Роберт Альфано

Эта биографическая статья написана как резюме . Пожалуйста, помогите улучшить ее, сделав нейтральной и энциклопедической . ( Октябрь 2023 )

Роберт Альфано — итало-американский физик-экспериментатор. Он является почетным профессором науки и техники в Городском колледже и Высшей школе Городского университета Нью-Йорка , где он также является директором-основателем Института сверхбыстрой спектроскопии и лазеров (1982). Он является пионером в области биомедицинской визуализации и спектроскопии , сверхбыстрых лазеров и оптики, перестраиваемых лазеров, полупроводниковых материалов и устройств , оптических материалов , биофизики , нелинейной оптики и фотоники ; он также много работал в области нанотехнологий и когерентного обратного рассеяния . Его открытие белого суперконтинуального лазера лежит в основе оптической когерентной томографии, которая разрушает барьеры в офтальмологии , кардиологии и обнаружении рака полости рта (см. «Лучшее разрешение с многолучевой ОКТ», стр. 28) среди других приложений. Он инициировал область, известную сейчас как оптическая биопсия.

Недавно он подсчитал, что за время своей карьеры он привлек в Городской университет Нью-Йорка финансирование на сумму 162 миллиона долларов, что в среднем составляет 4,6 миллиона долларов в год. Он утверждает, что добился этого, «выйдя на тротуар»; ^{[ требуется ссылка ]} он выработал привычку агрессивно обращаться к партнерам по финансированию и заинтересовывать их своей работой. Альфано сделал открытия, которые продвинули биомедицинскую оптику, а также такие области, как оптическая связь , физика твердого тела и метрология .

Вклад Альфано в фотонику задокументирован в более чем 700 научных статьях, 102 патентах, нескольких отредактированных томах и трудах конференций, а также более чем в 10 000 ссылок. Он имеет 45 патентов и опубликовал более 230 статей в области биомедицинской оптики. Альфано обучил и наставил более 52 кандидатов наук и 50 постдокторантов. За последние десять лет он обучил многих старшеклассников практическим навыкам фотоники.

Альфано внес ряд оригинальных вкладов в биомедицинскую оптику для использования света для неинвазивного обнаружения и диагностики заболеваний; в частности, рака и атеросклероза. Его инновационное применение методов флуоресценции , возбуждения , Рамана и спектроскопии со сдвигом Стокса для различения нормальных и раковых тканей, а также доброкачественных и нормальных опухолей человеческого тела стало основой для создания области, известной как оптическая биопсия .

Его вклад в основы распространения света в мутных средах привел к разработке различных методов стробирования для сортировки фотонов, несущих изображение, для прямой визуализации структур в биологических тканях. Он помог возглавить разработку многих из этих методов сортировки фотонов; он также возглавляет основные усилия, направленные на разработку методов реконструкции трехмерных инверсных изображений с использованием последовательности двумерных изображений с временным разрешением для оптической маммографии .

Альфано продемонстрировал потенциальное применение оптической спектроскопии в диагностике заболеваний, что затем в 1984 году открыло область оптической биопсии. Фактически, он ввел термин «оптическая биопсия».

В 1981 году Альфано использовал флуоресцентную спектроскопию и кинетику с временным разрешением для обнаружения полостей в зубах человека. В 1984 году он первым обнаружил рак, используя собственную флуоресцентную спектроскопию ткани без внешних красителей. В серии экспериментов его группа продемонстрировала, что эти спектроскопические методы обладают потенциалом для обеспечения диагностической возможности различать нормальные ткани и опухоли, а также злокачественные и доброкачественные опухоли. Крупным прорывом стало использование им ближнего ультрафиолетового и синего света для возбуждения белков и аминокислот в тканях и распознавание соотношения пиковых интенсивностей флуоресценции, испускаемых биологическими тканями на двух длинах волн (например, пик 340 нм, связанный с триптофаном , и пик 440 нм, связанный с НАДН ) в качестве параметра для идентификации ткани как нормальной или раковой. Это наблюдение позволило неинвазивно обнаружить рак на основе отношения флуоресценции и получить карту отношения флуоресценции для идентификации подозрительной области органа тела как нормальной, предраковой или раковой с высокой чувствительностью и специфичностью более 90%. Его исследовательская группа была первой, кто использовал Рамановскую спектроскопию , начиная с 1991 года, для диагностики рака в ткани молочной железы человека. Он был пионером в проведении сверхбыстрых методов с временным разрешением в пикосекундных диапазонах для изучения динамики поляризации флуоресценции красителя в ткани и/или рассеивающей среде. Недавно он продемонстрировал использование спектроскопии сдвига Стокса в качестве эффективного способа быстрого измерения спектральных отпечатков нескольких ключевых флуорофоров, связанных с канцерогенезом в ткани в виде сложных смесей, и подчеркнул различия между раковыми и нормальными тканями.

Детальное понимание распространения света через сильно рассеивающие мутные среды (какими являются биологические ткани) имеет решающее значение для разработки оптических методов биомедицинской визуализации. Альфано провел согласованные экспериментальные и теоретические исследования для решения этой проблемы. Работа его группы привела к разработке концепции и выяснению свойств баллистических , змеевидных и диффузных фотонов на основе времени пролета фотонов в среде. Он ввел термины баллистические и змеевидные фотоны и определил эти фотоны как носители информации для прямой теневой визуализации. Понимание характеристик этих фотонов привело к разработке различных методов стробирования для сортировки фотонов, несущих изображение, для прямой двумерной визуализации неоднородностей в мутных средах в целом и биомедицинских образцах в частности.

Помимо своего технического вклада, Альфано способствовал развитию этой области, организуя тематические встречи и конференции для OSA и SPIE , а позднее выступая сопредседателем многих конференций по оптической визуализации совместно с Бриттоном Ченсом , где он знакомил молодых ученых и инженеров с биомедицинской оптикой и привлекал других исследователей в эту область.

Помимо своей преподавательской должности почетного профессора в Городском колледже и Высшей школе Нью-Йорка, Альфано занимал или в настоящее время занимает ряд директорских должностей:

• Городской колледж Нью-Йорка, 2004 г. – директор Центра наноразмерных фотонных излучателей и датчиков Министерства обороны США
• Городской колледж Нью-Йорка 2003–2007 Директор Центра оптического зондирования и визуализации НАСА
• Городской колледж Нью-Йорка 2003–2006 Директор Центра передовых технологий в области фотонных приложений в Нью-Йорке
• Городской колледж Нью-Йорка, 1993–2003 гг. Директор Центра передовых технологий в области сверхбыстрой фотоники в Нью-Йорке
• Городской колледж Нью-Йорка, 1998–2002 гг. Директор Центра лазерной визуализации и диагностики рака Министерства энергетики США
• Городской колледж Нью-Йорка, 1994–2002 гг. Директор программы NASA IRA по настраиваемым твердотельным лазерам и оптической визуализации
• Городской колледж Нью-Йорка, 1987–настоящее время, директор лаборатории медифотоники
• Городской колледж Нью-Йорка 1985–2007 Директор Лаборатории прикладной фотоники
• Городской колледж Нью-Йорка, 1982–настоящее время, директор Института сверхбыстрой спектроскопии и лазеров
• Городской колледж Нью-Йорка 1974–1981 Директор Лаборатории пикосекундного лазера и спектроскопии

Альфано отмечает, что он учился в колледже в основном потому, что его отец считал это важным (хотя у его родителей не было такого преимущества). Альфано выбрал университет Фэрли Дикинсона , потому что он был близко к дому его детства в Тинеке, штат Нью-Джерси , и начал свое среднее образование, думая, что станет инженером-электриком, как его дядя. Но в университете Фэрли Дикинсона он обнаружил, что может развивать свои природные способности, и его жизнь пошла в другом направлении. Имея способности к математике, он посещал все математические курсы, которые мог, и нашел способ, чтобы они учитывались в его требованиях по гуманитарным наукам. Решив избежать требований к лабораторным работам учебной программы по электротехнике, он переключился на физику, которая требовала гораздо меньше. Он находит немного «ироничным» то, что он ненавидел требования к лабораторным работам для своей степени по физике.

Альфано продолжил обучение в FDU, чтобы получить степень магистра. После окончания университета он подал заявление о приеме на работу в General Telephone and Electronics (GTE) Laboratories, теперь Verizon (в то время конкурент, наступавший на пятки Bell Telephone ), и получил письмо с отказом. Одновременно он отправил письмо в Sylvania, дочернюю компанию General Telephone. Интервьюер был впечатлен познаниями Альфано в физике и пригласил доктора Эстер Конвелл, известного теоретика твердого тела в GTE, для завершения собеседования. Конвелл признала его понимание квантовой механики и чувство физических концепций. Компания предложила ему должность; и позже он получил работу, на которую его отвергли, работая на Конвелл.

В GTE Альфано нашел хороший «дом» для своей работы и профессиональную поддержку, в том числе важных коллег, таких как Стэнли Шапиро, Джозеф Бирман и Александр Лемпицки. В самом начале, работая над временем жизни оптических фононов, основой для своей докторской диссертации, он случайно открыл белый суперконтинуальный лазер. «Я думал, что с экспериментом что-то не так», — сказал он. «Три месяца я работал над поиском источника своей ошибки, потому что то, что я видел, просто казалось невозможным». Он шутит, что израсходовал много черной липкой ленты, пытаясь заклеить спектрограф, который, как он предполагал, пропускал свет.

Альфано покинул GTE только потому, что компания реорганизовалась и переехала, распав его команду. Он был крайне разочарован, поскольку любой шанс, который у него и Шапиро был на получение Нобелевской премии, был бесцеремонно уничтожен. Шапиро переехал на запад, чтобы присоединиться к Национальной лаборатории Лос-Аламоса , а Альфано нашел свой путь в Городской университет Нью-Йорка, где он создал еще один путь для внесения вклада в научные открытия. По предложению тогдашнего проректора Гарри Люстига он основал и стал директором Института сверхбыстрой спектроскопии и лазеров (IUSL). С момента своего основания в 1983 году IUSL превратился в крупный академический центр исследований в области биомедицинской оптики.

Золотая медаль SPIE , 2019 г. за «применение и понимание высокоскоростных физических явлений, включая разработку новых технологий, а также новых приложений существующих технологий»

Премия Майкла С. Фелда в области биофотоники 2016 года «За лидерство и новаторский вклад в области биофотоники, включающей разнообразное использование безметковой нативной флуоресценции, спектроскопии Рамана и оптической визуализации для обнаружения рака в тканях и клетках». ^[2]

Премия Артура Шавлова Американского физического общества 2013 года в области лазерной науки за новаторский вклад в область сверхбыстрых лазеров, включая открытие генерации суперконтинуума и новых лазерных материалов, а также изучение распространения импульсов в сильно рассеивающих средах.

Премия OSA Чарльза Таунса 2008 года за вклад в открытие и исследование генерации суперконтинуума и разработку перестраиваемых твердотельных лазеров на основе четырехвалентного хрома, в частности лазеров Forsterite, Emerald и CUNYITE (назван в честь Городского университета Нью-Йорка).

Премия имени Бриттона Чанса в области биомедицинской оптики за 2012 год, присуждаемая за его новаторский вклад в оптические методы в биологии и медицине.

Премия «За достижения всей жизни в области биомедицинской оптики» в 2002 г.

Член Американского физического общества (APS),

Член Оптического общества (OSA),

Член Нью-Йоркской академии наук

Член Института инженеров электротехники и электроники (IEEE)

Член Международного общества оптики и фотоники ( SPIE ).

У него есть еще множество наград и почестей, перечисленных в его впечатляющем онлайн-биографии.

• Альфано, Р. Р. (1989). Источник суперконтинуального лазера (PDF) .
• Альфано, Роберт Р. (29.10.2010). Источник суперконтинуального лазера: основы с обновленными ссылками. Springer. ISBN 9781441920324.
• Альфано, Р. Р. (1982). Биологические события, исследованные с помощью сверхбыстрой лазерной спектроскопии. Elsevier. ISBN 9780323149587.* Рейес, SM; Нолан, DA; Ши, L; Альфано, RR (2020). «Специальные классы оптических векторных вихревых пучков — это фотоны, подобные майорановским». Optics Communications . 464 (1): 125425. Bibcode :2020OptCo.46425425R. doi : 10.1016/j.optcom.2020.125425 . S2CID  213970008.
• Альфано, Р. Р. (1985). Полупроводники, исследуемые сверхбыстрой лазерной спектроскопией. Elsevier. ISBN 9780323145466.
• Pu, Y; Wang, W. B; Yang, Y. L; Alfano, R. R (2012). «Спектроскопия со сдвигом Стокса выявляет различия в раковых и нормальных тканях человека». Opt. Lett . 37 (16): 3360– 3362. Bibcode : 2012OptL...37.3360P. doi : 10.1364/OL.37.003360. PMID  23381257.
• Альфано, Р.Р.; Дас, Б.Б.; Клири, Дж.; Пруденте, Р.; Селмер, Э.Дж. (1991). «Свет проливает свет на рак — отличая злокачественные опухоли от доброкачественных тканей и опухолей». Бюллетень Нью-Йоркской медицинской академии . 67 (2): 143–150 . PMC  1809828. PMID  2049567 .
• Pu, Y; Achilefu, S; Alfano, RR (2013). «Умные маяки нацелены на раковую опухоль». BioOptics World . 6 (4): 28–33 .
• Mamani, S; Nolan, DA; Shi, L; Alfano, RR (2020). «Специальные классы оптических векторных вихревых пучков — это фотоны, подобные майорановским». Optics Communications . 464 (1): 125425. Bibcode :2020OptCo.46425425R. doi : 10.1016/j.optcom.2020.125425 . S2CID  213970008.

Альфано имеет итальянское происхождение. Работая в General Telephone , он не возражал против того, чтобы быть частью компании-аутсайдера, конкурирующей с лидером. Эта тема была источником мотивации, которую он пронес через всю свою жизнь. Альфано заявил, что черпает вдохновение везде, где может его найти, и что он счастлив идти «нос к носу» с самыми престижными мировыми институтами. Он сделал City College и IUSL международным конкурентом, одним из лучших в исследованиях фотоники. На вопрос о том, что его мотивирует, Альфано ответил: «Мне нравится открывать новое, находить что-то совершенно неожиданное… и мне нравится быть номером один».

• http://www1.ccny.cuny.edu/ci/iusl/upload/longcv_CURRENT-photo.pdf
• Видео SPIE: Роберт Альфано о суперконтинууме: история и будущие приложения