Реферат: Биоэлектронные технологии

--PAGE_BREAK--Подобные технологии стали создаваться и в России. Напомним, что научные и технологические позиции нашей страны в области фотоэлектричества при активной поддержке государства оставались лидирующими до 80-х годов. К сожалению в начале 90-х эта поддержка свелась к нулю и, в первую очередь, это коснулось наземной фотоэнергетики, то есть той сферы, где существует рынок. Несмотря на то, что в России есть компании-производители фотоэлектрических систем, можно смело утверждать, что рынок фотоэнергетики в России отсутствует. Однако наши фотоэлектрические модули востребованы за рубежом. Отечественным производителям даже реклама не нужна. У некоторых из них мощности на несколько лет вперед загружены заказами от иностранных компаний.
Между тем полное количество солнечной энергии, поступающей на поверхность Земли, превышает энергию всех мировых запасов нефти, газа, угля и урана и других энергетических ресурсов, а в России с этим еще лучше: солнечная энергия, поступающая за неделю на территорию нашей страны, превышает энергию всех российских ресурсов нефти, угля, газа и урана. Поэтому солнечная энергия может стать энергетической основой и первичным источником энергии будущего устойчивого развития экономики для некоторых регионов России. Отметим наиболее благоприятные районы для использования солнечной энергии в России — это Северный Кавказ, Астраханская область, Калмыкия, Тува, Бурятия, Читинская область, Дальний Восток.
Существует два основных способа сооружения СЭС (использующих термодинамическое преобразование солнечной энергии).
Из солнечной энергии методом термодинамического преобразования можно получить электричество практически так же, как и из других источников энергии, однако, солнечное излучение, падающее на землю, обладает рядом характерных особенностей:
1. низкой плотностью потока энергии;
2. суточной и сезонной цикличностью
3. зависимостью от погодных условий.
Поэтому при термодинамическом преобразовании этой энергии в электрическую следует стремиться к тому, чтобы применение тепловых режимов не вносили серьезных ограничений работы системы и, чтобы не возникало трудностей, связанных с ее использованием, т.е. подобная система должна иметь аккумулирующие устройства для исключения случайных колебаний режимов эксплуатации или обеспечение необходимого изменения производства энергии во времени.
Термодинамический преобразователь солнечной энергии должен содержать следующие компоненты:
1. систему управления падающей радиации,
2. приемную систему, преобразующую энергию солнечного излучения в тепло, которое передается теплоносителю,
3. систему переноса теплоносителя от приемника к аккумулятору или к одному или нескольким теплообменникам, в которых нагревается рабочее тело,
4. тепловой аккумулятор,
5. теплообменники.
Существует два подхода к созданию солнечных станций, работающих по термодинамическому циклу.
1. использование небольших (централизованных) станций для отда ленных районов.
2. создание крупных солнечных энергетических установок мощностью в несколько десятков мегаватт, рассчитанных на работу в энергосистеме.
2.1 Коллекторы солнечной энергии Основным конструктивным элементом солнечной установки является коллектор, в котором происходит улавливание солнечной энергии и ее преобразование в теплоту и нагрев воздуха, воды или другого теплоносителя.
Различают два типа солнечных коллекторов:
1. плоский,
2. фокусирующий.
В плоских коллекторах солнечная энергия поглощается без концентрации, а в фокусирующих — с концентрацией, т.е. с увеличением плотности поступающего потока радиации.
Концентраторы солнечной энергии.
Концентраторы — это оптические устройства в виде зеркал или линз, в которых достигается повышение плотности потока солнечной энергии.
Зеркала плоские, параболоидные или параболоцилиндрические изготавливаются из тонкого металлического листа или фольги или др. Материалов с высокой отражательной способностью.
Солнечные станции строятся в основном двух типов:
1 — СЭС башенного типа,
2 — СЭС модульного типа.
Система, состоящая из множества небольших концентрирующих коллекторов, каждый из которых независимо следит за солнцем — модульная СЭС.
Концентраторы не обязательно должны иметь форму параболоида, не обычно это предпочтительно. Каждый концентратор передает солнечную энергию жидкости теплоносителя. Горячая жидкость ото всех коллекторов собирается в центральной энергостанции. Тепло несущая жидкость может быть водяным паром, если она будет прямо использоваться в паровой турбине или какой-нибудь термохимической средой — например, диссоциированный аммиак. Основные недостатки систем с сосредоточенными коллекторами:
1 — для каждого отражателя требуется сложный по конструкции термический приемник, который размещается в его фокальной области.
2 — для съема энергии 20000 параболоидных отражателей привод генератора мощностью 100 МВт необходим дорогой высокотемпературный обменный контур, соединяющий рассредоточенные концентраторы.
Указанные выше трудности разрешаются, если вместо этих 10-20 тысяч приемников сделать один аналогичный по своим размерам и параметрам паровому котлу обычного типа, и поднять его над поверхностью Земли.
Таким образом, возникает концепция гелиостанции башенного типа. В этом случае все параболоиды заменяются практически плоскими отражателями, производство которых значительно дешевле.
2.2 Солнечные пруды Солнечный пруд представляет собой оригинальный нагреватель, в котором теплозащитной крышкой является вода.
Достаточно большой водоем может быть просто вырыт (могут быть использованы и природные водоемы, например, в Израиле использовано Мертвое море в качестве солнечного пруда), что относительно недорого.
Солнечный пруды содержат в себе и накопители тепла, поэтому область их использования может быть довольно широкой. Солнечные пруды могут быть использованы в гелиосистемах отопления и горячего водоснабжения жилых и общественных зданий, для получения технологической теплоты, в системах кондиционирования воздуха абсорбционного типа, для производства электроэнергии, т.е., солнечный пруд служит одновременно коллектором и аккумулятором теплоты.
В солнечный пруд заливается несколько слоев воды с различной степенью солености, причем наиболее соленый слой (0,5 м) располагается на дне. Солнечное излучение поглощается окрашенными в темный цвет дном водоема и придонный слой воды нагревается.
Придонный слой воды берется настолько более соленым, чем слой над ним, что плотность его хотя и уменьшается при нагревании, но все-таки остается выше плотности более высокого слоя. Поэтому конвекция (подъем вверх более теплой — более легкой — воды) подавляется и придонный слой нагревается все сильнее до 90° С, иногда — до кипения, при этом температура поверхностного слоя остается на уровне температуры окружающей среды. Пруд глубиной до 2-х м способен обеспечить непрерывную работу СЭС при прекращении инсоляции на срок до недели, пруды большей глубины могут обеспечить сезонный цикл аккумуляции. Правда, для этих СЭС требуются большие площади земельных угодий, в остальном — экологически приемлемые сооружения, тем более, что соленые пруды в естественных условиях существуют веками.

3. Традиционные методы получения и очистки биополимеров Технологии получения биополимеров клетки включают следующие направления:
биопроцессинг с использованием живых клеток как продуцентов биополимеров — нуклеиновых кислот, белков, гормонов, стероидов, углеводов, полисахаридов, моно — и поликлональных антител и др.;
антисенс-технологии (антисмысловые), в основе которых лежит химический синтез биополимеров клетки на основе исходного сырья биологического происхождения.
При высокоскоростном получении биополимеров клетки (белков, гормонов, ферментов, углеводов, полисахаридов, моно — и поликлональных антител) медицинского, сельскохозяйственного и промышленного назначения используются такие продуценты как живые растительные, микробные, животные клетки и клетки человека, культивируемые in vitro в суспензиях; иммобилизованные клетки и ферменты; культивируемые in vitro инкапсулированные гибридомы.
Антисенс-технологии с использованием антисенс-олигонуклеотидов (фрагментов нуклеиновых кислот), антисенс-РНК (рибонуклеиновых кислот), рибозимов — антисенс-РНК или антисенс-олигонуклеотидов с ферментативными свойствами, ДНК-триплексов нацелены на создание ген-направленных биологически активных веществ, способных избирательно подавлять в живом организме активность вирусов, онкогенов и ростовых факторов, а также изменять структуру клеточных рецепторов при различных патологиях.
Преимуществами современных технологий биопроцессинга являются:
возможность многократного использования клеток-продуцентов биополимеров, что обеспечивает экономию сырья и трудовых затрат;
достижение максимального обособления фаз роста биомассы и биосинтеза целевого продукта;
упрощение процедуры очистки и выделения конечного продукта;
проведение синтеза биополимеров в асептических условиях;
реализация технологии получения биополимеров при нормальных температуре и давлении;
использование необходимых химических веществ в питательной среде для целенаправленного воздействия на культивируемые клетки-продуценты биополимеров;
возможность включения биопроцессинга как технологической стадии в промышленное производство биологически активных веществ с помощью тонкого органического синтеза с целью его оптимизации;
перспективы организации биопроцессинга как малотоннажного, так и крупномасштабного производства.
Антисенс-технологии характеризуются значительной экономичностью, высокими скоростью синтеза, избирательностью и чувствительностью комплиментарного взаимодействия антисенс-соединений с целевыми участками нуклеиновых кислот, а также эффективностью воздействия на живые системы.
Область применения. Данная технология находит применение в здравоохранении и ветеринарии (получение нового поколения диагностикумов, противовирусных и противоопухолевых лекарственных препаратов; генодиагностика и генотерапия), отраслях промышленности (использование биополимеров как биокатализаторов, получение пищевых добавок, повышение нефтеотдачи, оптимизация процессов добычи редких металлов из руд), сельском хозяйстве (инсектициды и биоудобрения), для защиты окружающей среды (биоремедиация почв, очистка воды).
Основания для выбора. Технология получения биополимеров клетки имеет большое значение для развития многих областей народного хозяйства, т.к. обеспечивает высокую скорость синтетических процессов, экономична. Она позволяет организовать в стране крупномасштабное производство биополимеров — биологически активных веществ.
Антисенс-технологии имеют особую ценность для диагностики и терапии наследственных, вирусных и онкозаболеваний человека, для ветеринарии и фитотерапии.
Разработка фундаментальных основ биопроцессинга и исследование возможностей использования его продуктов проводится украинскими учеными на уровне, сравнимом с зарубежным. Резкое отставание наблюдается в Украине в области масштабированного производства биополимеров, объемы ежегодного финансирования которого недостаточны.
В настоящее время необходимо создать в стране оптимальную систему передачи новейших технологий биопроцессинга, успешно разрабатываемых в отечественных лабораториях, в промышленное производство.
В области антисенс-технологий приоритет принадлежит украинским ученым, что признано мировой научной общественностью. За рубежом фундаментальные и прикладные аспекты антисенс-технологии получили широкое развитие благодаря их многообещающим перспективам в здравоохранении и ветеринарии.
Дальнейшее усовершенствование и повышение эффективности действия технологии предполагает:
создание синтетических антисмысловых олигонуклеотидов с различными реакционно-способными группами, что необходимо для повышения стабильности внутриклеточных комплексов;
освоение механизма доставки антисенс-соединений в клетку.
Развитие антисенс-технологии в стране требует увеличения финансирования работ, наличия современной аппаратурно-приборной базы, подготовки научных кадров и освоения технологии производством.
Электрофорез (от электро… и греч. phoresis — несение, перенесение), направленное движение коллоидных частиц или макроионов под действием внешнего электрического поля. Электрофорез был открыт Ф.Ф. Рейссом в 1807 и считается важнейшей разновидностью электрокинетических явлений.
Электрофорез используют в электрохимии для изучения двойного электрического слоя, адсорбции ионов на поверхности, в медицине (см. Электрофорез лекарственный). В промышленности Электрофорез используют для выделения каучука из латекса, очистки воды, отделения каолина от песка и др. В биохимии Электрофорез служит для анализа, разделения и очистки биополимеров (главным образом белков), бактериальных клеток, вирусов, а также аминокислот, витаминов и др. Практическое применение Электрофорез началось после создания шведским учёным А. Тиселиусом специального аппарата для фронтального (или свободного) Электрофорез белков в растворе (1937). Наиболее широкое распространение нашли электрофоретические методы с использованием инертных носителей (бумаги, гелей и др.), получившие общее название зонального Электрофорез, т.к фракции разделяемых веществ образуют в толще носителя отдельные, несмешивающиеся зоны. Электрофорез часто сочетают с другими методами разделения биоорганических соединений (например, с хроматографией). Разработана техника концентрирования электрофоретических зон биополимеров в гелях, значительно повышающая разрешающую способность метода (диск-Электрофорез). Применение реакции антиген-антитело в сочетании с Электрофорез послужило основой для создания метода иммуно-электрофорез. Электрофоретический анализ биологических жидкостей, например сыворотки крови для исследования главным образом белков, широко используют в диагностике многих заболеваний.

4. Биоинформационные технологии: принципы синергетики и их использование. Стахостический резонанс За последние тридцать лет синергетика, исследующая процессы самоорганизации сложных, открытых эволюционирующих систем, обрела статус общего междисциплинарного подхода при решении самых разнообразных задач человеческой практики. Стартовав в точном естествознании, ее методы проникли в биологию, экологию, социологию, экономику, политологию. В основе синергетических моделей лежат процессы самоорганизации, отражающие определенные фазовые переходы в условиях сильной неравновесности состояний систем по вещественно-энергетическим или информационным параметрам. Ее методы чрезвычайно актуальны, так как большинство проблем, стоящих сегодня перед Человечеством, отличаются глобальностью, сложностью, нелинейностью, необходимостью выработки стратегии безопасного развития общества.
Синергетика сегодня — это удивительный сплав мощных коммуникационных процессов переноса знаний частных дисциплин до уровня системных универсалий и, затем, часто неотрефлексированной трансляции, экспансии этих знаний в иные области человеческой практики, от материаловедения, до психотерапии, образования и пиар-технологий. Стремления к коммуникации, по большей части, стихийны и мы видим роль философа-методолога не только в том, чтобы подать свой голос в нестройном хоре междисциплинарного хаоса сегодняшнего дня, но и попытаться отыскать ключевые параметры его самоорганизации. Идеи теории самоорганизации, синергетики все в большей степени резонируют сегодня в гуманитарной среде, все ярче звучат ее антропологические мотивы, поэтому так необходимы работы по ее философско-методологического сопровождению в решении проблемы «двух культур». Кроме того, широкий спектр проблем и междисциплинарный язык синергетики, восходящий к базовым структурам обыденного языка, создают единое пространство встречи и взаимопонимания профессионалов и дилетантов, гуманитариев и естественников, теоретиков и прикладников, ученых и обывателей, педагогов и учащихся, которое так же требует социокультурного осмысления.
Стохастический резонанс — что значит это словосочетание?«Стохастический» — это относящийся к области хаоса, к беспорядочному поведению, к процессу, динамика которого случайна и непредсказуема. Известным примером такого процесса является броуновское движение. Слово «резонанс» в самом общем смысле означает сильный отклик какой-либо системы на небольшое внешнее воздействие (знаменитый пример из военной истории: разрушение моста из-за того, что по нему в ногу прошла рота солдат). Важно то, что такой сильный отклик — избирателен, то есть он возникает только при определенных параметрах внешнего воздействия. Например, при вынужденном колебании маятника резонанс возникает, если частота внешнего воздействия сравнивается с собственной частотой колебаний системы.
    продолжение
--PAGE_BREAK--