Ученые Дальнего Востока создают оптическую платформу для мониторинга состояния окружающей среды

ZRPRESS.Ru и Деловая газета «Золотой Рог» продолжают проект «Экология, наука и бизнес Дальнего Востока».

«То, что мы сделали с окружающей средой за последние 50 лет, сопоставимо с ущербом, который ей нанесло человечество за два предыдущих тысячелетия»

Как отметил академик Юрий Кульчин, директор Института автоматики и процессов управления ДВО РАН, заместитель председателя ДВО РАН, заместитель директора Школы естественных наук ДВФУ, «то, что мы сделали с окружающей средой за последние 50 лет, сопоставимо с ущербом, который ей нанесло человечество за два предыдущих тысячелетия». Поэтому из нескольких важных направлений, связанных с окружающей средой, ее защитой, важное место в ИАПУ отводится технологиям мониторинга. Ученые института существенно продвинулись в своих разработках. 

ZRPRESS VIDEO  Юрий Кульчин, директор Института автоматики и процессов управления Дальневосточного отделения Российской академии наук, рассказал о научных разработках института в области экологии.

 Сегодня собеседник газеты «Золотой Рог» – Олег Витрик, доктор физико-математических наук, главный научный сотрудник лаборатории прецизионных оптических методов ИАПУ ДВО РАН.

Досье «Золотого Рога»: Олег Борисович Витрик – 53 года, родился в  Находке Приморского края, окончил в 1986 году специальный  факультет физики Московского инженерно-физического института (МИФИ), доктор физико-математических наук, профессор, признанный специалист в области лазерной физики, оптоэлектроники, плазмоники и нанофотоники, главный научный сотрудник лаборатории прецизионных оптических методов измерений ИАПУ ДВО РАН

Наш разговор пойдет о нанофотонике и ее применении в тестировании среды на наличие тех или иных примесей.

Досье «Золотого Рога»: Нанофотоника – раздел фотоники, изучающий физические процессы, возникающие при взаимодействии фотонов с нанометровыми объектами. В свою очередь, фотоника – это дисциплина, занимающаяся фундаментальными и прикладными аспектами работы с оптическими сигналами, а также созданием на их базе устройств различного назначения. Нанофотоника возникла на стыке оптики, лазерной физики, квантовой электроники, физики и химии твердого тела, материаловедения, физической химии.

– Олег Борисович, в чем суть ваших исследований?

– Суть в использовании фотоплазмонных элементов в виде световодов, покрытых металлом. Из-за взаимодействия света, который направляется по световодам с металлическим покрытием, возбуждаются волны, которые поглощают часть света определенной длины волны. Длина волны – это цвет. Например, вводим белый цвет, а на выходе – все, кроме красного. Если поменять показатель преломления внешней среды, условия возбуждения плазмонов изменятся и в прошедшем свете начнет теряться, допустим, не красный цвет, а желтый. Таким образом, по изменению цветовой гаммы можно судить о том, что во внешней среде что-то произошло.

Досье «Золотой Рог»: Плазмон или плазмон-поляритон – это квант энергии связанного состояния электромагнитной волны и коллективных колебаний электронного газа в металле. Такая связанная волна удерживается вблизи  границы  раздела металл – диэлектрик и распространяется вдоль нее на значительные по сравнению с длиной световой волны расстояния.

 «В основу заложены рецепторы, чувствительные к определенному типу биологических или химических загрязнителей»

– Какова главная цель ваших исследований и существуют ли приборы измерения, построенные на этом принципе?

– Существующие на сегодня приборы имеют высокую чувствительность измерений, это 10 в минус восьмой единиц показателя преломления. Но они очень объемны, их можно использовать только в лабораторных условиях. Их нельзя положить в карман, привезти в конкретное место и произвести экспресс-анализ. Мы хотим сделать прибор с меньшей чувствительностью, но компактным, удобным для переноса.

Такими приборами смогут пользоваться, например, таможенные органы, задача которых - выявить ввоз на территорию нашей страны незаконных веществ. Ими смогут пользоваться экологические организации, медики или санитарные органы для быстрого выявления вирусов, например, у пассажиров международных рейсов, и пр., пр.

Создание таких приборов – совместная задача нескольких институтов. Наш делает оптическую платформу, а роль химиков – найти анализаторы на каждый вид загрязнителя. В их основе заложены рецепторы, чувствительные к определенному типу биологических или химических загрязнителей. Эти рецепторы наносятся в виде покрытия на металлическую пленку прибора. Наличие выявляемых биологических или химических объектов изменяет показатель преломления этого покрытия.

В настоящее время мы проводим совместную работу с рядом стран Европейского союза - Румынией, Францией, Германией - по изобретению мини-прибора, который позволит проводить экспресс-анализ на присутствие наркотических веществ в различных жидкостях, в том числе в крови человека. И здесь наша задача также состоит в том, чтобы создать оптическую платформу, способную улавливать мизерные изменения показателя преломления.

– Один прибор способен анализировать только какой-то один элемент?

– Да, универсального прибора нет. Анализатор выбирается в зависимости от того, какое загрязнение или вирус подозревается у конкретного субъекта или объекта.

– На какой стадии исследований вы находитесь?

– На стадии лабораторного макета. Далее нужно, чтобы в работу включился инженер-конструктор, который бы сделал опытный образец. А следующая задача – запуск его в серию. Задача наисложнейшая, это стадия отраслевого НИИ, а их сейчас нет.

Можно сделать дрель из детского конструктора. Но что ей можно насверлить? Нужно, чтобы прибор был сделан в железе, грамотно и по ГОСТам, чтобы он работал не только в лабораторных условиях, но стабильно при разных  условиях. Эти требования выставляет потребитель. И соответствие им обеспечивают  профессионалы соответствующего профиля: конструкторы и технологи.

– Ваше исследование является чьим-то заказом?

– Научное исследование всегда начинается в порядке инициативы. Мы даем идеи, показываем, что наука может сделать. Классически эти идеи должны собираться в программы, ориентированные на развитие той или иной отрасли. И когда проработка идей осуществлена, должны вырабатываться требования для конструкторских бюро и т. д.

Превратить идею в продукт безумно сложно даже там, где, казалось бы, для этого созданы все условия. За рубежом есть так называемые science park (научные парки), это площадки, на которых идеи воплощаются в продукт. Но даже там непросто воплотить идею в продукт. Это им сложно, а нам практически совсем невозможно. Раньше были отраслевые НИИ, их  разогнали, за то, что плохо работали. А сейчас вообще ничего не осталось. У нас на Дальнем Востоке нет ни одной структуры, по крайней мере в моей области, которая бы занималась продвижением идей на рынок.

Надежда Воронцова