Распознавание наночастиц серебра на полиэфирных волокнах при аналитической оценке пересечения эллипсов распределения по поляризационным рамановским спектрам

Целью работы является повышение разрешающей способности рамановской  спектроскопии с использованием преобразования многомерных  векторно-матричных корреляционных математических моделей при идентификации наночастиц серебра  в наноструктурированных биологических объектах в условиях информационной неопределенности.

Методы исследования базируются на математическом аппарате регрессионного, многомерного векторно-матричного анализа, теории вероятности, а именно для реализации научных задач в данном исследовании используются: рамановская спектроскопия; физический эффект гигантского комбинационного рассеяния света (SERS); статистическое моделирование случайного процесса изменения экспериментальных параметров наночастиц серебра совместно с автокорреляционными функциями и взаимозависимыми параметрами по корреляционной матрице; векторно-матричный метод моделирования эквивалентного радиуса эллипсов распределения двухмерных корреляционных распределений при решении уравнений распознавания наночастиц серебра по многомерным составляющим рамановских спектров. Численная реализация математических моделей осуществляется на ПЭВМ в среде MathCAD Enterprise Edition 15. 

Результаты. В ходе выполнения исследования проведена оценка достоверности распознавания наночастиц коллоидного серебра на полиэфирных волокнах по  многомерным корреляционным составляющим рамановских спектров при контроле по поляризационным характеристикам. Показано, что предложенный в работе метод распознавания наночастиц серебра на поверхности текстильных материалов дает существенный выигрыш в оценке достоверности определения режимов нанесения  наночастиц серебра на волокна.

Заключение. Предложен  метод математического моделирования при идентификации и контроле наночастиц серебра на поверхности текстильных материалов; получена векторно-матричная модель эквивалентного радиуса эллипса распределения двухмерных корреляционных распределений при решении уравнений распознавания наночастиц серебра по многомерным корреляционным составляющим рамановских спектров; разработана программная реализация многомерных поляризационных корреляционных методов повышения достоверности идентификации наночастиц серебра.

1. Surface enhanced raman spectroscopy of graphene / F. Schedin, E. Lidorikis, A. Lombardo, V. G. Kravets, A. K. Geim, A. N. Grigorenko, K. S. Novoselov, A. C. Ferrari // ACS Nano. 2010. Vol. 4, No. 10. Р. 5617–5626.

2. In vitro and in vivo SERS biosensing for disease diagnosis / T. Joshua Moore, Amber S. Moody, Taylor D. Payne, Grace M. Sarabia, Alyssa R. Daniel, Bhavya Sharma // Biosensors. 2018. Vol. 8, No. 2. http://doi.org/10.3390/bios8020046.

3. Surface enhanced Raman detection of the colon cancer biomarker cytidine by using magnetized nanoparticles of the type Fe3O4/Au/Ag / Yu. Xiang, H. Yang, Х. Guo, Y. Wu, YeYing, Y. Wen, H. Yang // Microchimica Acta. 2018. Vol. 185. http://doi.org/10.1007/s00604-017-2666-5.

4. Kovalenko A. V., Plakhtii Ye. G., Khmelenko O. V. Research of photoluminescence spectra of ZnSXSe1 – X:Mn nanocrystals obtained by method of self-propagating hightemperature synthesis // Journal of Nano- and Electronic Phisics. 2019. Vol. 11, No. 4. P. 04031-1–04031-5.

5. Crucho C. I. C. , Barrosb M. T. Polymeric nanoparticles: A study on the preparation variables and characterization methods // Materials Science and Engineering: C. 2017. Vol. 80. P. 771–784.

6. Яманова Р. Р., Николаенко Г. Р. О применении наночастиц серебра в легкой промышленности // Вестник Казанского технологического университета. 2013. № 22. С. 39–41.

7. Кузнецова С. А., Краснова Т. Ю. Применение нанотехнологий в текстильной промышленности // Вестник молодых ученых Санкт-Петербургского государственного университета технологий и дизайна. 2017. № 4. С. 42–45.

8. Васильева Н. Г. Нанотехнологии в текстильной промышленности // Вестник Казанского технологического университета. 2011. № 8. С. 358–360.

9. Букина Ю. А., Сергеева Е. А. Получение антибактериальных текстильных материалов на основе наночастиц серебра посредством модификации поверхности текстиля неравновесной низкотемпературной плазмой // Вестник Казанского технологического университета. 2012. № 7. С. 125–128.

10. Использование наночастиц серебра для придания текстильным материалам бактерицидных свойств / Л. С. Петрова, А. А. Липина, А. О. Зайцева, О. И. Одинцова // Известия высших учебных заведений. Технология текстильной промышленности. 2018. № 6(378). С. 105–109.

11. Применение наночастиц серебра для модификации свойств текстильных материалов / О. И. Одинцова, Л. С. Петрова, А. С. Антонова, О. В. Козлова // Вестник Технологического университета Таджикистана. 2019. № 2(37). С. 19–22.

12. Антонова М. В., Красина И. В., Илюшина С. В. Методы придания антибактериальных свойств текстильным волокнам. Обзор // Вестник Казанского технологического университета. 2014. Т. 17, № 18. С. 56–63.

13. Влияние инновационных технологий и материалов на развитие текстильной промышленности / А. М. Есиркепова, Г. Ж. Ахметова, А. С. Садыков, А. Б. Абилкасым, C. Б. Аширбаева // Известия высших учебных заведений. Технология текстильной промышленности. 2020. № 3(387). С. 52–60.

14. Хамматова В. В. Метод наномодифицирования натуральных текстильных материалов коллоидным раствором наночастиц серебра // Известия высших учебных заведений. Технология текстильной промышленности. 2015. № 6(360). С. 103–108.

15. Торшин А. С. Разработка нанотехнологических методов придания текстильным материалам биоцидных свойств и защиты от сверхвысокочастотного излучения: дис. ... канд. техн. наук. М., 2016. 158 с.

16. Хамматова В. В., Разумеев К. Э. Проведение исследований микроструктуры образцов наномодифицированных текстильных материалов для специальной одежды методами микроскопии // Известия высших учебных заведений. Технология текстильной промышленности. 2016. № 5(365). С. 84–89.

17. Применение методов Рамановской спектроскопии для выявления наночастиц золота на полиэфирных волокнах / В. М. Емельянов, Т. А. Добровольская, В. В. Емельянов, Е. Ю. Орлов, К. В. Бутов // Известия Юго-Западного государственного университета. Серия: Физика и химия. 2013. № 2. С. 37–43.

18. Выделение фоновых составляющих рамановских спектров для контроля наночастиц золота на поверхности текстильных материалов / В. М. Емельянов, Т. А. Добровольская, С. А. Данилова, В. В. Емельянов, К. В. Бутов // Известия Юго-Западного го-сударственного университета. Серия: Физика и химия. 2014. № 1. С. 8–15.

19. Емельянов В. М., Добровольская Т. А., Емельянов В. В. Идентификация наночастиц серебра и золота на поверхности волокон. Многомерное векторно-матричное моделирование рамановских спектров текстильных материалов. LAP LAMBERT Academic Publishing, 2017. 180 с.

20. Многомерная корреляционная оценка наличия наночастиц серебра на полиэфирных волокнах по поляризационным рамановским спектрам / В. М. Емельянов, Т. А. Добровольская, В. В. Емельянов, К. В. Бутов // Фундаментальные исследования. 2015. № 8, ч. 2. С. 261–267.

21. Распознавание наночастиц серебра на текстильных материалах по поляризационным рамановским спектрам на основе проведения векторно-матричного моделирования / В. М. Емельянов, Т. А. Добровольская, В. В. Емельянов, К. В. Бутов // Современные наукоемкие технологии. 2016. № 9, ч. 1. С. 41–45.

22. Емельянов В. М., Добровольская Т. А., Емельянов В. В. Компьютерное моделирование рамановских спектров текстильных материалов при нанесении на них наночастиц серебра, золота // Фундаментальные исследования. 2017. № 10, ч. 1. С. 7–12.