Лазерный луч, встречая объекты сравнимые по размеру с длиной волны, например, клетки крови (слева), огибает их и порождает дифракционную картину (справа). Это явление открывает широкие возможности по созданию приборов для бесконтактного исследования малых объектов, в частности, в области диагностики красных клеток крови. Такая диагностика могла бы конкурировать с другими современными методами, улучшая терапию многих социально значимых заболеваний.


При этом возникают фундаментальные вопросы и технические задачи:

Как при известном наборе малых объектов рассчитать дифракционную картину? Какие области дифракционной картины больше всего меняются в зависимости от параметров клеток крови — их форм, размеров, концентрации гемоглобина в клетках и т.д.? Можно ли по тем или иным данным дифракции восстановить свойства клеток?

Расчётам рассеяния света малыми частицами посвящено огромное количество современных высоко цитируемых статей, и мы внесли свой вклад в развитие этого направления. В обратной задаче — когда дана дифракционная картина и требуется установить распределение эритроцитов по размерам или другим параметрам недавно нами был предложен целый ряд решений, важных для всей области:

• измерив видность дифракционной картины, мы можем определить разброс клеток по размерам;
• путём численного решения интегральное уравнения, можно определить всю функцию распределения клеток по размерам.

Для измерения деформируемости эритроцитов, характеризующей способность клеток менять свою форму, например, для того чтобы просачиваться сквозь тонкие капилляры, обменивая при этом живительный кислород на углекислый газ, клетки вытягивают и ориентируют в специальном течении, при этом вытягивается и дифракционная картина:

Мы расширяем границы применимости всего направления лазерной дифрактометрии — от 1D переходим в 2D, когда вместо радиусов круглых частиц ищутся вытянутости двухмерных частиц-эллипсоидов. Мы активно развиваем работы в этом направлении и публикуем по несколько статей в год в высокорейтинговых журналах. Наша цель — создать стратегию нахождения самых разных параметров клеток: показателя преломления, форм, удлинения, размера — используя для этого всю мощь математического анализа, интегральных уравнений, численных методов, а также метода «Пристального взгляда». Мы проверяем все свои методы на практике и готовим новые приборы для выхода на отечественный и международный рынок современных лазерных анализаторов крови.

Курсовые, дипломные и кандидатские работы по этой теме:

• написать программу с удобным интерфейсом для расчёта рассеяния света малыми частицами, которые пользователь мог бы рисовать в 3D-редакторе;
• создание лазерного дифрактометра для анализа размеров и деформируемости эритроцитов
• разработка путей решения обратной задачи лазерной дифракции на малых частицах
• доказательство теоремы единственности для обратной задачи лазерной дифракции на малых частицах

Публикации и патенты по этой теме на 2016 год:

1. Yu Nikitin, V. D. Ustinov, Yu S. Yurchuk, A. E. Lugovtsov, M. D. Lin, and A. V. Priezzhev. New diffractometric equations and data processing algorithm for laser ektacytometry of red blood cells. Journal of Quantitative Spectroscopy and Radiative Transfer, 178:315–324, 2016.
2. Yu Nikitin, A. E. Lugovtsov, V. D. Ustinov, M. D. Lin, and A. V. Priezzhev. Study of laser beam scattering by inhomogeneous ensemble of red blood cells in a shear flow. Journal of innovative optical health sciences, 8(4):1550031–1 1550031–12, 2015.
3. Yu Nikitin, A. V. Priezzhev, A. E. Lugovtsov, V. D. Ustinov, and A. V. Razgulin. Laser ektacytometry and evaluation of statistical characteristics of inhomogeneous ensembles of red blood cells. Journal of Quantitative Spectroscopy and Radiative Transfer, 146:365–375, 2014.
4. С.Ю. Никитин, А. В. Приезжев, А. Е. Луговцов, and В. Д. Устинов. Измерение асимметрии распределения эритроцитов по их деформируемости методом лазерной эктацитометрии.Квантовая электроника, 44(8):774–778, 2014.
5. С.Ю. Никитин, А. Е. Луговцов, А. В. Приезжев, and В. Д. Устинов. Связь видности дифракционной картины с дисперсией размеров частиц в эктацитометре. Квантовая электроника, 41(9):843–846, 2011.
6. Патент на изобретение. Никитин С.Ю., Устинов В.Д., Приезжев А.В., Луговцов А.Е. «Способ измерения параметров распределения эритроцитов по деформируемости» #2014125899/15(042129), 2016 г.