Наиболее значимые результаты института, готовые к практическому применению, полученные в ИФТТ РАН в 2020 году

Сапфировый игловой капилляр с микрофокусировкой для лазерной терапии и хирургии

Долганова И.Н., Шикунова И.А., Зотов А.К., Курлов В.Н. (с соавторами)

Разработан и получен методом EFG сапфировый игловой капилляр для коллимирования и фокусировки лазерного излучения (рис.1). Игловой капилляр обладает высококачественной гладкой поверхностью, высокой прозрачностью для видимого и ближнего инфракрасного излучения, высокой термической и химической стойкостью, а также сложной формой наконечника, который защищает кварцевые волокна. Продемонстрирован эффект фокусировки как численно (Рис. 2), так и в эксперименте при коагуляции образцов печени ex vivo . Игловой капилляр в сочетании с оптическим волокном обеспечивает интенсивную и равномерную коагуляцию внутри и на поверхности печени с помощью лазерного воздействия мощностью 280 Дж без карбонизации тканей и повреждения волокна. Управляемым образом можно изменять геометрические параметры иглового капилляра в зависимости от типа биологической ткани, метода терапии и протокола лечения.

Основная область применения – онкохирургия. Разработка готова к практическому применению в системах лазерной коагуляции и абляции злокачественных опухолей.

Мировые аналоги отсутствуют.

Рис. 1. As grown cапфировый игловой капилляр для микрофокусировки лазерного излучения (а); схема сапфирового капилляра в комбинации с кварцевым световодом ( b ).

Рис. 2. Численное моделирование диаграммы направленности, сформированной на выходном конце сапфировой иглы для кварцевого световода 0,22 NA

Получено положительное решение на Патент РФ, заявка № 2020128843 от 31.08.2020

«Световодный инструмент с микрофокусировкой» (авторы Шикунова И.А., Долганова И.Н., Зайцев К.И., Курлов В.Н.)

Публикации:

1. Dolganova I.N., Shikunova I.A., Zotov A.K., Shchedrina M.A., Reshetov I.V., Zaytsev K.I., Tuchin V.V., Kurlov V.N. "Microfocusing sapphire capillary needle for laser surgery and therapy: fabrication and characterization" - Journal of Biophotonics, 2020, e202000164. DOI: 10.1002/JBIO.202000164

2. Dolganova I.N., Zotov A.K., Shikunova I.A., Zaytsev K.I., Aleksandrova P.V., Mukhina E.E., Kurlov V.N. “Experimental study of pointed sapphire needles for interstitial laser therapy” – Proc. SPIE, 11458 (2020) 114580E. doi: 10.1117/12.2559988

3. Dolganova I.N., Katyba G.M., Shikunova I.A., Zotov A.K., Aleksandrova P.V., Naumova N.A., Shchedrina M.A., Zaytsev K.I., Tuchin V.V., Kurlov V.N. “Sapphire-based medical instrumentsfor diagnosis, surgery and therapy” – Proc. SPIE, 11363 (2020) 1136318. doi: 10.1117/12.2555320

Эффективные УФ оптические фильтры солнечно-слепого диапазона спектра на основе смешанных кристаллов K₂Ni_xCo_1-x(SO₄)₂·6H₂O

Жохов А. А., Масалов В. М., , Сухинина Н. С., Емельченко Г. А. (с соавторами)

Смешанные кристаллы K₂Ni_xCo_(1-x)(SO₄)₂·6H₂O (KCNSH) являются перспективными материалами для УФ оптических фильтров солнечно-слепого диапазона спектра (220 – 280 нм) благодаря эффективной фильтрации излучения в УФ диапазоне длин волн. Для подавления спонтанной кристаллизации была разработана оригинальная технология выращивания смешанных монокристаллов K₂Ni_xCo_(1-x)(SO₄)₂·6H₂O (KCNSH) в условиях больших переохлаждений 5-10 °С с использованием схемы «поворотного кристаллизатора», защищенная патентом. Показано, что кристаллы K₂Ni_xCo_(1-x)(SO₄)₂·6H₂O, выращенные по разработанной технологии, демонстрируют высокий уровень пропускания в УФ области спектра, близкий к теоретическому значению для этих кристаллов (Рис.), и низкую плотность дислокаций (~ 10 ³ -10 ⁴ см ^-2 ), меньшую на 1-2 порядка в сравнении с существующими данными.

Рис. 1 (а) Схема установки для выращивания кристаллов «поворотный кристаллизатор»: 1 – теплоизолятор, 2 – крышка, 3 – кристаллизатор, 4 – раствор, 5 – плёночный нагреватель, 6 – термопара, 7 – терморегулятор, 8 – затравка.
(б) Фото кристалла K₂Ni_xCo_(1-x)(SO₄)₂·6H₂O, выращенного из раствора c соотношением компонентов солей Ni/Co = 2/1 (высота кристалла 23 мм). Затравка (KNSH –синий цвет) диаметром 20 мм высотой 3 мм (б).
(в) Спектр пропускания кристалла KCNSH.

Публикации:

1. Zhokhov A.A., Masalov V.M., Rudneva E.B., Manomenova V.L., Vasilyeva N.A., Sukhinina N.S., Voloshin A.E., Emelchenko G.A. Growth of mixed K ₂ Ni _x Co _(1-x) (SO ₄ ) ₂ • 6H ₂ O crystals for large supercooling without spontaneous crystallization in solution. Mater. Res. Express 2020 , 7, № 1, 016202 (7pps). DOI: 10.1088/2053-1591/ab5fa4

2. Патент RU 2 725 924 C1, 19.02.2020, Устройство для выращивания смешанных кристаллов сульфата кобальта-никеля-калия для оптических фильтров ультрафиолетового диапазона. Авторы: Жохов А.А. и др.

«II. Физические науки, направление 9, тема 0032-2019-0014 Физика и технологии новых материалов и структур»

Ультрабыстрый субтерагерцовый сканер для обеспечения безопасности почтовых посылок

А.В. Щепетильников, П.А. Гусихин, В.М. Муравьев, Г.Э. Цыдынжапов, Ю.А. Нефедов, А.А. Дремин, И. В. Кукушкин

Разработан и апробирован линейный сканер безопасности, работающий на частоте 100 ГГц, который позволяет проводить быстрый скрининг с близкого расстояния, например, почтовых посылок. Разработанный сканер является новым подходом к терагерцовому зондированию, включает в себя быструю линейную ТГц-камеру, а также усовершенствованные ЛПД-генераторы и представляет собой эффективную систему неразрушающего контроля, которая является абсолютно безопасным, быстрым, портативным и экономичным инструментом досмотра. Результаты тестирования демонстрируют выдающуюся способность сканера обеспечивать, например, непрерывную высокопроизводительную проверку почты. Система может выполнять визуализацию в реальном времени с эффективным пространственным разрешением 3 мм, при скорости движения конвейера до 15 м/с.

Схема почтового сканера и ТГц-изображение ножа, спрятанного в почтовую посылку.

Публикация:
Shchepetilnikov, A.V. New Ultra - Fast Sub - Terahertz Linear Scanner for Postal Security Screening / A.V. Shchepetilnikov, P.A. Gusikhin, V.M. Muravev, G.E. Tsydynzhapov, Yu.A. Nefyodov, A.A. Dremin, I.V. Kukushkin // Journal of Infrared, Millimeter, and Terahertz Waves. – 2020. – Vol. 41. – P. 655–664.

«II. Физические науки, направление 8, тема 032-2019-0015 Коллективные явления в электронных и экситонных системах в полупроводниковых наноструктурах»

Автоматизированный портативный газовый анализатор, работающий на основе рамановской спектроскопии

М.Н. Ханнанов, А.Б. Ваньков, В.Е. Кирпичев, Л.В. Кулик, И. В. Кукушкин

Разработан и испытан газовый анализатор, работающий на основе рамановской спектроскопии, в котором используются портативный рамановский спектрометр, лазер 532 нм и полый кристаллический световод. Новый прибор позволяет в экспресс режиме проводить анализ природного газа и смесей его производных и обеспечивает почти хроматографическую точность, а также способен проводить in situ анализ газов, неактивных в инфракрасном диапазоне (водород, кислород, азот, хлор и др.). Точность анализа нового прибора сопоставима с точностью приборов газовой хроматографии, но время анализа на порядок меньше и результаты обрабатываются автоматически.

Схема рамановского газоанализатора и характерные спектры, полученные для смеси газов.

Публикация:
Khannanov, M.N. Analysis of Natural Gas Using a Portable Hollow-Core Photonic Crystal Coupled Raman Spectrometer / M.N. Khannanov, A.B. Van'kov, A.A. Novikov, A.P. Semenov, P.A. Gushchin, S.I. Gubarev, V.E. Kirpichev, E.N. Morozova, L.V. Kulik, I.V. Kukushkin // Applied Spectroscopy. – 2020. – Vol. 74, Iss. 12. – P. 1496–1504

«II. Физические науки, направление 8, тема 0032-2019-0015 Коллективные явления в электронных и экситонных системах в полупроводниковых наноструктурах»