Contractul nr.: 30N/12.01.2023
Proiectul: „Dezvoltarea de solutii inovatoare si tehnologii de fabricație avansată cu laseri, plasmă și radiații pentru rezolvarea problemelor societale”
Faza 13/2025: „Studii experimentale și analitice pentru dezvoltarea de pansamente de tip hidrogel încărcate cu medicamente chimioterapeutice”
Responsabil fază: Dr. Maria DEMETER, Dr. Angela STAICU
Termen de încheiere a fazei: 09.04.2025
Abstract:
Sistemele multifuncționale de administrare a medicamentelor sunt o strategie nouă în tratarea țintită a cancerului, deoarece acestea oferă avantajul administrării de chimioterapeutice, fără afectarea celulelor și țesuturilor sănătoase. În acest studiu au fost dezvoltate și caracterizate noi compoziții polimerice obținute din poli(vinilpirolidonă), carboximetilceluloză, poli(etilenglicol), agar și guma gelan pentru dezvoltarea de pansamente sub formă de hidrogel încărcate cu medicamente chimioterapeutice. Hidrogelurile au fost concomitent sintetizate (reticulate) și sterilizate prin iradiere cu fascicul de electroni la doza 30 kGy. Demonstrarea funcționalității hidrogelurilor dezvoltate s-a realizat prin: analiza sol-gel, eficiența procesului de reticulare, proprietăți de gonflare în mediu fiziologic și tumoral simulat, capacitate de menținere a umidității, analiză structurală (ATR-FTIR), proprietăți reologice, biodegradare in vitro, capacitate de încărcare cu medicament anticancer (5-FU) și profil de eliberare in vitro a 5-FU. Cinetica de eliberare a 5-FU a fost investigată folosind modele matematice utilizate în proiectarea formulărilor farmaceutice. După iradiere, hidrogelurile au fracție de gel peste 90%, iar procesul de reticulare predomină. Valorile crescute ale randamentelor radiochimice de reticulare (330 µmol/J), de 16 ori mai mari comparativ cu cele de degradare (20 µmol/J), confirmă formarea de hidrogeluri reticulate, cu structură stabilă după iradiere. Mediul de gonflare influențează semnificativ gradul de gonflare și capacitatea de încărcare cu 5-FU a hidrogelurilor. În mediu bazic, capacitatea de absorbție este de 980-1090 %, iar în pH neutru este semnificativ mai mare, de 1380-1580 %. Hidrogelurile mențin aproximativ 48% din umiditate timp de 8 ore, timp suficient pentru asigurarea funcționalității ca pansament de tip hidrogel. Analiza reologică a arătat că hidrogelurile au comportament predominant elastic specific unei rețele macromoleculare reticulate (G’ = 3 450-54 000 Pa). Capacitatea de încărcare optimă cu 5-FU variază în funcție de pH, timp de încărcare, compoziția hidrogelului și concentrația de 5-FU, la 200 mg/L 5-Fu este de 30% la pH 6 și 29% la pH 5. Eliberarea 5-FU este lentă la pH 7,4, realizându-se gradual până la 80% sau complet în decurs de 30 de ore, în funcție de compoziția hidrogelului. Cinetica de eliberare in vitro a 5-FU se corelează cel mai bine cu modelele cinetice Korsmeyer-Peppas, Peppas-Sahilin și Makoid-Banakar (R2 > 0,99) și demonstrează că eliberarea 5-FU este guvernată în primul rând de un mecanism accelerat, urmat de un mecanism controlat prin difuzie.
Rezultatele experimentale demonstrează că hidrogelurile obținute prin iradiere susțin încărcarea și eliberarea de medicamente anticancer și prezintă potențial pentru utilizare ca pansamente pentru tratamentul local al cancerului.
Abstract grafic:
Contractul nr.: 30N/12.01.2023
Proiectul: „Dezvoltarea de solutii inovatoare si tehnologii de fabricație avansată cu laseri, plasmă și radiații pentru rezolvarea problemelor societale”
Faza 14/2025: „Validarea modelelor și metodelor de analiză pentru caracterizarea plasmei de fuziune în sistemele tokamak destinate producerii de energie”
Responsabil fază: Dr. Eduard GRIGORE, Dr. Gabriel MIRON
Termen de încheiere a fazei: 09.06.2025
Abstract:
Scopul acestei întreprinderi este de a determina modul în care mărimea inițială a lățimii insulei magnetice asociată perturbațiilor neoclasice de forfecare (NTM) în plasmă influențează calculul amplitudinii și frecvenței de oscilație a perturbațiilor NTM. Modelul teoretic folosit e necesar să fie în prealabil testat astfel încât plierea pe datele experimentale a amplitudinii, frecvenței și, mai ales, locației perturbațiilor să fie optimă. Din acest motiv, localizarea teoretică a perturbațiilor constituie un preambul pentru validarea modelului folosit. O nouă metodă de localizare a perturbațiilor pe baza cunoașterii amplitudinii acestora este prezentată în acest studiu. Bazându-ne pe testarea cu succes a modelului de perturbații (Miron I.G. și JET Contributors 2021, Nucl. Fusion 61, 106016) față de rezultatele experimentale la JET, implementarea sa inversată este aplicată pentru a determina locația modurilor. Amplitudinea experimentală a modului joacă, de această dată, rolul datelor de intrare cu scopul de a obține, invers, locația perturbațiilor. Precizia locației calculate este condiționată de o bună regăsire teoretică a amplitudinii și frecvenței experimentale a modului perturbat. Pe baza condițiilor inițiale alese, locația dorită este cea asociată celei mai bune potriviri posibile. Fiabilitatea modelului nostru asigură practic derivarea locației potrivite. Nu sunt utilizate profiluri de date privind factorul de siguranță și viteza de rotație a plasmei. Metoda a fost testată și verificată pe larg pentru a deveni o alternativă validă la tehnicile obișnuite de localizare.
Abstract grafic:
Contractul nr.: 30N/12.01.2023
Proiectul: „Dezvoltarea de solutii inovatoare si tehnologii de fabricație avansată cu laseri, plasmă și radiații pentru rezolvarea problemelor societale”
Faza 15/2025: „Construirea și caracterizarea ansamblului laser sub-picosecunde„
Responsabil fază: Dr. Nicolaie PAVEL
Termen de încheiere a fazei: 14.07.2025
Abstract:
În cadrul acestei faze de contract au fost obținute medii ceramice transparente compozite cu două straturi x-at.% Y₂O₃/y-at.% Yb:Y₂O₃ (x = 0, 3, 5; y = 3, 5, 8), precum și medii ceramice cu trei straturi cu concentrație gradual crescătoare a ionilor Yb³⁺ (3-at.% Yb:Y₂O₃ / 5-at.% Yb:Y₂O₃ / 8-at.% Yb:Y₂O₃) și a ionilor Nd³⁺ (0.5-at.% Nd:Y₂O₃ / 1.0-at.% Nd:Y₂O₃ / 1.5-at.% Nd:Y₂O₃), prin reacție în fază solidă și sinterizare în mai multe etape. Au fost utilizate pulberi disponibile comercial de Y₂O₃ (99.999%), Yb₂O₃ (99.998%), Nd₂O₃ (99.999%), La₂O₃ (99.999%) și ZrO₂ (99%) cu dimensiuni micronice. Ca aditivi s-au utilizat 10-at.% La₂O₃ și 1-at.% ZrO₂, pentru a spori aptitudinea la sinterizare a corpurilor ceramice compactate. Corpurile ceramice multistrat s-au realizat prin presarea directă a pulberilor dopate gradual cu ioni activi laser și, respectiv, a celor dopate și nedopate. Mediile ceramice sinterizate prezintă o calitate bună, confirmată prin rezultatele obținute în urma investigațiilor structurale, morfologice și optice. Probele ceramice multistrat dopate cu Yb³⁺ au fost testate pentru emisie laser la 1.03 mm. În cazul probei 0-3 Yb, s-au generat pulsații laser cu o pantă a eficienței ηₛₐ = 0.31, atingând o energie maximă de Eₚ = 1.25 mJ. Mediul compozit Nd:Y₂O₃ a fost testat pentru generare de emisie laser la 1.07 mm. S-au obținut pulsații laser cu energie de Eₚ = 0.95 mJ pentru o energie de pompaj absorbită de Eₐᵦₛ = 7.95 mJ; panta eficienței laser a fost ηₛₐ = 0.15. Rezultatele validează fezabilitatea utilizării mediilor ceramice multistrat Yb:Y₂O₃ și Nd:Y₂O₃ în aplicații laser, evidențiind în același timp importanța optimizării rezonatorului laser și a concentrației ionilor activi pentru creșterea performanței laser. A fost realizat sistemul de comandă și control al laserului de sub-ps, implementându-se o soluție funcțională, flexibilă prin utilizarea unui microcontroler industrial din familia ATMEGA2560, realizarea locală a etajelor de conversie și întârziere a semnalului și utilizarea unui etaj dedicat pentru demultiplicarea semnalului. A fost stabilită schema sistemului laser amplificator pentru pulsații cu durată sub-ps, pentru care au fost dezvoltate mai multe subansamble, astfel:
a) sistem de generare tren de selecție a pulsațiilor, controlabil în domeniul kHz, dintr-un tren cu frecvența de 80 MHz livrat de oscilatoarele laser de femtosecunde comerciale standard;
b) amplificator cu treceri multiple cu structură simplificată de trei oglinzi;
c) un sistem de pompaj optic și un sistem electronic de control al semnalelor de sincronizare și control al întregului sistem laser.
Abstract grafic:
Contractul nr.: 30N/12.01.2023
Proiectul: „Dezvoltarea de solutii inovatoare si tehnologii de fabricație avansată cu laseri, plasmă și radiații pentru rezolvarea problemelor societale„
Faza 16/2025: „Testarea și optimizarea in situ a platformelor de detecție cu aplicații în agricultură și siguranța alimentară„
Responsabil fază: Dr. Iulia ANTOHE, Dr. Gabriel SOCOL
Termen de încheiere a fazei: 09.09.2025
Abstract:
În cadrul acestei faze de proiect s-au dezvoltat și testat o serie de metode și modele experimentale spectroscopice menite să ofere monitorizare precisă și rapidă a stării de sănătate a plantelor și calității produselor agricole. Un model experimental de evaluare optoacustică și THz a fost implementat pentru a studia impactul factorilor nocivi asupra calității fructelor și legumelor, permițând urmărirea modificărilor chimice și structurale induse de stres. Analizele spectroscopice corespunzătoare tranzițiilor de emisie în domeniul VIS-NIR au permis investigarea ionilor dopanți în materiale luminescente, contribuind la dezvoltarea unor indicatori sensibili pentru monitorizarea stării culturilor.
Pe lângă acestea, a fost dezvoltată o metodologie de determinare a concentrațiilor de etilenă și etanol emise în procesele de maturare și degradare pentru soiuri indigene de fructe, utilizând spectroscopie fotoacustică, ceea ce oferă un instrument de evaluare în timp real a proceselor fiziologice. În paralel, au fost efectuate și analize spectroscopice asupra probelor de plante agricole pentru determinarea unor indici specifici de vegetație, demonstrând efectele exercitate de trei factori de stres asupra plantelor studiate. În domeniul protecției culturilor, s-a implementat un model experimental de identificare a diverselor categorii de pesticide, cu limite de detecție în intervalul nanomolar, folosind un sistem plasmonic cu fibră optică. Au fost realizate montaje experimentale pentru caracterizarea spectroscopică a fosforilor, împreună cu protocoale specifice pentru detecția plasmonică a pesticidelor nitrofenolice și organofosforice.
În concluzie au fost dezvoltate metode spectroscopice pentru monitorizarea influenței factorilor nocivi asupra proceselor de maturare și degradare a fructelor, precum și metode in-situ de monitorizare a efectelor factorilor de stres asupra plantelor agricole. Rezultatele obţinute demonstrează realizarea unui cadru experimental complex, integrat, care permite evaluarea stării culturilor, contribuind semnificativ la dezvoltarea agriculturii inteligente, durabile și sigure, prin furnizarea unor instrumente precise de monitorizare a factorilor de stres și contaminanților din mediu.
Abstract grafic:
Contractul nr.: 30N/12.01.2023
Proiectul:„Dezvoltarea de soluții inovatoare și tehnologii de fabricație avansată cu laseri, plasmă și radiații pentru rezolvarea problemelor societale„
Faza 17/2025: „Realizarea instalației de procesare laser aditivă și substractivă în configurație 3D (PL1.9) – partial etapa I„
Responsabil fază: Dr. Marian ZAMFIRESCU
Termen de încheiere a fazei: 09.12.2025
Abstract:
În această etapă de lucru am definit principalele caracteristici și performanțe ale stației de lucru pentru procesare cu laser. Sunt posibile două configurații. În prima configurație, fasciculul laser este fix iar proba este deplasată cu precizie foarte mare, în funcție de performanța translațiilor motorizate. Cu toate acestea, viteza de procesare și productivitatea sunt limitate de caracteristicile translațiilor. În a doua configurație, se utilizează scanere galvanometrice: proba rămâne fixă în timp ce fasciculul este deplasat cu o viteză foarte mare. Această configurație oferă un randament ridicat, productivitate, sacrificând în același timp rezoluția de procesare sau dimensiunea zonei procesate. Pentru performanțe maxime, din punct de vedere al rezoluției de procesare, am ales configurația cu axe de translație pentru deplasare a probei în plan XY. Sistemele de poziționare mecanică includ, de asemenea, o axă Z pentru plasarea probei în planul focal al opticii de focalizare.
Stația de lucru are o arhitectura portabilă și include următoarele subansamble: sursa laser; subansamblu de dirijare a fasciculului laser, format din oglinzi laser și monturi mecanice cu reglaje fine pentru alinierea fasciculului laser; subansamblu optic de modulare spațială și focalizare a radiației laser pe proba, format din lentile optice și obiectiv de microscop optic; subansamblu de vizualizare a zonei de procesat pe probă, format din camera video cu optică de formare a imaginii și sursă de lumină albă pentru iluminarea probei; subansamblu de poziționare a probei relativ la fasciculul laser; subansamblu de comandă electronică; interfață software de control al procesului de iradiere laser. Stația portabilă de lucru cu laserul permite procesarea materialelor prin iradiere laser în aer sau lichid, prin oricare din metodele de procesare laser aditive sau substractive, fiind compatibilă cu aplicații de iradiere și modificare de materiale prin efecte fotofizice și fotochimice, precum micro- și nanostructurare laser de suprafață, funcționalizare de suprafețe, microprocesare laser în volumul materialelor prin procesare de rășini fotosensibile precum fotopolimerizare multifotonică sau modificare de indice de refracție în materiale transparente.
Abstract grafic:
