Управление биомедицинских процессов
инженеры АСУ может иметь значительные последствия в области биомедицинских контроль, считают, Манфред Морарь из ETH Zentrum (Цюрих, Швейцария) и Андреа Джентилини (ранее в ETH, в настоящее время с The Boston Consulting Group, Цюрих). Биомедицинская инженерия быстро развивается за счет новых открытий в биологии, которые предоставляют новые приводы и датчики, а также лучшему пониманию биологических функций, что является необходимым условием для обратной связи дизайн контроллера. Кроме того, существует очень мало пользы автоматического управления в настоящее время. Таким образом, благодаря их подготовки инженера-химика, инженеров-технологов контроля в хорошем положении, чтобы воспользоваться возможностями в этой области, говорят они. Две проблемы, представляющие особый интерес к ним контроль глюкозы в крови с помощью автоматической доставки инсулина и автоматизации анестезии.
Контроль введения инсулина. Два пути для поставки инсулина находятся на рассмотрении для использования в замкнутой системе (т. е. "искусственной поджелудочной железе") - подкожный маршрута и внутривенное введение. Хотя оба эти методы значительно уменьшить инъекций боли, они проявляют свои преимущества и недостатки с точки зрения долгосрочной надежности и краткосрочные меры. Основным препятствием на пути преодоления, однако, до искусственной поджелудочной железе становится реальностью является разработка надежного датчика глюкозы.
Технические недостатки, датчиков и исполнительных механизмов, расположенных за пределами бассейна крови может быть полностью избежать путем преобразования глюкозы / инсулин регулирования проблемы в эндогенной системы обратной связи (ENFS), где все элементы системы обратной связи лежат внутри тела. Это будет возможно благодаря технологии контролируемой доставки наркотиков, где датчик и привод расположенные внутри кровеносных бассейн. При таком подходе, инсулин будет циркулировать в крови покрыта синтетический полимер, который набухает или разлагается в кислой среде.
Стратегии борьбы в анестезии. Клиническая анестезия может рассматриваться как система управления с обратной связью, где анестезиолог представляет собой алгоритм управления. Во время операции, анестезиолога управляет наркотиков и регулирует различных медицинских приборов для контроля мышц пациента релаксации, обезболивание и гипноз, чтобы компенсировать эффект хирургического манипуляции и потери крови, а также для поддержания жизненно важных функций пациента.
Некоторые из мероприятий, подлежащих регулированию являются качественными по своему характеру и, следовательно, должны быть оценены путем сопоставления их с имеющимися физиологических мер. Хотя некоторые датчики имеются, корреляция по-прежнему вызывает яркие дискуссии. Несколько дополнительных исследований проблем, связанных с наркозом контроля затрагивает моделирования и идентификации, системы обучения, обработки сигналов и оценки, многоцелевой ограниченного контроля и безопасности критически важных систем реального времени.
Более подробное обсуждение проблем и возможностей в области биомедицинских процесса управления можно найти в октябрьском номере журнала Айше д-р Морарь также обсудят эту тему на Айше ежегодном совещании в Рино, Невада, ноябрь 4-9.
Оценка неопределенности и управления рисками в R
Управление исследований и разработок трубопровода организации предполагает принятие решений в отношении выбора портфеля и проекта планирования задач в условиях значительной неопределенности и все ограниченные ресурсы бассейна. В наиболее общем виде, врожденная проблема оптимизации управления стохастическим дискретных событий динамической системы (DEDS), что является ориентированной на конечный результат и с ограниченными ресурсами, объясняет Джозеф Ф. Pekny, профессор химической инженерии в Университете Пурдью Univ. (Западный Лафайет, IN).
Pekny, вместе со своими коллегами аспирант Dharmashankar Subramanian и профессор Рекс Reklaitis, разработали новую архитектуру вычислительной называется моделирования основе оптимизации (Sim-Опт). Sim-Опт сливается комбинаторной оптимизации и дискретной мероприятие системы моделирования для оценки неопределенности и контролировать риск присутствует в R
Подробное обсуждение Sim-Опт и ее реализации можно найти в октябрьском номере журнала Айше.
Пора Обезвоживание Портные молекулярным ситом Размер
Команда инженеров и ученых во главе с Михаилом Tsapatsis, доцент кафедры химической технологии в Univ. Массачусетс (Амхерст), и Стивен М. Kuznicki, старший научный сотрудник Энглхард корпорации (Iselin, NJ), показали, что титан силикатных молекулярное сито известен как ETS-4 (синтезированы и запатентованы Kuznicki) имеет гибкую структуру, которая может систематически контракт с обезвоживанием при повышенных температурах (Nature, 412 (6848), с. 720-724, 16 августа 2001). Эти рамки сокращения можно манипулировать наладить эффективную размер пор, дающие доступ к внутренней части кристалла, говорит Tsapatsis. Это "молекулярных ворот" эффект может быть использована для портного адсорбции материала свойства для разделения же размеров молекул в диапазоне 3-4, таких как азот / метана, аргона / кислорода и азота / кислорода, объясняет он. Хотя подобные гибкости рамках наблюдается в ряде других цеолитов, это первый раз было сообщено, для смешанного октаэдрических / тетраэдрических молекулярных сит, как ETS-4, отмечает он.
Tsapatsis разъясняет, что ETS-4 можно считать термически неустойчивых молекулярных сит. Предыдущие исследователи сообщили, что пора разрушается структура при дегидратации. Тем не менее, Tsapatis и его коллеги показали, что если обезвоживание выполняется, и внимательно следить, оно открывает новую область науки и интересных приложений, и это, по его мнению, может изменить способ люди смотрят на других "нестабильный" молекулярные сита.
Engelhard работает подразделение полевой демонстрации использования молекулярных явление ворота для удаления азота из природного газа на устьевое давление. Это обновление 210000 scfh природного газа, содержащего 80-150 м.д. воды содержание азота 18% до менее чем 5%, а метана не менее 90%. Сейчас ученые пытаются расширить спектр коммерческих разделения с использованием этих материалов и изготовления мембран ETS-4.
Еще один шаг ближе к инсулину Pill ...
Инженеры-химики в Пердью Univ. (Западный Лафайет, IN) разрабатывают метод принимаете инсулин и другие лекарства, устно, а не с помощью инъекции. В настоящее время такие лекарства нельзя перорально, потому что они расщепляются в кислой среде желудка.
Чтобы избежать этой проблемы, Н. А. Peppas, профессор химического и биомедицинской инженерии, а также аспирант Аарон Фосс внесли микроскопические (около 1 микрона в диаметре) частиц для доставки лекарств, которые защищают лекарства от суровой окружающей среды желудка. Когда частицы попадают в менее кислой среде верхнего тонкого кишечника, они расширяют и применить химическое тросом зацепить слизистых областях и клетки, которые выстилают кишечник. Тросов предотвращения желудочных кислот от разрушения частиц и частиц держать якорь достаточно долго, лечение будет выпущен в тонкую кишку, где она поглощается капилляров в кровь. Частицы затем промыть естественно, пищеварительной системы организма после выпуска их лечения. Кроме того, частицы не являются токсичными для клеток в кишечнике, Peppas добавляет.
Peppas и Фосс протестировал частиц в "физиологической среде", который имитирует кислотности нашли в желудке и кишечнике. Частицы остаются ограниченными, защищая инсулина внутри, по крайней мере два часа в очень кислой живот-среде, что было бы достаточно времени для их перейти из желудка в кишечник, Фосс объясняет. Потом, когда кислотность была уменьшена до уровня, сопоставимого с верхней малого кишечника, частицы расширена, что позволяет избежать инсулин, отмечает он.
Исследователи в настоящее время изучение частиц из различных материалов, чтобы узнать, как оптимизировать технику.
... И датчика глюкозы и инсулина Диспенсер
В рамках другого проекта Peppas работает с аспирант Марк Бирн для создания биологического датчика глюкозы, что может оказаться полезным для "умных доставки лекарств" устройства. Они сформировали сетку типа "биомиметических" гель, содержащий молекулы глюкозы, а затем использовали слегка кислой химического удаления глюкозы, оставляя за собой места, где глюкозы раньше. Если поместить в жидкости, такие как кровь, глюкоза в жидкости диффундирует в гель и связывается с пустого пространства.
Искусственный зондирования механизмы могут в один прекрасный день будут включены в имплантированных медицинских устройств внутри корпуса диабетических пациентов, Бирн предсказывает. Чувствительный механизм будет частью сетчатая содержащий лекарства, в многочисленных микроскопических полостей. Зондирования глюкозы в крови может автоматически инициировать сетчатая расширения, открывая поры и выпуск инсулина или лекарств, которые позволили бы тела более эффективно поглощать инсулина. Потом, когда капли уровень глюкозы, полимерный гель бы остановить выпуск инсулина, объясняет он.
Такие приложения, вероятно, будет по крайней мере 5 лет в будущем, отмечает он. Он и Peppas также работают на системах, которые связывают других молекул, которые являются важными для лечения других заболеваний.
Светящиеся в темноте обнаружения загрязнения
Команда ученых на Бригама Янга Univ. (BYU; Прово, Юта) создали молекулы, которые светятся при наличии определенных загрязняющих веществ металла. Это может привести к раннего оповещения, которая обнаруживает загрязнения питьевой воды и отходов, прогнозирует Paul B. Savage, адъюнкт-профессор химии. Современные методы отслеживания металлов в воде, трудоемкий и может быть очень медленным, говорит он. "Наша работа позволяет нам создать датчик, который постоянно измеряет металла в пробе воды, как она протекает путем, что делает его легче реагировать на любые проблемы быстро".
Для обнаружения таких металлов, как цинк в воде, BYU исследователи создали первый соединений, искать и связываться с ионами металлов. Тогда они создали малые молекулы, которые крепятся к metalbinding соединений. Эти молекулы выявить наличие связанных ионов металла ярко светящийся при ультрафиолетовом свете освещается на них. Если ни один ион металла связан, соединения остаются темными. Цвет свечения зависит от типа и концентрации ионов металлов настоящее время.
Планы ведется разработка устройства, которые позволят промышленным предприятиям и очистных сооружений, чтобы отслеживать концентрации ионов металлов в воде и отходов с течением времени, Savage говорит.
Проектирование коллоидов с заданными свойствами
Выводы, сделанные НАСА, финансируемые исследования в области материаловедения в Univ. штата Иллинойс в Урбана-Шампейн может изменить способ, электроника, краски, косметика и фармацевтической промышленности, разработки продуктов, предсказывает, Дженифер Льюис, профессор материаловедения и инженерии. Она и ее коллеги разработали процесс, который стабилизирует коллоидной суспензии для предотвращения частиц в противном случае самоорганизации, или коагулирующих в неупорядоченных желеобразной структуры. Они называют этот подход "наночастицы haloing".
команды Льюис изучал эффекты весьма напряженной наночастиц на поведение пренебрежимо заряженные коллоидные смеси микросфер, что переход из коллоидного геля для стабильной жидкости и обратно в коллоидных гелей с ростом дополнений наночастицы. "Мы объясняем перехода к стабилизации наночастиц haloing вокруг микросфер, которая служит для смягчения их большие расстояния Ван дер Ваальса притяжения", объясняет она. Стабильность работы системы в конечном счете, отменил на более высоких объемов фракций наночастиц, где флокуляции вытекает из-за истощения сил энтропийной, говорит она.
По пошив взаимодействия между частицами, исследователи смогли спроектировать желаемую степень коллоидную устойчивость в смеси. "Это означает, что мы можем создать дизайнер коллоидных жидкостей, гелей и даже кристаллы", отмечает Льюис, и "эта возможность дизайнер поможет нам в разработке более совершенных материалов".
