В Институте вычислительных технологий СО РАН совместно с двумя научными организациями новосибирского Академгородка идут работы над медицинским прибором нового поколения. 
 
Современная медицина всё больше применяет неинвазивные методы диагностики, наиболее известными из которых являются томография и УЗИ. Однако они позволяют выявить признаки патологии на уровне целого органа или его части, а в ряде ситуаций важно обследовать отдельно взятые клетки или даже молекулы. Инструментом микроскопического уровня станет волоконный лазер, создаваемый в рамках интеграционного проекта с участием ИВТ СО РАН, Института автоматики и электрометрии СО РАН и Института химической биологии и фундаментальной медицины СО РАН при поддержке Министерства науки и высшего образования РФ. Руководят совместным проектом академик Михаил Петрович Федорук (от ИВТ СО РАН), член-корреспондент РАН Сергей Алексеевич Бабин (ИАиЭ СО РАН) и доктор биологических наук Елена Ивановна Рябчикова (ИХБФМ СО РАН).
 
«Получать изображение микроуровня тканей, контуров и “содержимого” клеток позволяет, в принципе, лазерный источник, генерирующий ультракороткие импульсы с длиной волны вблизи 1,3 микрометра для многофотонной флуоресценции, — рассказала научный сотрудник ИВТ СО РАН кандидат физико-математических наук Анастасия Евгеньевна Беднякова. — Названная длина волны попадает в так называемое окно прозрачности воды, в котором обеспечивается существенно большая глубина проникновения излучения в исследуемый материал и, таким образом, возможна визуализация биологических объектов микронного же размера на достаточной глубине от поверхности тела».
 
Исследовательница отметила, что важно не допустить термического повреждения живой ткани во время диагностической процедуры, поэтому импульсы должны быть очень короткими, суб-пикосекундной или фемтосекундной длительности, и при этом обладать высокой пиковой мощностью. До недавнего времени волоконные источники фемтосекундных импульсов с длиной волны генерации вблизи 1,3 микрометра существовали только в проектах, теперь волоконный лазер с подобными характеристиками создан в ИАиЭ СО РАН. Почему именно волоконный? Это один из наиболее молодых и бурно развивающихся типов лазеров. Они обладают высоким качеством и стабильностью излучения, не требовательны в обслуживании, а главное — компактны, что особо важно для медицины: в перспективе речь может идти о выпуске портативных приборов.
 
«Если снаружи лазер в упакованном виде выглядит как коробочка, то внутри он гораздо сложнее, это многопараметрическая нелинейная физическая система, — рассказала Анастасия Беднякова. — Создание конкретных экспериментальных приборов требует длительного научного поиска, который зачастую нельзя реализовать в эксперименте в силу дороговизны или отсутствия необходимых компонентов, а также большого количества оптимизационных параметров. Другой проблемой является ограниченное разрешение экспериментальных измерительных инструментов и отсутствие возможности напрямую снимать внутрирезонаторные характеристики излучения. То есть создан прибор с несколькими базовыми характеристиками, но многое из его «внутренней жизни» (а мы говорим о перспективном воздействии на тело человека) нам не известно или не понятно — например, возможности дальнейшего улучшения характеристик импульса и фундаментальные ограничения на них. Поэтому на этапе создания и оптимизации новых волоконных лазеров эффективным решением является использование методов математического моделирования. Наш институт отвечает как раз за моделирование и за теоретическую часть в целом, ИАиЭ — за прибор как таковой и его экспериментальные исследования, ИХБФМ станет проводить эксперименты на биологических объектах».
 
«Мною уже построена численная модель волоконного лазера, — констатировала Анастасия Беднякова. — Можно назвать её цифровым двойником лазерной установки, построенной коллегами из ИАиЭ, поскольку с помощью модели мы наблюдаем распространение оптического импульса внутри лазерного резонатора, что позволяет оптимизировать его характеристики в соответствии с предъявляемыми требованиями, то есть использовать для цифрового проектирования».
 
Пресс-служба ИВТ СО РАН

Источники

Лазер нового поколения, позволяющий изучать отдельные клетки и молекулы, создан в Новосибирске
Новосибирские новости (nscn.ru), 23/03/2020
Ученые ИВТ СО РАН создают лазер для биомедицинской диагностики
Infopro54.ru, 23/03/2020
Ученые ИВТ СО РАН создают лазер для биомедицинской диагностики
Seldon.News (news.myseldon.com), 23/03/2020
Ученые ИВТ СО РАН создают лазер для биомедицинской диагностики
Наука в Сибири (sbras.info), 23/03/2020
Лазер нового поколения, позволяющий изучать отдельные клетки и молекулы, создан в Новосибирске
Interfax (interfax-russia.ru), 23/03/2020
Новосибирские ученые создают лазер для биомедицинской диагностики
Институт автоматики и электрометрии (iae.nsk.su), 24/03/2020
Проект для завтрашней медицины
Академгородок (academcity.org), 24/03/2020
Проект для завтрашней медицины
Seldon.News (news.myseldon.com), 24/03/2020
Ученые ИВТ СО РАН создают лазер для биомедицинской диагностики
Сибирское отделение Российской академии наук (sbras.ru), 24/03/2020
Новосибирские ученые создают лазер для биомедицинской диагностики
РИА Сибирь (ria-sibir.ru), 25/03/2020
В России создают лазер для биомедицинской диагностики нового поколения
RepeatMe.ru, 29/03/2020
В России создают лазер для биомедицинской диагностики нового поколения
News2 (news2.ru), 29/03/2020
В России создают лазер для биомедицинской диагностики нового поколения
Newstes.ru, 29/03/2020
В России создают лазер для биомедицинской диагностики нового поколения
Eadaily.com, 29/03/2020
В России создают лазер для биомедицинской диагностики нового поколения
1k.com.ua, 28/03/2020
Новости медицины будущего. Новосибирские ученые создают лазер для биомедицинской диагностики.
News-Life (news-life.pro), 05/04/2020
Новости медицины будущего. Новосибирские ученые создают лазер для биомедицинской диагностики.
Russia24.pro, 05/04/2020
Не вирусом единым
Бумеранг (bumerang.nsk.ru), 21/04/2020

Похожие новости

  • 30/12/2020

    Топ-30 разработок сибирских ученых в 2020 году

    ​На портале «Новости сибирской науки» можно познакомиться с инновациями и последними достижениями сибирских ученых. Сегодня мы предлагаем вашему вниманию Топ-30 сообщений о наиболее значимых и интересных научных разработках 2020 года, размещенных на нашем сайте.
    6162
  • 26/05/2020

    Наука будущего: беспилотник на солнечных батареях, обрывы проволоки и молекулярные ножницы

    Как совмещать открытия в медицине и в космической сфере, чем бактериальная целлюлоза поможет экологии планеты и можно ли излечить от болезни, отредактировав ДНК, — в материале портала "Будущее России.
    1941
  • 14/09/2017

    10-я Всероссийская конференция «Физика ультрахолодных атомов»

    ​18-20 декабря 2017 года в новосибирском Академгородке (ИАиЭ СО РАН) состоится 10-я Всероссийская конференция «Физика ультрахолодных атомов». О конференции Всероссийская конференция "Физика ультрахолодных атомов" является ежегодным научным форумом, имеющим целью обсуждение новых теоретических и экспериментальных результатов в области лазерного охлаждения атомов и ионов, оптических стандартов частоты, ультрахолодных Бозе- и Ферми-газов, нелинейной лазерной спектроскопии.
    3749
  • 08/12/2016

    Инвестиционные структуры под эгидой ГК «Ростех» заинтересовались разработками сибирских ученых

    В новосибирском Академгородке прошло совещание руководства Сибирского отделения РАН и ведущих экспертов академических институтов с делегацией «РТ-Развитие бизнеса» (дочерняя компания госкорпорации «Ростех») и «GIP Group» (партнер ГК «Ростех» по венчурному бизнесу).
    2671
  • 18/05/2021

    Гамма-обсерватория TAIGA. Новый уровень

    Как изучаются самые мощные объекты во Вселенной и какую информацию из космоса несут гамма-кванты, что из себя представляют детекторы, их улавливающие, и на каком уровне находится сегодня развитие крупнейшей в мире гамма-обсерватории TAIGA – подробно об этом рассказали ученые-физики Иркутского государственного университета журналистам региональных и федеральных СМИ.
    1465
  • 17/03/2021

    «НЗПП с ОКБ»: «Главное сейчас — найти свою нишу»

    Новосибирский завод полупроводниковых приборов с особым конструкторским бюро готовится увеличить выпуск полупроводников с 30% от общего объема продукции до 50%. О новых разработках, техническом перевооружении завода, взаимодействии с вузами и научным сектором, а также нюансах выхода на рынок массовой продукции «Континенту Сибирь» рассказали генеральный директор АО «НЗПП с ОКБ» Владимир  Исюк и профильные эксперты предприятия.
    1250
  • 09/04/2021

    Инновационный новосибирский тест на COVID-19 по дыханию представили на крупной выставке в Москве

    ​Учёные ведущих вузов России и эксперты экспортного центра оценили устройство новосибирских разработчиков, позволяющее сдать тест на коронавирус по дыханию.  Разработанный учёными Института автоматики и электрометрии СО РАН и компании «Сайнтификкоин» газоанализатор HEALTHMONITOR, позволяющий сдать тест на COVID-19 по дыханию, представили на международной выставке «Фотоника.
    611
  • 21/02/2020

    Член-корреспондент РАН Сергей Бабин: Пермь может стать фотонной столицей России

    ​​В Перми начала работу всероссийская стратегическая сессия по фотонике. Её участниками в течение трёх дней работы станут более 100 представителей ведущих российских промышленных предприятий, вузов, научных организаций, институтов развития, представители федеральных и региональных органов исполнительной власти.
    1290
  • 06/07/2021

    Новый сезон программы «Сириус.Лето: начни свой проект»

    Во втором сезоне Всероссийской программы «Сириус.Лето: начни свой проект» школьники, студенты, вузы, научно-исследовательские институты и бизнес будут совместно работать над актуальными задачами российской науки и приоритетными технологиями для развития регионов.
    1094
  • 24/05/2021

    Испытание установки для лечения сложных видов рака хотят начать в Новосибирске в 2023 году

    Институт ядерной физики СО РАН планирует в 2023 году начать клинические испытания установки для лечения рака по перспективному методу бор-нейтронозахватной терапии, ее финансирование поручил предусмотреть премьер-министр РФ Михаил Мишустин.
    755