Оптические квантовые сенсоры

Успехи современной медицины в области снижения смертности и инвалидизации населения от различных заболеваний в немалой степени связаны с развитием новых высокочувствительных методов диагностики. Молекулярная диагностика, основанная на детекции тканевых и сывороточных маркеров заболеваний, с помощью оптических зондов, состоящих из биологических распознающих молекул и репортерных меток, широко применяется в современной медицинской практике (исследования методом иммуноферментного анализа, проточной цитометрии, иммуногистохимии, экспресс тесты и т.д.). Оптические квантовые сенсоры на базе конъюгатов биологических распознающих молекул и флуоресцентных квантовых точек призваны повысить чувствительность подобных систем детекции за счет уникальных оптических свойств квантовых точек.

Сцинтилляторы находят широкое применение в таких областях, как физика частиц, медицина, неразрушающий контроль, системы безопасности, астрофизика и нефтегазовая индустрия. Основная функция этих материалов заключается в преобразовании высокоэнергетического излучения в видимые фотоны. Сцинтилляторы могут быть представлены в виде твердых, жидких или газообразных форм и делятся на органические и неорганические.

Описание деятельности группы

Деятельность группы направлена на разработку оптических квантовых сенсоров, предназначенных для высокоточной диагностики. Научная группа обладает компетенциями мирового уровня в области уникальных технологий химического синтеза и функционализации квантовых эмиттеров на базе полупроводниковых квантовых точек, предназначенных для применения в биомедицинской диагностике и оптоэлектронике. Разрабатываемые оптические квантовые сенсоры отличаются рекордной яркостью за счет практически 100% квантового выхода флуоресценции, высокой физико-химической и оптической стабильностью, а также биосовместимостью, что обеспечивает их эффективное использование в биомедицине и промышленности для повышения качества жизни.

Научной группой ведется разработка высокочувствительных композитных сцинтилляционных материалов на основе перовскитных нанокристаллов (ПНК). Использование ПНК имеет ряд преимуществ по сравнению с традиционными решениями. Во-первых, эти материалы состоят исключительно из атомов с высоким атомным весом, что обеспечивает их отличную способность к поглощению рентгеновского и гамма-излучения. Во-вторых, ПНК обладают высокой эффективностью флуоресценции (более 90%) и быстрой кинетикой этого процесса. Это позволяет создавать сцинтилляторы с высоким световыходом и коротким временем высвечивания, сопоставимым с менее эффективными, но быстрыми органическими сцинтилляторами. Таким образом, ПНК объединяют преимущества двух основных классов сцинтилляционных материалов, наиболее распространенных на сегодняшний день (неорганических, подобных сцинтилляционному кристаллу йодида цезия, легированного таллием (CsI:Tl), и органических), при этом не имея значительных недостатков.

Кроме того, группа занимается созданием композитных сцинтилляционных материалов на основе перовскитных нанокристаллов, которые могут быть применимы в системах медицинской визуализации, а также системах неразрушающего контроля и досмотровых системах безопасности.

Также научная группа вместе с Томским Государственным Университетом разрабатывает систему экспресс-обнаружения возбудителя туберкулеза (Mycobacterium tuberculosis), основанную на специфическом окрашивании с помощью оптических квантовых сенсоров.