Registration Number
0826U001238, PhD dissertation
Status
Доктор філософії
Date
18-06-2026
popup.evolution
o
Title
Optoelectronic sensors based on organic materials for use in medicine
Author
Oleksandr B. Okhrimchuk,
popup.head Volodymyr H. Verbytskyi
popup.opponent Igor T. Kohut
popup.opponent Yaroslav I. Lepikh
popup.review Viktoriia M. Koval
popup.review Tetiana Y. Obukhova
popup.rada
National Technical University of Ukraine «Igor Sikorsky Kyiv Polytechnic Institute»
Description
Охрімчук О.Б. Оптоелектронні сенсори на основі органічних матеріалів для використання в медицині. – Кваліфікаційна наукова праця на правах рукопису.
Дисертація на здобуття наукового ступеня доктора філософії за спеціальністю 153 – Мікро- та наносистемна техніка (галузь знань 15 – Автоматизація та приладобудування). – Національний технічний університет України “Київський політехнічний інститут імені Ігоря Сікорського”, Київ, 2026.
Дисертаційну роботу присвячено комплексному дослідженню фізичних, технічних та математичних засад створення оптоелектронних сенсорів на основі органічних матеріалів, призначених для визначення концентрацій летких біомаркерів у видихуваному повітрі людини методом спектрального поглинання в середньому інфрачервоному діапазоні. Запропонований підхід об’єднує аналітичні моделі, чисельні алгоритми, методики моделювання деградації та дрейфу, а також кількісний аналіз параметрів сенсорної системи, що дозволяє сформувати цілісну наукову основу для створення компактних, стабільних та технологічно адаптивних сенсорів неінвазивної медичної діагностики.
У роботі підкреслено важливість аналізу летких біомаркерів як одного з ключових напрямів розвитку сучасної медичної діагностики. Видихуване повітря є доступним, невичерпним та легко керованим для відбору середовищем, а концентрації таких аналітів, як ацетон, аміак і вуглекислий газ, відображають широкий спектр метаболічних, ендокринних, респіраторних та інфекційних процесів. Зміни цих концентрацій є індикаторами порушень обміну речовин, функції органів, гормональних збоїв, запальних процесів, вентиляційних відхилень та інших клінічно значущих станів. Таким чином, неінвазивний аналіз летких компонентів видихуваного повітря може забезпечити доступ до важливої інформації щодо стану організму без необхідності забору біологічних рідин, хірургічних чи ін’єкційних процедур, що робить такі сенсорні системи перспективними для широкого використання як у клінічних умовах, так і в персональних діагностичних пристроях.
Розглянута категорія сенсорів ґрунтується на реєстрації спектрального поглинання газової фази у середньому ІЧ-діапазоні. Кожен з досліджуваних аналітів має характерні резонансні смуги поглинання, зумовлені коливально-обертальними переходами у молекулярних структурах. Ацетон має виражену смугу поглинання поблизу 5,7–5,9 мкм, що дозволяє ефективно детектувати його у концентраціях, характерних для здорового, діабетичного та кетоацидозного станів. Аміак має власну спектральну смугу, що відрізняється шириною та інтенсивністю; CO₂ характеризується іншими спектральними характеристиками та потребує відповідної адаптації сенсорної архітектури. Ці особливості роблять можливим селективне визначення кожного аналіту за умови коректного вибору спектральної чутливості фотоприймача та геометрії оптичної системи.
У дисертації сформовано математичний опис процесів поглинання випромінювання у газовому середовищі. Використання закону Бугера–Ламберта–Бера дозволяє формалізувати залежність між концентрацією аналіту, довжиною оптичного шляху, спектральним коефіцієнтом поглинання та інтенсивністю випромінювання на вході фотоприймача. Показано, що форма спектральної смуги поглинання та її інтенсивність визначають характер формування результативної функції відгуку сенсорної системи, яка є добутком спектральної чутливості фотоприймача та нормованої оптичної густини аналіту. У роботі описано кожен етап трансформації випромінювання – від поширення у газовому проміжку з урахуванням поглинання, до перетворення оптичного сигналу в електричний за допомогою органічної фоточутливої структури.
Особлива увага приділена органічним фотоприймачам, які становлять матеріальну основу сенсорної системи. У дисертації описано їх фізичні властивості, спектральні особливості, переваги й недоліки. Органічні матеріали дають змогу реалізувати тонкоплівкові багатошарові структури з низькою температурою виготовлення, що забезпечує їх сумісність із полімерними підкладками, гнучкими системами та компактними сенсорними платформами. Однак вони схильні до деградаційних процесів, які впливають на спектральну чутливість, фотореакцію, шумові характеристики та часову стабільність параметрів. Тому математичні моделі сенсора мають враховувати довготривалу зміну характеристик органічних матеріалів, включно з дрейфом базової лінії та зниженням чутливості.
Registration Date
2026-04-28
popup.nrat_date
2026-04-28 / 2026-07-07
