Исследование новых материалов и методов плазмо- и фототерапии онкологических заболеваний, дерматитов и септических осложнений

Основной целью настоящего проекта является создание научно-технического задела для новых методов терапии и создания новых неинвазивных методов диагностики и терапии онкологических заболеваний, кожных заболеваний на основе применения техники флуоресцентной спектроскопии, рамановской спектроскопии, эллипсометрии, а также методов фото- и плазмотерапии. Последние включает в себя: - поиск новых сенсибилизаторов на основе экстрактов растений для осуществления фотодинамического эффекта на раковых клетках и его исследование комбинированным методом цифровой голографической микроскопии и интерферометрии и спектроскопии гигантского комбинационного рассеяния, реализованных в ИК-диапазоне; - разработку методики определения дозы потока ионизированного газа (холодной плазмы) при обработке поверхности, основанной на бесконтактном анализе основных параметров струи нетермальной плазмы; - определение эффективности инактивации патогенных микроорганизмов различных видов на поверхности биологических тканей при воздействии потоками ультрафиолетового излучения и нетермальной плазмы; - создание недорогого и экономичного прибора, обладающего уникальными характеристиками и позволяющего получить доступ населения Российской Федерации и за ее пределами к новым безопасным методам, применимым в гнойной хирургии и дерматологии, что, в свою очередь, создает условия для развития методов лечения гнойных ран, исключающих применение антибиотиков, а также методов немедикаментозной терапии трудноизлечимых дерматологических заболеваний, таких как экзема и трофическая язва; - решение задач создания новых методов бесконтактно-оптического контроля (в т.ч. методов цифровой голографической интерферометрии и микроскопии, техники рамановского рассеяния на биологических объектах). В процессе работы проводились экспериментальные исследования с применением методов флуоресцентной спектроскопии с временным разрешением (спектрофлуориметр FLUOROLOG-3 (Horiba Scientific, Япония)), адсорбционной спектроскопии (спектрофотометр UV-2600 (Shimadzu, Япония)), спектроскопии комбинационного рассеяния света (спектрометр Centaur-U (Россия, Беларусь)) (в том числе гигантского комбинационного рассеяния, спектральной эллипсометрии Auto-SE (Horiba Scientific, Япония), методов сканирующей электронной микроскопии (двулучевая электронная система сверхвысокого разрешения CrossBeam XB 540, Carl Zeiss) и атомно-силовой микроскопии (Certus Light (ООО «НаноСканТехнология», Россия)), а также методов цифровой голографической микроскопии и интерферометрии (на базе YAG:Nd3+-лазера, цифровой высокоразрешающей камера Allied Vision Technologies PIKE F-1600B/C разрешением 48723248 пикселей, максимальная частота кадров в секунду 5, спектрометра комбинационного рассеяния StellarNet с длиной волны возбуждения 1064 нм и разрешением 8 см-1), методов УФ-терапии с использованием источников УФ-излучения (XeCl-ламы на основе барьерного разряда) и методов плазматерапии на основе источника низкотемпературной плазмы, разрабатываемого на базе лаборатории оптических излучений НОЦ «Фундаментальная и прикладная фотоника. Нанофотоника». В течение второго этапа работ (2021 г.) по проекту были проведены: синтез численное моделирование морфологических и оптических свойств, а также исследование свойств золотых наностержней; была проведена их функционализация для последующего применения в качестве плазмонных центров при исследованиях экстрактов растений и тестовых клеточных культур на предмет их участия в фотопроцессах с части фотодинамической терапии. Проведено исследование химического состава и оптических свойств экстрактов различных фотосенсибилизаторов методами флуоресцентной спектроскопии, ИК-спектроскопии и спектроскопии комбинационного рассеяния. Проведены регистрация и реконструкция цифровых голографических изображений модельных клеточных структур. Оптимизирован лабораторный комплекс цифровой голографической мискроскопии /интерферометрии и спектроскопии комбинационного рассеяния. Осуществлен поиск и определены экстремальные неспецифические условия для культур клеток. Получена локализация структурных изменений внутри клетки методом цифрового голографической микроскопии и интерферометрии; проведена оценка скорости изменения таких процессов в реальном масштабе-времени. Проведено исследование влияния нетермальной плазмы на болезнетворные микроорганизмы с учетом анализа режимов формирования плазменной струи. Исследовано влияние аэрионов на болезнетворные механизмы (первый этап работ). Изучено влияние узкополосного ультрафиолета и излучения холодной газоразрядной плазмы на микроорганизмы. В рамках проведения второго этапа НИР (2021 г.): - опубликованы 11 статей в изданиях, индексируемых в международных базах научного цитирования Web of Science/Scopus (из них 5 – в изданиях первого и второго квартиля (Q1, Q2)), 1 статья в издании, входящем в ядро РИНЦ; - издан приказ о введении режима коммерческой тайны в отношении ноу-хау «Технология производства узкополосного УФ излучателя на основе XeCl эксимерной лампы»; - подана заявка на регистрацию изобретения «Способ получения высокоэффективной апконверсионной люминесценции комплексов оксида иттербия с наночастицами золота» (№ 2021112982 от 05.05.2021 г.; авторы: Цибульникова А.В., Мыслицкая Н.А., Самусев И.Г., Слежкин В.А., Брюханов В.В.). Результаты первого этапа проекта доложены на следующих международных научных мероприятиях: - SPIE Plasmonics VI 2021, Nantong, China (10 – 12 октября 2021 г.); - OSA Applied Industrial Spectroscopy, AIS 2021 - Part of Optical Sen-sors and Sensing Congress 2021 (онлайн-конференция, 19 – 23 июля 2021 г.); - SPIE Optics + Optoelectronics/Optical Sensors (онлайн-конференция, 10 мая 2021 г.); - 4-th International Conference on Optics, Photonics and Lasers (OPAL’2021) (13 – 15 октября 2021 г.); - XV International Conference on Pulsed Lasers and Laser Applications, г. Томск, Российская Федерация (12 – 19 сентября 2021 г.); - Х Международная конференция «Фотоника и информационная оп-тика», МИФИ, г. Москва, Российская Федерация (27.01.2021 г.). Готовится к защите в 2022 году диссертационная работа на соискание ученой степени кандидата физико-математических наук исполнителя проекта Матвеевой К.И., а также диссертационная работа на соискание ученой степени доктора физико-математических наук Сетейкина А.Ю.