Tyrimo objektas Tetrachromatinis baltos šviesos šviestuvas sudarytas iš atskirų matomo spektro spinduliuotės šaltinių (raudonos, žalios, mėlynos, geltonos). Prietaiso maitinimui stabilizuoti parenkamas arba konstruojamas maitinimo blokas pavaizduotas 3 paveiksle, kuris leidžia matuoti tinklo įtampą ir srovę, išlygina ir pakeičia į tinkamą nuolatinę reguliuojamą įtampą kiekvienam spalvos valdomam kanalui su srovės stabilizavimu arba impulso pločio moduliacija. Tinklo srovė I ir įtampa U yra nuolat matuojamos, iš gautų duomenų mikrovaldiklis skaičiuoja aktyviąją galią P, pilnutinę galią S, ir galios 398 Studentų moksliniai tyrimai 2011/2012

400 koeficientą cosφ, kurį bus stengiamasi palaikyti kuo arčiau vieneto. Taip pat matuojama kiekvieno spalvos kanalo srovė I sk. Nustatomos biofizinių matavimo prietaisų charakteristikos: kardio-, termo- ir dermogramos. Suderinamos žymiausios priklausomybės, naudojantis kuriomis bus nustatoma personalo psichinė būsena, ir apšvietimas suderinamas taip, kad nuolat būtų stabilus ir efektyvus darbui atlikti. Biofiziniai ir klimato matavimo prietaisai (1 pav.) schematiškai pažymėti davikliais ir prijungti šyna prie pirminio mikrovaldiklio ar kompiuterio. Biofiziniai davikliai gali būti su bevieliu ryšiu (planuojamas ZigBee [2] protokolas) [3]. Raudonas Maitinimo blokas Žalias Mėlinas Geltonas Daviklis 1 Daviklis 2 ANTRINIS CPU RADIO RYŠYS PIRMINIS Daviklis n CPU RF MODULIS RF MODULIS 1 pav. RGBY LED šviestuvo valdymo schema Tiriamasis personalas Tyrimo metu reikia įvertinti ir žmogaus akių jautrumą skirtingoms spinduliuotėms, nes keletas iš jų gali būti kenksmingos. Vaikams iki devynių metų labiausiai kenkia UV spinduliuotė (apie 2 % 320 nm, 1 % 340 nm). Būnant 5 valandas lauko dienos šviesoje, vaikams jau atsiranda poveikis jų akių tinklainei. Senstant vis rečiau į tinklainę patenka trumpų bangų spinduliuotės, t. y. akys tampa mažiau jautresnės ultravioletinei šviesai (65 metai 1 % 400 nm, 8 pav.) [1]. a) b) c) 7 pav. a) Kampinis žmogaus akies kirtimas; b) tinklainės schematinis vaizdas su lazdeliniais ir kūginiais šviesos receptoriais; c) Normalizuotas žmogaus akių tinklainės lazdelinių ir kūginių šviesos receptorių jautrumas spektrui ( TECHNOLOGIJOS MOKSLAI 399

401 Literatūra [1] Behar-Cohen, F., et. al., Light-emitting diodes (LED) for domestic lighting: Any risks for the eye? (N. Osborne, Ed.) Progress in Retinal and Eye Research(30 Issue 4), [2] Faludi, R. (2010). Building Wireless Sensor Networks (1ST ed.). (B. Jepson, Ed.) Sebastopol: O Reilly Media, Inc. [3] Jun, Y., & Wei, W. (2010). Digital Manufacturing and Automation (ICDMA), 2010 International Conference on. LED Lighting Control System Based on the Zigbee Wireless Network, pp ChangSha. 400 Studentų moksliniai tyrimai 2011/2012

402 Bioaktyvių medžiagų gavimo technologija iš augalų kultūrų in vitro P. Rudinskas, Kauno technologijos uniersitetas I. Jonuškienė, Kauno technologijos uniersitetas Įvadas Iš augalų kultūrų išskirti metabolitai yra tikslios cheminės sudėties, gryni ir natūralūs. Pasaulyje apie 40 % farmacinių produktų, naudojamų vaistų gamybai yra gaunami iš natūralių šaltinių. Paprastoji jonažolė (Hypericum perforatum L.) yra vienas svarbiausių augalų, kuris auginamas Europos ir Amerikos biotechnologinėse įmonėse. Linai (Linum usitatissimum) yra geras modelinis augalas biotechnologiniuose tyrimuose dėl mažo jų branduolio genomo. Sintetinamų bioaktyvių medžiagų kaupimą augalų kultūrose in vitro lemia daug veiksnių. Jų kiekis, kaupimosi kiekybiniai bei kokybiniai dėsningumai priklauso nuo augalo rūšies, genotipo, genetinės prigimties, amžiaus, augimo ir vystymosi fazės. Tikslas Patobulinti bioaktyvių junginių gavimo technologiją augalų kultūrose in vitro, išsiaiškinti, kurie bioaktyvūs junginiai pasižymi priešradiaciniu poveikiu. Tyrimo metodika Tiriamųjų augalų sėklos sterilizuotos 70 % etanoliu, NaClO ir 3 kartus perplautos steriliu distiliuotu vandeniu. Sėklos sudaigintos ant Murashige-Skoog (MS) terpės, o sudygę daigeliai skaidomi ir formuojamos kaliaus kultūros [1]. Kaliaus genezės tyrimams ir daigelių auginimui naudotos MS terpės su skirtingais fitohormonais. Taip pat naudoti KTU Organinės chemijos katedroje susitentinti augimo reguliatoriai (1 lentelė). 1 lentelė. Augimo reguliatoriai Fitohormonai Koncentracija, mg/l 1-naftilacto rūgštis (NAR) 1 6-benzilaminopurinas (BAP) 2 6-furfurilaminopurinas (Kin) 0,5 Augimo reguliatoriai Koncentracija, mg/l N-Fenil-5-[2-(4-metilfenilamino)etil]-1,3,4- tiadiazolo-2-aminas (IT-5-20) 0,5 3-(4-metilfenil)-1-fenil-3-{2-[5-(fenilamino)- 1,3,4-tiadiazol-2-il]etil}tiokarbamidas (IT-5-29) 0,5 TECHNOLOGIJOS MOKSLAI 401

403 Pagal metodikas [2, 3, 4] apdoroti augalų ekstraktai flavonoidų (pagal kvercetiną), chlorofilų a ir b bei karotinoidų tyrimams tirti spektrofotometriškai. Antioksidacinis aktyvumas prieš DPPH tirtas matuojant kaliaus ekstraktų sugertį 515 nm ilgio bangoms spektrometru [3]. UV poveikis tirtas laikant augalus (16 dienų) 15 h 312 nm ilgio bangų UV radiacijoje TELSTAR BV-100 laminare. Rezultatai Buvo nustatyta, kad linai ir jonažolės daugiausiai chlorofilų ir karotinoidų sukaupė augdami ant MS terpės. Jonažolėje buvo 2,6 karto daugiau chlorofilo a, 3,8 karto daugiau chlorofilo b ir 2,2 karto daugiau karotinoidų nei linuose (1 ir 2 pav.). Jonažolės, augusios ant terpių, turinčių IT-5-20 ir IT-5-29 augimo reguliatorių, sukaupė daugiau šių biologiškai aktyvių junginių nei linai atitinkamose terpėse. 1 pav. Chlorofilo a ir b, bei karotinoidų kiekis jonažolėse po 31 d. 2 pav. Chlorofilo a ir b bei karotinoidų kiekis linuose po 31 d. Flavonoidų kiekybiniam įvertinimui buvo naudoti linai ir jonažolės, augantys terpėse, turinčiose IT-5-20, IT-5-29 augimo reguliatorius. Taip pat buvo nustatytas UV poveikis jonažolėms ir linams, augusiems ant MS terpės. Rezultatai palyginti su ant MS terpės augusiais augalais (3 pav.). Matome, kad linuose, augusiuose terpėje su augimo reguliatoriais, flavonoidų kiekis didesnis nei jonažolėse atitinkamose terpėse. Po UV radiacijos flavonoidų kiekis lyginant su ant MS terpės augusiais augalais padidėjo apie 1,6 karto (linų ir jonažolės). Daugiau flavonoidų aptinkta jonažolėse. 402 Studentų moksliniai tyrimai 2011/2012

404 3 pav. Flavonoidų (pagal kvercetiną) kiekio palyginimas linuose ir jonažolėse in vitro Tirtas džiovinto linų kaliaus antioksidacinis aktyvumas prieš DPPH NAR (1 mg/l) + Kin (0,5 mg/l) terpėje (4 pav.). Nustatyta, kad didžiausią antioksidacinį aktyvumą turi linų kalius iš eksplantų lapų. 4 pav. Linų kaliaus, augusio NAR (0,5 mg/l) + Kin (0,5 mg/l) terpėjė antioksidacinio aktyvumo rezultatai Linų kaliaus biomasės prieaugio tyrimas parodė (5 pav.), kad per pirmus du mėnesius kalius augo panašiu greičiu visose augalo dalyse. Po trečio mėnesio daugiausia užaugo šaknų kaliaus. TECHNOLOGIJOS MOKSLAI 403

405 5 pav. Linų kaliaus biomasės prieaugis, augęs in vitro ant MS + NAR (0,5 mg/l) + Kin (0,5 mg/l) terpės Literatūra [1] Slater, A., Scott, N., Fowler, M., Plant biotechnology: the genetic manipulation of plants. Oxford University Press, Oxford, 2003, 346 psl. [2] Ермаков, А.И., Арасимович, В. В. // Методы биохимическово исследования растений. Мocквa [3] Daunoras, G. // Farmakopėjos straipsnių rinkinys. Kaunas, [4] Makkar, H. P. S., Siddhuraju, P., Becker, K. Plant secondary metabolites. Methods in molecular biology. Humana press Studentų moksliniai tyrimai 2011/2012

406 Biotechnologinio metodo taikymas gaminant biodyzeliną in situ R. Pocius, Aleksandro Stulginskio universiteto Aplinkos instituto Aplinkos technologijos cheminių ir biocheminių tyrimų laboratorija K. Kazancev, Aleksandro Stulginskio universiteto Aplinkos instituto Aplinkos technologijos cheminių ir biocheminių tyrimų laboratorija Vienas svarbiausių strateginių Europos Sąjungos (ES) politikos tikslų yra aplinkosauga. ES sutartis numato, kad šalių ekonominės plėtros politika turi būti grindžiama aplinkosauginiais kriterijais. Didelis dėmesys skiriamas šiltnamio efektą sukeliančių teršalų emisijų mažinimui [1]. Vienas iš sprendimo būdų biodegalų naudojimas. Biodyzelino vartojimo didėjimą stabdo aukšta jo savikaina. Įprastiniu būdu gaminant biodyzeliną nemaža dalis savikainos tenka aliejaus išgavimui bei gauto biodyzelino valymui. Peresterinimas in situ pasižymi tuo, kad aliejingoji medžiaga tiesiogiai liečiasi (kontaktuoja) su alkoholiu ir katalizatoriumi. Tai yra pagrindinis skirtumas nuo tradicinių peresterinimo metodų, kuriuose alkoholis ir katalizatorius reaguoja su jau išekstrahuotu aliejumi. Be to, peresterinant in situ, aliejaus ekstrakcija ir peresterinimas vyksta vienu metu. Alkoholis tokiu atveju yra ir ekstrahavimo tirpiklis ir peresterinimo reagentas [2]. Šios technologijos privalumas galimybė išvengti brangaus aliejaus ekstrahavimo ir valymo, o tai supaprastina esterių gamybą, ir sumažina gamybos kaštus [3]. Darbo tikslas: ištirti biotechnologinio metodo taikymo biodyzelino in situ gamyboje, panaudojant biobutanolį, galimybes. Nustatyti optimalias sąlygas ir gauto produkto atitikimą standarto LST EN reikalavimams. Tyrimų rezultatai. Nustatyti in situ biodyzelino sintezės parametrai (temperatūra, katalizatoriaus kiekis, butanolio / aliejaus santykis, laikas, vandens priedo būtinybė ir kiekis) siekiant gauti maksimalią riebalų rūgščių butilesterių išeigą. Katalizatoriaus ir vandens kiekis buvo skaičiuojami nuo aliejaus masės. Kaip pagrindinis analizės metodas siekiant nustatyti sintezės parametrų įtaką in situ procesui naudota plonasluoksnė chromatografija. 1 pav. pateiktas plonasluoksnės chromatografijos vaizdas. 1 pav. Katalizatoriaus Lipozyme TL IM kiekio įtaka esterių išeigai TECHNOLOGIJOS MOKSLAI 405

407 (RA rapsų aliejus; BO butiloleatas; 1 10 % katalizatoriaus; 2 20 %; 3 30 %; 4 40 %). Nustatyta, kad optimali šio proceso temperatūra yra 70 C, optimalus katalizatoriaus Lipozyme TL IM kiekis 30 % nuo aliejaus masės, aliejaus ir butanolio molinis santykis 1:500. Tikslus parcialinių gliceridų kiekis buvo nustatytas dujiniu chromatografu Perkin Elmer Clarus 500. Ištirtas gautų esterių atitikimas LST EN standarto reikalavimams. Gauti esteriai neatitiko standarto reikalavimų pagal atsparumą oksidacijai. Gautas indukcijos periodas buvo tik 1,2 val. (minėto standarto reikalavimas min 8 val.). Siekiant pagerinti atsparumą oksidacijai naudoti sintetiniai antioksidantai (2 pav.). 2 pav. Atsparumo oksidacijai priklausomybė nuo antioksidanto kiekio bei rūšies Iš tyrimų rezultatų matyti, kad geriausias iš naudotų sintetinių antioksidantų yra Ionol BF200, esant jo koncentracijai 3000 ppm, indukcijos periodas 10,02 val., tai atitinka standarto reikalavimui. Literatūra [1] LT:PDF. [2] Georgogianni, K. G., Kontominas, M. G., Pomonis, P. J., Avlonitis, D., Gergis, V. Conventional and in situ transesterification of sunflower seed oil for the production of biodiesel // Fuel Processing Technology, 2008; 89, p [3] Haas, M. J., Scott, K. M., Marmer, W. N., Foglia, T. A. In situ alkaline transesterification: an effective method for the production of fatty acid esters from vegetable oils // Journal of the American Oil Chemists Society, 2004, 81(1), p Studentų moksliniai tyrimai 2011/2012

408 FENANTROIMIDAZOLO DARINIAI ORGANINĖS ELEKTRONIKOS PRIETAISAMS R. Butkutė, Kauno technologijos universiteto Cheminės technologijos fakulteto Organinės technologijos katedra R. Lygaitis, Kauno technologijos universiteto Cheminės technologijos fakulteto Organinės technologijos katedra Pastarajame dešimtmetyje besivystant energiją tausojančioms technologijoms labai suintensyvėjo organinių šviestukų (OŠ) tyrimai. Dėl vis dar nepakankamo mėlynų šviestukų efektyvumo bandoma ieškoti naujų efektyvesnių mėlyną šviesą skleidžiančių dažiklių. Ypač įdomios yra kietoje būsenoje liuminescuojančios organinės medžiagos. Elektronikos prietaisams puikiai tinka organiniai junginiai turintys konjuguotą π-elektronų sistemą. Šių tyrimų objektu pasirinktas 9,10-fenantrachinonas, savo struktūroje turintis išplėstą π-elektronų sistemą. 9,10-Fenantrachinono dariniai, pvz., fenantroimidazolai, buvo sėkmingai panaudoti OŠ formavimui [1]. Cheminių reakcijų pagalba fenantroimidazolo dariniai gali būti nesunkiai modifikuojami prijungiant įvairius pakaitus, tokiu būdu sukuriant skirtingą chromoforo aplinką, kietos būsenos emisijai gauti, taip pat tikėtina, kad tokie modifikuoti junginiai bus stabilūs amorfinėje būsenoje. Tikslingai parenkant pakaitus galima suformuoti junginių šeimą ir ištyrus termines bei fotofizikines junginių savybes būtų galima nustatyti struktūros ir įvairių savybių priklausomybes. Mokslinių tyrimų užduotis buvo susintetinti fenantroimidazolo darinius su skirtingais pakaitais (karbazolil, difenilamino ir trifenilamino) organinės elektronikos prietaisų taikymams. Atlikta fenantroimidazolo darinių sintezė. Gauti galutiniai junginiai IIIa ir IIIb: TECHNOLOGIJOS MOKSLAI 407

409 Sintezė vykdyta pagal schemą: Schema. Fenantreno darinių sintezė: (a) TFMS rūgštis, N-jodsukcinimidas, 20 C, 6 val; (b) Br 2, C 6 H 5 NO 2, NaHSO 3, 120 C, 22 val; (c) C 6 H 5 NH 2, 9-etil-9H-karbazolil-3-karbaldehidas, CH 3 COONH 4, CH 3 COOH, 130 C, 45 val; (d) karbazolas, (t-bu) 3 P, Pd 2 (dba) 3, t-buona, toluenas, 110 C, 24 val. Pirmiausia prie 9,10-fenantrachinono 2 ir 7 padėtyse prijungti jodo atomai, halogeninimo reakcijos pagalba dalyvaujant N-jodsukcinimidui ir trifluormetanosulfoninei rūgščiai (Ia). Ib buvo gautas brominant, t. y. veikiant Br 2 ir NaHSO 3, tačiau šios reakcijos metu halogenų atomai jungiasi į 3 ir 6 padėtis. Po to vykdytas fenantroimidazolo žiedo formavimas dalyvaujant anilinui ir 9-etil-9H-karbazolil-3-karbaldehidui (IIa, IIb). Fenantroimidazolo 2,7 ir 3,6 padėtyse esantys halogenai paladžio katalizuojamų reakcijų metu pakeisti karbazolil pakaitais, tokiu būdu gauti IIIa, IIIb junginiai. Junginių struktūra įrodyta 1 H BMR ir IR spektroskopijų metodais. Ateityje planuojama praplėsti fenantroimidazolo darinių šeimą prijungiant difenilamino bei trifenilamino pakaitus ir ištirti gautųjų junginių termines, optines, fotofizikines ir fotoelektrines savybes. Iš geriausiu savybių rinkiniu pasižymėjusių junginių suformuoti organinius šviestukus. Literatūra [1] Chun-Jung Kuo, Ting-Yu Li, Chia-Chun Lien, Charng-Hsing Liu, Fang-Iy Wub and Min-Jie Huangb, J. Mater. Chem., 2009, 19, Studentų moksliniai tyrimai 2011/2012

410 SOCIALINIŲ AUTONOMINIŲ MOBILIŲ ROBOTŲ DARBO NIŠOS, YPATYBĖS IR KŪRIMO METODIKA R. Povilaitytė, Kauno technologijos universitetas dokt. T. Proscevičius, Kauno technologijos universitetas Pranešime apžvelgiama robotikos raida ir socialinių robotų vaidmuo joje. Pristatomos šiuolaikinių mobilių autonominių socialinių robotų ypatybės ir būdingiausi bruožai, siekiant juos efektyviausiai pritaikyti bendraujant su žmonėmis ir vykdant kitas numatytas šių robotų funkcijas: informacijos suteikimo, mokymo, aptarnavimo ir kt. Pristatomi sėkmingai įgyvendintų autonominių mobilių socialinių robotų bendravimo algoritmai, techniniai sprendimai, valdymo sistemų architektūros. Pranešime bus trumpai pristatomas Kauno technologijos universitete kuriamas autonominis mobilus socialinis robotas su hierarchine architektūra pagrįsta valdymo sistema, kurio paskirtis bus padėti orientuotis žmonėms prekybos centre. TECHNOLOGIJOS MOKSLAI 409

411 Vandentiekio ekonominis vertinimas darnioje gyvenamoje aplinkoje S. Ignatavičius, ISM vadybos ir ekonomikos universitetas M. Valentukevičienė, Vilniaus Gedimino technikos universitetas Šio darbo tikslas yra parengti moksliniais tyrimais pagrįsto vandentiekio įrengimo darnioje gyvenamojoje aplinkoje vertinimą pagal dabartinę Trakų rajono Rūdiškių miesto šakotinio vandentiekio tinklo situaciją bei pateikti rekomendacijas vandentiekio sistemos tobulinimui. Kostas Bithas [1] teigia, kad vandens trūkumo priežastys yra vis didėjanti populiacija ir ekonomikos pokyčiai, tačiau dar papildomai išskiria tokias priežastis: blogėjanti vandens kokybė, vandens ekosistemų būklės blogėjimas, didėjantis vandens poreikis sausros regionuose, didėjanti konkurencija dėl gėlo vandens išteklių prieinamumo. Siekiant įrengti vandentiekį darnioje gyvenamojoje aplinkoje, sudaromi darnios gyvenamos aplinkos kūrimo principais pagrįsti gėlo vandens išteklių valdymo planai, analizuojamos pakartotinio vandens sistemų įdiegimo galimybės vandentiekio tinkluose, nagrinėjamos vandentiekio įrengimui tinkamiausios medžiagos. Vandentiekio įrengimui darnioje gyvenamojoje aplinkoje pasitelkiamos modeliavimo programos. Modeliavimu galima įvertinti ekonominius, funkcinius-techninius, higienos ir net socialiniuskultūrinius aspektus, todėl būtų tikslinga ir Lietuvoje taikyti modeliavimą vandentiekio įrengimui kuriant darnią gyvenamąją aplinką. 1 pav. Vandens mėginių ėmimo vietos 410 Studentų moksliniai tyrimai 2011/2012

412 Projektuojant vandentiekį reikia parinkti optimalią sistemą, kurios įrengimas darytų mažiausią žalą aplinkai, naudoti statybos produktus, kurie tenkintų visas keliamas technines sąlygas bei turėtų teigiamą poveikį aplinkai ir žmonių sveikatai. Nustatyta, kad vandens kokybės pokyčius vandentiekio tinkle lemia vamzdynų medžiaga bei vandens užsistovėjimo laikas vandentiekio sistemoje. Limas ir bendraautoriai [2] teigia, kad elektros suvartojimas vandens išgavimo bei paskirstymo sistemose veikia aplinką. Tai yra priežastis, kodėl ne tik ekonomiškai vertinant vandentiekį, vandens išgavimo ir paskirstymo sistemų technologijos turi būti mažai imlios energijai. Remiantis modeliavimo duomenimis buvo pasirinktos tokios keturios Trakų rajono Rūdiškių miesto tyrimo vietos, kurios leistų nustatyti vandens kokybės pokyčius visame vandentiekio tinkle, ir jose imami vandens mėginiai, vandens kokybei nustatyti. Vandens mėginiai buvo imami kas valandą iki 19.30, į 1 litro talpos švarią plastikinę tarą. Vandens kokybės tyrimai buvo atliekami VGTU Vandentvarkos laboratorijoje. Buvo tiriamos amonio jonų, nitratų, nitritų, bendrosios geležies bei 1 pav. Vandens mėginių ėmimo vietos mangano koncentracijos vandenyje. Tyrimai buvo atliekami pagal standartinę metodiką fotometriniu metodu, naudojant MERCK sistemos Aqua-quant amonio, nitratų, nitritų, bendrosios geležies bei mangano koncentracijų nustatymo testus. Atlikus skirtingose vandentiekio vietose paimtų vandens mėginių tyrimus, padarytos išvados rodo, kad kol vanduo pasiekia vartotojus jo kokybė pablogėja. Panagrinėjus geležies koncentracijos pokyčius keturiose esminėse vandentiekio vietose, pastebėta tokia tendencija: požeminiame vandenyje, atitekėjusiame į II kėlimo siurblinę, yra didesnė geležies koncentracija negu vandentiekio bokšte, todėl kad vanduo vandentiekio bokšte nusistovi ir susidaro palankios sąlygos nuosėdoms iškristi. Iš vandentiekio bokšto tiekiamame vandenyje geležies koncentracija didžiąją dienos dalį neviršija HN nustatytos leistinos 0,2 mg/l vertės. Didesnio vandens suvartojimo valandomis geležies koncentracija tiekiamame vandenyje padidėja, nes pakitus vandens tekėjimo greičiui, bokšto rezervuare vanduo susidrumsčia ir išplaunami geležies junginiai. Pasitelkus modeliavimo programą, buvo nustatyta, kad siekiant sukurti darnią gyvenamąją aplinką, kurioje vartotojai gautų kokybišką vandenį, būtų galima: sumažinti vamzdynų skersmenis, sužiedinti tinklą, renovuoti vandens bokštą, atjungti vandens bokštą nuo sistemos, padidinti vandens suvartojimą, esamoje vandentiekio sistemoje papildomai įrengti slėginius vandens filtrus arba esamoje sistemoje įrengti slėginius vandens filtrus, kartu renovuoti vandens bokštą bei padidinti vandens suvartojimą. Išanalizavus visas modeliuotas situacijas paaiškėjo, kad dabartinė vandens tiekimo sistema Rūdiškių mieste neatitinka darnios gyvenamos aplinkos principų. Didžiausią įtaką vandens kokybei daro vandens užsistovėjimas vandentiekio bokšte. Iš Rūdiškių vandens bokšto ištekėjusiame vandenyje nustatyta 2,3 karto didesnė mangano, bei 2 kartus didesnė amonio jonų koncentracija negu į bokštą atitekėjusiame vandenyje. Mo- TECHNOLOGIJOS MOKSLAI 411

413 deliavimo rezultatai parodė, kad, jei vandentiekio tinklas būtų be vandens bokšto, tai vanduo iš vandenvietės iki tolimiausio vartotojo nutekėtų daugiau nei 2 kartus greičiau negu dabartinėje esamoje situacijoje; jei vandentiekio tinklas būtų be vandens bokšto ir su 2 kartus didesniu vandens suvartojimu, tai vanduo iš vandenvietės iki tolimiausio vartotojo nutekėtų 4 kartus greičiau negu esamoje situacijoje. Tačiau dabartinė sistema, kurioje yra vandens bokštas, yra mažiau imli elektros energijai. Papildomai įrengus slėginius vandens filtrus metinės išlaidos elektros energijai išaugtų 2,4 karto lyginant su dabar egzistuojančia sistema, bet vartotojus pasiektų kokybiškesnis vanduo. Atlikus darbą ir remiantis tyrimais, rekomenduojama esamoje sistemoje įrengti slėginius vandens filtrus, kad būtų pagerinta išgaunamo vandens kokybė arba renovuoti vandentiekio bokštą taip, kad nepakistų jame stovinčio vandens savybės. Studentas Saulius Ignatavičius dėkoja Lietuvos mokslo tarybai už Studentų mokslinės praktikos stipendiją. Literatūra [1] Bithas, K The sustainable residential water use: Sustainability, efficiency and social equity. The European experience. In Ecological Economics, 68: [2] Lim, S. R., et al Urban water infrastructure optimization to reduce environmental impacts and costs. In Journal of Environmental Management. 91 (2010): Studentų moksliniai tyrimai 2011/2012

414 KOMBINUOTOS NATŪRALIOS IR PRIVERSTINĖS KONVEKCIJŲ SĄVEIKOS LAMINARIŠKAI ORUI TEKANT KANALE SKAITINĖ ANALIZĖ S. Klenauskis, Kauno technologijos universiteto Mechanikos ir Mechatronikos fakultetas R. Poškas, Lietuvos energetikos instituto Branduolinės inžinerijos problemų laboratorija Natūralios ir priverstinės konvekcijų sąveika yra svarbus aspektas sprendžiant daugelio sričių (optimizuojant šilumos panaudojimą šilumokaičiuose, saulės kolektoriuose, geoterminėse sistemose, cheminiuose dangų nusodinimuose taip pat pagerinant elektroninių prietaisų aušinimo mechanizmą ir t. t) inžinerines problemas. Todėl yra atliekama daug tyrimų šioje srityje esant įvairioms kraštinėmis ir darbinėmis sąlygomis, siekiant, kad būtu užtikrinamas maksimalus šilumos atidavimas prie optimalių kanalo geometrijų. Ribinės sąlygos. Šiame darbe skaitiniu metodu ištirtas oro (įtekančio oro srauto temperatūra 293 K.) tekėjimas horizontaliame tuščiaviduriame stačiakampiame kanale (aukštis 30 mm, plotis 150 mm, ilgis 881 mm). Gauti skaitiniai rezultatai yra lyginami su eksperimentiniais rezultatais [1]. Šoninės sienelės yra nelaidžios šilumai. Apatinė sienelė yra kaitinama esant pastoviam šilumos kiekiui. Oras įteka į kanalą pastoviu greičiu. Atliekama skaitinė šilumos atidavimo analizė esant kombinuotam konvenciniam dujų tekėjimui keičiant Grashofo parametrus. Programinė įranga. Šiam darbui buvo naudojama grafinė programa Gambit ir modeliavimo programa ANSYS Fluent [2]. Ši programa apima daug fizikinių modeliavimo parametrų, kuriais galima apibūdinti tekėjimą, turbulenciją bei šilumos perdavimą. Tyrimo metodika. Kanalo modeliavimui naudojamas tinklelis, kurio matmenys 30x30x300. Tekėjimo parametrai apibūdinami Reinoldso skaičiumi Re=(w H)/ν, w oro tekėjimo greitis, H kanalo aukštis, ν kinematinė klampa; pakoreguotu Grashofo skaičiumi Gr*=(g β (T s -T ) H 3 )/k ν 2, g- laisvasis kritimo pagreitis, β- terminio plėtimosi koeficientas, T s maksimali skerspjūvio temperatūra, T vidutinė skerspjūvio temperatūra, k terminio laidumo koeficientas; Nuselto skaičiumi Nu=(h H)/k=(q H)/k (T s - T ), h šilumos perdavimo koeficientas, q šilumos srautas. Darbo rezultatai. Gauti skaitinio tyrimo rezultatai yra lyginami su eksperimentiniais rezultatais [1]. Abiejų tyrimų sąlygos yra identiškos: kanalo geometrija, įtekėjimo TECHNOLOGIJOS MOKSLAI 413

415 sąlygos, kaitinimo sąlygos ir t. t. 1 pav. pateikti skaitinio ir eksperimentinio tyrimo rezultatai, t. y., šilumos atidavimo kitimas pagal kanalo ilgį. Nagrinėtas oro tekėjimas prie pastovaus Re=250 bei dviejų Grashofo parametrų Gr*= ir Gr*= Sparčiausiai šilumos kiekis atiduodamas kanalo priekinėje dalyje, ten pat yra susidaręs ir mažiausias temperatūrų skirtumas tarp kaitinamos sienelės ir įtekančio oro temperatūros. Toliau tekant orui jo vidutinė temperatūra didėja ir vyksta mažesnis šilumos atidavimas. Pirmu atveju, kai Gr*=2 10 5, šilumos atidavimas nusistovi ties mm. Po to pradeda formuotis sūkurinis tekėjimas, kuris lemia spartesnį šilumos atidavimą kanale. Tai pastebima ties 720 mm. Maughan o ir Incroper os eksperimento metu gauti rezultatai skiriasi nuo skaitinių, kai Gr*= t. y. pradinėje kanalo dalyje eksperimentiniai duomenys išsidėsto žemiau lyginant su skaitiniais rezultatais. Abiem atvejais šilumos atidavimo nusistovėjimas įvyksta ties mm. Eksperimento metu šilumos atidavimas didėja sparčiau ir pasiekia didesnį maksimumą ties 750 mm, lyginant su skaitiniais rezultatais. 1 pav. Kaitinamo kanalo, šilumos atidavimo kitimas pagal ilgį, kai Re=250 ir įtekančio oro temperatūra T=293 K Antru atveju, kai Gr*= šilumos atidavimas mažėja iki 240 mm, o tada pradeda formuotis sūkurinis tekėjimas, kuris suaktyvina šilumos mainus ir pasiekia maksimumą ties 360 mm. Sekantis etapas tai sūkurinio tekėjimo slopimas. Pasiekiama minimali vertė ties 660 mm. Toliau sūkurinis tekėjimas vėl suaktyvėja, o maksimumas pasiekiamas prieš pat kanalo galą, 880 mm. Be to susidarę antriniai sūkuriai duoda didesnį šilumos atidavimą nei pirminiai sūkuriai. Eksperimento metu pirmasis šilumos atidavimo minimumas pasiekiamas truputį anksčiau nei skaitiniu atveju, ties 210 mm. Pirmas maksimumas toliau, ties 390 mm 414 Studentų moksliniai tyrimai 2011/2012

416 ir yra didesnis nei skaitinių tyrimų atveju. Gauti sekantys maksimumai ir minimumai žymiai skiriasi nuo skaitinių rezultatų. Antras minimumas 210 mm, maksimumas 600 mm, trečias maksimumas 750 mm. Lyginant skaitinius ir eksperimentinius rezultatus matyti, kad skiriasi Nuselto reikšmės, tačiau kreivių kitimo pobūdis yra panašus. Didėjant Grashofo skaičiui didėja ir susidarančių sūkurių kiekis ir Nuselto skaičiaus kitimas. Literatūra [1] Maughan, J., Incropera F. Regions of heat transfer enhancement for laminar mixed convection in a parallel plate channel, Heat mass transfer, 1990, vol. 33, [2] Ansys Fluent 12.0: user s guide TECHNOLOGIJOS MOKSLAI 415

417 Elektrono pernašos greičio konstantos nustatymas ant mišrių monosluoksnių T. Penkauskas, Vilniaus Gedimino technikos universitetas R. Budvytytė, Vilniaus universiteto Biochemijos institutas Dirbtiniai fosfolipidiniai sluoksniai ant kietų medžiagų paviršių pastaruoju metu intensyviai panaudojami kaip patogūs lipidinių membranų modeliai įvairiems biologiškai svarbiems procesams, tirti bei naujiems biosensoriams kurti. Ypač tyrinėjamos galimybės suformuoti prijungtas bisluoksnes fosfolipidines membranas (angl. tethered bilayer membranes, tblm) ant aukso elektrodo paviršiaus [1]. Chemiškai modifikuoti, hidrofobiški Au paviršiai lengvai inicijuoja savaiminį fosfolipidinio bisluoksnio formavimąsi bei sudaro kietą pagrindą jo stabiliam funkcionavimui [2]. tblm formuojama ant mišraus savitvarkio monosluoksnio (SAM), sudaryto iš prikabinimo molekulės (sintetinis fosfolipidų analogas) ir beta-merkaptoetanolio. Ant tokio pagrindo suformuota tblm turi gerai charakterizuotą joninį rezervuarą abiejose membranos pusėse, būtiną baltymų iterpimui ir detekcijai. Tam, kad nustatyti mišraus SAM kokybę ir architektūrą, kuri yra lemiamas faktorius funkcionalios ir kokybiškos tblm suformavimui, mes formavome mišrius savitvarkius monosluoksnius iš skirtingo ilgio prikabinimo molekulių: 1,2-dimeristil-3-[ωmerkaptoheksa(etileno oksido)] glicerolį (WC14) [1] ir 20-(Z-oktadeka-9-eniloksi)- 3,6,9,12,15,18,22-heptaoksatetrakont-31-en-1-tiolį (HC18) [3], o kaip skiediklį naudojome β-merkaptoetanolį. SAM analizavome ir charakterizavome, naudojant ciklinės voltamperometrijos (CV) ir elektrocheminio impedanso spektroskopijos (EIS) metodus ištiriant jų elektrines savybes: susiformavusio sluoksnio talpą, varžą, laidumą. Paviršinė tiolių koncentracija visais atvejais buvo ta pati (0,2 mm), tačiau skirtingi prikabinimo molekulių ir β-merkaptoetanolio santykiai. Kiekvieno suformuoto SAM atveju, panaudojant CV metodą, skaičiavome elektrono pernašos greičio konstantas (1 lentelė), remiantis gautomis kreivėmis (1 pav.). Elektrono pernašos buvo tiriamos kalio heksacianoferato (K 3 [Fe(CN) 6 ]) ir flavino mononukleotido (FMN) redokso reakcijose. 416 Studentų moksliniai tyrimai 2011/2012

418 1 pav. Tipinė CV kreivė skleidžiant potencialą skirtingu greičiu (nuo 10 iki 500 mv/s) 1 lentelė. Greičio pernašos konstanta skirtingiems prikabinimo molekulių (WC14 ar HC18) kiekiams WC14 HC18 Sintetinio fosfolipidų analogo koncentracija, % K₃[Fe(CN)₆] Redokso medžiaga Greičio pernašos konstanta FMN E E E E E E E E E E E E E E E E Elektrocheminio impedanso spektroskopijos (EIS) metodu buvo patikrinama kiekvieno suformuoto SAM talpa. Gauti rezultatai parodė, kad didinant prikabinimo molekulių (WC14 ar HC18) koncentraciją, elektrono pernašos greitis mažeja, o esant 100 proc. sintetinio fosfolipidų analogo elektrono pernaša nebe vyksta. Tokie pernašos rezultatai leidžia įvertinti mišraus monosluoksnio struktūrinius pokyčius, keičiantis prikabinančių molekulių, WC14 TECHNOLOGIJOS MOKSLAI 417

419 ir HC18, santykiniam kiekiui. Kuo suformuotas SAM turi daugiau inkarinio junginio (80 % ir 100 % atveju), tuo sunkiau elektronui praeiti pro sluoksnį, kas rodo tvarkingą molekulių susipakavimą. Tuo tarpu turint 20 % ir 30 % inkarinių junginių, elektronas pakankamai laisvai prieina prie paviršiaus, nes 80 % ir 70 % sluoksnio sudaro trumpos β-merkaptoetanolio molekulės. Didinant inkarinio junginio kiekį, sluoksnio talpa stipriai mažėja, abiejų prikabinimo molekulių (WC14 ar HC18) atveju. Literatūros [1] McGillivray, D.J., Valincius, G., Vanderah, D. J., Febo-Ayala, W., Woodward, T. J., Heinrich, F., Kasianowicz, J. J., Losche, M. Molecular-scale structural and functional characterization of sparsely tethered bilayer lipid membranes. Biointerphases. 2007; 2: [2] Krishna, G., Schutle, J., Cornell, A. B., Pace, R., Wieczorek, L., Osman, P. D. Tethered Bilayer Membranes Containing Ionic Reservoirs: The Interfacial Capacitance. Langmuir 2001; (17): [3] Budvytyte, R., Valincius, G., Niaura, G., Voiciuk, V., Stauffer Prabhanshu Shekhar, Frank Heinrich, H., Shenoy, S., Vanderah, D. J., Lösche, M. Anchor Molecules Affect Structure and Properties of Tethered Bilayer Lipid Membranes. PCCP BioFast. 418 Studentų moksliniai tyrimai 2011/2012

420 Žemės magnetinio lauko imitavimo stendo, skirto tirti magnetinių orientavimo sistemų parametrus, kūrimas ir tyrimas U. Ragauskas, Vilniaus Gedimino technikos universitetas D. Bručas, Vilniaus Gedimino technikos universiteto Kosmoso mokslo ir technologijų institutas Įvadas Mokslo problemos aktualumas. Dirbtinis žėmės palydovas yra dirbtinis kūnas, įtaisas, skriejantis aplink planetą. Palydovai suteikia reikiamą informaciją daugeliui sričių, tokių kaip: meteorologija, atmosferos stebėjimas, atsinaujinančių šaltinių energetika, navigacija, palydovinis ryšys, apsaugos sistemos, nano technologijos ir pan. Kuriant dirbtinius žėmės palydovus, naudojamos magnetinio lauko pozicionavimo sistemos. Šių sistemų patikrinimui, o tuo pačiu ir kalibravimui, reikalingas magnetinio lauko imitavimo stendas. Darbo tikslai ir uždaviniai. Darbo tikslas suprojektuoti magnetinio lauko imitavimo stendą, kuriuo būtų kuriamas pastovus, vienalytis magnetinis laukas. Magnetinio lauko imitavimo stendas turi gebėti kurti dukart stipresnį magnetinį lauką nei Žemės magnetinis laukas. Stendo viduje tūrėtų tilpti iki 30 cm dydžio objektai. Numatoma ateityje stendą naudoti įvairiems moksliniams tyrimams. Praktinė vertė. Šis stendas pasitarnautų įvairiems tyrimams, susijusiems ne tik su magnetinių orientavimo sistemų parametrų kalibravimu, tačiau ir su daugeliu kitų sričių: elektroninių kompasų kalibravimu; magnetinio lauko daviklių kalibravimu; nekontaktinių raktų kalibravimu; biomedicininių prietaisų kūrimu; magnetinių atmintinių kūrimu; mikromechaninių magnetinių sistemų patikra; mikro- ir nano- robotikos kūrimu. Apžvalga ir analizė Helmholtz žiedai kuria labai žemo dažnio stabilų magnetinį lauką, nuo 1,5 Gauss (ETS-Lindgren Model 6402M) iki 43,2 Gauss (ETS-Lindgren Model 6406S), kuris gali būti panaudotas įvairių prietaisų kalibravimui. Panašaus tipo sistemos yra Walker LDJ (square, triaxial helmholtz coil system; round, single axis, multi-coil helmholtz; round, triaxial helmholtz system), jos yra įvairesnių formų ir skirtingų orientavimo krypčių. Schwarzbeck Mess modeliai HHS , FESP 5132, HHS 5218 yra nuo 15 cm iki TECHNOLOGIJOS MOKSLAI 419

421 1,8 m skersmens. Jų parametrai skiriasi pagal tai, kam stendas bus naudojamas ir kokio dydžio prietaisai galėtų būti patalpinti į stabilų magnetinį lauką. Stendo konstrukcija ir techniniai parametrai. Magnetinio lauko stendas turi gebėti priimti 30cm ilgio kalibruojamus prietaisus. Todėl stendą pasirinkta daryti iš 0,625 m skersmens medžio plokštės, užtikrinančios stabilumą. Siekiant kuo stabilesnio magnetinio lauko, vengiama metalinių konstrukcijų, iškraipančių magnetinį lauką. Kryptis Žiedo spindulys Trys ašys 65 cm Apvijų skaičius 27 Naudoti laidai 1,5 mm 2 Maksimali magnetinė indukcija Įtampa Srovės stipris 10 Gauss 3 V 3 A Laido ilgis vienai apvijai 3,92m Reikalingas visas laido ilgis 213 m 1 pav. Magnetinio stendo konstrukcijos brėžinys ir fizikinės charakteristikos Išvados Darbo metu buvo atlikti magnetinio stendo projektiniai skaičiavimai, taip pat suprojektuotas magnetinis stendas. Teoriškai apskaičiuota magnetinio lauko indukcija B=1,166x10-4 T. Yra galimybė keisti magnetinio lauko indukcijos kryptį bei dydį, panaudojus skirtingas ašis. Numatoma stendą naudoti nano palydovų pozicianavimo sistemos kalibravimui. Literatūra [1] Keinys, S. (2006). Dabartinės lietuvių kalbos žodynas (šeštas leidimas). Vilnius: Lietuvių kalbos institutas. [2] Martinėnas, B. (2008). Fizika, vadovėlis (pp. 384). VGTU leidykla Technika. [3] Joseph, J., Stupak, Jr. (1995). A method of calibrating Helmholtz coils for the measurement for permanent magnets. Oregon, Oersted Technology, Tualation. [4] Trout, S. R. (1988, July 4). Use of Helmholtz Coils for Magnetic Measurements. IEEE Trans Magnetics, 24 (4), [5] Shashi, G. (2008). Design and construction of helmholtz coil for biomagnetic. Missouri, Columbia. [6] Ulaby, F. T., Fundamentals Of Applied Electromagnetics. Journal of Materials Processing Technology, Studentų moksliniai tyrimai 2011/2012

422 Rugių (Secale cereale L.) ir kviečių (Triticum aestivum L.) sėlenų ekstraktų, IŠSKIRTŲ skirtingo poliškumo tirpikliais, antioksidacinis aktyvumas V. Šulniūtė, Kauno technologijos universitetas P. R. Venskutonis, Kauno technologijos universitetas Funkcionaliojo maisto gamyba sparčiai besivystanti maisto pramonės sritis. Vis didesnę dalį naujai sukuriamų maisto produktų sudaro funkcionalusis maistas, kuris apibūdinamas kaip plataus vartojimo kasdien valgomas maistas be savo įprastos mitybinės vertės pasižymintis papildomu naudingu žmogaus organizmui fiziologiniu poveikiu. Lietuvoje tokio maisto gamyba ir vartojimas yra taip pat aktualus, nes šalyje dar gana aukštas, ženkliai viršijantis išsivysčiusių Europos šalių gyventojų statistinius rodiklius, sergamumas neinfekcinėmis, su mityba susijusiomis ligomis (širdies ir kraujagyslių, vėžio, osteoporozės, diabeto ir kt.). Vieni iš svarbiausių funkcionaliojo maisto komponentų augalinės kilmės bioaktyvūs junginiai, kurių panaudojimas tokių produktų sudėtyje yra vienas iš pagrindinių būdų suteikti jiems funkcionalumo. Todėl tokių komponentų paieška ir išsamus jų įvertinimas yra labai aktuali mokslinė ir praktinė tema. Įvairių rūšių grūdiniai augalai biosintetina tokius bioorganinius junginius kaip vitaminai, polifenoliai, flavonoidai, fitosteroliai ir kt. Didžioji jų dalis susikaupia išoriniuose grūdo sluoksniuose, kurie dažniausiai pašalinami grūdų technologinio perdirbimo metu, ypač gaminant aukštos kokybės miltus. Todėl įvairių grūdų sėlenos yra vertingas ir gausus bioaktyvių medžiagų šaltinis. Pagrindinis šio darbo tikslas: iš rugių (Secale cereale L.) ir kviečių (Triticum aestivum L.) sėlenų išskirti ekstraktus, naudojant skirtingo poliškumo tirpiklius, bei įvertinti šių ekstraktų antioksidacinį aktyvumą. Šiam tikslui pasiekti keliami tokie uždaviniai: taikant pagreitintos ekstrakcijos organiniais tirpikliais sistemą (ASE) iš rugių ir kviečių sėlenų išskirti ekstraktus, naudojant heksaną, acetoną bei metanolio ir vandens mišinį (80:20 %); spektrofotometriniu metodu nustatyti bendrąjį fenolinių junginių kiekį ekstraktuose, panaudojant Folin-Ciocalteu reagentą; palyginti ekstraktų antioksidacinį aktyvumą pagal jų gebą sujungti laisvuosius ABTS + ir DPPH radikalus; įvertinti sėlenų ekstraktų gebą redukuoti trivalentę geležį FRAP metodu. Rugių ir kviečių sėlenų bei jų frakcijų pagreitinta ekstrakcija buvo vykdoma esant 103,42 bar slėgiui ir 80 ºC temperatūrai. Didžiausios ekstrakto išeigos (6,83 10,56 %) TECHNOLOGIJOS MOKSLAI 421

423 buvo gautos ekstrahuojant rugių sėlenas ir jų frakcijas metanolio ir vandens mišiniu (80:20 %). Naudojant kviečių ir rugių ekstrakcijai heksaną ir acetoną išeigos buvo mažesnės. Bendrasis fenolinių junginių kiekis acetonu išskirtuose rugių ir kviečių sėlenų ekstraktuose buvo 2 kartus didesnis nei heksanu ir 3 kartus didesnis nei metanoliu išskirtuose ekstraktuose. Tokius rezultatus galima paaiškinti fenolinių junginių struktūros ypatumais nuo kurios priklauso jų tirpumas skirtinguose tirpikliuose: jie turi vieną ar daugiau aromatinį žiedą su įvairiais pakaitais ir šoninėmis grandinėmis, turinčiomis įtakos junginio poliškumui. Todėl gaminant ekstraktus buvo parinkti skirtingo poliškumo tirpikliai. Rugių ir kviečių sėlenų ekstraktų ir jų frakcijų antioksidacinis aktyvumas modelinėse DPPH ir ABTS + laisvųjų radikalų sujungimo sistemose bei trivalentės geležies redukavimo antioksidacinės gebos (FRAP) matavimo reakcijoje mažėjo tokia tvarka: acetonu išskirti ekstraktai > metanoliu išskirti ekstraktai > heksanu išskirti ekstraktai. Galima padaryti išvadą, kad atlikti tyrimai pakankamai išsamiai apibūdina rugių ir kviečių sėlenų ekstraktų ir jų frakcijų antioksidacinį potencialą, kuris galėtų būti panaudotas vertingiems maisto komponentams gaminti. 422 Studentų moksliniai tyrimai 2011/2012

424 KRAKMOLO JODOFORŲ STABILUMAS VANDENYJE IR JŲ ANTIMIKROBINIS VEIKSMINGUMAS V. Navikaitė, Kauno technologijos universitetas dr. J. Bendoraitienė, Kauno technologijos universitetas Įvadas. Jodoforai tai neėsdinančios, nedirginančios, netoksiškos medžiagos naikinančios plataus spektro bakterijas, todėl plačiai naudojamos medicinoje, buityje, žemės ūkio pramonėje kaip dezinfekavimo priemonės ar antiseptiniai preparatai [1]. Katijoninio krakmolo jodoforuose yra dvi potencialiu antibakteriniu poveikiu pasižyminčios dalys ketvirtinė amonio grupė ir į kompleksus įjungtas jodas. Krakmole keičiant katijoninių grupių kiekį galima reguliuoti molekulinio jodo atidavimą, tokiu būdu gaunant optimalų antibakterinį veiksmingumą [2]. Darbo tikslas ištirti dekstruguoto krakmolo (K) ir katijoninio krakmolo (KK) jodoforų stabilumą vandenyje ir jų antibakterinį veiksmingumą. Darbo rezultatai. Atlikus K ir KK (PL=0,06, 0,36, 0,66) oksidacinę destrukciją, panaudojant H 2 O 2, esant Fe 2+, gauti mažesnės molekulinės masės krakmolo dariniai, kurie gali sudaryti iki 10 % jodu prisotintus tirpius vandenyje jodoforus. Ištyrus krakmolo jodoforų stabilumą vandenyje 4 C temperatūroje uždaruose induose, nustatyta, kad stabiliausi yra katijoninio krakmolo jodoforai, kai PL=0,06 0,66, jodo nuostoliai po 30 parų sudarė 0,64 0,99 % (1 lentelė). Tiriant įvairių jodoforų tirpalų stabilumą, kito polimero vandeniniame tirpale (1 pav.) nustatyta, kad stipriausiai molekulinį jodą laiko KK d -I 2 (PL=0,06), o lengviausiai jodo netenka KK d -I 2 (PL=0,66) ir K d -I 2 (PL=0), kai išorėje yra KK d -I 2 (PL=0,66) tirpalas. TECHNOLOGIJOS MOKSLAI 423

425 I2 kiekis, mg Jodo nuostoliai Jodo kiekis polimero tirpale Jodo kiekis jodofore PL=0 PL=0 PL=0,06 PL=0,06 PL=0,36 PL=0,36 PL=0,66 PL=0, pav. 10 % jodoforų stabilumas kito polimero tirpale: 1 ir 8 - KK d -I 2 (PL=0,06); 2, 4 ir 6 - KK d -I 2 (PL=0,66); 3, 5 ir 7 - KK d -I 2 (PL=0) Iš jodoforų laisvo jodo reakcijos su L-tirozinu rezultatų (2 pav.) matyti, kad K d ir KK d (PL=0,06) stipriausiai laiko jodą komplekse, kai jodo kiekis nuo polisacharido (PS) masės 5 10 %, tačiau didėjant jodo kiekiui stebimas atvirkščias dėsningumas: didėjant PL jodo sulaikymas komplekse taip pat didėja k, l/mmol min Jodo kiekis nuo PS masės, % 2 pav. Jodoforų reakcijos su L-tirozinu greičio konstantos priklausomybė nuo jodo kiekio jodofore: 1 K d -I 2 (PL=0); 2 KK d -I 2 (PL=0,06); 3 KK d -I 2 (PL=0,36); 4 KK d -I 2 (PL=0,66) Išanalizavus cheminį jodoforų stabilumą, nustatytas jų antibakterinis veiksmingumas įvairioms bakterijų kultūroms. Iš tirtų 10 % krakmolo jodoforų vandeninių tirpalų geriausiu antibakteriniu veiksmingumu, gramteigiamų bakterijų atžvilgiu (B. ce- 424 Studentų moksliniai tyrimai 2011/2012

426 reus, S. aureus), pasižymi K d -I 2 (PL=0), o gramneigiamų (P. aeruginos, E. coli) KK d -I 2 (PL=0,36) (1 lentelė). 1 lentelė. Jodoforų stabilumas uždaruose induose ir jų antibakterinis poveikis skirtingoms bakterijų rūšims Jodoforas PL Jodo nuostoliai 4 C, % po 30 parų Minimali slopinamoji koncentracija: MSK, µg/ml B. cereus (+) S. aureus (+) P. aeruginosa (-) E. coli (-) Slopinimo zonos diametras*, mm S. aureus (+) E. coli (-) K d -I 2 0 2, KK d -I 2 0,06 0, KK d -I 2 0,36 0, KK d -I 2 0,66 0, KI-I 2-2, PVP-I 2-1, *- jodo kiekis bandinyje 1,4-1,5 mg Lyginant polimerų jodoforus matyti, kad didžiausia slopinimo zona S. aureus bakterijų atveju yra KK d -I 2, kai PL=0,36, mažiausia kai katijoninių grupių nėra. E. coli bakterijoms nustatyta, kad modifikuoto krakmolo jodoforų slopinimo zona siekia nuo 24 iki 40 mm. Krakmolo jodoforus lyginant su medicinoje plačiai naudojamu preparatu Povidonu (PVP-I 2 ), matyti, kad KK d -I 2 (PL=0,36) ir KK d -I 2 (PL=0,66) baktericidinės savybės geresnės negu PVP-I 2, o tirpalai stabilesni. Literatūra [1] Forsyther, S. J., Hayes P. R. Food hygiene, microbiology and haccp, 2000, P [2] Navikaitė, V., Bendoraitienė, J., Tirpūs krakmolo jodoforai // Chemija ir cheminė technologija, Kaunas, 2011, P TECHNOLOGIJOS MOKSLAI 425

427 DARŽOVIŲ PRIEDŲ ĮTAKA MĖSOS GAMINIŲ KOKYBĖS RODIKLIAMS V. Eisinaitė, Kauno technologijos universitetas D. Leskauskaitė, Kauno technologijos universitetas R. Vinauskienė, Kauno technologijos universitetas Siekdami patenkinti vartotojų poreikius, gamintojai nuolat ieško naujų technologinių sprendimų. Viena iš galimybių yra sintetinių priedų pakeitimas natūraliais. Tačiau svarbu, kad natūralūs priedai pasižymėtų analogiškomis funkcinėmis ir technologinėmis savybėmis kaip ir sintetiniai. Tyrimo objektais pasirinkti salierai, petražolės ir pastarnokai. Šios daržovės pasirinktos dėl to, jog geba sukaupti vitaminų, mineralinių medžiagų ir nitratų. Tam, kad daržovės išsaugotų nepakitusią biologinę vertę prieš tyrimą jos buvo džiovinamos pritaikant sublimaciją. Dėl sublimacijos proceso daržovėse esančios sausosios medžiagos susikoncentravo, todėl siekiant nustatyti jų kiekio padidėjimą, atlikta sublimuotų daržovių cheminės sudėties analizė. Nustatyta, kad salierų milteliuose, lyginant juos su pastarnokų ir petražolių milteliais yra didžiausia dalis baltymų (11,79 %) ir mineralinių medžiagų (10,03 %). O apskaičiuota energinė vertė didžiausia yra sublimuotose petražolėse (367,27 kcal). Lyginant teorinius žalių daržovių cheminės sudėties rodiklius su analogiškais sublimuotų daržovių rodikliais matyti, jog salierų milteliuose baltymų, angliavandenių ir mineralinių medžiagų kiekis padidėjo net ~9 kartus. Siekiant ištirti daržovių priedų įtaką mėsos funkcinėms savybėms, paruošti modeliniai maltos kiaulienos gaminiai su 0,5 %, 1 % ir 3 % salierų, petražolių ir pastarnokų priedu, rehidratuojant daržoves (santykiu 1:7). Ištyrus daržovių priedo kiekio ir rūšies įtaką vandens rišlumo gebai ir ph, nustatyta, kad didėjant daržovių priedo kiekiui modelinėse mėsos sistemose šių rodiklių vertės mažėja. Gaminiuose su salierų priedu vandens rišlumo geba sumažėja nuo 90,05 % iki 73,79 %, su pastarnokų priedu nuo 79,03 % iki 69,26 %, o su petražolių priedu nuo 87,76 % iki 72,25 %. Akivaizdu, jog mažiausiai vandens rišlumo gebos sumažėjimą įtakoja pastarnokų priedas. Kadangi daržovės yra linkusios kaupti nitratus, todėl natūralu, jog pridėdami daržovių priedo į modelinius mėsos gaminius, praturtiname juos ne tik baltymais, mineralinėmis ir skaidulinėmis medžiagomis bei vitaminais, bet ir tam tikru nitratų kiekiu. Pridėtinis nitrato kiekis yra nustatomas redukuojant mėsos ištraukos filtrato nitratus 426 Studentų moksliniai tyrimai 2011/2012

428 į nitritus, panaudojant metališkąjį kadmį. Tuomet į filtratą dedame sulfanilamido ir N-1 naftiletilendiamino dihidrochlorido. Jeigu yra nitritų, susidaro raudona spalva ir atliekami fotometriniai matavimai, kai bangos ilgis 538 nm. Naudojant šį metodą nustatytas didžiausias nitratų (15,97 mg/kg) ir nitritų (0,50 mg/kg) kiekis modeliniuose mėsos gaminiuose su 3 % salierų priedu. Gaminiuose su pastarnokų ir petražolių priedais nitratų kiekis buvo panašus ir siekė atitinkamai 5,71 mg/kg ir 5,12 mg/kg, o nitritų kiekis abiejuose gaminiuose nustatytas toks pat ~0,50 mg/kg. 1 pav. Daržovių priedo įtaka nitratų kiekiui modeliniuose mėsos gaminiuose Siekiant įvertinti pridėtinių medžiagų įtaką mėsos gaminių technologinių rodiklių pokyčiams brandinimo metu ir gautų produktų kokybei, pagamintos karštai rūkytos dešros su 3 % sublimuotų pastarnokų, salierų ir petražolių priedu, daržoves rehidratavus santykiu 1:7. Dešros prieš terminį apdorojimą buvo brandinamos 10 h (8 10 o C) temperatūroje. LAB spektrofotometriniu tyrimo metodu nustatyti spalvos rodiklių pokyčiai brandinimo metu parodė, kad dešros su daržovių priedais brandinimo metu rausvėjo ir tamsėjo, t. y. formavosi šiems gaminiams būdinga spalva. TECHNOLOGIJOS MOKSLAI 427

429 1 lentelė. Brandinimo trukmės įtaka dešrų spalvai Brandinimo laikas, h L* a* b* Kontrolė Dešros su pastarnokų priedu Dešros su petražolių priedu Dešros su salierų priedu Prieš brandinimą 61,90 ± 0,47 11,80 ± 0,14 12,60 ± 0,35 Po brandinimo 60,69 ± 0,17 16,86 ± 0,25 11,95 ± 0,27 Prieš brandinimą 58,23 ± 0,39 11,87 ± 0,19 14,72 ± 0,18 Po brandinimo 62,36 ± 0,24 17,76 ± 0,12 14,38 ± 0,62 Prieš brandinimą 58,04 ± 0,12 12,30 ± 0,02 14,88 ± 0,13 Po brandinimo 61,12 ± 0,35 17,29 ± 0,12 12,91 ± 0,32 Prieš brandinimą 60,51 ± 0,35 12,01 ± 0,49 15,18 ± 0,30 Po brandinimo 66,30 ± 0,04 16,30 ± 0,05 12,80 ± 0,04 Siekiant įvertinti bendrą pagamintų dešrų priimtinumą atlikta juslinė analizė, kurios metu buvo vertinti spalvos, aromato, skonio, elastingumo ir rišlumo rodikliai. Apklaustų vertintojų nuomone priimtiniausia dešra su petražolių priedu. Turinčios intensyviausią spalvą įvertintos dešros su daržovių priedais po 10 h brandinimo. Tolimesnių tyrimų eigoje naudojant jonometrinį metodą bus nustatytas sublimuotose daržovėse esantis nitratų kiekis. Taip pat nitritų, nitratų kiekių pokyčiai karštojo rūkymo dešrose viso brandinimo proceso metu ir įvertinta daržovių priedo rūšies įtaka šiems pokyčiams. Planuojama atlikti tekstūros profilio analizę (TPA), ir nustatyti glutamo rūgšties kiekio pokytį dešrose brandinimo metu. 428 Studentų moksliniai tyrimai 2011/2012

430 NANODALELIŲ IŠ KATIJONINIO KRAKMOLO IR ANIJONINIŲ MAŽAMOLEKULINIŲ JUNGINIŲ GAVIMAS IR SAVYBĖS V. Šinkūnaitė, Kauno technologijos universitetas J. Bendoraitienė, Kauno technologijos universitetas Modifikuotas krakmolas katijoninis hidroksietilkrakmolas (KOEK) turi teigiamo krūvio grupes ir su polianijonu: natrio tripolifosfatu (NaTPP) gali sudaryti polieletrolitinius kompleksus (PK). Susidarant šiems polikompleksams gali būti formuojami homogeniški tirpalai arba koloidinių dalelių suspensijos, bei nanodydžio dalelės [1, 2]. Įvairios sudėties polikompleksai susidaro vandenyje tirpaus KOEK (PL=0,33 ir PL=0,60) katijoninėms ketvirtinio amonio grupėms sąveikaujant su NaTPP anijoninėmis grupėmis: 1 schema. KOEK ir NaTPP polielektrolitinių kompleksų susidarymas Siekiant įvertinti KOEK ir NaTPP sąveiką bei susidarančių netirpių darinių dydį, iš pradžių buvo atliktas tirpalų drumstumo ir tirpalų klampos pokyčių įvertinimas (1 pav.). ηsav. 4,50 4 1,80 4,00 1,60 3,50 1,40 3,00 2 1,20 2,50 1,00 2,00 3 0,80 1,50 1 0,60 1,00 0,40 0,50 0,20 0,00 0,00 0,00 0,40 0,80 1,20 1,60 2,00 K, cm -1 1 pav. KOEK PL=0,33 /NaTPP (2, 4), KOEK PL=0,60 /NaTPP (1, 3) vandeninių mišinių drumstumo koeficiento K (3, 4) ir savitosios klampos (1, 2) priklausomybė nuo anijonų ir polikatijonų koncentracijų santykio. C KOEK = ekv/l. n - /n + TECHNOLOGIJOS MOKSLAI 429

431 Kaip matyti, į polimero tirpalą pridedant mažamolekulinio NaTPP priedo, klampa staiga mažėja, kai pasiekiama minimali η sav reikšmė, pastebimas drumstumas. KOEK makromolekulės sąveikaudamos su NaTPP kompaktizuojasi, polikatijono krūviai ekranuojami ir susidaro netirpios PK dalelės. Kai KOEK PL didesnis (PL=0,60) reikalingi mažesni NaTPP kiekiai pastebimam PK kompleksų susidarymui pasiekti. Tai gali būti dėl to, kad krakmolas, kurio PL didelis, dėl didesnio katijonų tankio makromolekulėje gali pilniau sureaguoti su priešjoniais, todėl pilniau realizuojasi krūviai. Didinant NaTPP kiekį drumstumas didėja ir pasiekus maksimumą, pradeda formuotis agregatai. Tai leidžia daryti išvadą, kad stabili opalescuojanti dispersija gaunama kai drumstumas nėra pasiekęs maksimalaus taško. Nustatyta polikomplekso susidarymo priklausomybė nuo ph (1 lentelė). Iš gautų rezultatų matyti, kad esant mažesniam KOEK pakeitimo laipsniui netirpūs PK susidaro esant didesniam n - /n +, kai PL=0,60, tokiam pat drumstumui pasiekti pakanka mažiau NaTPP. Didėjant ph vertei nuo 6 iki 11 netirpūs PK susidaro esant mažesniam n - /n + santykiui, o dalelių dydis išauga kartų. Kai terpė stipriai šarminė arba rūgštinė polimeriniai kompleksai nesusidaro. Didėjant ph vertei nuo 6 iki 11 netirpiems PK susidaryti reikia mažiau NaTPP, o dalelių dydis svyruoja nuo 100 nm iki 3 μm. 1 lentelė. ph įtaka netirpių polikompleksų susidarymui ir gautų netirpių darinių dydis Drumstumo pradžia Drumstumo maksimumas PL=0,33 PL=0,60 PL=0,33 PL=0,60 ph n - /n + Dalelių dydis, nm n - /n + Dalelių dydis,nm n - /n + n - /n , , , , , , , , , , , , C KOEK = ekv/l. Literatūra [1] Lankalapalli, S., Kolapalli V. R. M., Polyelectrolyte complexes: a review of their applicability in drug delivery technology, Indian journal pharmaticeutical scienes, 2009, 71(5); p [2] Le Corre D., J. Bras, Dufresne A., Starch nanoparticles: a review, Biomacromolecules, 2010, 11 (5), p Studentų moksliniai tyrimai 2011/2012

432 Sklandytuvo skrydžio spirale tyrimas V. Portapas, Vilniaus Gedimino technikos universitetas E. Lasauskas,Vilniaus Gedimino technikos universitetas Skrydis spirale termike ir sklendimas tarp termikų yra dvi skrydžio sklandytuvu dalys. Skrydis tarp termikų yra sklendimas žemėjant, kai sklandytuvu nuskrendama nuo vieno termiko iki kito. Tam, kad būtų galima sklęsti ilgą laiką, sklendimas turėtų būti pradedamas kaip galima aukščiau. Aukščiau pakilti galima dviem būdais: sklandytuvą išvelkant lėktuvu, tačiau tik aerodromo zonoje, arba išnaudojant gamtos teikiamus termikus. Būtent termikuose atliekamas skrydis spirale, kurio charakteristikos yra ypač svarbios norint kuo geriau išnaudoti sklandytuvo ir termiko savybes ir pakilti kaip galima aukščiau. Skrydžio spirale savybės nagrinėjamos nuo pat pirmųjų skrydžių sklandytuvu. Analizuotos skridimo spirale savybės priklausomai nuo posvyrio kampo bei spiralės spindulio, nagrinėtas sklandytuvo skrydžio spiralėje savybių gerinimas [1]. Taip pat skrydis spirale nagrinėjamas ir šiuolaikinėje inžinerinėje literatūroje. Analizuojamas tiek sklandytuvo kūrimas, tiek skridimo spiralėse įtaka kūrimo procese [2]. Šiame darbe nagrinėjamos sklandytuvų LAK-19 bei LAK-17 skrydžio spirale charakteristikos pagal tiesaus skrydžio bandymų metu gautus duomenis. Sklandytuvai yra populiarūs tiek Lietuvoje tiek už jos ribų, todėl šis straipsnis pagelbės sklandytojams atliekant skrydžius spirale. Straipsnyje analizuojamas sklandytuvo skrydis spirale, tyrimo metu naudoti tyrimo metodai, nubraižytos žemėjimo greičio priklausomybės nuo spiralės spindulio poliarės.

433 1 pav. Paveikslo informacija pranešimo tezėms spausdinama 11 dydžio Times New Roman šriftu, 1 eilutės intervalu. Literatūra [1] MacCready, P. B Improving thermal soaring flight techniques, Soaring Dec: [2] Thomas, F Fundamentals of sailplane design. Translated by J. Milgram. 3 rd ed. Silver Spring: The college park press. 286 p. ISBN Studentų moksliniai tyrimai 2011/2012

434 ŽEMĖS ŪKIO MOKSLAI ŽEMĖS ŪKIO MOKSLAI 433

435 NAFTOS PRODUKTŲ BIODEGRADACIJOS TYRIMAS PANAUDOJANT VEIKLŲJĮ DUMBLĄ R. Reikaitė, Klaipėdos universitetas V. Savickienė, Klaipėdos universitetas doc. dr. A. Žukauskaitė, Klaipėdos universitetas Įvadas Nafta ir jos produktais užterštas dirvožemis gali būti valomas įvairiais metodais. Aplinkosauginiu požiūriu tinkamiausias yra biologinis metodas, kai valymas atliekamas pasitelkiant naftą oksiduojančius mikroorganizmus [1]. Biologinis grunto valymo metodas nereikalauja didelių sąnaudų ir nesukelia antrinės taršos. Tačiau šis valymo metodas reikalauja papildomos priežiūros, tokios kaip, dirvožemio drėkinimo, aeravimo ir reikalingų maistinių medžiagų palaikymo [2]. Biologiniam valymui yra naudojami biopreparatai tai gyvos, selekcionuotos NOM kultūros, jų metabolizmo produktai, bei augimo terpės likučiai [3]. Biovalymas suaktyvėja pridėjus į dirvožemį veikliojo dumblo. Juo galima paspartinti biodegradacijos procesą, nenaudojant tam skirtų biopreparatų. Veikliajame dumble yra nedideli sunkiųjų metalų kiekiai, kurie apsunkina dumblo utilizavimą, o sumaišius jį su valomu dirvožemiu iš karto sprendžiamos dvi problemos greičiau valomas naftos produktais užterštas gruntas ir panaudojamos atliekos: veiklusis dumblas [4]. Todėl šio darbo tikslas buvo įvertinti veiklioj dumblo panaudojimo galimybes, valant užterštą dirvožemį naftos produktais. Tyrimo objektas ir metodika Tyrimo metu buvo dirbtinai imituotas dyzelino ir žaliosios naftos išsiliejimas dirvožemyje. Eksperimentui atlikti buvo panaudota 40 talpų, kuriose buvo po 5 kg (sauso svorio) dirvožemio. 10 talpų užteršta dyzelinu 15 g/kg ir 10 talpų 30 g/kg, taip pat užteršta žalia nafta 10 talpų 15 g/kg ir 10 talpų 30 g/kg. Aktyvesniam biodegradacijos procesui vykti buvo panaudotas aktyvusis dumblas iš Palangos miesto ir popieriaus gamybos įmonės nuotekų valymo įrenginių. Į valomąjį gruntą, (išskyrus 4 kontrolinius bandinius, kurie buvo užteršti tik naftos produktais), buvo įterpta 5 ir 10 % (sausam dirvožemiui) aktyviojo dumblo iš skirtingų šaltinių. Kiekvienam bandyminiam variantui buvo paruošta po 2 pakartojimus. Prieš supilant dirvožemį, veiklųjį dumblą ir naftos produktus į talpas, buvo matuojamas 434 Studentų moksliniai tyrimai 2011/2012

436 dirvožemio ir veikliojo dumblo drėgmė. Visi rodikliai buvo perskaičiuojami kilogramui sauso svorio. Eksperimento metu, vieną katrą per mėnesį buvo papildomi mitybinėmis medžiagomis N,K 6g/5kg trąšomis. Bandiniai buvo aeruojami juos maišant vieną kartą per savaitę. Taip pat palaikoma nuolatinė, ne mažesnė kaip 10 % dirvožemio drėgmė. Kartą per mėnesį buvo nustatinėjama liekamoji naftos produktų koncentracija chromatografiniu metodu (chromatografo markė detektorius kolonėlė). Rezultatai ir jų aptarimas Po keturių tyrimo mėnesių nuo pradinės 15 g/kg koncentracijos, dyzelino koncentracija, bandiniuose su 10 % Palangos miesto nuotekų dumblo sumažėjo iki 0,9 g/kg, o bandiniuose su 5 % dumblu 1,9 g/kg. Kontroliniuose bandiniuose koncentracija kito iki 10,4 g/kg. Bandiniuose, kuriuose pradinė dyzelino koncentracija 30 g/kg su 5 % Palangos miesto nuotekų dumblo, sumažėjo iki 7,9 g/kg, o bandiniuose su 10 % dumblo 5,6 g/kg. Kontroliniuose bandiniuose koncentracija kito iki 19,5 g/kg. Taip pat tyrimo metu buvo stebima žalios naftos koncentracijos kitimas. Esant 15 g/ kg žalios naftos kiekis bandiniuose su 10 % Palangos miesto nuotekų dumblo, sumažėjo iki 3,9 g/kg, o bandiniuose su 5 % dumblo 5,1 g/kg. Kontroliniuose bandiniuose 9,4 g/kg. Kai užterštumas 30 g/kg žalios naftos su 10 % nuotekų dumblu koncentracija sumažėjo iki 6,7 g/kg, o bandiniuose su 5 % 13,4 g/kg, kontroliniuose bandiniuose 21,4 g/kg atitinkamai. a) b) 1 pav. Dyzelino koncentracijų kitimas dirvožemyje: a) pradinė koncentracija 15 g/kg; b) pradinė koncentracija 30 g/kg ŽEMĖS ŪKIO MOKSLAI 435

437 a) b) 2 pav. Žalios naftos koncentracijų kitimas dirvožemyje: a) pradinė koncentracija 15 g/kg; b) pradinė koncentracija 30 g/kg Atlikus eksperimentą stebima tendencija, jog naudojant Palangos miesto nuotekų valymo įrenginių dumblą pasiekiamas didesnis išvalymo efektyvumas nei naudojant dumblą iš popieriaus gamybos įmonės. Išvados 1. Nustatyta, kad naudojant veiklųjį dumblą iš Palangos miesto nuotekų valymo įrenginių pasiekiami geresni biodegradacijos proceso rezultatai, negu panaudojus popieriaus gamybos įmonės valymo įrenginių dumblą. Naudojant 10 % Palangos dumblo, 15 g/kg dyzelinu užterštame grunte naftos koncentracija sumažėjo iki 0,9 g/kg. Naudojant 5 % veikliojo dumblo dyzelinu užterštame grunte koncentracija pakito iki 1,9 g/kg. 2. Eksperimento rezultatai rodo, kad efektyvu naudoti nuotekų valymo įrenginių veiklųjį dumblą skaidant naftos produktus grunte, tuo pačiu sprendžiant nuotekų dumblo utilizavimo problemą. Literatūra [1] Farinazleen, M. G., Raja, N. Z., Abdul R., Abu, B. S., Mahiran B Biodegradation of hydrocarbons in soil by microbial con,sortium. International Biodeterioration & Biodegradation.54: [2] Sanchez, M. E., Estrada, I. B., Martinez O., Villacorta, J. M., Aller, A., Moran, M Infruence of the application of sewagesludge, on the degradation of pesticidesin the soil. Chemosphere. 57: [3] Žukauskaitė, A.; Jakubauskaitė, V.; Belous, O.; Ambrazaitienė, D.; Stasiškienė, Ž Impact of heavy metals on the oil products biodegradation process, Waste Management & Research 26: [4] Su, W., Wu, B., Chen, W Characterization and biodegradation of motor oil by indigenous Pseudomonas aeruginosa and optimizing medium constituents. Journal of the Taiwan Institute of Chemical Engineers 42: Studentų moksliniai tyrimai 2011/2012

438 ŽIEMINIŲ RAPSŲ LIEKANŲ ALELOPATINĖ ĮTAKA DIRVINĖS PIENĖS SĖKLŲ DYGIMUI R. Bieliauskaitė, Aleksandro Stulginskio universitetas doktor. R. Čepulienė, Aleksandro Stulginskio universitetas jaunesn. moksl. darbuot. dr. Zita Kriaučiūnienė, Aleksandro Stulginskio universitetas Alelopatija tai vienų augalų poveikis kitiems, jų išskiriamomis skystomis ar dujinėmis fiziologiškai aktyviomis medžiagomis: fitoncidais, antibiotikais ir kt. [2]. Alelopatijos tyrimų pradininkas Lietuvoje prof. A. Lazauskas nustatė, kad piktžolių alelopatinis aktyvumas priklauso nuo piktžolių rūšių ir vandeninės ištraukos koncentracijos [1]. Remiantis šio mokslininko tyrimais buvo atlikti tyrimai su žieminių rapsų liekanomis po derliaus nuėmimo ir irusiomis dirvožemyje. Buvo tiriama kaip skirtingų liekanų įvairių koncentracijų ištraukos veikia dirvinės pienės sėklų dygimą. Modeliniai lauko ir laboratoriniai eksperimentai buvo atlikti pagal dviejų veiksnių schemą trimis pakartojimais. A veiksnys rapsų morfologinių dalių (kūlenų, ražienojų ir šaknų) skaidymosi dirvožemyje trukmė: 1) 0 mėn. (po derliaus nuėmimo); 2) 3 mėn. B veiksnys vandeninės ištraukos koncentracija liekanų sausos masės ir vandens santykis): 1) distiliuotas vanduo (kontrolė); 2) 1:10; 3) 1:50; 4) 1:250; 5) 1:1250; 6) 1:6250. Rapsų liekanos po derliaus nuėmimo buvo susmulkintos ir dalis palikta laboratoriniams eksperimentams, dalis sudėta į tinklinius plastmasės maišelius ir užarta modeliniame lauko eksperimente. Liekanų skaidymosi laikotarpis buvo baigtas, kai tris paras iš eilės dirvos temperatūra 20 cm gylyje nukrito iki +5 o C. Vėliau iš šių liekanų buvo ruošiamos vandeninės ištraukos ir atlikti laboratoriniai sėklų dygimo eksperimentai pagal A. M. Grodzinskio metodiką [3]. Tiriamos dirvinės pienės sėklos daiginamos ant filtrinio popieriaus, sudrėkinto nurodytų koncentracijų ekstraktais, Petri lėkštelėse. Tyrimai vykdyti 3 pakartojimais. Vertinant žieminių rapsų liekanų skaidymosi ir jų skirtingų ekstraktų koncentracijų poveikį dirvinės pienės sudygimui buvo nustatyta, kad žieminių rapsų kūlenų ištraukos ryškios įtakos dirvinės pienės dygimui neturi. Tik didžiausios koncentracijos (1:10) ž. rapsų kūlenų (po derliaus nuėmimo) ištrauka esmingai slopino šios piktžolės sėklų sudygimą (1 pav.). ŽEMĖS ŪKIO MOKSLAI 437

439 1 pav. Žieminių rapsų liekanų ištraukų įtaka dirvinės pienės sėklų dygimui Pastaba: tarp reikšmių pažymėtų skirtingomis raidėmis: a, b,... (veiksnys A skaidymosi laikas) ir žvaigždute: * (veiksnys B ištraukos koncentracija) skirtumai yra esminiai P 0,05. Žieminių rapsų ražienojų (po derliaus nuėmimo) ištraukos labai veikė dirvins pienės sėklų dygimą (1 pav.). Nustatyta, kad šių liekanų visų koncentracijų ištraukos esmingai sumažina šios piktžolės sudygimą. Žieminių rapsų šaknų ištraukos dirvinės pienės dygimą veikė nevienodai. Šių liekanų (po derliaus nuėmimo) ištrauka (1:50) esmingai 438 Studentų moksliniai tyrimai 2011/2012