Оптика и спектроскопия
Авторам
Терагерцовый микроскоп на основе эффекта твердотельной иммерсии для визуализации биологических тканей*
Переводная версия: 10.1134/S0030400X19050059 
Российский фонд фундаментальных исследований (РФФИ), мк, 18-29-02060
Российский научный фонд (РНФ), 18-12-00328
Черномырдин Н.В1,2, Кучерявенко А.С
1,2, Римская Е.Н
2, Долганова И.Н
2,3, Желнов В.А2, Каралкин П.А
4,5, Грядунова А.А
4,6, Решетов И.В
6, Лаврухин Д.В
7, Пономарев Д.С7, Карасик В.Е
2, Зайцев К.И1,2
1Институт общей физики им. А.М. Прохорова РАН, Москва, Россия 
2Московский государственный технический университет им. Н.Э. Баумана, Москва, Россия
3Институт физики твердого тела РАН, Черноголовка, Россия
4Лаборатория биотехнологических исследований, 3D Bioprinting Solutions, Москва, Россия
5Национальный медицинский исследовательский центр радиологии Минздрава России, Москва, Россия
6Институт регенеративной медицины, Первый московский государственный медицинский университет им. И.М. Сеченова Минздрава России, Москва, Россия
7Институт сверхвысокочастотной полупроводниковой электроники имени В.Г. Мокерова РАН, Москва, Россия
2Московский государственный технический университет им. Н.Э. Баумана, Москва, Россия
3Институт физики твердого тела РАН, Черноголовка, Россия
4Лаборатория биотехнологических исследований, 3D Bioprinting Solutions, Москва, Россия
5Национальный медицинский исследовательский центр радиологии Минздрава России, Москва, Россия
6Институт регенеративной медицины, Первый московский государственный медицинский университет им. И.М. Сеченова Минздрава России, Москва, Россия
7Институт сверхвысокочастотной полупроводниковой электроники имени В.Г. Мокерова РАН, Москва, Россия
Email: chernik-a@yandex.ru, ans.kucher@mail.ru, romehelen@gmail.com, in.dolganova@gmail.com, vleder.zel@mail.ru, pkaralkin@gmail.com, zharnitskaya_anna@mail.ru, reshetoviv@mail.ru, denis_lavruhin@mail.ru, ponomarev_dmitr@mail.ru, karassik@bmstu.ru, kirzay@gmail.com
Выставление онлайн: 19 апреля 2019 г.
Предложен новый метод терагерцовой (ТГц) микроскопии для визуализации биологических тканей с субволновым пространственным разрешением. Он позволяет преодолеть дифракционный предел Аббе, обеспечивая субволновое разрешение за счет эффекта твердотельной иммерсии - сужения каустики электромагнитного пучка при его фокусировке в свободном пространстве на небольшом расстоянии (меньше длины волны) позади среды с высоким показателем преломления. Разработана экспериментальная установка, реализующая предложенный метод и использующая лампу обратной волны и ячейку Голея в качестве источника и детектора ТГц излучения. В данной установке для реализации эффекта твердотельной иммерсии излучение фокусируется позади кремниевой полусферы. Экспериментально продемонстрировано рекордно высокое пространственное разрешение для оптических систем на основе эффекта твердотельной иммерсии - 0.15λ (измерения проводились на длине волны λ=500 μm для границы перехода металл-воздух в качестве тестового объекта). Микроскопия на основе эффекта твердотельной иммерсии не предполагает применение диафрагм или других видов ближнепольных зондов для достижения субволнового разрешения и соответственно исключает связанные с отмеченными элементами энергетические потери. Метод был применен для визуализации мягких тканей, что позволило продемонстрировать его перспективность для биологии и медицины. -19
- Hu B.B., Nuss M.C. // Opt. Lett. 1995. V. 20. N 16. P. 1716--1718. doi 10.1364/OL.20.001716
- Yang X., Zhao X., Yang K., Liu Y., Liu Y., Fu W., Luo Y. // Trends Biotechnol. 2016. V. 34. N 10. P. 810--824. doi 10.1016/j.tibtech.2016.04.008
- Smolyanskaya O.A., Chernomyrdin N.V., Konovko A.A., Zaytsev K.I., Ozheredov I.A., Cherkasova O.P., Nazarov M.M., Guillet J.-P., Kozlov S.A., Kistenev Y.V., Coutaz J.-L., Mounaix P., Vaks V.L., Son J.-H., Cheon H., Wallace V.P., Feldman Y., Popov I. et al. // Prog. Quantum Electron. 2018. V. 62. P. 1--77. doi 10.1016/j.pquantelec.2018.10.001
- Woodward R.M., Wallace V.P., Pye R.J., Cole B.E., Arnone D.D., Linfield E.H., Pepper M. // J. Invest. Dermatol. 2003. V. 120. N 1. P. 72--78. doi 10.1046/j.1523-1747.2003.12013.x
- Joseph C.S., Patel R., Neel V.A., Giles R.H., Yaroslavsky A.N. // J. Biophotonics. 2014. V. 7. N 5. P. 295--303. doi 10.1002/jbio.201200111
- Зайцев К.И., Черномырдин Н.В., Кудрин К.Г., Решетов И.В., Юрченко С.О. // Опт. и Спектр. 2015. Т. 119. N 3. С. 404--410; Zaitsev K.I., Chernomyrdin N.V., Kudrin K.G., Reshetov I.V., Yurchenko S.O. // Opt. Spectrosc. 2015. V. 119. N 3. P. 404--410. doi 10.1134/S0030400X1509026X
- Novotny L., Hecht B. Principles of Nano-Optics. Cambridge: Cambridge University Press, 2012. doi 10.1017/CBO9780511794193
- Zhang Y., Zhou W., Wang X., Cui Y., Sun W. // Strain. 2008. V. 44. N 5. P. 380--385. doi 10.1111/j.1475-1305.2008.00433.x
- Krozer V., Loffler T., Dall J., Kusk A., Eichhorn F., Olsson R.K., Buron J.D., Jepsen P.U., Zhurbenko V., Jensen T. // IEEE Trans. Microw. Theory Tech. 2010. V. 58. N 7. Pt 2. P. 2027--2039. doi 10.1109/TMTT.2010.2050246
- Chen H.-T., Kersting R., Cho G.C. // Appl. Phys. Lett. 2003. V. 83. N 15. P. 3009--3011. doi 10.1063/1.1616668
- Huber A.J., Keilmann F., Wittborn J., Aizpurua J., Hillenbrand R. // Nano Lett. 2008. V. 8. N 11. P. 3766--3770. doi 10.1021/nl802086x
- Liewald C., Mastel S., Hesler J., Huber A.J., Hillenbrand R., Keilmann F. // Optica. 2018. V. 5. N 2. P. 159. doi 10.1364/OPTICA.5.000159
- Lukyanchuk B.S., Paniagua-Dominguez R., Minin I.V, Minin O.V, Wang Z. // Opt. Mater. Express. 2017. V. 7. N 6. P. 1820--1847. doi 10.1364/OME.7.001820
- Yue L., Minin O.V., Wang Z., Monks J.N., Shalin A.S., Minin I.V. // Opt. Lett. 2018. V. 43. N 4. P. 771. doi 10.1364/OL.43.000771
- Minin I.V., Minin O.V., Ponomarev D.S., Glinskiy I.A. // Ann. Phys. 2018. V. 530. N 12. P. 1800359. doi 10.1002/andp.201800359
- Minin I.V., Minin O.V., Katyba G.M., Chernomyrdin N.V., Kurlov V.N., Zaytsev K.I., Yue L., Wang Z., Christodoulides D.N. // Appl. Phys. Lett. 2019. V. 114. N 3. P. 031105. doi 10.1063/1.5065899
- Yue L., Yan B., Monks J.N., Dhama R., Wang Z., Minin O.V., Minin I.V. // Ann. Phys. 2018. V. 530. N 2. P. 1700384. doi 10.1002/andp.201700384
- Yue L., Yan B., Monks J.N., Wang Z., Tung N.T., Lam V.D., Minin O., Minin I. // J. Phys. D. 2017. V. 50. N 17. P. 175102. doi 10.1088/1361-6463/aa61cb
- Nguyen Pham H.H., Hisatake S., Minin I.V., Minin O.V., Nagatsuma T. // Appl. Phys. Lett. 2016. V. 108. N 19. P. 191102. doi 10.1063/1.4949014
- Nguyen Pham H.H., Hisatake S., Minin O.V., Nagatsuma T., Minin I.V. // APL Photonics. 2017. V. 2. N 5. P. 056106. doi 10.1063/1.4983114
- Minin I.V., Minin O.V. // Opt. Quantum Electron. 2017. V. 49. N 10. P. 326. doi 10.1007/s11082-017-1165-6
- Yue L., Yan B., Monks J.N., Dhama R., Wang Z., Minin O.V., Minin I.V. // J. Infrared, Millimeter, Terahertz Waves. 2018. V. 39. N 6. P. 546--552. doi 10.1007/s10762-018-0479-1
- Mansfield S.M., Kino G.S. // Appl. Phys. Lett. 1990. V. 57. N 24. P. 2615--2616. doi 10.1063/1.103828
- Terris B.D., Mamin H.J., Rugar D., Studenmund W.R., Kino G.S. // Appl. Phys. Lett. 1994. V. 65. N 4. P. 388--390. doi 10.1063/1.112341
- Lerman G.M., Israel A., Lewis A. // Appl. Phys. Lett. 2006. V. 89. N 22. P. 1--4. doi 10.1063/1.2398888
- Ippolito S.B., Thorne S.A., Eraslan M.G., Goldberg B.B., Unlu M.S., Leblebici Y. // Appl. Phys. Lett. 2004. V. 84. N 22. P. 4529--4531. doi 10.1063/1.1758308
- Koklu F.H., Quesnel J.I., Vamivakas A.N., Ippolito S.B., Goldberg B.B., Unlu M.S. // Opt. Express. 2008. V. 16. N 13. P. 9501. doi 10.1364/OE.16.009501
- Pimenov A., Loidl A. // Appl. Phys. Lett. 2003. V. 83. N 20. P. 4122--4124. doi 10.1063/1.1627474
- Gompf B., Gerull M., Muller T., Dressel M. // Infrared Phys. Technol. 2006. V. 49. N 1--2. P. 128--132. doi 10.1016/j.infrared.2006.01.021
- Chernomyrdin N.V., Schadko A.O., Lebedev S.P., Tolstoguzov V.L., Kurlov V.N., Reshetov I.V., Spektor I.E., Skorobogatiy M., Yurchenko S.O., Zaytsev K.I. // Appl. Phys. Lett. 2017. V. 110. N 22. P. 221109. doi 10.1063/1.4984952
- Chernomyrdin N.V., Kucheryavenko A., Malakhov K., Schadko A., Komandin G., Lebedev S., Dolganova I., Kurlov V., Lavrukhin D., Ponomarev D., Yurchenko S., Tuchin V.V., Zaytsev K. // Proc. SPIE. 2018. V. 10716. P. 1071606. doi 10.1117/12.2314464
- Chernomyrdin N.V., Kucheryavenko A.S., Zaytsev K.I., Kolontaeva G.S., Katyba G.M., Karalkin P.A., Smolyanskaya O.A., Karasik V.E., Minin O.V., Parfenov V.A., Gryadunova A.A., Norkin N.E., Minin I.V. // Proceedings of SPIE / ed. Fournier C., Georges M.P., Popescu G. // Proc. SPIE. 2018. V. 10677. P. 106771Y. doi 10.1117/12.2306132
- Chernomyrdin N.V., Kucheryavenko A.S., Kolontaeva G.S., Katyba G.M., Dolganova I.N., Karalkin P.A., Ponomarev D.S., Kurlov V.N., Reshetov I.V., Skorobogatiy M., Tuchin V.V., Zaytsev K.I. // Appl. Phys. Lett. 2018. V. 113. N 11. P. 111102. doi 10.1063/1.5045480
- Guerboukha H., Nallappan K., Skorobogatiy M. // Adv. Opt. Photonics. 2018. V. 10. N 4. P. 843. doi 10.1364/AOP.10.000843
- Wang J., Stantchev R.I., Sun Q., Chiu T.-W., Ahuja A.T., MacPherson E.P. // Biomed. Opt. Express. 2018. V. 9. N 12. P. 6467. doi 10.1364/BOE.9.006467
- Ashworth P.C., Pickwell-MacPherson E., Provenzano E., Pinder S.E., Purushotham A.D., Pepper M., Wallace V.P. // Opt. Express. 2009. V. 17. N 15. P. 12444. doi 10.1364/OE.17.012444
- Milster T.D., Jo J.S., Hirota K. // Appl. Opt. 1999. V. 38. N 23. P. 5046. doi 10.1364/AO.38.005046
- Karrai K., Lorenz X., Novotny L. // Appl. Phys. Lett. 2000. V. 77. N 21. P. 3459--3461. doi 10.1063/1.1326839
- Komandin G.A., Chuchupal S.V., Lebedev S.P., Goncharov Y.G., Korolev A.F., Porodinkov O.E., Spektor I.E., Volkov A.A. // IEEE Trans. Terahertz Sci. Technol. 2013. V. 3. N 4. P. 440--444. doi 10.1109/TTHZ.2013.2255914
- Zahl H.A., Golay M.J.E. // Rev. Sci. Instrum. 1946. V. 17. N 11. P. 511--515. doi 10.1063/1.1770416
- Nyquist H. // Trans. Am. Inst. Electr. Eng. 1928. V. 47. N 2. P. 617--644. doi 10.1109/T-AIEE.1928.5055024
- Tuchin V.V. Tissue Optics: Light Scattering Methods and Instruments for Medical Diagnosis. Third Edition. Bellingham, Washington, USA: SPIE Press, 2007. 882 p. doi 10.1117/3.1003040
- Sesek A., Zemva A., Trontelj J. // Recent Pat. Nanotechnol. 2018. V. 12. N 1. P. 34--44. doi 10.2174/1872210511666170704103627
- Chen F.Y., Fang Y.K., Hsu C.-Y., Chen J.-R. // Ferroelectrics. 1997. V. 200. N 1. P. 257--268. doi 10.1080/00150199708008610
- Fletcher D.A., Crozier K.B., Quate C.F., Kino G.S., Goodson K.E., Simanovskii D., Palanker D.V. // Appl. Phys. Lett. 2001. V. 78. N 23. P. 3589--3591. doi 10.1063/1.1377318
- Fletcher D.A., Crozier K.B., Quate C.F., Kino G.S., Goodson K.E., Simanovskii D., Palanker D.V. // Appl. Phys. Lett. 2000. V. 77. N 14. P. 2109--2111. doi 10.1063/1.1313368
- Mazhorova A., Markov A., Ng A., Chinnappan R., Skorobogata O., Zourob M., Skorobogatiy M. // Opt. Express. 2012. V. 20. N 5. P. 5344--5355
- Fan W., Yan B., Wang Z., Wu L. // Sci. Adv. 2016. V. 2. N 8. P. 40--42. doi 10.1126/sciadv.1600901
- Katyba G.M., Zaytsev K.I., Chernomyrdin N.V, Shikunova I.A., Komandin G.A., Anzin V.B., Lebedev S.P., Spektor I.E., Karasik V.E., Yurchenko S.O., Reshetov I.V, Kurlov V.N., Skorobogatiy M. // Adv. Opt. Mater. 2018. V. 6. P. 1800573. doi 10.1002/adom.201800573
- Fan S., Ung B., Parrott E.P.J., Pickwell-MacPherson E. // Phys. Med. Biol. 2015. V. 60. N 7. P. 2703--2713. doi 10.1088/0031-9155/60/7/2703
- Zaytsev K.I., Chernomyrdin N.V. Gavdush A.A., Beshplav S.-I.T., Malakhov K.M., Kucheryavenko A.S., Katyba G.M., Dolganova I.N., Goryaynov S.A., Karassik V.E., Spector I.E., Kurlov V.N., Yurchenko S.O., Komandin G.A., Potapov A.A., Tuchin V.V. // Proc. SPIE. 2018. V. 10716. P. 107160S. doi 10.1117/12.2316302
- Pickwell E., Cole B.E., Fitzgerald A.J., Wallace V.P., Pepper M. // Appl. Phys. Lett. 2004. V. 84. N 12. P. 2190--2192. doi 10.1063/1.1688448
- Tuchin V.V., Maksimova I.L., Zimnyakov D.A., Kon I.L., Mavlutov A.H., Mishin A.A. // J. Biomed. Opt. 1997. V. 2. N 4. P. 401. doi 10.1117/12.281502
- Ishimaru A. Electromagnetic Wave Propagation, Radiation, and Scattering: From Fundamentals to Applications. 2nd ed. Hoboken, New Jersey, USA: Wiley-IEEE Press, 2017. 968 p.
Подсчитывается количество просмотров абстрактов ("html" на диаграммах) и полных версий статей ("pdf"). Просмотры с одинаковых IP-адресов засчитываются, если происходят с интервалом не менее 2-х часов.
Дата начала обработки статистических данных - 27 января 2016 г.
