Язык статьи - русский
Ссылка для цитирования: Исаева А.А., Исаева Е.А., Пантюков А.В. Пространственно-селективная спекл-коррелометрия кинетики температурно-зависимых процессов гелеобразования // Научно-технический вестник информационных технологий, механики и оптики. 2017. Т. 17. № 6. С. 1011–1017. doi: 10.17586/2226-1494-2017-17-6-1011-1017
Аннотация
Показано применение метода спекл-коррелометрии полного поля с использованием локализованного источника зондирующего излучения и пространственной кольцевой фильтрации для исследования динамических термически активированных процессов в гелеподобных структурах, содержащих субмикронные частицы и наночастицы. Спекл-модулированные изображения содержат информацию о процессах, протекающих внутри исследуемой среды, поэтому эффективно применяются в биомедицине и материаловедении. Процесс перехода из лиозоля в гель рассмотрен в средах на основе водного раствора технического желатина (объемная доля технического желатина 0,28%), содержащего частицы диоксида титана TiO2(объемная доля частиц TiO2 равна 0,1% и 0,01%) и водного раствора пищевого желатина (объемная доля пищевого желатина 0,3%) с включениями нанонаночастиц диоксида титана TiO2 (объемная доля частиц TiO2 равна 0,1% и 0,01%). Температура среды в ходе структурного превращения системы «золь-гель» варьировалась в пределах от 50 до 25 ○С. Для оценки экспериментально полученных меняющихся в пространственно-временном интервалах флуктуаций интенсивности обратно рассеянных спекл-полей использован корреляционный метод анализа и формализм структурных функций Колмогорова. Получены оценки температур, при которых происходит активация процесса перехода от лиозоля к гелю для технического и пищевого желатинов. Подобный подход может быть успешно применен для исследования динамических систем, например, демонстрации броуновского движения частиц.
Ключевые слова: рассеяние, спеклы, корреляционная функция, структурная функция, гидрогели
Благодарности. Работа выполнена при финансовой поддержке Министерства образования и науки Российской Федерации, РФФИ (грант № 16-02-00458). Коллектив авторов выражает благодарность И.П. Гурову, Н.Б. Маргарянцу и М.А. Волынскому за предоставленные образцы гидрогеля и обсуждение концепций исследования.
Список литературы
1. Li Y.C., Rodrigues J.A., Tomas H.A. Injectable and biodegradable hydrogels: gelation, biodegradation and biomedical applications // Chemical Society Reviews. 2012. V. 41. N 6. P. 2193–2221. doi:
10.1039/c1cs15203c
2. Mashal A., Gao F., Hagness S.C. Heterogeneous anthropomorphic phantoms with realistic dielectric properties for microwave breast imaging experiments // Microwave and Optical Technology Letters. 2011. V. 53. N 8. P. 1896–1902. doi:
10.1002/mop.26128
3. Cassano R., Mellace S., Pellegrino M., Ricchio E., Mauro L., Ando S., Picci N., Trombino S.D.A. Biocompatible targeting hydrogels for breast cancer treatment // Mini-Reviews in Medicinal Chemistry. 2016. V. 16. N 8. P. 651–657.
4. Weitz D.A., Zhu J.X., DurianD.J., Gang Hu, Pine D.J. Diffusing wave spectroscopy: the technique and some applications //Physica Scripta. 1993. V. T49. P. 610–621. doi:
10.1088/0031-8949/1993/T49B/040
5. Scheffold F. Particle sizing with diffusing wave spectroscopy // Journal of Dispersion Science and Technology. 2002. V. 23.
N 5. P. 591–599. doi: 10.1081/DIS-120015365
6. Mason T.G., Gang H., Weitz D.A. Diffusing-wave-spectroscopy measurements of viscoelasticity of complex fluids // Journal of the Optical Society of America A. 1997. V.
14. N1.P.139–49. doi:
10.1364/JOSAA.14.000139
7. Routh A.F., Russel W.B. Deformation mechanisms during latex film formation: experimental evidence // Industrial and Engineering Chemistry Research.2001. V. 40. N 20. P. 4302–4308.
8. Pine D.J., Weitz D.A., Chaikin P.M., Herbolzheimer E. Diffusing wave spectroscopy // Physical Review Letters. 1988. V.60. N 12. P. 1134–1137. doi:
10.1103/PhysRevLett.60.1134
9. Boas D.A., Bizheva K.K., Siegel A.M. Using dynamic low-coherence interferometry to image Brownian motion within highly scattering media // Optics Letters. 1998. V. 23. N 5. P. 319–321.
10. Briers J.D. Webster S. Laser speckle contrast analysis (LASCA): a nonscanning, full-field technique for monitoring capillary blood flow // Journal of Biomedical Optics. 1996. V. 1. N 2. P. 174−179.
11. Vera M.U., Saint-Jalmes A., Durian D.J. Scattering optics of foam // Applied Optics. 2001. V. 40. N 24. P. 4210–4214. doi:
10.1364/AO.40.004210
12. Durian D.J., Weitz D.A., Pine D.J. Multiple light-scattering probes of foam structure and dynamics // Science. 1991. V. 252. N 5006. P. 686–688.
13. Zimnyakov D.A., Isaeva A.A., Isaeva E.A., Ushakova O.V., Chekmasov S.P., Yuvchenko S.A. Analysis of the scatter growth in dispersive media with the use of dynamic light scattering // Applied Optics. 2012. V. 51. N 16. P. C62–C69. doi:
10.1364/AO.51.000C62
14. Зимняков Д.А., Хмара М.Б., Виленский М.А., Козлов В.В., Горфинкель И.В., Здражевский Р.А., Исаева А.А. Спекл-корреляционный мониторинг микрогемодинамики внутренних органов // Оптика и спектроскопия. 2009. Т. 107. № 6. С. 941−947.
15. Boas D.A., Campbell L.E., Yodh A. Scattering and imaging with diffusing temporal field correlations // Physical Review Letters. 1995. V. 75. N 9. P. 1855–1858. doi:
10.1103/PhysRevLett.75.1855
16. BoasD.A., Yodh A.G.Spatially varying dynamical properties of turbid media probed with diffusing temporal light correlation // Journal of Optical Society of America A: Optics and Image Science, and Vision.1997. V. 14. N 1. P. 192–215.
17. Viasnoff V., Lequeux F., Pine D.J. Multispeckle diffusing-wave spectroscopy: a tool to study slow relaxation and time-dependent dynamics // Review of Scientific Instruments. 2002. V. 73. N 6. P. 2336–2344. doi:
10.1063/1.1476699
18. ZimnyakovD.A., Tuchin V.V., Mishin A.A. Spatial speckle correlometry in applications to tissue structure monitoring // Applied Optics. 1997. V. 36. N 22. P. 5594–5607. doi:
10.1364/AO.36.005594
