Визуализация анизотропии роговицы с использованием гибридной микро-спектроскопии Бриллюэна-Рамана

Наименование конкурса: МНВО РК, Грантовое финансирование молодых ученых по проекту «Жас ғалым» на 2022-2024 годы

Научный руководитель: Хармысов Ч.А.

Сумма финансирования: 19 000 000 тг.

Цель проекта

Разработка и валидация гибридного оптического метода микро-спектроскопии Бриллюэна-Рамана для одновременной бесконтактной оценки вязкоупругой и химической визуализации роговицы и применения алгоритмов анализа изображений и методов машинного обучения для анализа полученных данных.

Задачи

Для исследования цели проекта устанавливаются следующие задачи, которые разбиты на три финансовых года (ФГ):

1) ФГ-2022: Бриллюэновская микро-спектроскопия: вязкоупругий (включая анизотропный) анализ исследуемых тканей роговицы, коррелирующий с ориентацией коллагена.

2) ФГ-2023: Рамановская микро-спектроскопия: химический анализ исследуемых тканей роговицы.

3) ФГ-2024: Гибридная одноточечная микро-спектроскопия Бриллюэна-Рамана и автоматизированное сканирование механо-химических спектров тканей роговицы. Корреляция вязкоупругих и химических свойств с результатами, полученными из отдельных микроспектроскопий Бриллюэна и Рамана. Автоматизированный алгоритм анализа механо-химических изображений роговицы на основе машинного обучения.

Ожидаемые результаты

По итогам реализации научных и (или) научно-технических проектов за весь период реализации проекта постдокторантом будут получены следующие минимальные результаты:

Публикация результатов исследований в области естественных наук, инжиниринга и технологий, медицины и здравоохранения, сельскохозяйственных и ветеринарных наук:

— не менее 2 (двух) статей в журналах из первых трех квартилей по импакт-фактору в базе данных Web of Science или имеющих процентиль по CiteScore в базе данных Scopus не менее 50.

Результаты проекта

В ходе исследовательского проекта команда использовала бриллюэновскую и рамановскую спектроскопию для изучения механических и химических свойств биоматериалов. Эта оптическая система позволяла проводить биозондирование, не вызывая каких-либо нарушений или вреда образцам. Результаты, полученные с помощью оптического биосенсора, сравнивали с обычными методами, подтверждая его успешное применение для измерения изменений температуры на молекулярном уровне. Для участка Бриллюэна мы использовали 6-проходный тандемный интерферометр Сандеркока Фабри-Перо (инструменты JRS, Швейцария) в сочетании с микроскопом в сочетании с лазером с одной продольной модой Torus и системой визуализации (рис. 1) для измерения бриллюэновских спектров биоматериалов. Для измерений комбинационного рассеяния мы использовали рамановский микроскоп Horiba LabRAM HR. Он оснащен лазерами с длиной волны 532 и 633 нм и предоставляет спектроскопическую информацию комбинационного рассеяния с возможностью визуализации в микромасштабной конфокальной микроскопии. Схема установки, используемой для измерений рамановской спектроскопии, изображена на рисунке 2.

Рис 1. 6-проходной тандемный интерферометр Фабри-Перо, соединенный с микроскопом и лазером.

Рис. 2: Рамановский микроскоп LabRAM HR.

2023 год

Научная статья Q1

Mechano-Chemistry across Phase Transitions in Heated Albumin Protein Solutions

C Kharmyssov, K Sekerbayev, Z Nurekeyev, A Gaipov, ZN Utegulov

Polymers 15 (9), 2039

Принята

Члены исследовательской группы:

Хармысов Ч.А. PhD, ассистент профессор Департамента компьютерной инженерии. Scopus:57207846433; ID Web of Science: AAR-9491-2020; ORCID ID: 0000-0003-0683-0374; Publons AAR-9491-2020. H-index: 2.

Научный консультант:

Джуматаева З.А Доктор наук, профессор. H index: 1. ORCID: 0000-0002-5383-3562. ТОО «Казахский Ордена «знак почета» научно-исследовательский институт глазных болезней», врач-офтальмолог.