В результате выполнения работ на первом этапе НИР были получены следующие основные результаты:

1. Проведенный аналитический обзор показал существование большого количества методов исследования механических и электрофизических свойств жидкостей и растворов, включая культуральные среды с микробиологическими объектами на различных физических принципах, однако использование акустоэлектронных технологий и разработка новых устройств на их основе представляет значительный интерес для исследования жидких сред, а также разработки новых конструкций и поиск новых материалов для звукопроводов, которые позволят увеличить чувствительность, уменьшить время срабатывания и расширить функциональность датчиков жидкости..

2. Проведенные патентные исследования по акустоэлектронным датчикам жидкости на основе линий задержки и FBAR показали, что предлагаемые участниками проекта многопараметрические акустоэлектронные датчики жидкости, основанные на применении нескольких зондирующих акустических волн, а также многослойных структур с сильной анизотропией, могут являться основой для создания нового поколения современных элементов электронного языка, а также устройств для экспресс-анализа биологических жидкостей с целью обнаружения патогенных микроорганизмов.

3. Проведенное математическое моделирование распространения акустических волн Лэмба и волн с поперечно-горизонтальной поляризацией нулевого и высших порядков в структуре «воздух — пьезоэлектрическая пластина – воздушный зазор – жидкость» показало, что чем больше диэлектрическая проницамость жидкости, тем сильнее фазовая скорость волны зависит от расстояния от жидкости до пластины, а также  чем меньше диэлектрическая проницаемость жидкости, тем меньше значение максимального затухания волны при определенном значении проводимости жидкости. Сделан вывод, что для разработки метода дистанционного определения проводимости жидкости необходимо получить калибровочные кривые с учетом диэлектрической проницаемости измеряемой жидкости. Либо для разработки метода необходимо применить метод машинного обучения, который будет учитывать значения фазовой скорости и затухания в зависимости от диэлектрической проницаемости жидкости и расстояния пьезоэлектрической пластины от нее.

4. В результате математического моделирования распространения акустических волн Лэмба и волн с поперечно-горизонтальной поляризацией нулевого и высших порядков в частотном диапазоне от 3 МГц до 50 МГц в пластинах из ниобата лития, танталата лития с толщиной 350 мкм и в структуре «воздух — пластина парателлурита (TeO2) – пленка ZnO — воздух» в отсутствие жидкости были сделаны следующие рекомендации для экспериментов. Для реализации экспериментального образца многопараметрического датчика можно выбрать А1 волну в структуре «пленка С-ось-ZnO – пластина TeO2 Z среза». Обнаружено, что коэффициент электромеханическо связи этой волны сильно зависит от направления распространения, как и ее фазовая скорость. Это соответствуют условиям поиска структур с сильной анизотропией свойств.

5. Математическое моделирование распространения акустических волн Лэмба и волн с поперечно-горизонтальной поляризацией нулевого и высших порядков в частотном диапазоне от 3 МГц до 200 МГц в структурах «воздух- пьезоэлектрическая пластина (толщина 350 мкм) -жидкость», «воздух — пластина парателлурита (TeO2) – пленка ZnO — жидкость» показало, что присутствие невязкой и непроводящей жидкости на поверхности структуры практически не влияет на фазовую скорость волн, однако приводит к их затуханию. Обнаружено, что существуют направления распространения, при которых затухание волны в присутствии жидкости более сильное, чем для других направлений в одной и той же плоскости. Это говорит о возможности разрабтки жидкостного датчика, основанного на сильной анизотропии свойств акустических волн.

6. Математическое моделирование распространения акустических волн Лэмба и волн с поперечно-горизонтальной поляризацией нулевого и высших порядков в частотном диапазоне от 3 МГц до 50 МГц в пластинах из ниобата лития, танталата лития с толщиной 350 мкм и в структуре «воздух — пластина парателлурита (TeO2) – пленка ZnO — воздух» при различных температурах окружающей среды показало, что диапазон TCD для волн в пластинах ниобата лития лежит в пределах от -115 ppm/C до -30 ppm/C, а для танталата лития TCD этих волн лежит в диапазоне от -60 ppm/C до -10 ppm/C. Это говорит о том, что волны высших порядков в пластинах танталата лития меньше зависят от изменения температуры, чем в пластинах ниобата лития. Для волн, рекомендованных для создания многоканального многопараметрического датчика жидкости TCD составляет 0.05 ppm/C.

7. Разработанная микробиологическая методика получения бактериальных клеток на основе культуры метилотрофных микобактерий (Methylobacterium, Rhodococcus), капсулированных биогенными наночастицами серебра позволяет получать их в количестве не менее 30 мл аналита.

8. Исследование морфологии и состава полученных бактериальных клеток на основе культуры микобактерий, капсулированных биогенными наночастицами серебра подтвердило их формирование. Сделан вывод о возможности использования полученных микробиологических объектов для верификации разрабатываемого биологического акустического жидкостного датчика.

9. В рамках выполнения работ китайскими участниками разработана теоретическая модель параметрического тонкопленочного резонатора на объемных акустических волнах (FBAR) с использованием метода конечных элементов с учетом отражений от границ и возбуждения паразитных мод, проведена экспериментальная проверка работоспособности модели и выполнен анализ эффективности методики измерений, а также исследовано влияния температуры на акустические FBAR устройства.

Все запланированные на 2023 год работы успешно выполнены. Полученные результаты соответствуют, а в ряде случаев превышают мировой уровень в данной области исследований.