В настоящее время подделывается множество ценных товаров и товаров ежедневного пользования, что влечет за собой финансовые потери для бизнеса всех масштабов, а также экономические потери для государства. Стоит отметить, что острой проблемой является подделка фармацевтических препаратов, так как такие подделки являются угрозой для человеческого здоровья. К счастью, в настоящее время ведется активная борьба с данной проблемой посредством создания новых высокотехнологичных защитных меток, что повышает шансы на распознавание поддельных товаров.

Одним из подходов к решению данной проблемы является применение наноразмерных объектов и явлений, возникающих при их взаимодействии со светом. Наши исследования сосредоточены на разработке новых, высокотехнологичных и простых в реализации нанофотонных систем для защиты различных продуктов от подделки. Такие нанофотонные системы основаны на различных типах наноструктур, среди которых резонансные плазмонные наночастицы и наночастицы с высоким показателем преломления, а также на их комбинации, называемые гибридными наноструктурами.
________________________________________________________________________________

Ключевые статьи:

1) Ponkratova E, Ageev E, Trifonov P, Kustov P, Sandomirskii M, Zhukov M, Larin A, Mukhin I, Belmonte T, Nominé A, Bruyère S. Coding of Non‐Linear White‐Light Luminescence from Gold‐Silicon Structures for Physically Unclonable Security Labels //Advanced Functional Materials. – 2022. – V. 32. – №. 41. – P. 2205859.
2) Kustov P, Petrova E, Nazarov M, Gilmullin A, Sandomirskii M, Ponkratova E, Yaroshenko V, Ageev E, Zuev D. Mie-Resonant Silicon Nanoparticles for Physically Unclonable Anti-Counterfeiting Labels //ACS Applied Nano Materials. – 2022. – V. 5. – №. 8. – Pp. 10548-10559.
3) Larin AO, Dvoretckaia LN, Mozharov AM, Mukhin IS, Cherepakhin AB, Shishkin II, Ageev EI, Zuev DA. Luminescent erbium‐doped silicon thin films for advanced anti‐counterfeit labels //Advanced Materials. – 2021. – V. 33. – №. 16. – P. 2005886.

Широкомасштабное коммерческое применение методов нанофабрикации открывает захватывающие возможности для беспрецедентного развития отрасли информационных технологий, создания сложных микро- и наноэлектронных устройств, нанофотонных и плазмонных устройств различного назначения.

Наша исследовательская группа специализируется на получении наночастиц на тонких металлических, диэлектрических и гибридных пленках. Наночастицы золота и серебра используются в качестве резонансных структур в диагностических приложениях, таких как поверхностно-усиленная рамановская спектроскопия (SERS) и поверхностно-усиленная флуоресценция (SEF) для сверхчувствительного обнаружения биомолекул. В наших научных работах мы исследуем повышение квантового выхода плазмонными наноструктурами.

Наряду с наночастицами, у нас также есть опыт в создании наноструктур более сложной геометрии, включая наноиглы и нанобампы. Эти структуры также перспективны в области создания светочувствительных сенсоров для биомедицинских задач. Так, например, мы создали гибридные наноструктуры из тонких пленок типа "кремний-золото", которые демонстрируют яркую белую фотолюминесценцию.

У нас также есть опыт в микроструктурировании поверхностей таких материалов, как титан, медь, золото, серебро, эрбий, кремний и других. Используя методы оптической литографии (или же вовсе без литографии), мы модифицируем поверхности и создаем микрофлюидные чипы.
______________________________________________________________________________

Ключевые статьи:

1) Khubezhov SA, Ponkratova EY, Kuzmichev AM, Maleeva KA, Larin AO, Karsakova ME, Yakimchuk DV, Zyuzin MV, Makarov SV, Zuev DA. Fast and scalable fabrication of Ag/TiO2 nanostructured substrates for enhanced plasmonic sensing and photocatalytic applications //Applied Surface Science. – 2024. – P. 160669.
2) Karsakova M, Shchedrina N, Karamyants A, Ponkratova E, Odintsova G, Zuev D. Eco-friendly approach for creation of resonant silicon nanoparticle colloids //Langmuir. – 2022. – V. 39. – №. 1. – Pp. 204-210.
3) Ye J., Zuev D., Makarov S. Dewetting mechanisms and their exploitation for the large-scale fabrication of advanced nanophotonic systems //International Materials Reviews. – 2019. – V. 64. – №. 8. – Pp. 439-477.
4) Makarov SV, Milichko VA, Mukhin IS, Shishkin II, Zuev DA, Mozharov AM, Krasnok AE, Belov PA. Controllable femtosecond laser‐induced dewetting for plasmonic applications //Laser & Photonics Reviews. – 2016. – V. 10. – №. 1. – Pp. 91-99.

Разработка и создание компактных сенсоров, способных выполнять быструю и высокоточную диагностику, является важной задачей в таких областях, как анализ уровня загрязнения окружающей среды и продуктов питания, диагностика различных заболеваний на месте оказания медицинской помощи и т. д. Среди различных типов сенсоров одними из наиболее перспективных являются оптические, принцип действия которых основан на регистрации изменения оптических свойств в зависимости от концентрации исследуемых веществ. Важным параметром таких сенсоров, влияющим на точность измеряемых данных, является их чувствительность. Одним из перспективных методов, позволяющих повысить чувствительность оптических сенсоров, является использование наноструктур с уникальными оптическими свойствами.

Наша группа занимается двумя направлениями в области оптического зондирования. Первое направление посвящено обнаружению малых концентраций различных молекул (например, красителей, антибиотиков и т.д.) на основе усиления сигнала комбинационного рассеяния света поверхностью, состоящей из золотых или серебряных наночастиц, размещенных на различных подложках. Второе направление посвящено колориметрическому обнаружению различных биологических соединений (вирусов, бактерий, микроРНК, экзосом и т.д.) на основе резонансных диэлектрических наноструктур.

С 2018 года наша группа сотрудничает с научной группой профессора Яньлиня Сонга (Китайская академия наук). В нашем совместном исследовании с профессором Яньлинем Сонгом и профессором Мэн Су мы пытаемся решить проблемы дифракционных пределов оптического обнаружения вокруг нано-зеленых печатных фотонных резонансных структур и нано-оптических систем обнаружения. Совместное исследование основано на подготовке настраиваемых фотонных структур и интеллектуальных проблемах обработки и применения оптических сигналов, которые представляют общий интерес для обеих сторон. Оно обеспечивает надежную исследовательскую платформу и закладывает прочную основу для создания исследовательской группы с важным международным влиянием. Мы опубликовали 10 совместных статей.
________________________________________________________________________________

Ключевые статьи:

1) Zhang Z, Sun Y, Yang Y, Yang X, Wang H, Yun Y, Pan X, Lian Z, Kuzmin A, Ponkratova E, Mikhailova J. Rapid identification and monitoring of multiple bacterial infections using printed nanoarrays //Advanced Materials. – 2023. – V. 35. – №. 12. – P. 2211363.
2) Manoccio M, Esposito M, Primiceri E, Leo A, Tasco V, Cuscunà M, Zuev D, Sun Y, Maruccio G, Romano A, Quattrini A. Femtomolar biodetection by a compact core–shell 3D chiral metamaterial //Nano Letters. – 2021. – V. 21. – №. 14. – Pp. 6179-6187.
3) Zhang Z, Wang H, Su M, Sun Y, Tan SJ, Ponkratova E, Zhao M, Wu D, Wang K, Pan Q, Chen B. Printed nanochain‐based colorimetric assay for quantitative virus detection //Angewandte Chemie. – 2021. – V. 133. – №. 45. – Pp. 24436-24442.
4) Milichko VA, Zuev DA, Baranov DG, Zograf GP, Volodina K, Krasilin AA, Mukhin IS, Dmitriev PA, Vinogradov VV, Makarov SV, Belov PA. Metal‐dielectric nanocavity for real‐time tracing molecular events with temperature feedback //Laser & Photonics Reviews. – 2018. – V. 12. – №. 1. – P. 1700227.

Наша команда активно применяет методы компьютерного зрения и машинного обучения в своих проектах. Особенно активно они используются в проектах связанных с физически неклонируемыми защитными метками, а также с анализом веществ.

В силу уникальности физически неклонируемых защитных меток для их использования необходимы протоколы, позволяющие сравнивать одну метку с другой. Для наших меток мы самостоятельно разрабатываем такие протоколы на основе библиотеки Open Computer Vision. При считывании метки помощью компьютерного зрения идентифицируется положение каждой наноструктуры в метке и ее цвет. После считывания запускается протокол проверки подлинности, который сравнивает информацию считанную пользователем с метки с информацией из базы данных.

Анализ веществ с помощью Рамановской спектроскопии требует обработки большого объема спектральных данных, которые в силу разнообразных молекулярных связей изучаемых веществ могут быть достаточно сложными. Для решения этой проблемы мы используем машинное обучение. Нами применялись различные методы для задач классификации и регрессии, такие как Дерево принятия решений (Decision Tree), Случайный лес(Random Forest), Метод опорных векторов (Support Vectors), Логистическая регрессия (Logistic Regression). Использование этих методов позволило проводить количественный и качественный анализ с точностью более 95%. Этот подход позволил решить проблемы обработки и интерпретации сложных спектральных данных, а также автоматизировать процесс анализа большого объема данных.
________________________________________________________________________________
Ключевые статьи:

Скоро добавим

Технологический прогресс современных устройств стремится к миниатюризации используемых систем и переходу от операций электрическими сигналами к оптическим, поскольку электронные устройства обработки информации достигли свои фундаментальные пределы. Это привело к созданию концепции интегрально-оптических чипов, представляющих собой многокомпонентное фотонное устройство на единой подложке. Путь от электронного чипа к оптическому заключается в поэтапной замене электронных компонент на оптические аналоги для достижения новых рекордов скорости обработки-передачи информации и новых возможностей хранения-защиты информации.

Все успехи и знания, собранных при разработки передового устройства будущего, образовали такое научное направление, как гибридная нанофотоника, которая исследует процессы взаимодействия фотонов с материалами, обладающих характерными размерами 1–100 нанометров.Суть данного направления заключается в объединении преимуществ металлов и материалов с высоким показателем преломления (диэлектрики и полупроводники) в единой наноструктуре. Это дает большую степень свободы при настройке свойств оптических устройств, а также получения новых перспективных пассивных и активных компонент интегрально-оптических чипов.
________________________________________________________________________________

Ключевые статьи:

1) Sun Y, Larin A, Mozharov A, Ageev E, Pashina O, Komissarenko F, Mukhin I, Petrov M, Makarov S, Belov P, Zuev D. All-optical generation of static electric field in a single metal-semiconductor nanoantenna //Light: Science & Applications. – 2023. – V. 12. – №. 1. – P. 237.
2) Larin AO, Nominé A, Ageev EI, Ghanbaja J, Kolotova LN, Starikov SV, Bruyère S, Belmonte T, Makarov SV, Zuev DA. Plasmonic nanosponges filled with silicon for enhanced white light emission //Nanoscale. – 2020. – V. 12. – №. 2. – Pp. 1013-1021.
3) Zuev DA, Makarov SV, Milichko VA, Starikov SV, Mukhin IS, Morozov IA, Shishkin II, Krasnok AE, Belov PA. Fabrication of Hybrid Nanostructures via Nanoscale Laser‐Induced Reshaping for Advanced Light Manipulation //Advanced Materials. – 2016. – V. 28. – №. 16. – Pp. 3087-3093.
4) Sun Y, Yaroshenko V, Chebykin A, Ageev E, Makarov S, Zuev D. Metal-dielectric nanoantenna for radiation control of a single-photon emitter //Optical Materials Express. – 2019. – V. 10. – №. 1. – Pp. 29-35.