Роберт Альфано

Роберт Р. Альфано
Гражданство	Соединенные Штаты
Альма-матер	Университет Фэрли Дикинсон 1963 – бакалавр наук (физика). 1964 – магистр наук (физика). Нью-Йоркский университет 1972 г. – доктор философии. (Физика)
Известный	Биомедицинская оптика Биофизика Сверхбыстрая спектроскопия Оптика и фотоника
Награды	Золотая медаль SPIE (2019)
Научная карьера
Поля	Физика
Учреждения	Высшая школа CUNY ГТЭ Лабс
Известные студенты	Энтони М. Джонсон

Роберт Альфано — итало-американский физик-экспериментатор. Он является заслуженным профессором естественных наук и техники Городского колледжа и аспирантуры 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 суперконтинуального лазера белого света лежит в основе оптической когерентной томографии, которая разрушает барьеры в офтальмологии , кардиологии и обнаружении рака полости рта (см. «Повышение разрешения с помощью многолучевой ОКТ», стр. 28), а также в других приложениях. Он положил начало области, известной сейчас как оптическая биопсия .

Недавно он подсчитал, что за свою карьеру он вложил в Городской университет Нью-Йорка 162 миллиона долларов, в среднем 4,6 миллиона долларов в год. Он заявляет, что совершил этот подвиг, «упав на тротуар»; у него выработалась привычка агрессивно обращаться к партнерам по финансированию и заинтересовывать их своей работой. Альфано сделал открытия, которые способствовали развитию биомедицинской оптики, а также таких областей, как оптическая связь , физика твердого тела и метрология .

Вклад Альфано в фотонику задокументирован в более чем 700 исследовательских статьях, 102 патентах, нескольких отредактированных томах и материалах конференций, а также в более чем 10 000 цитатах. Он имеет 45 патентов и опубликовал более 230 статей в области биомедицинской оптики. Альфано обучил и воспитал более 52 кандидатов наук и 50 постдокторантов. За последние десять лет он обучил многих старшеклассников фотонике.

Пионер биомедицинской оптики

Альфано внес ряд оригинальных вкладов в биомедицинскую оптику, используя свет для неинвазивного обнаружения и диагностики заболеваний; в частности, рак и атеросклероз. Его новаторское применение методов флуоресценции , возбуждения , комбинационного рассеяния света 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 пропускания для сортировки фотонов, несущих изображение, для прямого изображения структур в биологических тканях. Он помог возглавить разработку многих из этих методов сортировки фотонов; он также возглавляет крупные усилия, посвященные разработке трехмерных методов реконструкции 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 кариеса в зубах человека. В 1984 году он первым обнаружил рак с помощью нативной флуоресцентной спектроскопии тканей без посторонних красителей. В серии экспериментов его группа продемонстрировала, что эти спектроскопические методы могут обеспечить диагностическую способность 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, а также признание соотношения пиковых интенсивностей флуоресценции, излучаемых биологическими тканями на двух длинах волн (например, пика 340 нм, связанного с триптофаном и пик 440 нм, связанный с НАДН ), как параметр для идентификации ткани как нормальной или раковой. Это наблюдение позволило неинвазивно обнаружить рак на основе коэффициента флуоресценции и получить карту коэффициента 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 Рамановская спектроскопия , начиная с 1991 года, для диагностики рака в тканях молочной железы человека. Он был пионером в использовании сверхбыстрых методов временного разрешения в пикосекундном диапазоне для изучения динамики поляризации флуоресценции красителя в тканях и/или рассеивающих средах. Недавно он продемонстрировал использование спектроскопии сдвига Стокса как эффективный способ быстрого измерения спектральных отпечатков нескольких ключевых флуорофоров, связанных с канцерогенезом в тканях в виде сложных смесей, и подчеркнул различия между раковыми и нормальными тканями.

Детальное понимание распространения света через сильно рассеивающие мутные среды (а это и есть биологическая ткань) имеет решающее значение для разработки методов оптической биомедицинской визуализации. Альфано провел согласованные экспериментальные и теоретические исследования для решения этой проблемы. Работа его группы привела к развитию концепции и выяснению свойств баллистических , змеиных и диффузионных фотонов на основе времени полета фотонов в среде. Он ввел термины «баллистический фотон» и «змеиный фотон» и определил эти фотоны как носители информации для прямой визуализации теневых диаграмм. Понимание характеристик этих фотонов привело к разработке различных методов стробирования для сортировки фотонов, несущих изображение, для прямого двумерного изображения неоднородностей в мутных средах в целом и биомедицинских образцах в частности.

В дополнение к своему техническому вкладу Альфано способствовал развитию этой области, организуя тематические встречи и конференции для OSA и SPIE , а затем будучи сопредседателем многих конференций по оптическим изображениям с Бриттоном Ченсом , посредством чего он знакомил молодых ученых и инженеров с биомедицинской оптикой. и привлек других исследователей в эту область.

Карьера

В дополнение к своей должности заслуженного профессора в Городском колледже и аспирантуре Нью-Йорка Альфано занимал или в настоящее время занимает ряд руководящих должностей:

• Городской колледж Нью-Йорка, 2004 г. – директор Центра наноразмерных фотонных излучателей и датчиков Министерства обороны США.
• Городской колледж Нью-Йорка, 2003–2007 гг. Директор Центра оптического зондирования и визуализации НАСА.
• Городской колледж Нью-Йорка, 2003–2006 гг. Директор Центра передовых технологий в фотонных приложениях штата Нью-Йорк.
• Городской колледж Нью-Йорка, 1993–2003 гг., директор Центра передовых технологий штата Нью-Йорк в области сверхбыстрой фотоники.
• 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 НАСА IRA по перестраиваемым твердотельным лазерам и оптической визуализации.
• Городской колледж Нью-Йорка, 1987 – настоящее время, директор лаборатории медифотоники.
• Городской колледж Нью-Йорка, 1985–2007 гг., директор лаборатории фотонных приложений.
• Городской колледж Нью-Йорка, с 1982 г. по настоящее время, директор Института сверхбыстрой спектроскопии и лазеров.
• Городской колледж Нью-Йорка, 1974–1981 гг., директор лаборатории пикосекундного лазера и спектроскопии.

Академическое образование и начало карьеры

Альфано отмечает, что он учился в колледже главным образом потому, что его отец считал это важным (хотя у его родителей не было такого преимущества). Альфано выбрал Университет Фэрли Дикинсона, потому что он находился недалеко от дома его детства в Тинеке, штат Нью-Джерси , и начал свое среднее образование, думая, что в конечном итоге станет инженером-электриком, как его дядя. Но в Университете Фэрли Дикинсон он обнаружил, что может развивать свои природные способности, и его жизнь пошла в другом направлении. Имея способности к математике, он посещал все математические курсы, какие только мог, и нашел способ заставить их учитываться в его требованиях по гуманитарным наукам. Решив избежать лабораторных требований учебной программы по ЭЭ, он переключил свою специализацию на физику, для которой требовалось гораздо меньше. Ему кажется немного «ироничным» то, что он ненавидел лабораторные требования для получения степени по физике.

Альфано продолжил обучение в FDU, чтобы получить степень магистра. После окончания учебы он подал заявление о приеме на работу в General Telephone and Electronics (GTE) Laboratories, ныне 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 попросил доктора Эстер Конвелл, известного теоретика твердого тела из GTE, завершить интервью. Конвелл признал его понимание квантовой механики и понимание физических концепций. Компания предложила ему должность; и позже он получил работу, на которую ему отказали, работая на Конвелла.

В GTE Альфано нашел хороший «дом» для своей работы и некоторую профессиональную поддержку, в том числе таких важных коллег, как Стэнли Шапиро, Джозеф Бирман и Александр Лемпицки. Вначале, работая над временем жизни оптических фононов, которое легло в основу его докторской диссертации, он случайно обнаружил лазер суперконтинуума белого света. «Я думал, что с экспериментом что-то не так», — сказал он. «Три месяца я пытался найти источник своей ошибки, потому что то, что я видел, казалось невозможным». Он шутит, что потратил много черной малярной 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 был у него и Шапиро на получение Нобелевской премии, был бесцеремонно аннулирован. Шапиро переехал на запад, чтобы присоединиться к Национальной лаборатории Лос-Аламоса , а Альфано нашел путь в Городской университет Нью-Йорка, где открыл еще один путь для внесения вклада в научные открытия. По предложению тогдашнего ректора Гарри Люстига он основал и стал директором Института сверхбыстрой спектроскопии и лазеров (IUSL). С момента своего создания в 1983 году IUSL превратился в крупный академический центр исследований в области биомедицинской оптики.

Награды

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

Премия Майкла С. Фельда в области биофотоники в 2016 году «За лидерство и новаторский вклад в области биофотоники, включая разнообразное использование нативной флуоресценции без меток, рамановской спектроскопии и оптической визуализации для обнаружения рака в тканях и клетках».

Американского физического общества Премия имени Артура Шавлоу в 2013 году в области лазерной науки за новаторский вклад в область сверхбыстрой лазерной науки, включая открытие генерации суперконтинуума и новых лазерных материалов, а также исследование распространения импульсов в сильно рассеивающих средах.

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

Премия Бриттона Ченса в области биомедицинской оптики в 2012 году в знак признания его новаторского вклада в оптические методы в биологии и медицине.

Премия за когерентные заслуги в области биомедицинской оптики в 2002 г.

Член Американского физического общества (APS),

Член Оптического общества (OSA),

Сотрудник Нью-Йоркской академии наук

Сотрудник Института инженеров по электротехнике и электронике (IEEE)

Член Международного общества оптики и фотоники ( SPIE ).

У него есть еще много наград и наград, перечисленных в его впечатляющем онлайн-резюме.

Примеры публикаций

• Альфано, Р.Р. (1989). Лазерный источник суперконтинуума (PDF) .
• Альфано, Роберт Р. (29 октября 2010 г.). Лазерный источник суперконтинуума: основы с обновленными ссылками . Спрингер. ISBN  9781441920324 .
• Альфано, Р.Р. (1982). Биологические события, исследованные с помощью сверхбыстрой лазерной спектроскопии . Эльзевир. ISBN  9780323149587 . * Рейес, С.М.; Нолан, округ Колумбия; Ши, Л; Альфано, РР (2020). «Особым классом оптических векторных вихревых пучков являются майорановские фотоны» . Оптические коммуникации . 464 (1): 125425. Бибкод : 2020OptCo.46425425R . дои : 10.1016/j.optcom.2020.125425 . S2CID   213970008 .
• Альфано, Р.Р. (1985). Полупроводники, исследованные методом сверхбыстрой лазерной спектроскопии . Эльзевир. ISBN  9780323145466 .
• Пу, Ю; Ван, WB; Ян, Ю.Л; Альфано, Р.Р. (2012). «Стоксова сдвиговая спектроскопия подчеркивает различия раковых и нормальных тканей человека». Опция Летт . 37 (16): 3360–3362. Бибкод : 2012OptL...37.3360P . дои : 10.1364/OL.37.003360 . ПМИД   23381257 .
• Альфано, РР; 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. ПМК   1809828 . ПМИД   2049567 .
• Пу, Ю; Ачилефу, С; Альфано, Р.Р. (2013). «Умные маяки нацелены на раковую опухоль» . Мир биооптики . 6 (4): 28–33.
• Мамани, С; Нолан, округ Колумбия; Ши, Л; Альфано, РР (2020). «Особым классом оптических векторных вихревых пучков являются майорановские фотоны» . Оптические коммуникации . 464 (1): 125425. Бибкод : 2020OptCo.46425425R . дои : 10.1016/j.optcom.2020.125425 . S2CID   213970008 .

Персональный

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 он черпает вдохновение везде, где только может его найти, и что он рад сотрудничать «нос к носу» с самыми престижными учреждениями мира. Он сделал Городской колледж и IUSL международными конкурентами, одними из лучших в области исследований в области фотоники. На вопрос, что его мотивирует, Альфано отвечает: «Мне нравится открывать что-то новое, находить что-то совершенно неожиданное… и мне нравится быть номером один».

Ссылки

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