ИСТИНА

В настоящее время повышение информативности при визуализации структурных неоднородностей в биотканях и мониторинге физиологических процессов в живых организмах неразрушающими оптическими методами является актуальной задачей современной физики и предусматривает, в том числе, решение вопроса о распространении света в мутных (случайно-неоднородных) биологических средах. В предлагаемом проекте планируется проведение комплексных исследований особенностей визуализации биологических и биоподобных мутных сред с использованием кремниевых наночастиц, используемых как фотолюминесцентные (ФЛ) маркеры и в качестве контрастирующих агентов в оптической когерентной томографии (ОКТ). Под комплексными исследованиями подразумевается проведение, как теоретических расчетов, так и экспериментов на реальных объектах. Научная новизна проекта заключается в следующем. До настоящего времени работы по внедрению кремниевых нанокристаллов в биологические и биоподобные мутные среды ограничивались лишь экспериментальными подтверждениями возможности использования данных наночастиц в качестве биосовместимых ФЛ-маркеров без учета светорассеяния таких сред. Расчеты и успешные пилотные эксперименты по ОКТ-визуализации мутных сред с использованием кремниевых наночастиц в качестве контрастирующих агентов до настоящего времени проводились только авторами настоящего проекта и только для одного типа таких объектов, изготавливаемых методом пикосекундной лазерной абляции в воде. В предлагаемом проекте предполагается исследование широкого набора ансамблей кремниевых наночастиц, изготовливаемых методами электрохимического травления и импульсной лазерной абляции монокристаллического кремния при различных технологических параметрах изготовления, что позволит варьировать размеры таких наночастиц от 1 до 200 нм, а также степень химической чистоты и кристалличности. Проведение экспериментов по визуализации с использованием кремниевых наночастиц планируется проводить при регистрации ФЛ- и ОКТ-сигналов в так называемом «диагностическом окне прозрачности» (700 – 1300 нм) биотканей, в частности, на таких объектах, как водные растворы интралипида и туши. Восстановление необходимых для расчетов коэффициентов рассеяния и поглощения, а также фактора анизотропии, будет осуществляться по данным спектрофотометрических измерений с использованием интегрирующей сферы. Численное моделирование формирования ОКТ-изображений биотканей в присутствии кремниевых наночастиц и регистрации ФЛ в аналогичных условиях будет проведено с помощью метода Монте-Карло. Будет проведена комплексная оценка проведенных исследований, сравнение результатов экспериментов и расчетов, при необходимости доработка расчетных подходов с целью выбора классов кремниевых наночастиц с оптимальными структурными и оптическими свойствами и правильных расчетных моделей для решения задач визуализации мутных сред методами ФЛ- и ОКТ-имиджинга.