Исследованы фотофизические свойства индотрикарбоцианиновых красителей при комплексообразовании с сывороточным альбумином и оптимизирована методика обнаружения их образования с помощью электрофореза. В связи с деградацией молекул красителя под действием кислот поиск области локализации исследуемого красителя на поверхности гелевой пластины осуществлен путем регистрации спектров флуоресценции красителя до фиксации и визуализации белков с последующим завершением протокола получения электрофореграмм. Для минимизации возможного влияния свечения компонентов геля возбуждение осуществлялось излучением полупроводникового лазера с длиной волны 684 нм, возбуждающим флуоресценцию исследуемых красителей. Установлено, что положение максимумов и полуширины спектров флуоресценции красителей с ортофениленовым мостиком в цепи сопряжения в соответствующих локализации альбумина областях электрофореграммы совпадают с характеристиками испускания красителей в исходных растворах с альбумином, что позволяет выявить образование ковалентно связанных комплексов молекул красителей с альбумином.

Исследованы закономерности изменения состава тонких пленок сплава кремний/германий, сформированного на подложке монокристаллического кремния методом электрохимического осаждения германия в матрицу пористого кремния с последующим быстрым термическим отжигом (БТО) при температуре 750—950 °С. Анализ образцов методом спектроскопии комбинационного рассеяния света показал, что увеличение температуры БТО приводит к уменьшению концентрации германия в формируемом слое. Уменьшение продолжительности БТО при заданной температуре позволяет получить пленки с большей концентрацией германия и контролировать состав формируемых тонких пленок сплава кремний/германий путем изменения температуры и продолжительности БТО. Полученные результаты по управлению составом пленок сплава кремний-германий могут быть использованы при создании устройств функциональной электроники, термоэлектрических преобразователей энергии и оптоэлектронных приборов.

Исследованы режимы работы оптической системы в составе компактного импульсного задающего диодно-накачиваемого Nd:YAG-лазера с пассивной модуляцией добротности и трехкристальной (КТР) кольцевой ячейки параметрического генератора света. Экспериментально показано, что частотно-селективные свойства пассивного модулятора добротности в режиме “естественной селекции мод” усиливаются путем создания в резонаторе интерференционно-поляризационного фильтра Лио с фазовой пластиной в виде лазерного активного элемента с термонаведенным двулучепреломлением и поляризатора. Такой фильтр Лио возникает в резонаторе Nd:YAG-лазера при работе в условиях относительно высоких значений энергии и частоты повторения импульсов излучения (60—100 мДж, 20 Гц). Совместное действие процесса “естественной селекции мод” и фильтра Лио обеспечивает устойчивое функционирование Nd:YAG-лазера с пассивной модуляцией добротности в режиме одномодовой генерации (ширина полосы генерации <57 МГц). Задающий одномодовый импульсный Nd:YAG-лазер (λ = 1.06 мкм) позволяет более чем в 1.5 раза уменьшить энергию импульсов, подаваемых на вход параметрического генератора света при сохранении заданного уровня энергии выходных импульсов (30 мДж, λ = 1.57 мкм). Дополнительное повышение эффективности параметрического генератора света преобразования достигается введением в резонатор задающего лазера двухлинзового 1.3^x телескопа.

Исследованы оптические свойства легированных оксоселенидов редкоземельных элементов оптической чистоты RE₂O₂Se:RE' (RE = Gd, Y; RE' = Sm, Tb). Фотолюминесцентные свойства оксоселенидов редкоземельных элементов оптической чистоты в виде порошков и тонких пленок демонстрируют принципиальную возможность использования их в качестве сцинтилляционного материала для детекторов ультрафиолетового или ионизирующих излучений. 

Исследованы спектры фотолюминесценции и лазерного излучения структуры с квантовыми ямами на основе твердого раствора CdHgTe с микродисковыми резонаторами разных диаметров. Показано, что наличие резонатора способствует повышению максимальной рабочей температуры генерации по сравнению с непроцессированной структурой.

Представлены результаты ИК-спектроскопического исследования содержания воды и водородсодержащих дефектов в гидротермальном и пегматитовом кварце известных кварцево-жильных объектов Карелии (Северо-Запад России), рассматриваемых в качестве потенциального источника высокочистого кварцевого сырья. Показано, что основное количество воды в анализируемом кварце находится в молекулярной форме, идентифицируются также ОН-группы, связанные с примесями алюминия, лития и бора в кристаллической решетке кварца. Наиболее предпочтительным для использования в качестве высокочистого кварцевого сырья является гранулированный кварц с наименьшим содержанием молекулярной воды и водородсодержащих комплексов.

Методом направленной кристаллизации (горизонтальным методом Бриджмена) выращены крупноблочные кристаллы тройных соединений FeIn₂S₄, MnIn₂S₄ и твердых растворов Mn_xFe_1–xIn₂S₄. Структура полученных кристаллов определена методом рентгенодифракционного анализа. Показано, что как исходные соединения, так и твердые растворы на их основе кристаллизуются в кубической структуре шпинели. Исследованы ИК-спектры отражения в области 50—500 см^–1 полученных кристаллов тройных соединений FeIn₂S₄, MnIn₂S₄ и твердых растворов Mn_xFe_1–xIn₂S₄. Определены частоты поперечных (ω_ТO) и продольных (ω_LO) оптических фононов. Построены концентрационные зависимости указанных параметров и установлен характер их поведения.

Исследованы кристаллическая структура и электронные свойства дисульфида рения триклинной сингонии в рамках теории функционала плотности и теории псевдопотенциала. Показано, что рассчитанные в рамках приближения локальной плотности параметры и углы элементарной ячейки находятся в хорошем согласии с экспериментальными данными. Установлено, что наблюдаемый прямозонный характер дисульфида рения связан c межзонными переходами в точке X. Энергетический спектр электронов характеризуется большим числом долин, а электронная структура преимущественно образована 3p- и 5d-состояниями ионов серы и рения соответственно, причем при переходе от валентной зоны к зоне проводимости роль 5d-состояний возрастает, а 3p-состояний уменьшается. Наблюдаемое строение обусловлено низкосимметричной элементарной ячейкой и большим числом неэквивалентных позиций составляющих ее ионов. 

Методом высокочастотного импульсно-периодического (f ~ 10—15 кГц) лазерного воздействия с длиной волны 1.064 мкм и плотностью мощности q = 54 МВт/см² на керамику из La_0.4Ba_0.6CoO₃ при давлении в вакуумной камере p = 2.2 Па получены наноструктурированные тонкие пленки на кремниевой подложке. С помощью атомно-силовой микроскопии изучена морфология полученных пленок. Выявлены особенности спектров пропускания в видимой, ближней и средней ИК-областях. Проведен анализ электрофизических свойств структуры La_0.4Ba_0.6CoO₃.

В рамках концепции создания безопасных для здоровья человека светодиодных источников освещения с бактерицидным эффектом исследованы характеристики светодиодной системы, состоящей из коммерческого фиолетового светодиода и зеленого люминофора на основе нанокристаллов CsPbBr₃. Установлено, что внутренняя эффективность нанокристаллического люминофора в составе силиконового компаунда превышает 40 %, однако заметно снижается вследствие нагрева при токах ~0.1 А (интенсивность возбуждения люминофора ~0.1 Вт/мм²). Предотвращение этого нежелательного эффекта возможно путем использования геометрии “удаленный люминофор” в конструкции осветителей, а также путем улучшения тепловой стабильности нанокристаллов химическими методами.

Предложен способ определения массового коэффициента поглощения при рентгенофлуоресцентном анализе двухслойных тонкопленочных систем Co/Cr на подложках из поликора с использованием простых в изготовлении унифицированных пленочных слоев, получаемых нанесением кобальта на подложки из пленки полимера. Рассчитаны поправочные коэффициенты, учитывающие ослабление первичного излучения рентгеновской трубки и интенсивности аналитической линии элемента нижнего слоя в верхнем слое.

На основе объединения глубокого машинного обучения с поверхностно-усиленной КР-спектроскопией (SERS) наночастиц серебра (NP Ag) разработан новый метод анализа цельной крови для обнаружения рака. Цельная кровь собрана у двух групп — больных (n = 26) раком легкого и здоровых добровольцев (n = 45). Для разработки диагностической модели с использованием одних и тех же спектральных данных применены алгоритмы логистической регрессии (LR), k-ближайшего соседа (KNN), дерева решений (DT) и случайного леса (RF). Диагностическая точность моделей LR, KNN, DT и RF составила 87, 66, 77 и 83 % соответственно. Логистическая регрессия превосходит другие алгоритмы в классификации спектров SERS цельной крови. Предложенная стратегия имеет высокий клинический потенциал для технологии SERS в сочетании с логистической регрессией и действует как дополнительный метод для обнаружения рака легких.

Для количественного определения венлафаксина гидрохлорида в нерасфасованном виде, а также в фармацевтических препаратах разработан чувствительный и простой кинетический спектрофотометрический метод. Реакция окисления венлафаксина проведена в присутствии щелочного перманганата калия в качестве окислителя и гидроксида натрия в качестве основной среды при комнатной температуре. Из-за образования манганаинового иона спектрофотометрическое измерение проводили на длине волны 610 нм. Для построения калибровочных кривых использован метод фиксированного времени (15 мин). Метод оптимизирован для всех условий проведения реакции, диапазон линейности 5–30 мкг/мл, предел обнаружения 0.07 мкг/мл. Разработанный метод успешно применен для количественного определения венлафаксина гидрохлорида в лекарственной форме, процент извлечения 98.87–100.22%. Статистическое сравнение полученных результатов с данными традиционного метода не выявило существенных различий в точности.

Разработан спектрофотометрический метод в ультрафиолетовой и видимой области спектра (UV-Vis) для одновременного определения изониазида (INH) и рифампицина (RIF) с использованием метода Виродта. Наряду с метанолом выбраны два других растворителя — фосфатный буфер с рН 7.4 и цитро-фосфатный буфер с рН 5.0, первый из которых моделирует рН эпителиальной жидкости слизистой оболочки легких, а второй — фаголизосомальной среды. Выбрано соотношение 1:1.5 чистого лекарственного средства INH:RIF. Выявлены схожие максимумы поглощения в трех растворителях, и поэтому выбраны максимумы поглощения при 263 и 335 нм INH и RIF. Калибровочная кривая в диапазоне концентраций 4–24 мкг/мл INH и 6–36 мкг/мл RIF подчиняется закону Ламберта–Бера. Метод проверен с точки зрения линейности, чувствительности и достоверности в соответствии с рекомендациями ICH.

Магнитно-резонансная спектроскопия использована для определения локальных метаболических изменений в структуре опухоли головного мозга и оценки их значимости при дифференцировании гистологического результата и вероятности рецидивов. Обнаруженное снижение в спектрограмме характерного маркера нейронов — N-ацетиласпартата — и появление холина, лактата свидетельствуют об отсутствии признаков рецидива.

Методами УФ-видимой спектроскопии экспериментально исследован процесс автоокисления адреналина в щелочной среде (рН 10.65) в присутствии сульфита. При обработке экспериментальных зависимостей выделены спектры поглощения конечного продукта автоокисления (λ_m = 290—300 нм,  ε_m = 8400 М^–1 · см^–1 ), промежуточного аддукта адренохрома с сульфитом (λ_m = 343 нм, ε_m= 68000 М^–1 · см^–1) и реакционноспособного промежуточного продукта, предположительно, адренолютина (λ_m = 311, ε_m = 140000 М^–1 · см^–1 и λ_m = 373 нм, ε_m = 129000 М^–1 · см^–1). Оцененная константа равновесия образования аддукта адренохрома с сульфитом 5000 М^–1 согласуется с литературными данными для карбонильных соединений. Результаты объясняют противоречия в данных, касающихся окисления и автоокисления адреналина в щелочной среде, полученных разными авторами. 

Показано, что для надежной работы матриц лазерных диодов важно обеспечить максимально допустимую, но не приводящую к их разрушению скорость ввода и вывода тока. Представлены решения, применяющиеся в конструкциях драйверов лазерных диодов с целью ограничения скорости нарастания при вводе и выводе тока. Предложен метод контроля скорости нарастания тока лазерного излучателя, суть которого заключается в формировании переднего и заднего фронтов выходного тока лазерного драйвера таким образом, чтобы его первая и как минимум вторая производная были непрерывны во избежание запуска внутренних механизмов, приводящих к деградации структуры излучателя.

Разработан фотоэлектрический сенсор водорода (фото-ЭДС), не требующий нагрева чувствительного элемента. Для чувствительного элемента сенсора созданы структуры Pd/n-InP (диод Шоттки) и Pd/оксид/InP (металл–диэлектрик–полупроводник) и проведены исследования их фототока и фото-ЭДС в зависимости от концентрации водорода в азотно-водородной газовой смеси в диапазоне 0.1—100 об.%. Установлено, что скорости спада фото-ЭДС и фототока связаны с концентрацией водорода в газовой смеси экспоненциальной зависимостью. Созданы лабораторные образцы сенсора водорода для измерения концентрации водорода в интервале 100—30000 ppm с быстродействием (временем срабатывания) ~1—2 с, способные работать при комнатной температуре.

Разработан сенсор показателя преломления, состоящий из графенового волновода и графенового эллиптического резонатора, работающего в среднем ИК-диапазоне. Производительность можно регулировать в режиме реального времени, прикладывая напряжение смещения к паттернам графена. Чувствительность предлагаемого датчика 2850/отн. ед, показатель качества 633. Благодаря высоким чувствительности и показателю качества датчик может применяться для обнаружения различных газов.

Для повышения эффективности анализа гистограмм счета фотонов при изучении молекулярного состава вещества методом флуоресцентной флуктуационной спектроскопии предложен комплексный подход, основанный на применении методов интеллектуального анализа данных. Для проверки гипотезы о разделимости кластеров многомерных экспериментальных данных используется метод главных компонент. Исследована причина сжатия облака данных в характеристическую нелинейность, или так называемое дугообразное облако, в пространстве первых двух главных компонент. Рассмотрены примеры смоделированных наборов данных молекулярных систем различных яркостей и концентраций. Нелинейные эффекты усложняют интерпретацию и последующий количественный анализ данных. Установлено, что дугообразность облака данных — следствие наличия значительной вариации одного или нескольких физических параметров, в частности, результат значительного увеличения разброса яркости или концентрации молекул. Данные параметры могут служить дополнительными показателями при оценке качества экспериментов, если изучается только один тип молекулы, и при описании исследуемой системы — в случае смеси молекул разных видов. Предложено использовать нормировку локального взвешенного сглаживания диаграммы рассеяния для устранения нелинейных эффектов в пространстве главных компонент.

Бораты MSr₄(BO₃)₃, легированные Pr³⁺  (M = Li, Na), синтезированы методом сжигания и выполнен их рентгенофазовый анализ. Фотолюминесценция исследуемых боратов исследована с помощью флуоресцентного спектрометра. Максимумы излучения MSr₄(BO₃)₃:Pr³⁺  (М = Li, Na) наблюдаются при 609 и 606 нм. Зарегистрированы спектры фотолюминесценции LiSr₄(BO₃)₃:Pr³⁺ и NaSr₄(BO₃)₃:Pr³⁺ с различными концентрациями ионов Pr³⁺. 

Для идентификации различных типов бокситов предложена структура сверточной нейронной сети (CNN) в сочетании с лазерно-искровой эмиссионной спектроскопией методом анализа главных компонент. Полученные на спектрометре данные нормализуются для исключения влияния разных размерностей на интенсивности возбуждения каждой спектральной линии. Размерность признаков нормализованных выборок уменьшается с помощью анализа главных компонент. Входные данные получают с помощью операций свертки и объединения в CNN. Точность классификации при одной свертке и объединении 97.4%, при множественных свертках и объединениях 99.6%. Для оценки производительности предложенной модели построены модели, основанные на методах k-ближайших соседей, случайного леса, опорных векторов и входных характеристиках полного спектра. Показано, что CNN обладают большим потенциалом в области идентификации и классификации бокситов и обеспечивают надежный метод обработки данных, который позволяет классифицировать материалы со схожими химическими свойствами с использованием лазерно-искровой эмиссионной спектроскопии. 

Двухмерная (2D) и трехмерная (3D) спектроскопия комбинационного рассеяния света использована для изучения химического распределения и морфологии клеток водорослей Spirulina platensis. Трихомы Spirulina platensis легко повреждаются лазерным излучением, если параметры лазера не отрегулированы. Спектры комбинационного рассеяния света имеют признаки флуоресценции, которая меняется при кумулятивном лазерном освещении на том же пятне. Из спектров для химического картирования отобраны шесть пиков, характеризующих различные клеточные особенности, включая центральную и периферическую части цитоплазмы, клеточную стенку, оболочку и остатки среды. Обсуждаются возможные химические вещества/органеллы в этих частях и механизмы.

Для обнаружения эндогенного сероводорода H₂S, образующегося в испорченных яйцах, разработан датчик на основе поверхностно-усиленного комбинационного рассеяния света (SERS) самособирающимися наночастицами серебра (НЧ Ag). НЧ Ag готовили с использованием метода восстановления для усиления КР-сигнала молекулы-зонда 4-меркаптобензойной кислоты. Приготовленная подложка НЧ Ag демонстрирует эффект усиления комбинационного рассеяния, однородность и долговременную стабильность. Для изучения возможности использования платформы SERS для обнаружения H₂S проведен количественный анализ с различными концентрациями H₂S. Показана линейная зависимость интенсивности комбинационного рассеяния при 1073 см^–1 от концентрации H₂S с пределом обнаружения H₂S 0.03 мкМ. 

Спектры отражения в видимом диапазоне света зарегистрированы с подписей, сделанных пятью различными чернилами пяти шариковых ручек, с помощью портативного Vis-NIR спектрофотометра с персональным компьютером. Неразрушающая процедура анализа чернил заключалась в получении спектров отражения из ряда обозначенных мест для проб каждой подписи с использованием специального держателя отражающего зонда и вольфрамового источника белого света. Места для проб выбраны заранее, чтобы частично покрыть чернильную линию подписи на белом фоне (бумаге). Повторяющиеся спектры отражения (R%) для каждого вида чернил имели типичные спектральные характеристики (экстремумы). Для определения другого характерного спектрального признака для распознавания чернил — точек перегиба, характерных для краев поглощения, — вычислялась численная производная первого порядка для среднего спектра отражения каждого образца чернила. Длины волн, при которых проявляются типичные признаки, использованы для кодирования видимого-ближнего ИК-диапазона каждой краски с целью их различения. Каждой краске можно присвоить отдельный код на основании описания “общего” признака, экстремумов и точек перегиба из спектра отражения. Данный метод можно использовать в качестве неразрушающего инструмента для идентификации чернил в криминалистических целях.

Разработан зонд на основе поверхностно-усиленного комбинационного рассеяния для обнаружения и количественного определения ионов Hg²⁺. Высокоселективное и чувствительное обнаружение Hg²⁺ в препаратах традиционной китайской медицины достигнуто за счет использования наночастиц серебра в качестве КР-субстрата и 4,4'-дипиридина (Dpy) в качестве сигнального зонда с помощью полимеризующего агента хлорида натрия. Молекула Dpy адсорбируется на поверхности наночастиц серебра через Ag-N, для агрегации наночастиц серебра добавляется хлорид натрия, что приводит к значительному усилению его сигнала. Присутствие ионов Hg²⁺ может привести к разрыву между Dpy и поверхностью наночастиц серебра и ослаблению сигнала. Метод показывает высокую скорость обнаружения с чувствительностью 10 нг/мл. Наблюдается линейная зависимость между спектральным сигналом комбинационного рассеяния света и концентрацией Hg²⁺ в диапазоне 50—1000 нг/мл (R² = 0.9884). Извлечение для обнаружения инъекции Цинкайлин 97.47—100.07%. Использование 4,4-дипиридинового КР-зонда для обнаружения тяжелых металлов может устранить вмешательство других малых молекул в сложную систему и обеспечить более высокую чувствительность обнаружения, чем фармакопейный стандарт.

Разработан высокочувствительный аптасенсор на основе усиленной флуоресценции металла для обнаружения ионов серебра Ag⁺. Взаимодействие Ag⁺ с азотистыми основаниями цитозина использовано для достижения низкого предела обнаружения. Модифицированные аптамером наночастицы золота (НЧ Au) смешивали с ДНК, меченной 6-карбо-ксифлуоресцеином (FAM), для приготовления сенсора. В растворе без Ag⁺ аптамер и меченные FAM нити ДНК оставались свободными. В присутствии Ag⁺ пары нитей ДНК, меченных аптамером и FAM, образовывали двойные спирали за счет взаимодействий цитозин–Аg⁺–цитозин, которые привели к уменьшению расстояния между FAM и НЧ Au. Количество адениновых повторов в аптамере изменялось с целью регулирования расстояния между НЧ Au и FAM и обеспечения контролируемого локализованного поверхностного плазмонного резонанса. При оптимальном количестве адениновых повторов (n = 24) линейный диапазон обнаружения Ag⁺ 0.694–6.94 нмоль/л, предел обнаружения 0.694 нмоль/л. Аптасенсор показал превосходную специфичность и позволил обнаружить ионы серебра, присутствующего в следовых концентрациях

Гибкие подложки для спектроскопии поверхностно-усиленного комбинационного рассеяния света (SERS) получены химическим восстановлением Ag⁺ in situ на нановолокнах поливиниловый спирт/хитозан (ПВС/ХС). Нановолокна ПВС/ХС с большим количеством амино- и гидроксильных функциональных групп получены методом электроформования, который может обеспечить больше мест для адсорбции Ag⁺, чем чистый ПВС. Наночастицы Ag равномерно распределены на нановолокнах ПВС/ХС. SERS-подложки демонстрируют высокие водостойкость, чувствительность и однородность. Предел обнаружения молекулы-зонда родамина 6G 10^–7 М, относительное стандартное отклонение 5 %. Показано, что подложки на основе нановолокон Ag-ПВС/ХС эффективны для распознавания и обнаружения норфлоксацина — антибиотика, который имеет отношение к безопасности пищевых продуктов и здоровью человека и животных

Для устранения различий в интенсивности, смещении длины волны и ширины максимумов, возникающих при измерении лазерно-искровых эмиссионных спектров (LIBS), использованы метод экстремального обучения и машины глубокого экстремального обучения к двум различным наборам спектральных данных. Первый представляет собой набор образцов калибровочной мишени ChemCam, который содержит спектральные данные, полученные с помощью ChemCam на марсоходе Curiosity и в Марсианской научной лаборатории (MSL). Другой набор содержит спектры образцов калибровочной мишени, созданных командой ChemCam в MSL. Проверка производительности двух алгоритмов показала, что методы переноса калибровки являются стабильными методами прогнозирования и обеспечивают значительно меньшую ошибку прогнозирования по сравнению с линейным переносом и методом кусочно-прямой стандартизации. Модель на основе метода частичных наименьших квадратов для количественного анализа переданных спектров показала улучшенную количественную точность.