ИСТИНА

Одно из ключевых направлений развития анализа, контроля и диагностики как живых систем, так и природных и технологических материалов включает фототермическую и оптоакустическую спектроскопию. Они представляют собой методы абсорбционной спектроскопии, основанные на анализе тепловой релаксации поглощённого электромагнитного излучения и его следствиях — акустических и оптических явлениях. Эти методы обладают уникальным набором возможностей: (1) высокой чувствительностью, до детектирования отдельных частиц и молекул; (2) одновременного определения различных параметров объекта (3) применимостью к широкому кругу соединений; (4) широким спектральным диапазоном, от дальней УФ до дальней ИК-области и (5) пространственным разрешением выше дифракционного предела. Немаловажно, что эти методы позволяют исследовать оптические и теплофизические свойства объектов недеструктивно. Фототермическая и оптоакустическая спектроскопия все более востребованы в химическом и микроскопическом анализе сложных объектов и при решении биомедицинских задач и сложных задач фотоники, при этом уровень работ постоянно растет. Это сопровождается ростом вклада прикладных, комбинированных решений. Новые разработки включают создание приборов и методик для химического микроанализа, клинической диагностики и тераностике и прикладного материаловедения. Планируемый обзор будет принципиально отличаться от последних монографий и глав, посвященных фототермоакустической спектроскопии (соавтором которых является руководитель проекта) и обзорных статей. В существующих работах упор делается на методы в целом: физику явлений и процессов, основные параметры приборов и их типы, объекты практического приложения. Также описываются основные, сложившиеся области использования, что и справедливо для монографий. Более частные обзоры посвящены специфическим задачам отдельных методов — детектированию, мониторингу, дефектоскопии, (пред)клинической диагностике и др. — или определенным целевым объектам. Однако пока нет единого обзора, который обобщает описанные выше возможности фототермоакустической спектроскопии для специалистов широкого профиля. В планируемом же обзоре мы впервые рассмотрим: во-первых, возможности и перспективы фототермической и оптоакустической спектроскопии в совокупности и в полном сравнении, что пока не реализовано. Ключевые доклады крупнейшего международного форума, юбилейной конференции 20th International Conference on Photoacoustic and Photothermal Phenomena, подведшей итог почти 50-летнего развития этой области, вызвали широкий резонанс среди специалистов, работающих в разных отраслях науки, индустрии и медицины. Дискуссия показала, что обзор, связывающий результаты успешного развития фототермоакустической спектроскопии и анализ ее современного состояния и ближайших целей, весьма актуален и должен быть востребован широкой аудиторией исследователей. Во-вторых, мы не будем уделять много места основам методов и их основным, известным приложениям — эту роль успешно выполняют существующие обзоры и монографии. Напротив, на основании основных прорывных работ последних лет — оптоакустической томографии, мультиспектрального картирования, наноскопии, фототермической зондовой спектроскопии и других подходов и тенденций, мы рассмотрим перспективы развития фототермоакустической спектроскопии в целом, а не отдельных ее задач. В-третьих, многие из опубликованных на сегодня обзорных статей относятся либо к физике, лежащей в основе явлений, либо к конкретным биомедицинским и клиническим задачам, т.е. направлены на пусть многочисленную, но специализированную аудиторию. Мы же полагаем, что именно химические науки по самой своей сути лежат в основе мультидисциплинарных исследований в этой области. При этом аналитическая химия как наука, ориентированная на решение ключевых целей развития естественных наук, владеющая технологией исследований (методологией) и опирающаяся на все современные инструментальные возможности исследования, является наиболее очевидным выбором тематики обзора.

One of the key areas for the development of analysis, control and diagnostics of both living systems and natural and technological materials includes photothermal and optoacoustic spectroscopy. They are methods of absorption spectroscopy based on the analysis of thermal relaxation of absorbed electromagnetic radiation and its consequences - acoustic and optical phenomena. These methods have a unique set of capabilities: (1) high sensitivity, prior to the detection of individual particles and molecules; (2) simultaneous determination of various parameters of an object; (3) applicability to a wide range of compounds; (4) a wide spectral range from far UV to far IR and (5) a spatial resolution above the diffraction limit. It is important that these methods allow us to study the optical and thermophysical properties of objects non-destructively. Photothermal and optoacoustic spectroscopy are increasingly in demand in chemical and microscopic analysis of complex objects and in solving biomedical problems and complex problems of photonics, while the level of work is constantly growing. This is accompanied by an increase in the contribution of applied, combined solutions. New developments include the creation of instruments and techniques for chemical microanalysis, clinical diagnostics and theranostics, and applied materials science. The planned review will be fundamentally different from the latest monographs and chapters on photothermoacoustic spectroscopy (co-authored by the project manager) and review articles. In existing works, emphasis is placed on methods in general: the physics of phenomena and processes, the main parameters of devices and their types, objects of practical application. The main, established areas of use are also described, which is true for monographs. More private reviews are devoted to the specific tasks of individual methods - detection, monitoring, flaw detection, (pre) clinical diagnosis, etc. - or to specific targets. However, there is still no single review that summarizes the above-described possibilities of photothermoacoustic spectroscopy for specialists of a wide profile. In the planned review, for the first time, we will consider: firstly, the possibilities and prospects of photothermal and optoacoustic spectroscopy as a whole and in full comparison, which has not yet been implemented. Key reports of the largest international forum, the jubilee conference of the 20th International Conference on Photoacoustic and Photothermal Phenomena, which summed up the almost 50-year development of this field, caused a wide resonance among specialists working in various fields of science, industry and medicine. The discussion showed that a review linking the results of the successful development of photothermoacoustic spectroscopy and an analysis of its current state and immediate goals is highly relevant and should be in demand by a wide audience of researchers. Secondly, we will not devote much attention to the fundamentals of methods and their basic, well-known applications - existing reviews and monographs successfully fulfill this role. On the contrary, on the basis of the main breakthrough works of recent years - optoacoustic tomography, multispectral mapping, nanoscopy, photothermal probe spectroscopy and other approaches and trends, we will consider the prospects for the development of photothermoacoustic spectroscopy as a whole, and not its individual tasks. Thirdly, many of the review articles published to date relate either to the physics underlying the phenomena, or to specific biomedical and clinical problems, i.e. aimed at albeit a large but specialized audience. We believe that it is the chemical sciences by their very nature that underlie multidisciplinary research in this area. At the same time, analytical chemistry as a science focused on solving the key development goals of the natural sciences, owning research technology (methodology) and relying on all modern instrumental research capabilities, is the most obvious choice of the subject of the review.

Обзор по выбранной тематике

В области аналитической фототермоакустической спектроскопии является ведущим ученым страны, и группа, созданная руководителем Проекта М.А. Проскурниным, входит в 5–6 ведущих групп в мире. Руководитель проекта является соавтором двух монографий в рассматриваемой области ( Photothermal Spectroscopy Methods, Second Edition, https://onlinelibrary.wiley.com/doi/book/10.1002/9781119279105 и Photothermal spectroscopy in Laser spectroscopy for sensing: Fundamentals, techniques and applications, https://www.sciencedirect.com/science/article/pii/B9780857092731500118) трех учебников (несколько изданий), а также автором более 15 обзорных статей (13 из них в области фототермической и оптоакустической спектроскопии), опубликованных в отечественных и международных журналах за последние 15 лет. В 2019 году являлся председателем организационного и программного комитетов крупнейшего международного форума, юбилейной конференции 20th International Conference on Photoacoustic and Photothermal Phenomena http://icppp20.ru/index.php/ru/ (РФФИ 19-03-20058), подведшей итог 50-летнего развития в области фототермоакустической спектроскопии. Коллектив под руководством руководителя проекта с 1986 года занимается теоретической и экспериментальной разработкой методов оптоакустической и фототермической спектроскопии, в том числе и в сочетании с другими методами аналитической спектроскопии. Исследования включают в себя создание уникальных приборов, построение моделей фототермоакустических явлений, изучение концентрационных, оптических и теплофизических характеристик сложных объектов и разработку методик определения веществ различных классов в видимой и ИК-областях [1-16] — всего более 200 публикаций.

Обзор по выбранной тематике