Matematinis ir skaitinis biojutiklių modeliavimas yra svarbus uždavinys, kuriant naujus ir tobulinant esamus biojutiklius. Disertacijos tyrimo objektas – matematiniai bei skaitiniai modeliai, aprašantys naujoviškų lipazės aktyvumo nustatymo biojutiklių bei teorinio biojutiklio, padengto valdoma membrana, veikimą. Tyrimo tikslai – nustatyti, kokie matematiniai ir skaitiniai modeliai geriausiai tinka lipazės aktyvumo nustatymo biojutikliams aprašyti, taip pat nustatyti, kokiais parametrais pasižymėtų biojutiklis, turintis valdomą membraną, kokiomis sąlygomis išryškėtų jo privalumai ir trūkumai. Nustatyta, kad lipazės aktyvumo matavimo biojutiklio modeliavimui klasikinį modelį reikia papildyti netiesiniu nariu. Biojutiklis su valdoma membrana pasiteisintų, jei fiziškai neištraukiant jutiklio iš darbinės aplinkos, reikėtų perjunginėti jo darbo režimą iš difuzinio į kinetinį ir atvirkščiai. / Biosensor mathematical and computer modeling is an important task for the development of new biosensors and for the improvement of the existing ones. Objects of this study are mathematical and numerical models which describe operation of novel lipase activity assessment biosensors and theoretical biosensor with controllable permeability membrane. Specific aims of this thesis are to identify what mathematical and numerical models are best suited for modeling specific lipase activity assessment biosensors and to identify what parameters of operation are specific for biosensor with controllable membrane. Also to identify the conditions which would reveal the positive and negative features of controllable membrane. It was discovered that in the case of lipase activity assessment biosensor the classic mathematical model should be extended with a non-linear term (in respect to substrate). Also, it was discovered that biosensor with controllable membrane would be useful in cases when biosensor cannot be physically removed from the operating environment, but still needs to be reconfigured for operation in the kinetic or diffusion mode.

Biosensor mathematical and computer modeling is an important task for the development of new biosensors and for the improvement of the existing ones. Objects of this study are mathematical and numerical models which describe operation of novel lipase activity assessment biosensors and theoretical biosensor with controllable permeability membrane. Specific aims of this thesis are to identify what mathematical and numerical models are best suited for modeling specific lipase activity assessment biosensors and to identify what parameters of operation are specific for biosensor with controllable membrane. Also to identify the conditions which would reveal the positive and negative features of controllable membrane. It was discovered that in the case of lipase activity assessment biosensor the classic mathematical model should be extended with a non-linear term (in respect to substrate). Also, it was discovered that biosensor with controllable membrane would be useful in cases when biosensor cannot be physically removed from the operating environment, but still needs to be reconfigured for operation in the kinetic or diffusion mode. / Matematinis ir skaitinis biojutiklių modeliavimas yra svarbus uždavinys, kuriant naujus ir tobulinant esamus biojutiklius. Disertacijos tyrimo objektas – matematiniai bei skaitiniai modeliai, aprašantys naujoviškų lipazės aktyvumo nustatymo biojutiklių bei teorinio biojutiklio, padengto valdoma membrana, veikimą. Tyrimo tikslai – nustatyti, kokie matematiniai ir skaitiniai modeliai geriausiai tinka lipazės aktyvumo nustatymo biojutikliams aprašyti, taip pat nustatyti, kokiais parametrais pasižymėtų biojutiklis, turintis valdomą membraną, kokiomis sąlygomis išryškėtų jo privalumai ir trūkumai. Nustatyta, kad lipazės aktyvumo matavimo biojutiklio modeliavimui klasikinį modelį reikia papildyti netiesiniu nariu. Biojutiklis su valdoma membrana pasiteisintų, jei fiziškai neištraukiant jutiklio iš darbinės aplinkos, reikėtų perjunginėti jo darbo režimą iš difuzinio į kinetinį ir atvirkščiai.

Andrius Jackūnas :Orbicular pendulum computerised modelling, magister of physics / supervisor doc. dr. M. Stakvilevičius; Šiauliai University, Physics cathedra. – Šiauliai, 2005. – 36p .

Šio darbo tikslas buvo sukurti metodiką, kuri užtikrintų efektyvų skaičiavimų tinklų panaudojimą kompiuteriniams modeliams, nagrinėjantiems biokatalizės procesus. Išnagrinėjus skaičiavimų tinklų panaudojimo galimybes biokatalizės procesams tirti, buvo pateikta skaičiavimų tinklų panaudojimo metodika, kurią galima įgyvendinti nepriklausomai nuo konkretaus skaičiavimų tinklo. Metodika buvo įgyvendinta skaičiavimų tinkle BalticGrid ir taikant šią metodiką atliktas biojutikliuose vykstančio biokatalizės proceso tyrimas. Biojutiklio veikimas aprašomas matematiniu modeliu, kuris bendruoju atveju yra nagrinėjamas naudojant kompiuterinį modelį. Biojutiklių veikimo kompiuteriniai modeliai dažnai yra parametrizuojami ir daugeliu atvejų yra sprendžiamas tas pats uždavinys, tik su skirtingais parametrų rinkiniais. Šiam modeliavimo procesui atlikti tikslinga naudoti skaičiavimų tinklus. Darbe pateikiama metodika buvo pritaikyta atliekant chemiškai modifikuoto biojutiklio kvazistacionariojo ir detaliojo modelių palyginimas. Sukurtos metodikos tyrimo metu nustatyta, kad ši metodika gali būti efektyviai taikoma nagrinėjant biokatalizės procesus. Nustatytas metodikos taikymo efektyvumas konkrečiame skaičiavimų tinkle bei pateiktos rekomendacijos kaip efektyviai taikyti šią metodiką. / The purpose of this master thesis was to develop a methodology, which would assure an efficient way to use computing grids for computer models modeling biocatalytic processes. After researching possibilities to use computing grids for modeling of such processes, a methodology was presented, which can be used independently of grid middleware. Methodology was implemented on BalticGrid. By applying this methodology biocatalytic processes in biosensors were investigated. Operation of biosensor is described with mathematical model, which in general case is solved with computer model. Computer models of biosensors are commonly parameterized, and in most cases same problem is being solved only with different set of parameters. Such processes can be solved by using computational grids. Methodology presented in this paper was used to compare quasi steady state and detailed models of chemically modified biosensors. After examining methodology presented in this paper it was proved that this methodology can be used efficiently to research biocatalytic processes. Effectiveness of applying this methodology in concrete computational grid was estimated and suggestions were presented how to apply this methodology in an efficient way.

Žmogaus akių judesiai yra plačiai tyrinėjami ir taikomi praktikoje. Jie yra labai informatyvūs, todėl jais domisi įvairių sričių mokslininkai. Atskiri akių judesių parametrai yra tyrinėjimo objektai daugelyje mokslo sričių. Vienur akių judesiai patys yra tyrimo objektas, kituose yra tiriamas akių judesių vaidmuo regėjimo procese ir dar kituose akių judesių analizė naudojama sudėtingesnių žmogaus veiklos formų tyrime. Tokių sudėtingų uždavinių sprendimas neįmanomas be atitinkamų algoritmų sudarymo ir jų kompiuterinio modeliavimo. Darbo tikslas – sukurti programinę įrangą žmogaus akių sukties judesių modeliavimui ir rezultatų pateikimui. Darbe pateikiami žmogaus akių judesių tipai, jų matematinio aprašymo, registravimo ir pateikimo būdai. Taip pat aprašomas akies sukties judesių matavimo elektromagnetiniu metodu matematinis modelis. Siekiant geresnių rezultatų kuriant programinę įrangą, atliktas tyrimas nustatymui, kokie programavimo įrankiai plačiausiai taikomi akių judesių analizei. Pateikiami modeliavimo sistemos projektavimo etapai, keliami funkciniai reikalavimai, reikalavimai duomenims, sistemos išvaizdai, panaudojimui, pritaikymui. Aprašoma modeliavimo eiga ir sistemos testavimo rezultatai. Nurodomi sukurtos sistemos trūkumai ir keliai tolimesniam vystymui. Galutinis darbo rezultatas – sukurta programinė įranga akių sukties judesiams, įrašytiems elektromagnetiniu būdu, modeliuoti ir paruošti pradinius duomenis tolimesnei analizei. / Human eye movements are widely studied and applied in practice. They are very informative, and therefore they are interested in various fields of scientists. Individual parameters of the eye movements of research facilities in many scientific fields. Some eye movements are themselves the subject of the investigation, the other is studied eye movements of the role of vision and the other motion analysis using more sophisticated forms of human activity study. Such complex tasks can not be processed without the appropriate algorithms and their computer simulation. The aim - to create the software of human torsion eye movements modeling and presentation of results. The work presents the types of human eye movements, their mathematical description, recording and presentation techniques. It also describes the torsion eye movements measuring with electromagnetic method mathematical model. In order to better results in software development, a survey of the most widely applied tools of programming eye movements analysis. The design stages of simulation system, the functional requirements, data requirements, system appearance, recovery, adaptation are described. Describes the modeling process and system test results. Refer to the shortcomings of created system and ways for further development. Final result - designed software to the torsion eye movements recorded electromagnetically modeling, and preparation of baseline data for further analysis.

Biosensors are analytical devices made up of a combination of a biological entity, usually an enzyme, that recognizes a specific analyte (substrate) and the transducer that translates the biorecognition event into a signal. In order to create new types of biosensors the corresponding experimental studies are necessary. Computational experiments could very well replace very expensive physical ones. However, the multi-step character of a chemical reaction scheme must be considered and modeled accordingly. In this thesis such reaction schemes were studied in great details. Original mathematical models were developed for optical peroxidase-based and amperometric laccase-based biosensors. The deterministic nature of model construction allows the automated models to be built. Based on this assumption flexible model for computational modeling of different practical multistep biosensors was developed. In order to optimize the numerical solution of the reaction-diffusion type equations common finite difference schemes were compared. The comparison shows that the fastest schemes to achieve the required relative error are implicit and Hopscotch schemes. For the problems where accuracy is not a significant factor but the speed is, the simplest explicit scheme should be used. Applying the new flexible model a computational modeling of the multi-step biosensors were produced. The modeling of laccase biosensor explained and confirmed the synergistic effect. The computational modeling of the... [to full text] / Biojutikliai yra analitiniai įtaisai sudaryti iš biologiškai aktyvios bei selektyviai atpažįstančios substratą medžiagos, dažniausiai fermento, ir keitiklio formuojančio makroskopinį fizinį signalą. Naujų įtaisų kūrimui būtini lygiagretūs eksperimentiniai tyrimai. Skaitiniai eksperimentai gali patikimai pakeisti fizinius. Modeliuojant tokius biojutiklius, būtina atsižvelgti į juose vykstančių procesų daugiapakopį pobūdį. Šiame darbe nuodugniai ištirtos tokių reakcijų schemų savybės. Sudaryti originalūs matematiniai modeliai optiniam peroksidaziniam bei amperometriniam lakaziniam daugiapakopiams biojutikliams. Deterministinė modelių sudarymo proceso prigimtis leidžia jį automatizuoti. Remiantis šiuo principu sukurtas bendras įrankis kompiuteriniam daugiapakopių biojutiklių modeliavimui. Siekiant optimizuoti skaitinį sprendimą palygintos dažniausiai naudojamos baigtinių skirtumų skaitinio sprendimo schemos sprendžiant reakcijos - difuzijos lygtis. Pastarasis palyginimas parodė, kad greičiausiai reikiamas sprendinio tikslumas pasiekiamas taikant neišreikštinę bei Hopscotch schemas. Uždaviniams, kuriems sparta svarbesnė už tikslumą, turėtų būti taikoma išreikštinė schema. Taikant naują įrankį atliktas kompiuterinis daugiapakopių biojutiklių modeliavimas. Kompiuterinis lakazinio biojutiklio modeliavimas teoriškai paaiškino eksperimentiškai stebėtą sinergetinę mediatoriaus įtaką biojutiklio atsakui. Peroksidazinio biojutiklio kompiuterinio modeliavimo rezultatai parodė, kad plataus... [toliau žr. visą tekstą]

Biojutikliai yra analitiniai įtaisai sudaryti iš biologiškai aktyvios bei selektyviai atpažįstančios substratą medžiagos, dažniausiai fermento, ir keitiklio formuojančio makroskopinį fizinį signalą. Naujų įtaisų kūrimui būtini lygiagretūs eksperimentiniai tyrimai. Skaitiniai eksperimentai gali patikimai pakeisti fizinius. Modeliuojant tokius biojutiklius, būtina atsižvelgti į juose vykstančių procesų daugiapakopį pobūdį. Šiame darbe nuodugniai ištirtos tokių reakcijų schemų savybės. Sudaryti originalūs matematiniai modeliai optiniam peroksidaziniam bei amperometriniam lakaziniam daugiapakopiams biojutikliams. Deterministinė modelių sudarymo proceso prigimtis leidžia jį automatizuoti. Remiantis šiuo principu sukurtas bendras įrankis kompiuteriniam daugiapakopių biojutiklių modeliavimui. Siekiant optimizuoti skaitinį sprendimą palygintos dažniausiai naudojamos baigtinių skirtumų skaitinio sprendimo schemos sprendžiant reakcijos - difuzijos lygtis. Pastarasis palyginimas parodė, kad greičiausiai reikiamas sprendinio tikslumas pasiekiamas taikant neišreikštinę bei Hopscotch schemas. Uždaviniams, kuriems sparta svarbesnė už tikslumą, turėtų būti taikoma išreikštinė schema. Taikant naują įrankį atliktas kompiuterinis daugiapakopių biojutiklių modeliavimas. Kompiuterinis lakazinio biojutiklio modeliavimas teoriškai paaiškino eksperimentiškai stebėtą sinergetinę mediatoriaus įtaką biojutiklio atsakui. Peroksidazinio biojutiklio kompiuterinio modeliavimo rezultatai parodė, kad plataus... [toliau žr. visą tekstą] / Biosensors are analytical devices made up of a combination of a biological entity, usually an enzyme, that recognizes a specific analyte (substrate) and the transducer that translates the biorecognition event into a signal. In order to create new types of biosensors the corresponding experimental studies are necessary. Computational experiments could very well replace very expensive physical ones. However, the multi-step character of a chemical reaction scheme must be considered and modeled accordingly. In this thesis such reaction schemes were studied in great details. Original mathematical models were developed for optical peroxidase-based and amperometric laccase-based biosensors. The deterministic nature of model construction allows the automated models to be built. Based on this assumption flexible model for computational modeling of different practical multistep biosensors was developed. In order to optimize the numerical solution of the reaction-diffusion type equations common finite difference schemes were compared. The comparison shows that the fastest schemes to achieve the required relative error are implicit and Hopscotch schemes. For the problems where accuracy is not a significant factor but the speed is, the simplest explicit scheme should be used. Applying the new flexible model a computational modeling of the multi-step biosensors were produced. The modeling of laccase biosensor explained and confirmed the synergistic effect. The computational modeling of the... [to full text]

Baigiamajame magistro darbe nagrinėjamos pastatų energijos vartojimo efektyvumo problemos. Ieškoma būdų, kaip galima būtų dar projektavimo arba renovacijos stadijoje sukurti energetiškai efektyvų pastatą naudojant naujoviškus metodus. Darbe atlikta literatūros, susijusios su kompiuteriniu energetiniu modeliavimu, analizė, atliktas kelių populiariausių energetinio modeliavimo programų palyginimas ir tolesniems skaičiavimams pasirinkta geriausia dinaminio modeliavimo programa – EnergyPlus. Buvo užsibrėžtas tikslas ištirti šios panaudojimo programos galimybes sprendžiant hipotetinio administracinės paskirties pastato modelį. Buvo užsibrėžti pagrindiniai uždaviniai – ištirti šio modelio šildymo/šaldymo galios priklausomybes per projektinę parą nuo įvairių faktorių. Sukūrus duomenų rinkmeną, aprašančią pastatą, buvo atliktas modeliavimas įvairiems įstiklinimo plotams, įvairioms pastato orientacijoms ir įvairioms stiklo rūšims. Buvo nustatyta atskirai šių faktorių įtaka pastato šildymo/šaldymo galiai. Tam, kad būtų galima įvertinti potencialų energijos sąnaudų sumažėjimą, kuris gali būti pasiektas taikant modeliavimą, buvo išanalizuotos dvi skirtingos to paties pastato modifikacijos: blogiausias ir geriausias variantas. Skirtumas tarp jų buvo gautas didelis, ypatingai potencialios šalčio santaupos. EnergyPlus apskaičiuota šildymo galia taip pat buvo palyginta su dviem kitomis paprastesnėmis skaičiavimo metodikomis. EnergyPlus paskaičiuota galia žymiai mažesnė, nei kitais dviem... [to full text] / In this final Master paper were analyzed problems, related with buildings energy consumption and energy efficiency. For further analysis were chosen innovative tools – energy simulation programs, which help to save energy before building is built or renovated. After literature, related with building energy simulation, was analyzed, comparison of the most popular energy simulation programs was done. After this, EnergyPlus was chosen as the best dynamic energy simulation program. The main purpose of this paper – to investigate adaptability of the program in our applications. For investigation was chosen model of hypothetical office building. The main tasks were to calculate, how different factors influence building heating/cooling loads during design days. Main data file, describing building, was created and were made simulations for different cases of glazing, building orientations and glass types. After the influence of these factors was defined, for evaluating potential energy saving through energy simulation, was created the best and the worst case for the same building. Difference between cases was very big, especially in cooling loads. EnergyPlus calculation results were also compared with results of two simpler, often used heating power calculation methods. Heating power, calculated with EnergyPlus, was much smaller, than in other two cases. After all was made conclusion, that EergyPlus is adaptable in our appliances and, just through using dynamic energy simulation... [to full text]

Disertacijoje nagrinėjami modeliai, aprašantys dviejų ir trijų reagentų chemines sintezes aukštose temperatūrose. Darbe pristatomos reagentų koncentracijų dinamiką aprašančios diferencialinių lygčių sistemos, sintezės parametrų skaičiavimo metodai bei parametrų paieškos lygiagretinimo algoritmas. Konkretūs skaičiavimai atlikti ir rezultatai pateikti remiantis realių laboratorinių eksperimentų duomenimis itrio aliuminio granato (du reagentai) bei sintetinio kalcio hydroksiapatito (trys reagentai) sintezių atvejais. / The dissertation deals with models describing two- and three-reactant chemical syntheses at high temperatures. The work presents the differential equation systems describing the dynamics of concentrations of reactants, methods for calculation of synthesis parameters, and a parallelization algorithm for faster search of parameters. Concrete calculations were performed and the results presented on the basis of data from real laboratory experiments of syntheses of yttrium aluminum garnet (two reactants) and synthetic calcium hydroxyapatite (three reactants).

Disertacijoje nagrinėjami modeliai, aprašantys dviejų ir trijų reagentų chemines sintezes aukštose temperatūrose. Darbe pristatomos reagentų koncentracijų dinamiką aprašančios diferencialinių lygčių sistemos, sintezės parametrų skaičiavimo metodai bei parametrų paieškos lygiagretinimo algoritmas. Konkretūs skaičiavimai atlikti ir rezultatai pateikti remiantis realių laboratorinių eksperimentų duomenimis itrio aliuminio granato (du reagentai) bei sintetinio kalcio hydroksiapatito (trys reagentai) sintezių atvejais. / The dissertation deals with models describing two- and three-reactant chemical syntheses at high temperatures. The work presents the differential equation systems describing the dynamics of concentrations of reactants, methods for calculation of synthesis parameters, and a parallelization algorithm for faster search of parameters. Concrete calculations were performed and the results presented on the basis of data from real laboratory experiments of syntheses of yttrium aluminum garnet (two reactants) and synthetic calcium hydroxyapatite (three reactants).