В ЛЭТИ создали устройство для безопасной экспресс-диагностики кариеса

Не имеющая аналогов в РФ система использует полупроводниковые лазеры вместо рентгеновского излучения, что позволяет анализировать состояние зубов пациента прямо в кресле дантиста.

Кариес зубов – наиболее распространенное заболевание полости рта человека, встречающееся, по разным оценкам, у 95–99 % населения. Эффективность лечения кариозных поражений во многом зависит от стадии развития патологического процесса, что требует разработки новых методов и аппаратуры для быстрой и ранней диагностики кариеса.

«Мы разработали макет недорогого прибора для экспресс-диагностики кариеса на ранних стадиях. В отличие от рентгеновских аппаратов, предназначенных для диагностики заболеваний челюстно-лицевой области, данный прибор использует полупроводниковые лазерные диоды, излучение которых абсолютно безопасно и может применяться в лечении пациентов любой категории без каких-либо ограничений. Кроме того, прибор прост в эксплуатации, имеет небольшие габариты и вес». – Профессор кафедры электронных приборов и устройств (ЭПУ) СПбГЭТУ «ЛЭТИ» Андрей Александрович Ухов

На начальном этапе исследований ученые ЛЭТИ подобрали параметры лазерного излучения с оптимальными характеристиками для определения наличия кариеса. Образцами для экспериментов послужили хирургически удаленные зубы с различной степенью кариозного поражения. В результате были выбраны два типа излучения (с длинами волн ~400 и ~650 нанометров). Спектры флуоресценции зубов, индуцированной лазерным излучением, изучались с помощью компактной портативной спектрометрической системы, разработанной в ЛЭТИ.

На основании проведенных экспериментов ученые собрали прототип прибора для диагностики кариеса. Он состоит из двух полупроводниковых лазеров (с длинами волн 405 и 635 нанометров), а для регистрации сигнала используются фотодиоды с оптическими фильтрами. Информация с устройства может передаваться на персональный компьютер через USB. Интерпретацией полученных данных занимается специальное программное обеспечение.

Разработанное устройство проходило испытания на хирургически удаленных зубах человека, которые разделили на несколько групп, исходя из наличия кариеса. В первую группу вошли зубы, удаленные не более двух дней назад. В этой группе были выделены две подгруппы: заведомо здоровые зубы, не пораженные кариозным заболеванием в какой-либо форме, и зубы, пораженные кариесом, с внешними проявлениями заболевания в виде черных пятен на поверхности.

«Результаты экспериментов показали хорошую точность диагностики кариеса с помощью нашего устройства. Однако необходимы дополнительные клинические испытания устройства для установления четких и надежных критериев связи между регистрируемой интенсивностью флуоресценции и состоянием зубов, включая степень кариеса. Сейчас мы ищем финансирование для дальнейшего совершенствования нашего прибора. Долгосрочная цель – выход на рынок и внедрение в стоматологические центры». – Заведующий кафедрой электронных приборов и устройств СПбГЭТУ «ЛЭТИ» Николай Николаевич Потрахов

Результаты исследования опубликованы в научном журнале Biomedical Engineering. Кроме того, на программное обеспечение для анализа данных получены свидетельства о регистрации программ ЭВМ № 2021669467 (Программа для контроля флюоресценции объектов «FluCtrl») и № 2021669663 (Программа для контроля и визуализации результатов флюоресценции объектов «FluCtrlPC»).

Мир электронных компонентов: от теории к практике

Введение: что стоит за термином «электронные компоненты»

Любое электронное устройство — от карманного фонарика до промышленного контроллера — собрано из множества деталей, которые принято называть электронными компонентами. Это те самые «кирпичики», из которых строятся все современные схемы. Без них не обходится ни бытовая техника, ни автомобильная электроника, ни медицинское оборудование, ни системы связи.

Любопытно, что в повседневной речи часто используют слово «радиодетали» — историческое наследие начала XX века, когда радио было первым массовым технически сложным устройством. Сегодня спектр применения электронных компонентов неизмеримо шире: они лежат в основе всей цифровой и аналоговой техники.

В этой статье разберём, что представляют собой электронные компоненты, как они классифицируются, какие задачи решают и где применяются. Особое внимание уделим практическим аспектам выбора и использования этих элементов в реальных проектах.

Классификация: активные и пассивные компоненты

В основе любой систематизации электронных компонентов лежит разделение на две большие группы: активные и пассивные элементы. Это фундаментальное деление определяется способностью компонента усиливать, преобразовывать или генерировать электрический сигнал.

Пассивные компоненты

Пассивные электронные компоненты не способны усиливать сигнал или управлять потоком энергии. Их основная функция — накапливать, рассеивать или перераспределять электрическую энергию. К этой категории относятся три базовых типа элементов, которые встречаются практически в любой схеме:

• Резисторы — элементы, использующие собственное электрическое сопротивление. Они ограничивают ток, делят напряжение и рассеивают мощность в виде тепла. Резисторы бывают постоянными, переменными и нелинейными (терморезисторы, варисторы, фоторезисторы).
• Конденсаторы — накопители заряда, использующие свойство ёмкости. Они фильтруют сигналы, сглаживают пульсации напряжения, создают временные задержки и работают в высокочастотных цепях. Различаются по типу диэлектрика: керамические (NP0, C0G, X7R, Y5V), электролитические, плёночные и другие.
• Катушки индуктивности и дроссели — элементы, использующие электромагнитную индукцию. Они накапливают энергию в магнитном поле и применяются в фильтрах, трансформаторах, источниках питания.

К пассивным также относят трансформаторы, коммутационные устройства, предохранители, соединители, антенны, динамики и многие другие компоненты.

Активные компоненты

Активные электронные компоненты, напротив, способны усиливать сигналы, преобразовывать их форму и управлять большими потоками энергии с помощью малых управляющих сигналов. Их вольт-амперная характеристика нелинейна. Ключевые представители этой группы:

• Полупроводниковые приборы: диоды, стабилитроны, варикапы, транзисторы (биполярные, полевые, IGBT), тиристоры, симисторы.
• Интегральные схемы (микросхемы): сложные полупроводниковые кристаллы, объединяющие тысячи и миллионы транзисторов. Делятся на аналоговые (операционные усилители, стабилизаторы) и цифровые (логические элементы, микроконтроллеры, процессоры).
• Электровакуумные приборы — исторически первые активные элементы, сегодня применяемые ограниченно.

Технические характеристики и маркировка

Основные параметры компонентов

Для резисторов критически важны:

• номинальное сопротивление (Ом, кОм, МОм);
• рассеиваемая мощность (Вт);
• допуск (точность, %);
• температурный коэффициент сопротивления (ТКС).

Для конденсаторов ключевые параметры:

• номинальная ёмкость (пФ, нФ, мкФ);
• рабочее напряжение (В);
• температурная стабильность (особенно важна для керамических конденсаторов);
• эквивалентное последовательное сопротивление (ESR) — для электролитических.

Для полупроводниковых приборов важны:

• максимальный прямой ток (для диодов);
• максимальное обратное напряжение;
• коэффициент усиления (для транзисторов);
• частота среза и время переключения;
• температурный диапазон работы (например, от −40 °C до +85 °C для многих микросхем).

Система маркировки

Маркировка электронных компонентов может показаться сложной, но она строго стандартизирована. Резисторы, например, маркируются цветовыми кольцами, позволяющими определить номинал и допуск без измерительных приборов. Конденсаторы часто имеют буквенно-цифровую маркировку, где буква может обозначать допустимое отклонение ёмкости. Полупроводниковые приборы и микросхемы маркируются буквенно-цифровыми кодами, указывающими на тип прибора и его характеристики.

Учебные пособия по компонентам электронной техники рекомендуют начинать знакомство с элементной базой именно с изучения маркировки и номиналов — это основа грамотного проектирования.

Применение: где и как используются электронные компоненты

Современная электроника пронизывает все сферы жизни. Рассмотрим наиболее характерные области применения.

Бытовые устройства и потребительская электроника

Смартфоны, компьютеры, телевизоры, аудиосистемы — основа этих устройств — печатные платы, заполненные электронными компонентами. Здесь используются все типы элементов: керамические конденсаторы для фильтрации питания, резисторы для токоограничения, кварцевые резонаторы для тактирования, микросхемы для обработки данных и управления.

Промышленная автоматика

В промышленности электронные компоненты отвечают за управление станками, робототехническими комплексами, конвейерами и технологическими процессами. Здесь особенно востребованы компоненты с расширенным температурным диапазоном, высокой надёжностью и устойчивостью к помехам. Операционные усилители, аналоговые и цифровые микросхемы, силовые транзисторы составляют основу систем автоматизации.

Автомобильная электроника

Современный автомобиль — это десятки электронных блоков управления. От систем зажигания и управления двигателем до датчиков парковки и систем помощи водителю — везде используются электронные компоненты. Особые требования предъявляются к надёжности и устойчивости к вибрациям и температурным колебаниям.

Медицинское оборудование

Диагностические приборы, мониторы пациентов, аппараты УЗИ — всё это сложные электронные системы, где точность и стабильность компонентов критически важны.

Практические аспекты: как выбрать и приобрести компоненты

Выбор подходящих электронных компонентов требует внимательного подхода. Ошибка в спецификации может привести к некорректной работе устройства или даже его выходу из строя.

Критерии выбора

1. Электрические параметры: строгое соответствие номиналам, указанным в схеме (напряжение, ток, мощность, ёмкость, сопротивление).
2. Условия эксплуатации: температурный диапазон, влажность, вибрации. Для промышленных и автомобильных применений часто выбирают компоненты с расширенным диапазоном.
3. Тип корпуса и способ монтажа: компоненты для объёмного монтажа (с выводами) и поверхностного монтажа (SMD). SMD-компоненты компактнее и лучше подходят для автоматизированной сборки.
4. Происхождение и качество: оригинальные компоненты от проверенных производителей обеспечивают заявленные характеристики и надёжность.

Где приобрести компоненты

Современный рынок электронных компонентов предлагает широкий выбор как через офлайн-дистрибьюторов, так и через интернет-магазины. Крупные платформы, такие как Компонентс Ру, предлагают каталоги с более чем 6 миллионами позиций, что позволяет найти практически любой необходимый элемент.

Важной тенденцией становится бесплатная доставка заказов, что делает электронику доступной не только для крупных производителей, но и для студентов, радиолюбителей и малого бизнеса в любом регионе страны. Это способствует демократизации доступа к знаниям и развитию инноваций.

При этом стоит учитывать, что некоторые интернет-магазины могут иметь более высокие цены по сравнению с конкурентами, хотя ассортимент и наличие редких позиций компенсируют этот недостаток. Перед покупкой полезно изучить отзывы — иногда даже крупные поставщики могут ошибиться с комплектацией, но, как правило, готовы исправить ситуацию, хотя сроки доставки могут быть длительными.

Будущее электронных компонентов: тренды и перспективы

Рынок электронных компонентов динамично развивается. Ключевые направления:

• Миниатюризация: компоненты становятся всё меньше, позволяя создавать более компактные и мощные устройства.
• Импортозамещение: активное развитие отечественной микроэлектроники, появление российских аналогов зарубежных компонентов, таких как линейки ELBEAR и ELTAY.
• Повышение энергоэффективности: разработка компонентов с меньшим энергопотреблением, особенно актуально для носимой электроники и интернета вещей.
• Интеграция: всё больше функций реализуется в виде специализированных микросхем и систем-на-кристалле.

Партнёрство разработчиков и дистрибьюторов, как, например, между «Элрон» и «Компонентс Ру», создаёт устойчивые цепочки поставок и делает качественные российские компоненты доступными наравне с импортными.

Электронные компоненты — это фундамент, на котором строится вся современная техносфера. Понимание их классификации, характеристик и областей применения открывает путь к созданию собственных электронных устройств — от простых любительских конструкций до промышленных систем. Ключ к успеху не только в знании теории, но и в умении выбирать и приобретать качественные компоненты, соответствующие поставленной задаче. Рынок сегодня предлагает для этого все необходимые инструменты, делая мир электроники доступным для каждого.

Холдинг «Швабе» поставил более 500 офтальмологических приборов в 30 регионов России

Холдинг «Швабе» Госкорпорации Ростех за последние три года передал свыше 500 офтальмологических приборов в лечебные учреждения свыше 30 регионов России. Щелевые лампы, офтальмоскопы, монобиноскопы и другая медтехника холдинга активно используется для диагностики заболеваний глаз, проведения обследований и восстановительной терапии.

Самым востребованным прибором стал налобный офтальмоскоп НБО-3 производства Загорского оптико-механического завода (ЗОМЗ, входит в холдинг «Швабе» Госкорпорации Ростех). За последние три года холдинг поставил около 200 таких изделий преимущественно в клиники Москвы и Санкт-Петербурга, а также в медучреждения 15 регионов – от Калининграда до Дальнего Востока.

НБО-3 предназначен для бинокулярного стереоскопического безрефлексного исследования глазного дна. Прибор можно применять без медикаментозного расширения зрачка как в диагностических целях, так и при проведении операций. Автономный блок питания позволяет проводить обследования не только в кабинете врача, но и в больничных палатах или на дому.

Красногорский завод им. С. А. Зверева (КМЗ, входит в холдинг «Швабе» Госкорпорации Ростех) производит щелевые лампы. С 2023 по 2026 год холдинг поставил в российские клиники более 170 этих приборов. Их направили в 18 регионов Центральной России, Сибири, Поволжья, Урала, Дальнего Востока, юга России, а также в Крым и Донецкую Народную Республику. Щелевая лампа дает возможность врачам проводить исследования видимых частей глаза и выявлять патологии радужной оболочки, воспаление век, катаракту и другие заболевания.

«Сегодня наши предприятия выпускают линейку оборудования для офтальмологии – от приборов для первичной диагностики до техники для хирургии и восстановительной терапии. За три года более 500 таких изделий поступили в медучреждения свыше 30 регионов страны. Оснащение медучреждений качественной продукцией решает задачи импортозамещения и повышения доступности высокотехнологичной медпомощи в нашей стране», — отметил заместитель генерального директора по развитию продаж продукции гражданского назначения холдинга «Швабе» Госкорпорации Ростех Лев Борисов.

Отдельное направление – оборудование для детской офтальмологии. Так, монобиноскоп МБС-02 не имеет аналогов в России и за рубежом. Аппарат не только позволяет проводить диагностику и профилактику функциональных зрительных нарушений, но и осуществляет восстановительную терапию и лечение косоглазия у детей путем воздействия светового излучения трех видов – постоянным, импульсным и лазерным. За три с половиной года «Швабе» поставил около 70 монобиноскопов в 13 регионов России.

Также предприятия холдинга выпускают ручные офтальмоскопы и проекционные анализаторы поля зрения. Совместно с Научно-исследовательским институтом глазных болезней имени М. М. Краснова разработан анализатор индивидуальной нормы внутриглазного давления. В составе холдинга высокотехнологичную технику для различных областей медицины производят также Московский завод «САПФИР», Уральский оптико-механический завод им. Э. С. Яламова и Новосибирский приборостроительный завод. Поставки медоборудования реализуются с участием компании «Швабе-Москва».

Еще по теме: