18 września 2023 odbyła się publiczna obrona pracy doktorskiej mgr. inż. Anny Skorupy, pt. “Multi-scale modelling of heat and mass transfer in tissues and cells during cryopreservation including interval methods”. Promotorem rozprawy była dr hab. inż. Alicja Piasecka-Belkhayat prof. PŚ, natomiast recenzentami dr hab. inż. Izabela Lubowiecka prof PG z Politechniki Gadńskiej, dr hab. inż. Agnieszka Bołtuć z Uniwersytetu Białostockiego oraz prof. dr hab. inż. Tadeusz Burczyński z Instytutu Podstawowych Problemów Techniki PAN. Komisja Doktorska uchwaliła wnioski do Rady Dyscypliny Inżynieria Mechaniczna o nadanie mgr inż. Annie Skorupie stopnia doktora nauk technicznych w dyscyplinie Inżynieria Mechaniczna oraz o wyróżnienie pracy doktorskiej.
Praca poświęcona jest modelowaniu wielkoskalowemu sprzężonych ze sobą zjawisk, które zachodzą podczas kriokonserwacji. Jest to proces, który polega na spowolnieniu aktywności materiału biologicznego poprzez obniżenie temperatury poniżej temperatury fizjologicznej, a następnie na przywróceniu funkcji kriokonserwowanych tkanek lub komórek, zachowując równocześnie ich podstawowe czynności życiowe. W celu uniknięcia negatywnych skutków procesu stosuje się związki chemiczne zwane krioprotektantami oraz regulację szybkości chłodzenia. W pracy zaprezentowano przykładowe metody kriokonserwacji, takie jak wolne zamrażanie, witryfikacja oraz protokół „śledzenia krzywej likwidus”. Przedstawiono również zjawiska transportowe, takie jak: przepływ ciepła wraz z krystalizacją, przepływ masy w kontekście dyfuzji masy i przepływu cieczy oraz transport osmotyczny. W rozprawie zamieszczono przykładowe symulacje numeryczne poszczególnych zjawisk transportowych. Rozpatrywano przepływ ciepła opisany równaniem Fouriera lub równaniem Pennesa. Rozważano również zagadnienia związane z przemianami fazowymi oraz krystalizacją kryształów lodu, w której stopień krystalizacji oszacowano za pomocą nieizotermicznego równania kinetycznego Boutrona-Mehla. W pracy badano również przepływ masy sprzężony z zagadnieniem termicznym. Wykorzystując równanie konwekcji-dyfuzji lub drugie prawo Ficka w przypadku pominięcia adwekcji, analizowano problem dyfuzji cząsteczek z roztworu kąpieli do roztworu macierzy zewnątrzkomórkowej. W pracy zawarto również opis zjawiska transportu osmotycznego za pomocą modelu dwuparametrycznego, który pozwala oszacować zmianę objętości komórek wywołaną wymianą cząsteczek wody i krioprotektanta pomiędzy roztworami zewnątrz- i wewnątrzkomórkowym. Występujący w pracy model numeryczny oparto na metodzie różnic skończonych uzupełnionej o arytmetykę interwałową oraz rozmytą, w której wykorzystano koncepcję α-przekrojów. W modelu matematycznym wprowadzono w miejsce parametrów deterministycznych liczby rozmyte oraz interwałowe, biorąc pod uwagę ich nieprecyzyjność. Opracowano algorytmy i autorskie programy komputerowe.
