Вісник НАН України. 2019. № 3. С.42-48
БОНДАР Михайло Віталійович —
член-кореспондент НАН України, директор Інституту фізики НАН України
ПЕРСПЕКТИВИ РОЗВИТКУ МОЛЕКУЛЯРНОЇ СПЕКТРОСКОПІЇ В УКРАЇНІ
Стенограма наукової доповіді на засіданні Президії НАН України 30 січня 2019 року
Доповідь присвячено перспективам розвитку важливого напряму сучасної нелінійної оптики — молекулярної спектроскопії складних органічних молекул і створення органічних структур із заданими спектральними властивостями, який має міждисциплінарний характер, поєднуючи фізику (зокрема нелінійну оптику), органічну хімію, молекулярну біологію, медицину, і є одним з найбільш актуальних та пріоритетних у сфері міжнародного співробітництва. Зазначено, що складні органічні структури з визначеними параметрами мають потенціал практичного застосування в галузі об’ємного запису інформації, терапії ракових пухлин, лазерній мікроскопії біологічних об’єктів тощо.
Шановні члени Президії!
Шановні колеги!
Мою сьогоднішню доповідь присвячено перспективам розвитку молекулярної спектроскопії в Україні, але, як ви розумієте, «молекулярна спектроскопія» — це дуже широкий напрям, тому я зупинюся лише на одному аспекті цієї галузі, який стосується проблеми розроблення і дослідження складних органічних молекул для широкого кола застосувань як у нелінійній оптиці, так і в біомедичній сфері. Спочатку я коротко розповім про актуальність зазначених досліджень та основні сучасні напрями їх практичного застосування, далі продемонструю наші найважливіші результати, покажу наші найкращі молекулярні структури та охарактеризую їх лінійні спектральні властивості, зупинюся на основних новітніх методах нелінійно-оптичних досліджень, а потім коротко проаналізую сучасний стан цього напряму у світі і перспективи його розвитку в Україні.
Розроблення нових π-спряжених органічних структур з визначеними лінійними спектрально-люмінесцентними, а також нелінійно-оптичними властивостями є досить актуальним завданням з огляду на широке коло нелінійно-оптичних та медико-біологічних застосувань. На сьогодні в цьому плані ми можемо виділити чотири основні напрями їх практичного використання:
1) розроблення різних типів нелінійно-оптичних пристроїв та систем, зокрема оптичних обмежувачів інтенсивного лазерного випромінювання, а також молекулярних лазерних середовищ;
2) об’ємний оптичний запис інформації;
3) одно- і двофотонна фотодинамічна терапія;
4) лазерна флуоресцентна мікроскопія.
Слід зазначити, що всі перелічені вище напрями застосувань спочатку розвивалися переважно для випадків однофотонного збудження. Останнім часом найбільш перспективні розробки у цій галузі пов’язані з використанням багатофотонного, зокрема двофотонного, збудження. Це пояснюється вагомими перевагами багатофотонних процесів поглинання над однофотонними, однією з яких є можливість значно більш селективного збудження певної області досліджуваного об’єкта.
Для порівняння на рис. 1 наведено результати збудження молекул флуоресцеїну у водному розчині за допомогою синього фемтосекундного лазера (ліворуч) — однофотонне поглинання — та червоного фемтосекундного лазера (праворуч) — двофотонне поглинання. У випадку однофотонного збудження, як ви бачите, флуоресціює практично весь трек лазерного пучка, який проходить крізь кювету, а у випадку двофотонного збудження флуоресціює лише маленька область, яка виглядає на рисунку як точка. Цей приклад яскраво демонструє, що означає більш селективне нелінійно-оптичне збудження в разі використання багатофотонних процесів поглинання.