The object of research, development or design (in Russian) : Объектом исследования, разработки и проектирования является система визуализации магнитных частиц (ВМЧ) и электромагнитный привод для управления магнитными наночастицами (МНЧ) в биомедицинских приложениях, включая целевую доставку лекарств и диагностику рака лёгких.

The object of research, development or design (in Kazakh) : Зерттеу, әзірлеу және жобалау нысаны – биомедициналық қолданбаларда, соның ішінде дәрілерді нысаналы жеткізу мен өкпе обырын диагностикалауда қолданылатын магниттік бөлшектерді бейнелеу (МББ) жүйесі мен магниттік нанобөлшектерді (МНБ) басқаруға арналған электромагниттік жетегі.

Aim of work (in Russian) : Цель проекта — разработка двух- и трёхмерной (2D/3D) системы электромагнитного привода с функцией визуализации магнитных частиц (ВМЧ) для мониторинга и управления магнитными наночастицами (МНЧ) в глубоких тканях организма, таких как печень и лёгкие, с целью повышения эффективности целевой доставки лекарств и диагностики рака.

Aim of work (in Kazakh) : Жобаның мақсаты – магниттік нанобөлшектерді (МНБ) баптау мен бақылауға арналған магниттік бөлшектерді бейнелеу (МББ) функциясы бар екі және үш өлшемді (2D/3D) электромагниттік жетек жүйесін әзірлеу. Бұл жүйе бауыр мен өкпе сияқты терең тіндерде дәрілерді нысаналы жеткізудің тиімділігін және қатерлі ісікті анықтау дәлдігін арттыруға бағытталған.

Методы исследования (на русском) : Методы исследования включают численное моделирование, экспериментальные исследования in vitro и in vivo, а также сравнительный анализ данных. На первом этапе проводится моделирование электромагнитных полей и траекторий сканирования с использованием программных пакетов MATLAB и COMSOL Multiphysics для оптимизации конструкции системы привода и параметров ВМЧ. Затем выполняется разработка и синтез магнитных наночастиц (МНЧ) с различными покрытиями и параметрами намагниченности. Полученные МНЧ исследуются с помощью атомно-силового микроскопа (АСМ) и конфокального лазерного микроскопа Zeiss LSM 980 для подтверждения характеристик и поведения наночастиц. На заключительном этапе выполняются эксперименты in vitro и in vivo по отслеживанию и доставке МНЧ с использованием разработанной системы ВМЧ, а также проводится сравнение с данными оптической и флуоресцентной микроскопии для оценки точности и чувствительности системы.

Методы исследования (на казахском) : Зерттеу әдістері сандық модельдеуді, in vitro және in vivo эксперименттік зерттеулерді, сондай-ақ алынған деректерді салыстырмалы талдауды қамтиды. Бірінші кезеңде жетек жүйесінің құрылымын және МББ параметрлерін оңтайландыру мақсатында MATLAB және COMSOL Multiphysics бағдарламалық пакеттерін пайдаланып электромагниттік өрістер мен сканерлеу траекторияларының модельдеуі жүргізіледі. Келесі кезеңде әртүрлі жабындары мен намагничену сипаттамалары бар магниттік нанобөлшектер (МНБ) синтезделеді және олардың қасиеттері атомдық-күштік микроскоп (АСМ) пен Zeiss LSM 980 конфокальды микроскопы арқылы зерттеледі. Соңғы кезеңде әзірленген МББ жүйесін пайдаланып МНБ-ның in vitro және in vivo бақылау және жеткізу тәжірибелері жүргізіледі, сондай-ақ жүйенің дәлдігі мен сезімталдығын бағалау үшін оптикалық және флуоресценттік микроскопия деректерімен салыстырмалы талдау жасалады.

Obtained results and novelty (in Russian) : Завершено 3D-моделирование системы визуализации магнитных частиц (ВМЧ) двойного назначения, совмещающей функции электромагнитного привода и сканирования. В средах MATLAB и COMSOL проведена оптимизация катушек, геометрии и траекторий сканирования. Создан и испытан первый в Казахстане прототип электромагнитного привода и ВМЧ-системы для мониторинга и управления магнитными наночастицами (МНЧ) в реальном времени. Прототип подтвердил возможность формирования однородных полей и стабильного позиционирования точки, свободной от поля (FFP). Синтезированы и исследованы МНЧ с высокой намагниченностью, малыми размерами и декстриновым покрытием, обеспечивающим стабильность и длительное кровообращение. Определены оптимальные типы МНЧ для последующих in vitro и in vivo экспериментов. Разработана экспериментальная 3D-ВМЧ-установка, демонстрирующая объединённый режим визуализации и магнитного управления. Подготовлены публикации в международные журналы, индексируемые в Scopus и Web of Science. Научная новизна: впервые в Казахстане создана 3D-ВМЧ-система двойного назначения; разработан прототип для точного мониторинга и управления МНЧ; предложены гибридные траектории сканирования (Лиссажу и модифицированные синусоидальные), повышающие разрешение и чувствительность; синтезированы новые биосовместимые МНЧ; заложена основа для отечественной ВМЧ-технологии и перехода к экспериментальной реализации.

Obtained results and novelty (in Kazakh) : Магнитті бөлшектерді визуализациялау (МБВ) жүйесінің электромагниттік жетек пен сканерлеу функцияларын біріктіретін қос мақсаттағы 3D моделдеуі аяқталды. MATLAB және COMSOL орталарында катушкалар параметрлері, жүйе геометриясы және сканерлеу траекториялары оңтайландырылды. Қазақстанда алғаш рет магнитті нанобөлшектерді (МНБ) нақты уақытта бақылау және басқаруға арналған электромагниттік жетек пен МБВ жүйесінің прототипі жасалып, сыналды. Прототип біртекті магнит өрістерін қалыптастыру мен өріссіз нүктенің (FFP) тұрақтылығын көрсетті. Жоғары магниттелгіштігі, шағын өлшемі және декстрин қабықшасы бар МНБ синтезделіп, олардың тұрақтылығы мен ұзақ айналымы зерттелді. МБВ жүйесіне жарамды МНБ түрлері анықталып, in vitro және in vivo зерттеулерге оңтайлы үлгілер таңдалды. Біріктірілген визуализация және магниттік басқару режимін жүзеге асыратын 3D-МБВ тәжірибелік қондырғысы жасалды. Scopus және Web of Science базаларында индекстелетін халықаралық журналдарға мақалалар дайындалды. Ғылыми жаңалық: Қазақстанда алғаш рет қос мақсаттағы 3D-МБВ жүйесі мен МНБ басқаруға арналған прототип құрылды; кеңістіктік айқындығы мен сезімталдығын арттыратын гибридті сканерлеу траекториялары (Лиссажу және модификацияланған синусоидалы) ұсынылды; биосыйысымды қасиеттері жақсартылған жаңа МНБ синтезделді; отандық МБВ технологиясын дамытуға негіз қаланды.

The main constructive and technical economic indicators (in Russian) : Разрабатываемая система визуализации магнитных частиц (ВМЧ) представляет собой трёхмерный экспериментальный комплекс двойного назначения, объединяющий функции электромагнитного привода и сканера. Конструкция включает три пары катушек Гельмгольца и приёмные катушки из литценовой проволоки, что обеспечивает минимальные потери при высокочастотных режимах. Система способна формировать магнитное поле до 100 мТл и градиент до 5 Тл/м в рабочей зоне 16×16×16 мм³, предназначенной для исследований in vitro и in vivo. Управление полями и обработка сигналов осуществляются с помощью MATLAB и COMSOL Multiphysics, а также PXI-модулей. Разработанный прототип поддерживает гибридные траектории сканирования (синусоидальные, треугольные, Лиссажу), что позволяет улучшить пространственное разрешение до 0.5–1 мм и повысить чувствительность на 25–30% по сравнению с аналогами. Энергопотребление системы не превышает 3 кВт, а стоимость опытного образца оценивается примерно в несколько десятков тысяч долларов США, что делает её в 8–10 раз экономичнее зарубежных установок (Bruker, Magnetic Insight). Реализованная архитектура позволяет использовать устройство как в научных исследованиях, так и в прикладных биомедицинских задачах — для управления магнитными наночастицами, целевой доставки лекарств и неинвазивной диагностики.

The main constructive and technical economic indicators (in Kazakh) : Дайындалып жатқан магниттік бөлшектерді бейнелеу (МББ) жүйесі электромагниттік жетек пен сканерлеу функцияларын біріктіретін үш өлшемді эксперименттік кешен болып табылады. Құрылымында үш Гельмгольц катушка жұбы және литцен сымынан жасалған қабылдағыш катушкалар бар, бұл жоғары жиілікте энергия жоғалуын азайтады. Жүйе 100 мТл-ге дейінгі магнит өрісін және 5 Тл/м-ге дейінгі өріс градиентін қалыптастыра алады, ал жұмыс аймағы 16×16×16 мм³ көлемінде болып, in vitro және in vivo зерттеулерге арналған. Өрістерді басқару мен сигналдарды өңдеу MATLAB, COMSOL Multiphysics және PXI модульдері арқылы іске асырылады. Прототип синусоидтық, үшбұрышты және Лиссажу тәрізді гибридтік сканерлеу траекторияларын қолдайды, нәтижесінде кеңістіктік айырымдылық 0.5–1 мм деңгейіне жетіп, сезімталдық 25–30%-ға артады. Жүйенің энергия тұтынуы 3 кВт-тан аспайды, ал үлгілік нұсқаның болжамды құны шамамен бірнеше он мың АҚШ долларын құрайды, бұл шетелдік аналогтардан (Bruker, Magnetic Insight) 8–10 есе арзан. Мұндай архитектура МББ жүйесін ғылыми зерттеулермен қатар, биомедициналық қолданбаларда — магниттік нанобөлшектерді басқару, дәрілерді нысаналы жеткізу және инвазивті емес диагностикада пайдалануға мүмкіндік береді.

Level of implementation (in Russian) : Степень внедрения разработанной 3D системы визуализации магнитных частиц (ВМЧ) к концу 2025 года увеличилась с TRL 1 до TRL 3. На начальном этапе проект находился на стадии концептуальной разработки и численного моделирования. В 2025 году успешно изготовлен и протестирован лабораторный прототип, подтвердивший работоспособность электромагнитного привода, стабильность формирования магнитных полей и корректность визуализации. Система может использоваться для in vitro и in vivo экспериментов, а также интегрироваться в исследовательские установки. Достигнутый уровень готовности создаёт основу для перехода к этапу TRL 4–5 и практического применения технологии.

Level of implementation (in Kazakh) : 2025 жылдың соңына қарай әзірленген үш өлшемді магниттік бөлшектерді бейнелеу (МББ) жүйесінің технологиялық дайындық деңгейі TRL 1 деңгейінен TRL 3 деңгейіне дейін өсті. Бастапқы кезеңде жоба тұжырымдамалық жобалау және сандық модельдеу сатысында болды. 2025 жылы зертханалық прототип жасалып, сынақтан сәтті өтіп, электромагниттік жетектің тұрақтылығы мен бейнелеудің дұрыстығы дәлелденді. Жүйе in vitro және in vivo тәжірибелерде қолдануға және зерттеу құрылғыларына біріктіруге жарамды. Қол жеткізілген дайындық деңгейі жобаны TRL 4 кезеңіне көшіруге негіз қалайды.

Efficiency (in Russian) : Эффективность разработанной 3D системы визуализации магнитных частиц (ВМЧ) подтверждена результатами моделирования и экспериментальных испытаний. Система обеспечивает формирование однородного магнитного поля до 100 мТл и градиента до 5 Тл/м, что позволяет точно управлять положением магнитных наночастиц. Применение гибридных траекторий сканирования (Лиссажу, синусоидальных и треугольных) повысило пространственное разрешение до 0,5–1 мм и чувствительность на 25–30% по сравнению с аналогами. Стоимость прототипа примерно в 8–10 раз ниже зарубежных установок, при этом энергопотребление не превышает 3 кВт, что делает систему эффективной и экономичной для научных и прикладных задач.

Efficiency (in Kazakh) : Магниттік бөлшектерді бейнелеудің (МББ) үш өлшемді жүйесінің тиімділігі модельдеу мен тәжірибелік сынақтар нәтижелерімен расталды. Жүйе 100 мТл дейінгі біртекті магнит өрісін және 5 Тл/м дейінгі өріс градиентін қалыптастырып, магниттік нанобөлшектердің орнын дәл басқаруға мүмкіндік береді. Лиссажу, синусоидтық және үшбұрышты гибридтік траекторияларды қолдану кеңістіктік айырымдылықты 0,5–1 мм деңгейіне жеткізіп, сезімталдықты 25–30% арттырды. Прототиптің құны шетелдік аналогтардан 8–10 есе төмен, ал энергия тұтынуы 3 кВт-тан аспайды, бұл жүйені ғылыми және қолданбалы зерттеулерге тиімді етеді.

Field of application (in Russian) : Разработанная 3D система визуализации магнитных частиц (ВМЧ) имеет широкую область применения в биомедицинских и инженерных направлениях. Основное назначение — управление и мониторинг магнитных наночастиц (МНЧ) в живых системах для целей целевой доставки лекарств, гипертермии опухолей и неинвазивной диагностики. Кроме того, система может использоваться для тестирования магнитных материалов, моделирования магнитных полей и калибровки датчиков. Компактная конструкция и низкая себестоимость позволяют интегрировать её в лаборатории прикладной физики, биоинженерии и нанотехнологий. В перспективе технология может быть адаптирована для клинических исследований и разработки отечественных медицинских диагностических установок.

Field of application (in Kazakh) : Әзірленген үш өлшемді магниттік бөлшектерді бейнелеу (МББ) жүйесінің қолдану саласы биомедициналық және инженерлік бағыттарды қамтиды. Негізгі мақсаты – магниттік нанобөлшектерді (МНБ) басқару және бақылау, оларды дәрілерді нысаналы жеткізу, ісік гипертермиясы және инвазивті емес диагностика үшін пайдалану. Сондай-ақ жүйе магниттік материалдарды сынау, өрістерді модельдеу және датчиктерді калибрлеу салаларында қолданылуы мүмкін. Оның ықшам құрылымы мен төмен өзіндік құны МББ жүйесін қолданбалы физика, биоинженерия және нанотехнология зертханаларына енгізуге мүмкіндік береді. Болашақта бұл технология клиникалық зерттеулер мен отандық медициналық жүйелерде бейімделуі мүмкін.