Однако иногда методы на стыке разных физических явлений открывают совершенно новые возможности для исследований. И одним из таких методов является оптоакустика — использование света для того, чтобы заставить объект генерировать звуковые волны и уже по ним узнать много интересного о нём.
— Павел Владимирович, как оптика и акустика совмещаются в одном методе?
— Это очень просто. Все сталкивались с грозами и видели вспышки света — молнии. Свет способен нагревать вещество, с которым взаимодействует. Спустя какое-то время после молнии мы слышим гром. Скорость звука в атмосфере равна примерно 330 метрам в секунду. Если мы увидели вспышку, а через три секунды громыхнуло, значит, факт взаимодействия света с веществом произошёл на расстоянии одного километра. Примерно то же самое мы делаем в нашей лаборатории.
— Устраиваете в лаборатории грозу?
— Микрогрозу. Даже картинки похожие. Наверняка вы видели изображения молнии, где видны толстые световые каналы, которые переходят в более тонкие, ветвятся. Это похоже на кровеносные сосуды, и это не случайность. Природа использовала одни и те же лекала, но разница в том, что масштабы очень разные. Молния имеет масштабы нескольких километров, и, соответственно, возникающие при этом звуки — низкочастотные. А при уменьшении до размера миллиметров, до диаметра сосуда, звук, который такая «молния» будет издавать, уже тонкий, пищащий. Это даже не звук, а ультразвук, его ухом не услышишь. Нужна специальная антенна. Такие ультразвуковые антенны мы называем гидрофонами. Они должны уметь слышать очень слабые приращения ультразвукового давления, меньше одного паскаля.
— И о чём нам может рассказать этот ультразвук?
— Даже с закрытыми глазами мы можем грубо оценивать пространственное распределение источников звука. А теперь представьте себе, что у нас не два уха, а, например, 256. В этом случае можно определить не только направление, но и дистанцию до предполагаемого источника излучения. А мы с помощью антенны из множества таких «ушей» можем вычислить, где внутри объекта возникли ультразвуковые сигналы, и восстановить пространственное, объёмное распределение сосудов. Именно таким путём мы идём: делаем антенные решётки из множества гидрофонов. Пока наш рекорд — 512 независимых каналов. В прошлом году у нас совместно с профессором Даниилом Рязанским из ETH Zurich вышла статья на эту тему в журнале Light: Science & Applications из портфеля Nature. У журнала высокий импакт-фактор, и изображение нашей антенны попало на обложку.
— Ваша антенна улавливает ультразвук?
— Да, термоупругие сигналы, возникающие при поглощении света, например в кровеносных сосудах. Причём, поскольку антенна широкополосная (та антенна с обложки журнала имеет полосу от 300 кГц до 40 МГц), она может улавливать как высокочастотный писк капилляров, так и крупные сосуды, например лучевой артерии, по которой мы измеряем пульс.
— А как возникла идея создания таких широкополосных антенн?
— Чтобы ответить на этот вопрос, надо отмотать время примерно на двадцать лет назад. Уже тогда профессор Валерий Викторович Тучин, ныне член-корреспондент РАН и лауреат премии «Вызов», был всемирно признанным отцом-основателем нового научного направления — биофотоники. Биофотоника изучает взаимодействие фотонов с живыми объектами. Это взаимодействие квантовое и позволяет получать информацию о процессах, которые происходят буквально на уровне отдельных молекул...
