ФАКУЛЬТЕТ ФОТОНИКИ И ОПТОИНФОРМАТИКИ
НовостиУниверситет ИТМО
2019-04-05
В лаборатории Цифровой и изобразительной голографии Международного института Фотоники и оптоинформатики Университета ИТМО открылся комплекс по изготовлению изобразительных голограмм.
  В корпусе Университета ИТМО, расположенном на Кадетской линии В.О. д.3 к.2, известном в мире учёных-оптиков, как «Красный Домик», открылся уникальный комплекс по изготовлению изобразительных голограмм. Это событие имеет огромное практическое значение для развития изобразительной голографии. Но не менее значимо и символическое значение открытия комплекса, именно, в этом здании. В настоящее здесь располагаются лаборатории Международного института Фотоники и оптоинформатики. А в 70-х годах в «Красном Домике» находился отдел голографии Государственного оптического института им. С.И. Вавилова, которым руководил Юрий Николаевич Денисюк – выдающийся русский ученый, основоположник объемной голографии. В 1962 году он показал возможность восстановления голограммой, зарегистрированной в трехмерной среде, не только амплитуды и фазы волны, но также и ее спектрального состава. Научное достижение Ю.Н. Денисюка было признано научным открытием, и занесено в Государственный реестр открытий СССР под № 88 с приоритетом от 1 февраля 1962года. Эта работа стала фундаментом нового научного направления - трехмерной голографии.

«Красный Домик»

  Николай Петров, руководитель лаборатории Цифровой и изобразительной голографии Международного института Фотоники и оптоинформатики Университета ИТМО, рассказал о ключевых моментах, которые необходимо было учитывать при создании комплекса цифровой и изобразительной голографии.
  «Профессиональное изготовление высококачественных изобразительных голограмм трудоемкий процесс, требующий строгого соблюдения многих технологических требований, среди которых, прежде всего, следует отметить высококачественную виброизоляцию процесса записи голограмм, а также специальные температурные и климатические условия. Таким образом, одной из важнейших задач была – минимизации вибраций стендов комплекса».
  «С химической точки зрения процесс записи голограммы аналогичен фотографическому процессу: на фоточувствительный материал попадает свет, который формирует в нем определенную структуру. При экспонировании фотоматериала нужно обеспечить попадание на него определенного количества квантов света. Отличия заключаются в том, что в случае записи голограмм разрешающая способность фотоматериала должна быть намного выше, а вместо обычного света используется когерентное лазерное излучение. Как и в аналоговой фотографии - материал потом подвергается фотохимической обработке: проявлению, фиксированию, отбеливанию».
  «В результате облучения лазерным светом, внутри среды формируется определенная структура, которую можно схематически представить в виде черно-белых полос. Эти полосы очень тонкие, в среднем около ста нанометров (что примерно в тысячу раз тоньше человеческого волоса), и чтобы они зарегистрировались внутри среды, она должна быть абсолютно неподвижной».

Схематическое представление интерференционных полос при записи голограмм. Иллюстрация из книги Ю.Н. Денисюка «Принципы голографии».

  «Смещение лазерного луча в процессе записи вследствие какой-нибудь паразитной вибрации приведет к попаданию светлой полосы на место темной, и голограмма не запишется - поясняет Николай Петров. Проблема эта очень существенная, так как лазерный луч, прежде чем достигнуть светочувствительной среды, проходит большое расстояние через оптические элементы и становится сильно восприимчивым к мельчайшим сотрясениям, к незначительным звуковым колебаниям, и даже к дрожанию самого здания. Здесь уместна аналогия с лазерной указкой, наведенной на удаленный предмет: если вы держите ее в руках, то видно, как дрожит лазерный луч - это проявляются мельчайшие вибрации внутри вашего тела - движение крови по сосудам, микронапряжения мышц».
  Чтобы преодолеть эту проблему, необходимо расположить интерферометрический стол в подвальном помещении здания, и развязать с его фундаментом. В месте расположения интерферометрического стола был выкопан приямок, в котором из специальных виброизолирующих материалов и амортизирующих опор были устроены основания для него. Таким образом, интерферометрический стол был, практически полностью, развязан с землей, что обеспечило надлежащее подавление вибраций. Кроме того, в помещении был выполнен ремонт, учитывающий все особенности технологического процесса.
 

  Лабораторный комплекс включает в себя следующие установки:

  • Стенд для записи крупноформатных голограмм по схеме Ю.Н. Денисюка.
  • Стенд для копирования импульсных внеосевых голограмм.
  • Стенд для прямой записи отражательных голограмм.
  • Стенд для тиражирования голограмм с эталонов.

  Стенд для записи крупноформатных голограмм по схеме Ю.Н. Денисюка.
  Отличительной особенностью голограмм Ю.Н.Денисюка является возможность считывания изображений с использованием привычных источников света, таких как галогеновые лампы и светодиоды. Для большинства изобразительных голограмм источник точечный должен быть точечным, а чтобы восстановленное изображение не содержало геометрических искажений при считывании голограммы, источник должен помещаться в то место, где располагался центр расходящейся опорной волны при записи голограммы.
  В схеме Ю.Н. Денисюка расширенный пучок освещает жестко закрепленную стеклянную пластину с фоторегистрирующей средой и записываемый объект. Лазерный свет отражается от объекта и приходит на среду с обратной стороны. Таким образом, в плоскости фотопластинки встречаются два лазерных пучка: идущий от лазера, он называется опорным, и объектный. Формирующаяся в результате сложения этих пучков интерференционная картина представляет собой объемную голограмму. Имеются определенные требования к объектам, используемым для записи голограмм: материалы из которых состоит объект, должны быть «оптически жесткими», например, сталь, керамика, камень и т.д.. Связано это с тем, что регистрирующая голограмму среда, как и обычная фотопленка, обладает определенной чувствительностью. А так как в данной схеме пучок лазерного излучения, прежде чем попасть на объект расширяется, то количество энергии, приходящей в каждую часть поверхности фотоматериала, уменьшается пропорционально квадрату радиуса пучка. Потерю энергии можно скомпенсировать увеличением времени облучения светочувствительной среды (экспозиции). Таким образом, при неизменной плотности мощности лазерного источника излучения, для засвечивания большой площади требуется большее время экспозиции, и выше требования к виброизоляции. Согласно проведенным измерениям виброобстановки, время экспозиции на созданном интерференционном столе может достигать одного часа, а размеры записываемых голограмм 60 × 80 см. Примером крупноформатных голограмм, ранее записанных с использованием аналогичного стенда, является голограмма кубка УЕФА, выставленная в музее Оптики Университета ИТМО.

Интерферометрический стол и установка для записи изобразительных голограмм по схеме Ю.Н. Денисюка, а также стенд для копирования голограмм.

  Стенд для записи импульсных внеосевых голограмм.
  Экспонирование голографических материалов в течение продолжительного времени, осуществляемое с использованием лазеров, работающих в непрерывном режиме, сильно сужает класс пригодных для голографической записи объектов. Все живые объекты, изделия из мягких материалов, таких как бумага, картон, ткани с оптической точки зрения являются нестабильными и не могут быть записаны на аналоговые изобразительные голограммы с использованием относительно маломощных лазеров, поскольку засветка светочувствительного слоя требует времени, за которое такие объекты приобретут микроискажения. Поэтому для записи голограмм таких объектов используется мощный импульсный лазер.
  Ключевым элементом данного стенда является импульсный неодимовый лазер, излучающий наносекундные импульсы зеленого света (длина волны 532 нм), и обладающий достаточной энергией для одноэкспозиционной записи голограмм размером до 28×40 см. Стенд рассчитан на запись тонких изобразительных голограмм по внеосевой схеме Лейта и Упатниекса. Для считывания голограммы необходимо использовать расширенный лазерный луч монохроматического излучения.
  Наиболее востребованным направлением работ оказывается изготовление голографических портретов людей, однако производятся и другие работы, такие как запись цветов, художественных композиций.

  Стенд для копирования голограмм.
  Считывание голограмм, записанных во внеосевой схеме Лейта и Упатниекса с использованием лазерного излучения, оказывается неудобным с практической точки зрения. Чтобы восстанавливать изображения, записанные на этой установке с помощью широкополосных источников света, таких как белые светодиоды и галогеновые лампы, прибегают к процедуре копирования на толстую голограмму. Для этого используется специальная крупноформатная установка. Лазерный луч расщепляется на 2 пучка с использованием светоделительной пластины. Один пучок служит для восстановления изображения, второй используется для записи голограммы по схеме Ю.Н. Денисюка. При этом на голограмму записывается уже не сам объект, а лишь его объемный световой образ (волновой фронт). Такой двухступенчатый способ записи открывает возможности для осуществления удивительных эффектов: при копировании голограммы фотопластину можно располагать не только перед изображением объемного объекта, но прямо внутри его. Тогда, после проявления и обработки скопированной голограммы, часть изображения будет вынесена из голограммы.

Стенд для копирования изобразительных голограмм.
Слева: копируемое изображение объекта, сформированное при считывании изобразительной голограммы, записанной во внеосевой схеме Лейта и Упатниекса.

  Стенд для тиражирования голограмм с отражательных эталонов.
  Процесс записи и копирования внеосевых голограмм очень трудоемкий. Настройка всех параметров схемы занимает очень много времени, что делает такие работы эксклюзивными, и дорогостоящими. Чтобы обеспечить возможности для тиражирования голограмм, изготавливается одна голограмма с особенно тщательно подобранными и оптимизированными параметрами, которую называют «отражательным эталоном». Далее, с помощью такого эталона, голограммы можно легко тиражировать, избежав сложного процесса настройки оптической схемы.

Стенд для тиражирования голограмм с отражательных эталонов.

  Все установки располагаются в одном помещении. Для обеспечения возможности одновременного использования сразу нескольких стендов помещение разграничено на три секции, в каждой из которых реализовано независимое, неактиничное (т.е. не оказывающее негативное воздействие на светочувствительные среды) освещение. В настоящее время запущен стенд для тиражирования голограмм. Другие стенды лабораторного комплекса находятся в режиме поэтапного запуска.
 

  Как создавался «Комплекс».


  Краткая историческая справка.
2005 год, Николай Петров – магистрант физического факультета Санкт-Петербургского государственного университета.
2011 год, Николаю Петрову присуждена степень кандидата физико-математических наук.
2015 год, Николаю Петрову присваивается звание доцента по направлению оптика.
2016 год, Николай Петров – известный в мире специалист в области голографии, руководитель лаборатории Цифровой и изобразительной голографии Международного института Фотоники и оптоинформатики Университета ИТМО.
2019 год, Николай Петров открывает единственный в России, уникальный лабораторный комплекс по записи широкоформатных изобразительных голограмм.
  Список значимых достижений и наград:
Лауреат премии Правительства Российской Федерации в области образования 2010 года.
Лауреат молодежной премии Санкт-Петербурга в области образования 2012 года.
Лауреат премии Правительства Санкт-Петербурга в области научно-педагогической деятельности 2015 года.
Двукратный лауреат премии имени профессора Ю.И. Островского за лучшие научные работы в области оптической голографии и интерферометрии.
Обладатель медали Ю.Н. Денисюка «За большой вклад в развитие голографии в части восстановления волновых фронтов из распределения интенсивностей в видимой и терагерцовой областях спектра».
Автор и соавтор более 200 публикаций, в том числе 30 статей в высокорейтинговых реферируемых журналах, имеет опыт руководства 12-ю проектами. Индекс Хирша (h-index) – 13.

  Три составляющие успешной карьеры Николая Петрова.
  «Здесь нет никаких особых секретов. Прежде всего, должно быть очень интересно то, чем Ты занимаешься, во-вторых, этим надо заниматься целеустремлённо, с полной самоотдачей, в-третьих, необходимо постоянно совершенствовать свой профессионализм». Эти базовые установки Николай усвоил ещё в школе, и приверженность им помогла ему, выпускнику обычной средней школы города Мончегорска, поступить в 2001 году на физический факультет одного из лучших университетов России - Санкт-Петербургского государственного университета. «Также очень важно, чтобы повезло с учителем в школе и научным руководителем в университете».
 
  От волонтёра Студии голографии к руководителю Международной лаборатории.
 «Физика занимала меня со школьной скамьи. А голографией я увлёкся во время учебы в университете. Окончательно был очарован ей, когда в 2005 году, проходя по Биржевой линии В.О., совершенно случайно зашёл на выставку «Мир голографии». Волшебная магия мира голограмм произвела на меня глубочайшее впечатление». Это была абсолютно уникальная, единственная в России, в прямом смысле, передвижная выставка голографии, которую организовала и проводила Н.Г. Анисимова (сейчас директор Музея Оптики Университета ИТМО). В 2005 году, экспозиция выставки, можно сказать, тоже почти случайно была представлена в здании Университета ИТМО на Биржевой линии д.16. «И с этого самого момента я решил связать свою профессию с голографией. Всё свободное от учебы в СПбГУ время я посвятил изучению теории и практики голографии. Практикой я занимался в качестве волонтера в Голографической студии, которая работала в то время в ГОИ им. Вавилова, и была создана учениками выдающегося русского ученого Ю.Н. Денисюка, основоположника отечественной школы объемной голографии. Равных этой студии, по своему техническому оснащению и возможностям в России, тогда не было. Например, только здесь можно было записывать крупноформатные голограммы».
  Во время волонтерской работы в студии Николай познакомился, со своим будущим научным руководителем, профессором факультета Фотоники и оптоинформатики Виктором Георгиевичем Беспаловым, под руководством которого в 2007 году защитил степень магистра физики в СПбГУ, и поступил в аспирантуру Университета ИТМО. Параллельно Николай продолжал работать в Голографической студии, уже в качестве инженера, занимаясь записью крупноформатных изобразительных голограмм. Профессиональные знания и умения обеспечили ему место в научной группе, занимающейся в 2007-2008 годах разработкой экспозиции голографии Музея Оптики Университета ИТМО. В том числе, Николай участвовал в изготовлении знаменитой голограммы кубка УЕФА, который впервые в своей истории, завоевал ФК «Зенит» в 2008 году.

Голограмма кубка УЕФА
Юлия Вавилова, Людмила Селявко, Николай Петров
 
  Область научных исследований Николая связана с разработкой и применением методов цифровой голографии - интенсивно развивающегося направления в голографии. Это направление не только существенно расширяет возможности создания трёхмерных изображений, но обеспечивает ученых новыми мощными техниками, востребованными в самых разнообразных научных исследованиях. В 2011 году Николай Петров успешно защитил диссертацию на соискание учёной степени кандидата физико-математических наук по направлению «Оптика». А в 2016 году Николай инициировал создание, организовал, и был назначен руководителем лаборатории Цифровой и изобразительной голографии. За три года упорного труда при поддержке руководителя Международного института Фотоники и оптоинформатики Университета ИТМО, профессора С.А.Козлова, был создан один из крупнейших в России, уникальный лабораторный комплекс цифровой и изобразительной голографии.
 Мы уверены, что работа этого комплекса откроет новую веху в истории изобразительной голографии, и даст мощный импульс к прогрессу в научных исследованиях, в том числе, в смежных областях. Пожелаем Николаю Петрову и коллективу сотрудников его лаборатории дальнейших замечательных свершений и новых научных открытий!
2019-02-28
Дмитрий Владимирцев занял абсолютное первое место в конкурсе научно-исследовательских работ «Юниор».
  Всероссийский конкурс научных работ школьников «Юниор» проводится Национальным исследовательским ядерным университетом «МИФИ» при участии Минобрнауки РФ и Государственной корпорации по атомной энергии «Росатом». В конкурсе принимают участие школьники 9—11 классов России. Юниор, по сути, - это олимпиада с исследовательской компонентой, состоящая из предметной олимпиады по направлению конкурса и защиты научного проекта по профилю секции конкурса. В 2018-2019 учебном году конкурс «Юниор» традиционно проводился по двум направлениям – «Инженерные науки» и «Естественные науки». Целью данного проекта является выявление одарённых школьников, расположенных к научной деятельности в школе, а также помощь в развитии их творческих и исследовательских способностей.
  Дмитрий Владимирцев в 2017 году, будучи учеником 10-го класса Лицея № 239,  заинтересовался фотоникой, как интересным и перспективным научным направлением. И в рамках совместного проекта «Университет ИТМО – «Исследовательские мастерские»» начал работу над своим первым научным исследованием под руководством доцента факультета Фотоники и оптоинформатики Университета ИТМО, д.ф.-м.н. А.В.Павлова. Проект Дмитрия - «Моделирование формирования понятийного мышления методом наложенных голограмм Фурье: зависимость эффективности формирования гипотез понятий от информационных характеристик обрабатываемых образов» стал победителем Школьной секции VII Конгресса молодых учёных, который проходил в Университете ИТМО в апреле 2018 года.

  Свою научную работу Дмитрий продолжил в «Летней школе по Фотонике и оптоинформатике», которая проходит ежегодно, начиная с 2003 года, в Международном институте Фотоники и оптоинформатики. Бессменным руководителем и наставником «Летней школы» является Н.В.Андреева, ассистент факультета Фотоники и оптоинформатики. В «Летней школе» Дмитрий занимался углублёнными исследованиями в области цифровой голографии, и начал работу над новым научным проектом под руководством к.ф.-м.н., доцента факультета Фотоники и оптоинформатики, О.В.Андреевой. Проект связан с использованием методов цифровой голографической интерферометрии для диагностик пространственно-временных изменений в регистрирующих средах под воздействием излучения.
 Работа над проектом дала интересные практические результаты, которые Дмитрий представил на стендовой секции X Международной конференции «Фундаментальные проблемы оптики» «ФПО – 2018» (октябрь 2018 года). А уже в феврале 2019 года, пройдя отборочный тур, Дмитрий успешно защитил свой проект «Математическое моделирование пространственно-временных изменений объёмной полимерной регистрирующей среды в процессе экспонирования» на Всероссийском конкурсе научных работ школьников «Юниор». Научное жюри конкурса признало Дмитрия победителем конкурса. По сумме двух испытаний (защита научного проекта и результаты комплексной олимпиады по математике, физике и информатике) Дмитрий Владимирцев завоевал абсолютно первое место в секции «Физика».
 Поздравляем с очередной заслуженной победой молодого учёного и желаем ему дальнейших успехов уже в ранге студента факультета Фотоники и оптоинформатики Университета ИТМО!
2019-02-19
XI Международная конференция «Фундаментальные проблемы оптики» «ФПО – 2019». Санкт-Петербург, Россия, 21 октября - 25 октября 2019 г.

  В Университете ИТМО с 21 по 25 октября будет проходить одиннадцатая, Международная конференция «Фундаментальные проблемы оптики» «ФПО – 2019».
  Приглашаем Вас принять участие в XI Международной конференции «Фундаментальные проблемы оптики».
Открыт приём материалов на XI Международную конференцию «Фундаментальные проблемы оптики» ФПО-2019

  Конференцию проводят:
  • Оптическое общество им. Д.С. Рождественского (ООР).
  • Университет ИТМО.
  • Московский государственный университет им. М.В. Ломоносова (МГУ).
  • Санкт-Петербургский государственный университет (СПбГУ).
  • ОАО «Государственный оптический институт им. С.И. Вавилова» (ГОИ).
  • Физико-технический институт им. А.Ф. Иоффе, Санкт-Петербург (ФТИ).
  • ОАО «ЛОМО», Санкт-Петербург.

  Конференция проводится при поддержке:
  • Optical Society of America (OSA).
  • The international society for optics and photonics (SPIE).
  • Institute of Electrical and Electronics Engineers (IEEE).
  • АО «Ленинградские лазерные системы».

  Тематики конференции:
  • квантовая оптика и фундаментальная спектроскопия,
  • когерентные процессы взаимодействия света с веществом,
  • оптика фемто- и аттосекундных импульсов,
  • нелинейные взаимодействия терагерцового излучения с веществом, функциональные терагерцовые материалы,
  • новые принципы оптической передачи, обработки и хранения информации,
  • оптические материалы фотоники,
  • оптика для биологии и медицины.

  Председатели конференции:
Ж.И. Алферов (ФТИ), В.Н. Васильев (Университет ИТМО).
  Председатель программного комитета:
Е.Б. Александров (ФТИ).
  Зам. председателя программного комитета:
В.Е. Бугров (Университет ИТМО), В.П. Кандидов (МГУ), С.А. Козлов (Университет ИТМО), В.А. Макаров (МГУ).
  Ученый секретарь:
Н.В. Никоноров  (Университет ИТМО).
 
  Председатель оргкомитета конференции:
Цыпкин Антон Николаевич.
  Зам. председателя оргкомитета конференции:
Итин Алексей Леонидович,
Жукова Мария Олеговна,
Козлова Наталия Дмитриевна,
Столповская Ольга Александровна.

  Официальный сайт конференции
  Всю необходимую информацию Вы можете получить, обратившись в организационный комитет по почте conf-bpo@phoi.ifmo.ru.
  Срок приема материалов докладов - до 27 мая 2019 года включительно.
 
  В связи с подачей заявки на грант РФФИ на поддержку конкурса-конференции, просим Вас зарегистрировать предварительную версию доклада до 15 февраля (название и текст тезисов можно будет подкорректировать до 27 мая 2019).

 С уважением,
Организационный комитет XI Международной конференции «Фундаментальные проблемы оптики» ФПО-2019.
2019-01-21
Нам нравится биофотоника!
  Биофотоника — современное научное направление, объекты исследования которого находятся на границе фотоники, биологии и медицины. Биофотоника изучает явления и методики, связанные с взаимодействием биологических объектов и фотонов, а также различные аспекты этого взаимодействия. В первую очередь это касается испускания, детектирования, поглощения, отражения, модификации и генерации электромагнитного излучения светового или близкого к нему диапазона в различных биологических объектах. Например, молекулах, клетках, тканях, организмах и материалах. Стратегической целью исследователей, работающих в этой области, является поиск наиболее эффективных методов решения одной из глобальных задач, стоящих перед мировым учёным сообществом, а именно – повышение качества жизни.
  В учебном плане образовательной программы «Биофотоника» магистранты 2-го года обучения факультета Фотоники и оптоинформатики изучают, в том числе дисциплину «Специальные разделы биофизики». В рамках этой дисциплины часть занятий (теоретических и практических) проводится в лабораториях ведущих научных Центров России. Таких, как: факультет Пищевых биотехнологий и инженерии Университета ИТМО, научный парк CПбГУ, Национальный Медицинский Исследовательский Центр им. В. А. Алмазова, Институт Цитологии РАН и Косметологическая клиника «Таврическая». Основной задачей этих занятий является ознакомление студентов с направлениями реализации прикладных исследований в биофотонике и современными методами и технологиями, применяемыми в исследовательской и клинической деятельности. В ходе таких занятий высококвалифицированные специалисты и учёные дают студентам актуальную информацию и наглядное представление о реализуемых проектах, демонстрируют высококлассное техническое оснащение своих лабораторий.
  На сегодняшний день важной проблемой для пищевого производства является контроль качества продуктов в реальном времени. Сотрудники лаборатории факультета Пищевых биотехнологий и инженерии Университета ИТМО активно ищут пути решения данного вопроса, в том числе в сотрудничестве с коллегами других направлений. Так, на одном из занятий были обсуждены возможности проведения совместных исследований лаборатории «Фемтомедицины» факультета Фотоники и оптоинформатики и лаборатории факультета Пищевых биотехнологий и инженерии. Эти исследования имеют большие перспективы, поскольку одним из разрабатываемых методов реализации контроля является ТГц спектроскопия с использованием оптического контроля внедренного в конвейер, проверяющего продукцию без нарушения целостности упаковки. Такие методы позволят максимизировать эффективность массового производства пищевой продукции, с минимальными затратами времени на проверку её качества. Студентам также была продемонстрирована работа масс-спектрометров, спектрофотометров, калориметров, а также методы химического и структурного анализа биоматериалов.

 
 В Научном парке СПбГУ студенты познакомились с многочисленными ресурсными центрами, каждый из которых специализируется на своем уникальном направлении, и оснащён огромным количеством ультрасовременного оборудования. В распоряжении Центров имеется оборудование практически на каждый материальный параметр объекта, будь то показатель преломления, магнитная или диэлектрическая проницаемость, скорость оседания и размер наночастиц, состав белков. Кроме того, в соответствии со специализацией студентов, особое внимание было уделено оптическим установкам, в которых задействованы современные перестраиваемые лазеры, инфракрасные спектрофотометры, спектрометры комбинационного рассеяния и другое подобное оборудование.
  Одно из занятий проходило в лаборатории «Нанотехнологий» Национального Медицинского Исследовательского Центр им. В. А. Алмазова. Эта лаборатория занимается проведением экспериментальных исследований, которые направлены на выяснение механизмов возникновения и развития социально значимых заболеваний, а также на разработку новых медицинских технологий, позволяющих улучшить качество профилактики, диагностики и лечения заболеваний. Студентам были представлены установки для получения наночастиц. Наночастицы могут применяться для транспортировки в магнитном поле, или в качестве высокоинтенсивных маркеров для флуоресцентных методов. Студенты также получили возможность познакомиться с лабораториями, где исследуют сосуды, капилляры и различные характеристики тканей живых организмов.
  Очень интересное и полезное занятие прошло в Институте Цитологии РАН. Это занятие провела магистрантка группы V4202, лаборант – исследователь Георгиева Александра. Основными направлениями исследований института являются изучение стволовых клеток, разработка клеточных технологий для заместительной тканевой и клеточной терапии, включая методы нанобиотехнологии, изучение структуры и функций субклеточных надмолекулярных комплексов. Александра продемонстрировала студентам, в каких условиях и каким образом культивируются клетки in vitro, как можно индуцировать в них различные заболевания, такие как рак. Кроме того, были показаны методы биохимического анализа, а именно флуоресцентная микроскопия, полимеразная цепная реакция, исследование ДНК, РНК на гель-электрофорезе. Также студенты имели возможность наблюдать за работой на современном конфокальном микроскопе Olympus, который позволяет осуществлять различные виды оптического анализа препаратов, например, поляризация, фазовый контраст, флуоресценция.
  В клинике «Таврическая» врач высшей категории онколог-дерматолог, д.м.н., профессор М.Л.Гельфонд провел лекцию о современных методах диагностики и терапии онкологических заболеваний, в том числе новообразований. В ходе лекции студенты также узнали об оптических методах в дерматологии, таких как фотодинамическая терапия для лечения онкозаболеваний, фотодиагностика и лазерные методы онкодерматологии и косметологии. В практической части занятия были продемонстрированы лазерные установки для косметологических и лечебных операций, в том числе, полупроводниковый лазерный аппарат ALTA (США) для удаления новообразований.
  Студенты группы V4202 выражают искреннюю благодарность к.ф.-м.н. Смолянской Ольге Алексеевне, разработчику курса «Специальные разделы биофизики», за возможность посетить лаборатории ведущих научных Центров России в области физики и биомедицины, узнать больше о современном оборудовании, фундаментальных исследованиях, неинвазивных способах диагностики и терапии различных заболеваний.

 Студенты группы V4202.
2018-12-26
Ольга Смолянская, руководитель лаборатории Фемтомедицины - о применении терагерцового излучения в медицине и биологии
  Ольга Смолянская, руководитель лаборатории Фемтомедицины Международного института Фотоники и оптоинформатики Университета ИТМО совместно с российскими и зарубежными коллегами выпустила крупный обзор современных работ о методах диагностики и визуализации на основе излучения терагерцового диапазона. Статья «Терагерцевая биофотоника, как инструмент для исследования диэлектрических и спектральных свойств биологических тканей и жидкостей» вышла в ноябрьском номере журнала Progress in Quantum Electronics № 62 (2018)
 
  Ольга Смолянская, доцент факультета Фотоники и оптоинформатики, рассказала о главных тенденциях в этой области.
  Расскажите, каков основной фокус работы?
  В опубликованном обзоре мы фокусируемся на диэлектрических свойствах биологических тканей, растворов и жидкостей в контексте терагерцовой биофотоники. Его цель – привлечь внимание сообщества квантовой электроники к важности разработки диэлектрических моделей водосодержащих сред в диапазоне терагерцовых частот. Кроме того, мы попытались определить основные тенденции использования терагерцового излучения в биологических и медицинских исследованиях, где вода является основным объектом.
  Мы рассматривали воду, потому что она играет ключевую роль в формировании и стабилизации биосистем, является универсальным маркером их состояния и функционирования. Именно диэлектрические свойства воды составляют основу диагностических методов, поэтому мы начали наш обзор с анализа физических моделей, описывающих сложную диэлектрическую проницаемость жидкой воды и водосодержащих сред в диапазоне терагерцовых частот.
В статье мы обсуждаем современные приборы и методы ТГц-спектроскопии и визуализации, которые широко применяются в ТГц-биофотонике. Такие разработки позволяют визуализировать компоненты тканей: клетки, микрофибриллы и даже клеточные органеллы. Мы также собрали информацию о современных технологиях доставки терагерцового излучения в труднодоступные ткани и внутренние органы и рассмотрели новые методы анализа терагерцовых спектров, основанные на машинном обучении, распознавании образов, химической визуализации и выявлении пространственного распределения различных веществ в ткани.
  Почему, несмотря на высокое поглощение в тканях, терагерцовое излучение интересно для применений в биологических объектах и какими эти применения могут быть?
  Молекулу воды можно рассматривать как универсальный маркер терагерцового диапазона частот, поэтому терагерцовое излучение чувствительно к различным процессам, происходящим в живых тканях и клетках. Высокая чувствительность терагерцовых волн к содержанию воды и ее состоянию в тканях позволяет применять технологии на основе этого излучения в диагностике злокачественных новообразований, уделяя особое внимание контрасту изображения, наблюдаемого между здоровыми и патологическими тканями.

Офтальмология. Источник: ponervu.ru
 
  В статье мы также рассматриваем недавние применения терагерцовой отражательной спектроскопии для измерения слезной пленки роговицы глаза человека при заболеваниях «сухого глаза». Результаты этих исследований показывают потенциал подобных технологий для офтальмологии. Другими медицинскими применениями терагерцового излучения могут быть диагностика ожоговых ран и патологических изменений крови или кожи пациентов с диабетическими осложнениями, а также ряд других заболеваний.
  В чем преимущества таких методов по сравнению с аналогами?
  Другие современные диагностические методы не могут определить, является ли определенное новообразование опухолью, и если да, то доброкачественная она или злокачественная. Они имеют ограниченные возможности оценки начального размера патологического развития ткани и диагностики процесса заживления. Такие приборы могут быть даже опасны из-за вредного для здоровья ионизирующего излучения.
  Есть ли у применения терагерцового излучения в биообъектах какие-либо риски?
  Основной риск таких методов ассоциируется с теплом, поэтому в обзоре представлена тепловая модель взаимодействия терагерцового излучения с тканями. Результат численного моделирования показывает, что облучение тканей со средней мощностью 100 мкВт, 10 мВт, 100 мВт и 300 мВт может вызвать нагрев объекта на 0,004, 0,43, 4,32 и 12,95 градусов соответственно. Таким образом, повышение температуры ткани заметно, когда мощность достигает нескольких милливатт. Однако мощность выходного излучения ТГц-спектроскопии и связанных с ней методов диагностики и визуализации не превышает несколько милливатт, поэтому тепловых или нелинейных эффектов в исследуемом объекте не ожидается.

Терагерцовый лазер. Источник: psi.ch
 
  Другим ограничением подобных методов считается сильное поглощение ТГц-волн молекулами воды. Оно не позволяет волнам проникать в гидратированные ткани и вызывать терагерцовый отклик. Но эти эффекты можно обойти. Например, в статье мы рассказали о новых подходах на основе замораживания тканей «ex vivo», а также об оптическом просветлении тканей с помощью специальных жидких агентов.
  Как появилась идея такой работы и сколько заняла ее реализация?
  Идея появилась примерно полтора года назад. Мы выиграли российский грант РФФИ (КОМФИ), который объединил коллективы четырех терагерцовых лабораторий из разных городов России, среди которых Москва (МГУ), Томск (ТГУ), Санкт-Петербург (Университет ИТМО) и Нижний Новгород (ИФМ РАН). Руководителем проекта стал профессор Александр Павлович Шкуринов. Суть всего проекта заключается в исследовании биологических тканей, жидкостей и выдыхаемого воздуха на признаки социально-значимых заболеваний в терагерцовом диапазоне частот.
  Я предложила написать совместную обзорную статью, а Александр Павлович поддержал мою инициативу и пригласил в эту работу иностранных коллег из Франции, Южной Кореи, Израиля и Австралии. Один из соавторов, профессор Валерий Викторович Тучин, получил письмо-поддержку от очень известного журнала Progress in Quantum Electronics.
  В начале 2018 года РФФИ объявил конкурс совместных проектов Россия-Франция и мы переключились с нашими французскими соавторами на написание этой конкурсной заявки. В результате мы выиграли несколько проектов, в том числе я выиграла грант совместно с лабораторией IMS Университета Бордо. В мае я провела две недели в этой лаборатории, занимаясь и этой статьей, и научными исследованиями. 3 июля профессор Шкуринов собрал нас в Париже на совместную российско-французскую встречу, где мы обсуждали нашу статью и научные задачи по выигранным грантам. Поэтому можно сказать, что написание статьи было очень захватывающим и при этом последовательным процессом, в центре которого мне было крайне интересно находиться.

  Редакция ITMO.NEWS, Центр научной коммуникации, Анастасия Комарова.
 
Предыдущая    1    2    3    4    5    6    7    8    9    Следующая
Design by Anton Alfimov         Powered by MagicTeam