Robert Alfano - Robert Alfano

Robert Alfano je italsko-americký experimentální fyzik. Je významným profesorem vědy a techniky na City College a postgraduální škola v New Yorku City University of New York, kde je také zakládajícím ředitelem Institutu pro ultrarychlou spektroskopii a Lasery (1982). Je průkopníkem v oblasti Biomedicínské zobrazování a Spektroskopie, Ultrarychlé lasery a optika, laditelné lasery, polovodičové materiály a zařízení, optické materiály, biofyzika, nelineární optika a fotonika; také rozsáhle pracoval v nanotechnologie a koherentní zpětný rozptyl. Jeho objev superkontinuálního laseru bílého světla je u kořene optické koherentní tomografie, která láme bariéry v oftalmologie, kardiologie, a rakovina ústní detekce (viz „Lepší rozlišení s multibeam OCT,“ strana 28) mimo jiné aplikace. Inicioval pole známé nyní jako Optická biopsie

Nedávno vypočítal, že během své kariéry přinesl CUNY financování v hodnotě 62 milionů dolarů, v průměru 1,7 milionu dolarů ročně. Uvádí, že tohoto úspěchu dosáhl „úderem na chodník“; vyvinul si zvyk agresivně oslovovat finanční partnery a přimět je, aby se o jeho práci zajímali. Alfano učinil objevy, které podporovaly biomedicínskou optiku, kromě oborů, jako je optická komunikace, fyzika pevných látek, a metrologie.

Alfano má vynikající výsledky v oblasti úspěchů týkajících se vývoje biomedicínských nástrojů. Jeho příspěvky k fotonice jsou zdokumentovány ve více než 700 výzkumných článcích, 102 patentech, několika editovaných svazcích a sbornících z konferencí a více než 10 000 citacích. Je držitelem 45 patentů a publikoval více než 230 článků pouze v oblasti biomedicínské optiky. Jeho objev superkontinuálního laseru bílého světla je u kořene optické koherentní tomografie, která láme bariéry v oftalmologie, kardiologie, a rakovina ústní detekce (viz „Lepší rozlišení s multibeam OCT,“ strana 28) mimo jiné aplikace. Alfano proškolil a mentoroval více než 52 kandidátů na PhD a 50 doktorandů. Za posledních deset let vycvičil nespočet středoškoláků ruce fotonika.

Průkopník v biomedicínské optice

Alfano významně přispělo k biomedicínské optice pro použití světla k neinvazivní detekci a diagnostice nemocí; zejména rakoviny a aterosklerózy. Jeho inovativní aplikace fluorescence, buzení, Raman, a Stokesův posun Spektroskopické techniky pro rozlišení mezi normálními a rakovinovými tkáněmi, stejně jako benigní a normální nádory lidského těla, byly základem pro vytvoření pole známého jako optická biopsie.

Jeho příspěvky k základům šíření světla v zakalených médiích vedly k vývoji různých vtokových technik pro třídění fotonů nesoucích obraz pro přímé zobrazování struktur v biologických tkáních. Pomohl vést vývoj mnoha z těchto technik třídění fotonů; Vede také hlavní úsilí věnované vývoji trojrozměrných technik rekonstrukce inverzního obrazu pomocí posloupnosti časově rozlišených dvojrozměrných obrazů pro optická mamografie.

Alfano demonstroval potenciální použití optické spektroskopie v diagnostice nemoci, která poté otevřela pole optické biopsie v roce 1984. Ve skutečnosti zavedl termín „optická biopsie“.

V roce 1981 Alfano použil k detekci dutin v lidských zubech fluorescenční spektroskopii a časově rozlišenou kinetiku. V roce 1984 jako první detekoval rakovinu pomocí nativní fluorescenční spektroskopie tkáně bez vnějších barviv. V sérii experimentů jeho skupina prokázala, že tyto spektroskopické techniky mají potenciál poskytnout diagnostickou schopnost rozlišovat mezi normálními tkáněmi a nádory, jakož i mezi maligními a benigními nádory. Zásadním průlomem bylo jeho použití ultrafialového a modrého světla pro excitaci proteinů a aminokyselin ve tkáních a rozpoznání poměru špičkových intenzit fluorescence emitovaných biologickými tkáněmi na dvou vlnových délkách (například pík 340 nm spojený s tryptofan a vrchol 440 nm spojený s NADH ) jako parametr pro identifikaci tkáně jako normální nebo rakovinové. Toto pozorování umožnilo neinvazivní detekci rakoviny na základě fluorescenčního poměru a získání mapy fluorescenčního poměru k identifikaci podezřelé oblasti orgánu těla jako normální, prekancerózní nebo rakovinovou s vysokou citlivostí a specificitou přes 90%. Jeho výzkumná skupina byla první, která použila Ramanova spektroskopie, počínaje rokem 1991, k diagnostice rakoviny v lidské prsní tkáni. Byl průkopníkem v provádění ultrarychlých časově rozlišených technik v pikosekundových rozsazích ke studiu dynamiky fluorescence polarizace barviva v tkáni a / nebo v rozptylovacím médiu. Nedávno demonstroval použití Stokesovy posunové spektroskopie jako účinného způsobu k rychlému měření spektrálních otisků prstů několika klíčových fluoroforů souvisejících s karcinogenezí v tkáni jako komplexních směsí a zdůrazňuje rozdíly mezi rakovinovými a normálními tkáněmi.

Podrobné pochopení šíření světla vysoce zakaleným zakaleným médiem (což je biologická tkáň) je zásadní pro vývoj optických biomedicínských zobrazovacích technik. Alfano provedlo soustředěné experimentální a teoretické výzkumy s cílem vyřešit tento problém. Práce jeho skupiny vedla k vývoji koncepce a objasnění vlastností balistický, hadí a difuzní fotony na základě doby letu fotonů v médiu. Zavedl termíny balistické a hadí fotony a identifikoval tyto fotony jako nosiče informací pro přímé zobrazování stínů. Pochopení charakteristik těchto fotonů vedlo k vývoji různých vtokových technik pro třídění fotonů nesoucích obraz pro přímé dvourozměrné zobrazování nehomogenit v zakalených médiích obecně a zejména biomedicínských vzorků.

Kromě svých technických příspěvků Alfano podporuje růst oboru organizováním tematických setkání a konferencí pro OSA a SPIE a později spolupředsedal mnoha konferencím o optickém zobrazování Britton Chance, čímž seznámil mladé vědce a inženýry s biomedicínskou optikou a přilákal do této oblasti další výzkumníky.

Kariéra

Kromě své fakultní pozice významného profesora na City College a Graduate School v New Yorku Alfano zastával nebo v současné době zastává řadu řídících pozic:

• City College of NY 2004 - ředitel DOD Center for Nanoscale Photonic Emitters and Sensors
• City College of NY 2003-2007 ředitel Centra optického snímání a zobrazování NASA
• City University of NY 2003-2006 ředitel NYS Center for Advanced Technology in Photonic Applications
• City University of NY 1993-2003 ředitel NYS Center for Advanced Technology in Ultrafast Photonics
• City College of NY 1998-2002 ředitel Centra DOE pro laserové zobrazování a diagnostiku rakoviny
• City College of NY 1994-2002 ředitel programu NASA IRA pro laditelné polovodičové lasery a optické zobrazování
• City College of NY 1987-současnost, ředitel laboratoře Mediphotonics
• City College of NY 1985-2007 ředitel laboratoře fotonických aplikací
• City College of NY 1982-současnost, ředitel Institutu pro ultrarychlou spektroskopii a lasery
• City College of NY 1974-1981 ředitel laboratoře pikosekundového laseru a spektroskopie

Akademické zázemí a časná kariéra

Alfano poznamenává, že chodil na vysokou školu hlavně proto, že jeho otec to považoval za důležité (ačkoli jeho rodiče takovou výhodu neměli). Alfano si vybral Fairleigh Dickinson University protože to bylo blízko jeho dětského domova v Teaneck, New Jersey, a zahájil střední vzdělání v domnění, že skončí jako elektrotechnik jako jeho strýc. Ale v FDU zjistil, že je schopen stavět na svých přirozených schopnostech, a jeho život nabral jiný směr. Měl talent na matematiku, absolvoval všechny matematické kurzy, které mohl - a našel způsob, jak je započítat do jeho požadavků na svobodná umění. Rozhodl se vyhnout se laboratorním požadavkům učebních osnov EE a přešel na hlavní obor fyzika, což vyžadovalo mnohem méně. Považuje za trochu „ironické“, že nenáviděl laboratorní požadavky na svůj titul z fyziky.

Alfano pokračoval na FDU a získal magisterský titul. Po absolutoriu podal žádost o zaměstnání na General Telephone and Electronics (GTE ) Laboratoře, teď Verizon (v té době soutěžící štěkal za paty Bell telefon ) a obdržel odmítavý dopis. Současně poslal dopis společnosti Sylvania, dceřiné společnosti General Telephone. Tazatel byl ohromen Alfanovými znalostmi fyziky a vyzval Dr. Esther Conwell, známého teoretika pevných látek v GTE, aby rozhovor dokončil. Conwell poznal jeho chápání kvantové mechaniky a cit pro fyzikální koncepty. Společnost mu nabídla místo; a později získal práci, pro kterou byl odmítnut, a pracoval pro Conwella.

V GTE našel Alfano dobrý „domov“ pro svou vlastní práci a určitou profesionální podporu, která zahrnovala důležité kolegy, jako Stanley Shapiro, Joseph Birman a Alexander Lempicki. Hned na začátku, při práci na životech optických fononů, které byly základem jeho disertační práce, náhodně objevil superkontinuální laser bílého světla. „Myslel jsem, že s experimentem není něco v pořádku,“ řekl. „Tři měsíce jsem se snažil najít zdroj své chyby, protože to, co jsem viděl, se nezdálo možné.“ Vtipkuje, že použil hodně černé maskovací pásky a pokusil se utěsnit spektrograf, o kterém předpokládal, že uniká světlo.

Alfano opustil GTE jen proto, že se společnost reorganizovala a přemístila, čímž rozbila svůj tým. Byl velmi zklamaný, protože jakoukoli šanci on a Shapiro měli na výhru Nobelova cena byl bez okolků zrušen. Shapiro se přesunul na západ, aby se připojil Národní laboratoř Los Alamos a Alfano našel cestu na CUNY, kde vytvořil další cestu pro příspěvek k vědeckému objevu. Na popud tehdejšího probošta Harryho Lustiga založil a stal se ředitelem Institutu pro ultrarychlou spektroskopii a lasery (IUSL). Od svého spuštění v roce 1983 se IUSL rozrostla a stala se významným akademickým centrem výzkumu biomedicínské optiky.

Ocenění

Zlatá medaile SPIE, 2019 pro „aplikaci a porozumění vysokorychlostním fyzickým jevům, včetně vývoje nových technologií i nových aplikací stávajících technologií“

Americká fyzická společnost Cena Arthura Schawlowa v roce 2013 za laserovou vědu za průkopnické příspěvky v oblasti ultrarychlé laserové vědy, včetně objevu generace superkontinua a nových laserových materiálů, jakož i studie šíření pulsů v silně rozptylovacích médiích

OSA Cena Charlese Townese 2008 za příspěvky k objevu a výzkumu generace superkontinua a vývoji laditelných laserů v pevné fázi na bázi chromu, konkrétně laserů Forsterite, Emerald a CUNYITE (pojmenovaných pro City University of New York).

Britton Chance Cena Biomedical Optics Award v roce 2012 oceněná za jeho průkopnické příspěvky k optickým metodám pro biologii nebo medicínu.

Cena za soudržné celoživotní dílo v biomedicínské optice v roce 2002

Kolega, Americká fyzická společnost (APS),

Chlapík, Optická společnost (OSA),

Chlapík, Newyorská akademie věd

Chlapík, Institute of Electrical and Electronics Engineers (IEEE)

Fellow, Mezinárodní společnost pro optiku a fotoniku (SPIE ).

Má mnoho dalších ocenění a vyznamenání uvedených v jeho působivém online životopise.

Ukázkové publikace

• Alfano, R.R (1989). Superkontinuální laserový zdroj (PDF).
• Alfano, Robert R (2010-10-29). Superkontinuální laserový zdroj: Základy s aktualizovanými referencemi. ISBN  9781441920324.
• Alfano, R. R (1982). Biologické události sondované ultrarychlou laserovou spektroskopií. ISBN  9780323149587.
• Alfano, R.R (1985). Polovodiče snímané ultrarychlou laserovou spektroskopií. ISBN  9780323145466.
• Pu, Y; Wang, W. B; Yang, Y. L; Alfano, R. R (2012). „Stokesova posunová spektroskopie zdůrazňuje rozdíly rakovinných a normálních lidských tkání“. Opt. Lett. 37 (16): 3360–3362. Bibcode:2012OptL ... 37.3360P. doi:10,1364 / OL.37.003360. PMID  23381257.
• Alfano, RR; Das, BB; Cleary, J; Prudente, R; Celmer, EJ (1991). „Světlo vrhá světlo na rakovinu - rozlišuje maligní nádory od benigních tkání a nádorů“. Bulletin New York Academy of Medicine. 67 (2): 143–150. PMC  1809828. PMID  2049567.
• Pu, Y; Achilefu, S; Alfano, RR (2013). „Inteligentní majáky se zaměřují na rakovinový nádor“. Svět BioOptics. 6 (4): 28–33.

Osobní

Alfano je z italština klesání. Zatímco v Obecný telefon, nevadilo mu být součástí společnosti „outsiderů“, která konkuruje průkopníkovi. Toto téma bylo zdrojem motivace, kterou si nesl po celý život. Alfano uvedl, že inspiraci získává všude, kde ji najde, a že je rád, že jde „z nosu do nosu“ s nejprestižnějšími institucemi na světě. Z City College a IUSL učinil mezinárodního konkurenta, jednoho z nejlepších ve výzkumu fotoniky. Alfano na otázku, co ho motivuje, říká: „Rád objevuji nové věci, najdu něco zcela nečekaného ... a rád bych byl jedničkou.“

Reference

• http://www1.ccny.cuny.edu/ci/iusl/upload/longcv_CURRENT-photo.pdf
• SPIE Video: Robert Alfano na superkontinuu: historie a budoucí aplikace