ИСТИНА |
Войти в систему Регистрация |
|
ИСТИНА ИНХС РАН |
||
За календарные 2016 и 2017 года нашим коллективом были достигнуты значительные результаты в областях, относящиеся к сверхбыстрой нелинейной оптики среднего инфракрасного (ИК) диапазона и биофотонике, что сопровождалось публикациями в высокорейтинговых журналах Physical Review Letters, Optica и Nature Communications. Большой успех был достигнут в области формирования предельно коротких лазерных волновых пакетов в среднем и дальнем ИК диапазоне. Впервые был продемонстрирован надёжный, полностью твердотельный метод генерации микроджоулевых импульсов длительностью менее одного периода поля в среднем инфракрасном спектральном диапазоне [Physical Review Letters]. Это удалось реализовать за счет последовательности точно настроенных этапов нелинейно-оптического преобразования: оптического параметрического усиления, генерации разностной частоты, спектрального уширения и компенсации остаточной фазовой модуляции. Благодаря таким источникам возможна практическая реализация исследования сверхбыстрой непертурбативной электронной динамики твердых тел и спектрохронографии методами генерации гармоник высоких порядков. Сверхкороткие длинноволновые импульсы позволяют повысить интенсивность воздействующего на образец поля, не опасаясь повреждения последнего, так как частота прямого перехода между зонами лежит далеко от энергии кванта накачки. Нами было впервые показано, что генерация гармоник высоких порядков в поле импульсов с центральной длиной волны 5 – 7 мкм, в основном, связано с внутризонными процессами в таких широкозонных полупроводниках как селенид цинка [Optica, Письма в ЖЭТФ]. Затем были развиты теоретические подходы по увеличению пиковой мощности и энергии таких импульсов в тысячу раз до десятков миллиджоулей [Optics Express]. Были рассмотрены случаи широкоаолосного усиления однопериодных импульсов и варианты многокаскадного усиления импульсов до тераваттного уровня пиковой мощности [Письма в ЖЭТФ]. В области биофотоники успехи связаны с проделанной большой работой по развитию термогенетических подходов активации клеток. Термогенетика новая перспективная область биологии, суть которой заключается в целенаправленной активации физиологической деятельности клеток, в частности генерации потенциалов действия нейронами, за счет аккуратного нагрева и активации термочувствительных катионных каналов (TRP). До недавнего времени широкое применение этой техники было ограничено из-за низкой чувствительности известных термоканалов и плохого пространственно-временного разрешения методики при нагреве среды и использовании химических агентов. В нашей работе мы вместе с коллегами из ИБХ РАН и ИВНД и НФ РАН впервые демонстрируем методику быстрой, надежной и воспроизводимой активации одиночных клеток в культуре и живом организме (in vitro и in vivo), экспрессирующих генетически встроенные термочувствительные каналы семейства TRPA1 с помощью инфракрасного лазерного излучения. Были исследованы и использованы особенно чувствительные к теплу мембранные каналы caTRPA1 техасской гремучей змеи Crotalus atrox. Исследования показали, что такие термочувствительные каналы могут быть успешно экспрессированы нейронами рыбы и теплокровных животных. Локальный нагрев клеток в культурах и внутри живых организмов был реализован при помощи инфракрасного лазерного излучение Нами создано уникальное термометрическое устройство на основе гибридного оптического/СВЧ зонда с квантовым сенсором (микрочастица алмаза с дефектами азот-вакансия (NV-центрами) для адресного измерения температуры клеток с высоким пространственным разрешением. Уникальные свойства реализованного зонда имеют большой потенциал для задач термогенетики, поскольку позволяет не только измерять температуру биологических объектов с высокой точностью и микронным пространственным разрешением, но и локально изменять температуру, тем самым реализуя возможность управления функциональной активностью термочувствительных клеток.