Аннотация результатов, полученных в 2024 году
В рамках первого года проекта подготовлены протоколы приготовления биологических образцов таким образом включал в себя: Выращивание клеток культуры HeLa (Национальный исследовательский центр «Курчатовский институт» — коллекция ПНИП) в культуральных флаконах 25см с герметичными крышками (Nest, Китай), при стандартных условиях (37 ℃ и 5% СО2) и на стандартной среде (DMEM/F 12 без глутамина и HEPES (HiMedia, Индия), c добавлением 10% эмбриональной бычьей сыворотки (Fetal Bovine Serum), (HiMedia, Индия), 2мM L-глутамина (Биолот, Санкт-Петербург, Россия) и пенициллина со стрептомицином (Биолот, Санкт-Петербург, Россия). Выращенные клетки HeLa промывали культуральной средой, затем раствором Версена, дезагрегировали раствором Трипсин-Версена и центрифугировали в течение 5 мин при 1000 об/мин, супернатант сливали и фиксировали этиловым спиртом 95%. Получена аналитическая форма динамических уравнений движения одиночных клеток HeLa в трёхмерной ловушке Пауля и в линейной квадрупольной ловушке полученных с помощью метода дискретных элементов. Сформирована двух- и трёхкомпонентная генеративная модель одиночных клеток HeLa. Выполнено численное решение задачи Коши для уравнений движения одиночной клетки HeLa в трёхмерной ловушке Пауля и линейной квадрупольной ловушке. Получено решение уравнений для начальных условий координат, распределённых псевдослучайно вблизи геометрического центра ловушек. Выполнено исследование динамики в нестационарном случае и динамики, описываемой эквивалентной (автономной) моделью, полученной в результате усреднения в соответствии с моделью эффективного потенциала. Сформированы спектрограммы колебаний одиночных клеток HeLa, полученных в результате Фурье-преобразования временной развёртки траектории в трёхмерной ловушке Пауля и квадрупольной линейной ловушки. Произведено сравнение спектрограмм для оригинальной (нестационарной) и усреднённой моделей. Обнаружена зависимость частоты вращения клетки в ловушке от амплитуды переменного напряжения. Сформированы карты динамических режимов микрочастиц, локализованных в поверхностных радиочастотных ловушках. Выполнено построение карт значений нетривиального (старшего) показателя Ляпунова в зависимости от параметров питания ловушки и характерного размера частицы (при различных начальных условиях). Построены траектории, бифуркационные диаграммы, спектрограммы, карта значений числа Рейнольдса, обобщённые сечения Пуанкаре, для найденных режимов. Показана возможность реализации различных сценариев перехода к хаосу в зависимости от характерного размера частицы при фиксированной частоте переменного напряжения на электродах ловушки. Подготовлены протоколы оптимизации геометрии электродов ловушки для локализации биологических объектов с целью последующего спектрально-оптического анализа объектов в процессе локализации. Определены оптимальные размеры линейной квадрупольной ловушки, разработана и апробирована универсальная приставка-манипулятор (ловушка для микрочастиц) для коммерческих микроскопов. Подготовлены протоколы испытаний методов доставки paper-spray, ударной десорбции, электроспрей и пневмоспрей для доставки одиночных клеток HeLa. Выполнено микроскопическое исследование объектов доставки после иммобилизации на подложках. Получено, что метод пневмоспрей (PnS) не выявил недостатков при работе с зафиксированными клетками HeLa и может быть применён в дальнейших исследованиях. В рамках первого года проекта подготовлены две работы по материалам исследования, Rybin V. et al. Electrodynamic manipulator for commercial fluorescence microscope //Measurement. – 2024. – Т. 235. – С. 114915; Rudyi S., Shcherbinin D., Ivanov A. Butterflies and bifurcations in surface radio-frequency traps: The diversity of routes to chaos //Chaos: An Interdisciplinary Journal of Nonlinear Science. – 2024. – Т. 34. – №. 10. Исследования входят в первый квартиль (Q1) по импакт-фактору JCR Science Edition.

Аннотация результатов, полученных в 2025 году
1. Подготовлены клетки HeLa для локализации в диэлектрофоретических ловушках. 2.1 Выполнено математическое описание процесса локализации биологических объектов в электрофоретических ловушках общего вида, аналитически описано пространственное распределение потенциала и градиента электрического поля для гибридных конфигураций электродов с прямоугольными и концентрическими сегментами. Проведено численное моделирование динамики микрочастиц в таких конфигурациях в nDEP и pDEP режимах решением динамических уравнений методом Рунге-Кутты четвёртого порядка. 2.2. По результатам численной симуляции динамики была разработана трёхмерная модель электродов электрофоретической ловушки в программной среде Autodesk Fusion 360, сочетающая прямоугольные и концентрические сегменты электродов. 2.3. Подготовлены протоколы результатов расчёта пространственного распределения потенциала и градиента электрического поля в ловушке численным решением уравнения Лапласа для заданной и граничных условий методом конечных элементов (FEM) в программной среде COMSOL Multiphysics и Wolfram Mathematica с характерным (максимальным) размером элемента разбиения 2 мкм. 2.4. Подготовлены протоколы численного расчёта динамики объектов локализации в электрофоретической ловушке с учётом реального пространственного распределения потенциала и внутренней структуры объектов (клеток HeLa в рамках многослойной модели «мембрана–цитоплазма») численным решением динамических уравнений методом Рунге-Кутты четвёртого порядка. 2.5. По результатам численной симуляции динамики выполнена оптимизация геометрии электродов ловушки для локализации одиночных клеток HeLa, показана возможность локализации клеток HeLA вблизи прямоугольных электродов в фосфатно-солевом буфере в nDEP и pDEP режимах при частотах переменного напряжения от 100 кГц до 5 МГц. 3.1. Подготовлены протоколы разработки прозрачной электрофоретической ловушки на базе тонконкоплёночных ITO электродов методом магнетронного распыления. Выполнен анализ проводящих свойств электродов, поверхностное сопротивление исследуемых образцов варьировалось от ~100 Ом/□ до 1,5 кОм/□. В результате спектрометрического исследования было показано, что для оптимальных режимов осаждения коэффициент пропускания в видимом и ближнем ИК-диапазоне превышает 80%. Показано, что прозрачные ITO электроды могут быть использованы для диэлектрофоретических ловушек. 3.2. Изготовлен опытный образец диэлектрофоретической ловушки с тонкоплёночными металлическими электродами. 4.1. Разработана система оптического детектирования объектов в диэлектрофоретических ловушках. Подготовлены протоколы локализации и детектирования клеток HeLa и дрожжей в ловушке, успешно реализована локализация одиночных частиц дрожжей и клеток HeLa как в nDEP, так и в pDEP режимах. Проведено детектирование частиц методами машинного зрения, рассчитан спектр трансляционных колебаний частиц в ловушке. 4.3. Разработан метод электродинамической сепарации клеток по размерам в электрофоретической ловушке основанный на переключении nDEP-pDEP режимов с последующим параметрическим возбуждением колебаний микрочастиц. 5. На втором этапе проекта были опубликован работы Shcherbinin D.P. et al. Fast Nonlinear Damping Identification Method to Determine Size, Mass, and Charge of Lycopodium clavatum Spores in a Paul Trap //Journal of Mass Spectrometry. – 2025. – Т. 60. – №. 4. – С. e5123, Semynin M. S. et al. Delivery of micro-and nanoparticles from solutions into a linear quadrupole trap using the paper spray method //European Journal of Mass Spectrometry. – 2025. – С. 14690667251350268.