Robert Alfano- Robert Alfano

Robert R. Alfano
Staatsbürgerschaft Vereinigte Staaten von Amerika
Alma Mater Fairleigh Dickinson University
1963 - BS (Physik)
1964 - MS (Physik)
New York University
1972 - Ph.D. (Physik)
Bekannt für Biomedizinische Optik
Biophysik
Ultraschnelle Spektroskopie
Optik und Photonik
Auszeichnungen SPIE-Goldmedaille (2019)
Wissenschaftlicher Werdegang
Felder Physik
Institutionen City College und Graduiertenschule, CUNY
GTE Labs
Bemerkenswerte Studenten Anthony M. Johnson

Robert Alfano ist ein italienisch-amerikanischer Experimentalphysiker. Er ist Distinguished Professor of Science and Engineering am City College und der Graduate School of New York der City University of New York , wo er auch Gründungsdirektor des Institute for Ultrafast Spectroscopy and Lasers (1982) ist. Er ist ein Pionier in den Bereichen biomedizinische Bildgebung und Spektroskopie , Ultrakurzzeitlaser und -optik, abstimmbare Laser, Halbleitermaterialien und -geräte , optische Materialien , Biophysik , nichtlineare Optik und Photonik ; er hat sich auch intensiv mit Nanotechnologie und kohärenter Rückstreuung beschäftigt . Seine Entdeckung des Weißlicht-Superkontinuum-Lasers ist die Wurzel der optischen Kohärenztomographie, die unter anderem in der Augenheilkunde , Kardiologie und Mundkrebserkennung (siehe „Bessere Auflösung mit Mehrstrahl-OCT“, Seite 28) neue Grenzen setzt. Er initiierte das Gebiet, das heute als Optische Biopsie bekannt ist

Er hat kürzlich berechnet, dass er CUNY im Laufe seiner Karriere Finanzierungen im Wert von 62 Millionen US-Dollar eingebracht hat, im Durchschnitt 1,7 Millionen US-Dollar pro Jahr. Er sagt, dass er dieses Kunststück vollbracht habe, indem er „auf den Bürgersteig geschlagen“ habe; er entwickelte die Angewohnheit, sich offensiv an Finanzierungspartner zu wenden und sie für seine Arbeit zu interessieren. Alfano hat Entdeckungen gemacht, die neben Bereichen wie optischer Kommunikation , Festkörperphysik und Metrologie die biomedizinische Optik vorangebracht haben .

Alfano kann auf eine herausragende Erfolgsbilanz bei der Entwicklung biomedizinischer Instrumente zurückblicken. Seine Beiträge zur Photonik sind in mehr als 700 Forschungsartikeln, 102 Patenten, mehreren Sammelbänden und Tagungsbänden sowie weit über 10.000 Zitationen dokumentiert. Allein im Bereich der biomedizinischen Optik hält er 45 Patente und veröffentlichte über 230 Artikel. Seine Entdeckung des Weißlicht-Superkontinuum-Lasers ist die Wurzel der optischen Kohärenztomographie, die unter anderem in der Augenheilkunde , Kardiologie und Mundkrebserkennung (siehe „Bessere Auflösung mit Mehrstrahl-OCT“, Seite 28) neue Grenzen setzt. Alfano hat über 52 Doktoranden und 50 Postdoktoranden ausgebildet und betreut. In den letzten zehn Jahren hat er unzählige Gymnasiasten in trainierten Hände auf Photonik.

Ein Pionier der biomedizinischen Optik

Alfano hat eine Reihe von originellen Beiträgen zur biomedizinischen Optik für die Verwendung von Licht zur nicht-invasiven Erkennung und Diagnose von Krankheiten geleistet; insbesondere Krebs und Arteriosklerose. Seine innovative Anwendung von Fluoreszenz- , Erregungs- , Raman- und Stokes-Shift- Spektroskopietechniken zur Unterscheidung zwischen normalem und krebsartigem Gewebe sowie gutartigen und normalen Tumoren des menschlichen Körpers war die Grundlage für die Schaffung des Feldes, das als optische Biopsie bekannt ist .

Seine Beiträge zu den Grundlagen der Lichtausbreitung in trüben Medien führten zur Entwicklung verschiedener Gating-Techniken zum Aussortieren bildtragender Photonen für die direkte Abbildung von Strukturen in biologischem Gewebe. Er war an der Entwicklung vieler dieser Photonensortierungstechniken beteiligt; er leitet auch eine große Anstrengung, die sich der Entwicklung dreidimensionaler inverser Bildrekonstruktionstechniken widmet, die eine Sequenz zeitaufgelöster zweidimensionaler Bilder für die optische Mammographie verwenden .

Alfano demonstrierte die potenzielle Anwendung der optischen Spektroskopie bei der Diagnose von Krankheiten, die dann 1984 das Gebiet der optischen Biopsie eröffnete. Tatsächlich führte er den Begriff "optische Biopsie" ein.

1981 verwendete Alfano Fluoreszenzspektroskopie und zeitaufgelöste Kinetik, um Karies in menschlichen Zähnen zu erkennen. 1984 war er der erste, der Krebs mit der nativen Fluoreszenzspektroskopie von Gewebe ohne extrinsische Farbstoffe nachweisen konnte. In einer Reihe von Experimenten zeigte seine Gruppe, dass diese spektroskopischen Techniken das Potenzial haben, die diagnostische Fähigkeit zu bieten, zwischen normalem Gewebe und Tumoren sowie zwischen malignen und gutartigen Tumoren zu unterscheiden. Ein wichtiger Durchbruch war seine Verwendung von nahem ultraviolettem und blauem Licht zur Anregung von Proteinen und Aminosäuren in Geweben und die Erkennung des Verhältnisses der Peak-Fluoreszenzintensitäten, die von biologischen Geweben bei zwei Wellenlängen emittiert werden (wie der 340-nm-Peak in Verbindung mit Tryptophan und der mit NADH assoziierte 440-nm-Peak ) als Parameter zur Identifizierung des Gewebes als normal oder kanzerös. Diese Beobachtung hat die nicht-invasive Erkennung von Krebs basierend auf dem Fluoreszenzverhältnis und das Erhalten einer Fluoreszenzverhältniskarte ermöglicht, um eine verdächtige Region eines Körperorgans als normal, präkanzerös oder kanzerös mit hoher Sensitivität und Spezifität von über 90% zu identifizieren. Seine Forschungsgruppe war die erste , die ab 1991 die Raman-Spektroskopie zur Diagnose von Krebserkrankungen im menschlichen Brustgewebe einsetzte. Er war Pionier bei der Durchführung ultraschneller zeitaufgelöster Techniken im Pikosekundenbereich, um die Fluoreszenzpolarisationsdynamik von Farbstoffen in Gewebe und/oder Streumedien zu untersuchen. Kürzlich demonstrierte er die Stokes-Shift-Spektroskopie als effiziente Methode zur schnellen Messung spektraler Fingerabdrücke mehrerer wichtiger Fluorophore im Zusammenhang mit der Karzinogenese in Gewebe als komplexe Mischungen und hebt die Unterschiede zwischen kanzerösem und normalem Gewebe hervor.

Ein detailliertes Verständnis der Lichtausbreitung durch stark streuende trübe Medien (was biologisches Gewebe ist) ist entscheidend für die Entwicklung optischer biomedizinischer Bildgebungsverfahren. Alfano führte konzertierte experimentelle und theoretische Untersuchungen durch, um dieses Problem anzugehen. Die Arbeit seiner Gruppe führte zur Entwicklung des Konzepts und zur Aufklärung der Eigenschaften von ballistischen , Schlangen- und diffusiven Photonen basierend auf der Flugzeit von Photonen innerhalb der Medien. Er führte die Begriffe ballistische und Schlangenphotonen ein und identifizierte diese Photonen als Informationsträger für die direkte Schattengrammabbildung. Das Verständnis der Eigenschaften dieser Photonen führte zur Entwicklung verschiedener Gating-Techniken zum Aussortieren bildtragender Photonen zur direkten zweidimensionalen Abbildung von Inhomogenitäten in trüben Medien im Allgemeinen und biomedizinischen Proben im Besonderen.

Neben seinen technischen Beiträgen hat Alfano das Wachstum des Gebiets gefördert, indem er thematische Treffen und Konferenzen für OSA und SPIE organisierte und später mit Britton Chance viele Konferenzen zur optischen Bildgebung leitete , bei denen er junge Wissenschaftler und Ingenieure in die biomedizinische Optik einführte. und zog andere Forscher auf das Feld.

Karriere

Neben seiner Fakultätsposition als Distinguished Professor am City College and Graduate School of New York hatte Alfano eine Reihe von Direktorenpositionen inne oder bekleidet sie derzeit:

  • City College of NY 2004 - Direktor des DOD Center for Nanoscale Photonic Emitters and Sensors
  • City College of NY 2003-2007 Direktor des NASA Center of Optical Sensing and Imaging
  • City University of NY 2003-2006 Direktor des NYS Center for Advanced Technology in Photonic Applications
  • City University of NY 1993-2003 Direktor des NYS Center for Advanced Technology in Ultrafast Photonics
  • City College of NY 1998-2002 Direktor des DOE Center for Laser Imaging and Cancer Diagnostics
  • City College of NY 1994-2002 Direktor des NASA IRA-Programms für abstimmbare Festkörperlaser und optische Bildgebung
  • City College of NY 1987-heute, Direktor des Mediphotonics Laboratory
  • City College of NY 1985-2007 Direktor des Photonic Application Laboratory
  • City College of NY 1982-heute, Direktor des Instituts für ultraschnelle Spektroskopie und Laser
  • City College of NY 1974-1981 Direktor des Labors für Pikosekundenlaser und -spektroskopie

Akademischer Hintergrund und Berufseinstieg

Alfano merkt an, dass er das College hauptsächlich besucht hat, weil sein Vater es für wichtig hielt (obwohl seine Eltern keinen solchen Vorteil hatten). Alfano entschied sich für die Fairleigh Dickinson University, weil sie in der Nähe seines Elternhauses in Teaneck, New Jersey , lag. Aber an der FDU entdeckte er, dass er auf seinen natürlichen Fähigkeiten aufbauen konnte, und sein Leben nahm eine andere Richtung. Da er ein Händchen für Mathematik hatte, belegte er alle Mathekurse, die er nur konnte – und fand einen Weg, sie mit seinen Anforderungen in den freien Künsten anzurechnen. Entschlossen, die Laboranforderungen des EE-Curriculums zu vermeiden, wechselte er sein Hauptfach auf Physik, die viel weniger erforderte. Er findet es ein bisschen "ironisch", dass er die Laboranforderungen für sein Physikstudium hasst.

Alfano setzte seine Arbeit an der FDU fort, um seinen Master-Abschluss zu erwerben. Nach seinem Abschluss bewarb er sich bei General Telephone and Electronics ( GTE ) Laboratories, jetzt Verizon (damals der Wettbewerber, der Bell Telephone auf den Fersen war ), und erhielt eine Absage. Gleichzeitig schickte er einen Brief an Sylvania, eine Tochtergesellschaft von General Telephone. Der Interviewer war beeindruckt von Alfanos Physikkenntnissen und bat Dr. Esther Conwell, eine bekannte Festkörpertheoretikerin bei GTE, das Interview zu vervollständigen. Conwell erkannte sein Verständnis der Quantenmechanik und sein Gespür für physikalische Konzepte. Das Unternehmen bot ihm eine Stelle an; und später bekam er den Job, für den er abgelehnt worden war, und arbeitete für Conwell.

Bei GTE fand Alfano ein gutes „Zuhause“ für die eigene Arbeit und professionelle Unterstützung, zu der auch wichtige Kollegen wie Stanley Shapiro, Joseph Birman und Alexander Lempicki gehörten. Schon früh, während er an optischen Phononenlebenszeiten, der Grundlage seiner Doktorarbeit, arbeitete, entdeckte er zufällig den Weißlicht-Superkontinuumslaser. "Ich dachte, mit dem Experiment stimmt etwas nicht", sagte er. "Drei Monate habe ich daran gearbeitet, die Fehlerquelle zu finden, denn das, was ich sah, schien einfach nicht möglich zu sein." Er scherzt, dass er bei dem Versuch, den Spektrographen zu versiegeln, von dem er annahm, dass er Licht verliert, viel schwarzes Abdeckband verbraucht hat.

Alfano verließ GTE nur, weil sich das Unternehmen umorganisierte und umzog und sein Team auflöste. Er war sehr enttäuscht, denn jede Chance, die er und Shapiro auf einen Nobelpreis hatten, wurde kurzerhand zunichte gemacht. Shapiro zog nach Westen, um sich dem Los Alamos National Laboratory anzuschließen , und Alfano fand seinen Weg nach CUNY, wo er einen weiteren Weg schuf, um zur wissenschaftlichen Entdeckung beizutragen. Auf Anregung des damaligen Propstes Harry Lustig gründete und leitete er das Institut für ultraschnelle Spektroskopie und Laser (IUSL). Seit seiner Gründung im Jahr 1983 hat sich das IUSL zu einem bedeutenden akademischen Zentrum für biomedizinische Optikforschung entwickelt.

Auszeichnungen

SPIE Gold Medal , 2019 für "die Anwendung und das Verständnis physikalischer Hochgeschwindigkeitsphänomene, einschließlich der Entwicklung neuer Technologien sowie neuer Anwendungen bestehender Technologien"

Arthur Schawlow Award der American Physical Society 2013 für Laserwissenschaft für bahnbrechende Beiträge auf dem Gebiet der Ultrakurzzeitlaserwissenschaft, einschließlich der Entdeckung der Superkontinuum-Generation und neuer Lasermaterialien sowie der Untersuchung der Pulsausbreitung in stark streuenden Medien

OSA Charles Townes Award 2008 für Beiträge zur Entdeckung und Untersuchung der Superkontinuumserzeugung und der Entwicklung von durchstimmbaren Festkörperlasern auf Basis von tetravalentem Chrom, insbesondere der Forsterite-, Emerald- und CUNYITE-Laser (benannt nach der City University of New York).

Britton Chance Biomedical Optics Award 2012, der seine bahnbrechenden Beiträge zu optischen Methoden für Biologie oder Medizin würdigt.

Coherent Lifetime Achievement Award in Biomedical Optics im Jahr 2002

Fellow der American Physical Society (APS),

Fellow, Optische Gesellschaft (OSA),

Fellow, New Yorker Akademie der Wissenschaften

Fellow, Institut für Elektro- und Elektronikingenieure (IEEE)

Fellow der Internationalen Gesellschaft für Optik und Photonik ( SPIE ).


Er hat viele weitere Auszeichnungen und Ehrungen, die in seinem beeindruckenden Online-Lebenslauf aufgeführt sind.

Musterpublikationen

  • Alfano, R.R. (1989). Die Superkontinuum-Laserquelle (PDF) .
  • Alfano, Robert R. (2010-10-29). Die Superkontinuum-Laserquelle: Grundlagen mit aktualisierten Referenzen . ISBN 9781441920324.
  • Alfano, R.R. (1982). Biologische Ereignisse, die durch ultraschnelle Laserspektroskopie untersucht wurden . ISBN 9780323149587.
  • Alfano, R.R. (1985). Halbleiter, die durch ultraschnelle Laserspektroskopie untersucht wurden . ISBN 9780323145466.
  • Pu, Y; Wang, W.B; Yang, Y.L.; Alfano, R.R. (2012). "Die Stokes-Shift-Spektroskopie hebt die Unterschiede von krebsartigen und normalen menschlichen Geweben hervor". Opt.-Nr. 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). „Licht wirft Licht ins Licht von Krebs – zur Unterscheidung von bösartigen Tumoren von gutartigen Geweben und Tumoren“ . Bulletin der New York Academy of Medicine . 67 (2): 143–150. PMC  1809828 . PMID  2049567 .
  • Pu, Y; Achilefu, S.; Alfano, RR (2013). „Smart Beacons zielen auf Krebstumore ab“ . BioOptik-Welt . 6 (4): 28–33.

persönlich

Alfano ist italienischer Abstammung. Während seiner Zeit bei General Telephone machte es ihm nichts aus, Teil des „Underdog“-Unternehmens zu sein und gegen den Spitzenreiter anzutreten. Dieses Thema war eine Quelle der Motivation, die er sein ganzes Leben lang getragen hat. Alfano hat erklärt, dass er Inspiration bekommt, wo immer er sie finden kann, und dass er gerne mit den renommiertesten Institutionen der Welt "Nase an Nase" geht. Er hat City College und IUSL zu einem internationalen Wettbewerber gemacht, der zu den besten in der Photonikforschung gehört. Auf die Frage, was ihn motiviert, sagt Alfano: "Ich entdecke gerne Neues, finde etwas völlig Unerwartetes... und bin gerne die Nummer eins."

Verweise