Topological engineering of interfacial optical Tamm states for highly-sensitive near-singular-phase optical detection

We developed planar multilayered photonic-plasmonic structures, which support topologically protected optical states on the interface between metal and dielectric materials, known as optical Tamm states. Coupling of incident light to the Tamm states can result in perfect absorption within one of several narrow frequency bands, which is accompanied by a singular behavior of the phase of electromagnetic field. In the case of near-perfect absorptance, very fast local variation of the phase can still be engineered. In this work, we theoretically and experimentally demonstrate how these drastic phase changes can improve sensitivity of optical sensors. A planar Tamm absorber was fabricated and used to demonstrate remote near-singular-phase temperature sensing with an over an order of magnitude improvement in sensor sensitivity and over two orders of magnitude improvement in the figure of merit over the standard approach of measuring shifts of resonant features in the reflectance spectra of the same absorber. Our experimentally demonstrated phase-to-amplitude detection sensitivity improvement nearly doubles that of state-of-the-art nano-patterned plasmonic singular-phase detectors, with further improvements possible via more precise fabrication. Tamm perfect absorbers form the basis for robust planar sensing platforms with tunable spectral characteristics, which do not rely on low-throughput nano-patterning techniques.Comment: 31 pages; 6 main text figures and 10 supplementary figure

Hyperspectral images neural network analysis of unstained micropreparations

The article presents the results of a study of hyperspectral imaging in microscopy to assess pathological changes in unstained medical micropreparations.Hyperspectral imaging was carried out using a system of synchronous shooting and movement of a movable table combined with a stepper motor. To improve the quality of theobtained images, software correction of the illumination of the spectral channels was used. The classification was carried out by a convolutional neural network. This method may be promising for assessing pathological changes in clinical practice. Experimental studies were carried out on histological preparations with different types of tissues without staining with contrasting medical dyes. To assess the reliability of the classification method, a comparison was made with thestandard method using staining of the studied samples

Получение производных замещенных фенолов с потенциальной антимикробной активностью

Objectives. With the growing resistance of pathogenic microorganisms to antibiotics, the development of new antimicrobial drugs offering specific mechanisms of action becomes an urgent task. Only few antimicrobials offer a broad spectrum of activity against gram-positive and gram-negative bacteria, molds, and yeasts. In this regard, the purpose of the work was to develop methods for synthesizing biologically active derivatives of alkyl-substituted phenols (reactions at the hydroxy group) to study their biological effect.Methods. The synthesis of imidazole acetates of substituted phenols was carried out in two stages. At the first stage, the chloroacetyl derivative of the selected compounds was obtained, to which imidazole was then added. O-acylation reactions at the first stage of the synthesis were carried out under varying conditions. The first version of the synthesis was carried out using chloroacetyl chloride as an acylating agent together with a high-boiling solvent. In the second variant, chloroacetic anhydride was used, along with an attempt to replace the solvent with a low-boiling one. A thymol methoxy derivative was additionally synthesized by a known method using methyl iodide and varying the reaction parameters.Results. The parameters of chloroacetylation and methoxylation of aromatic alcohols were optimized with rational selection of solvents and the ratio of reagents in the reactions. Synthesized thymol (2-isopropyl-5-methylphenol) and propofol (2,6-isopropylphenol) derivatives contained imidazole as an additional pharmacophore with affinity for microorganism cell membrane proteins. A thymol methoxy derivative comprising an aromatic ether exhibiting increased hydrophobicity was also obtained. The synthesized compounds were characterized by NMR spectroscopy.Conclusions. Chloroacetyl derivatives of aromatic alcohols can be effectively synthesized by cooling the reaction mixture using an excess quantity of an acylating agent and increasing the reaction time (compared to literature data). The yield of thymol chloroacetate was 75%, while that of propofol chloroacetate was 30%. This can be explained by the sterically hindered reaction of the propofol alcohol group, which has isopropyl substituents at the second and sixth positions of the benzene ring.Цели. В связи с растущей резистентностью патогенных микроорганизмов к антибиотикам актуальной задачей является разработка новых противомикробных препаратов с уникальным механизмом действия. Немногие антимикробные препараты обладают широким спектром действия на грамположительные и грамотрицательные бактерии, плесени и дрожжи. В связи с этим, цель нашей работы – разработать способы синтеза биологически активных производных алкил-замещенных фенолов (реакций по гидроксигруппе) для исследования их биологического действия.Методы. Синтез имидазолацетатов замещенных фенолов проводился в две стадии. На первой стадии было получено хлорацетильное производное выбранных соединений, к которому далее присоединялся имидазол. Реакции O-ацилирования на первой стадии синтеза проводились в различных условиях. Первый вариант синтеза проводили с использованием хлорацетилхлорида в качестве ацилирующего агента и высококипящего растворителя. Во втором варианте использовали хлоруксусный ангидрид, и была предпринята попытка заменить растворитель на низкокипящий. Также было синтезировано метоксипроизводное тимола по известной методике, с применением метилйодида и варьирования параметров реакции.Результаты. Проведена оптимизация параметров хлорацетилирования и метоксилирования ароматических спиртов. Осуществлен подбор растворителей и соотношения реагентов в реакциях. Были синтезированы производные тимола (2-изопропил-5-метилфенола) и пропофола (2,6-изопропилфенола), содержащие имидазол в качестве дополнительного фармакофора, имеющего сродство к белкам клеточных мембран микроорганизмов. Также было получено метоксипроизводное тимола – ароматический простой эфир с повышенной гидрофобностью. Синтезированные соединения были охарактеризованы методом ЯМР-спектроскопии.Выводы. Синтез хлорацетильных производных ароматических спиртов при охлаждении реакционной массы с использованием избытка ацилирующего агента и увеличением времени реакции (по сравнению с литературными данными) является более предпочтительным. Выход хлорацетета тимола составил 75%, хлорацетата пропофола – 30%, что можно объяснить стерически затрудненным реагированием спиртовой группы пропофола, имеющего изопропильные заместители по 2 и 6 положениям бензольного кольца

Topological Darkness of Tamm Plasmons for High-Sensitivity Singular-Phase Optical Detection

Multilayered photonic-plasmonic structures exhibit topologically protected zero reflection if they are designed to support Tamm plasmon modes. Sharp phase changes associated with the Tamm mode excitation dramatically improve sensitivity of detectors

Возможность использования индекса PCA3 без массажа предстательной железы в моче для диагностики рака предстательной железы

Background. Prostate cancer holds one of the leading positions among malignant neoplasms in men. One of the most well-studied tumor-specific maskers is the PCA3 score in urine obtained after prostate massage. However, the study of the PCA3 score without prostate massage can significantly simplify the preanalytical phase of the study and minimize discomfort for the patient.Objective. Investigation of the diagnostic significance of PCA3, determined in urine sediment without prostate massage and its comparison with the PCA3 score after prostate massage.Materials and methods. The study included 2 groups of patients. In the first group (n = 50), the PCA3 score was assessed without prostate massage, and in the second group (n = 15) PCA3 was assessed in urine obtained before and after massage.Results. The area under the ROC-curve (AUC) for the PCA3 score without prostate massage was 0.722 (95 % confidence interval 0.579—0.865; p = 0.008). Using the ROC analysis, the threshold value, sensitivity and specificity were determined: 25, 72.41 % (95 % confidence interval 54.28— 85.30 %) and 57.14 % (95 % confidence interval 36.55—75.53 %), respectively. The PCA3 score after massage was found to be more sensitive than without prostate massage. A small volume of material, less than 20 ml, significantly affects the sensitivity of PCA3 without massage.Conclusion. PCA3 without prostate massage may serve as an option to improve the early diagnosis of prostate cancer, but its advantage over PCA3 after prostate massage has not been shown.Введение. Рак предстательной железы занимает одну из лидирующих позиций среди злокачественных новообразований у мужчин. Одним из наиболее хорошо изученных опухолеспецифических маркеров является индекс PCA3 в моче, полученной после проведения массажа предстательной железы. Однако исследование индекса РСА3 без предварительного массажа предстательной железы может существенно упростить преаналитический этап исследования и минимизировать дискомфорт для пациента.Цель исследования — изучение диагностической значимости индекса РСА3, определяемого в осадке мочи без проведения массажа предстательной железы, и его сравнение с индексом PCA3 после массажа.Материалы и методы. В исследование включены 2 группы пациентов. В 1-й группе (n = 50) проводилась оценка индекса PCA3 без массажа предстательной железы, во 2-й группе (n = 15) — оценка индекса PCA3 в моче, полученной до и после массажа.Результаты. Площадь под ROC-кривой (AUC) для индекса PCA3 без массажа предстательной железы составила 0,722 (95 % доверительный интервал 0,579—0,865;p = 0,008). С помощью ROC-анализа были определены пороговое значение 25, чувствительность 72,41 % (95 % доверительный интервал 54,28—85,30 %) и специфичность 57,14 % (95 % доверительный интервал 36,55— 75,53 %). Индекс PCA3 после массажа оказался более чувствительным, чем без проведения массажа предстательной железы. Малый объем материала (<20 мл) значительно влияет на чувствительность индекса PCA3 без массажа.Заключение. Индекс PCA3 без массажа может служить опцией для улучшения ранней диагностики рака предстательной железы, однако не было показано его преимущества перед индексом PCA3 после массажа предстательной железы

Mechanism of Inhibition of Enveloped Virus Membrane Fusion by the Antiviral Drug Arbidol

The broad-spectrum antiviral arbidol (Arb) inhibits cell entry of enveloped viruses by blocking viral fusion with host cell membrane. To better understand Arb mechanism of action, we investigated its interactions with phospholipids and membrane peptides. We demonstrate that Arb associates with phospholipids in the micromolar range. NMR reveals that Arb interacts with the polar head-group of phospholipid at the membrane interface. Fluorescence studies of interactions between Arb and either tryptophan derivatives or membrane peptides reconstituted into liposomes show that Arb interacts with tryptophan in the micromolar range. Interestingly, apparent binding affinities between lipids and tryptophan residues are comparable with those of Arb IC50 of the hepatitis C virus (HCV) membrane fusion. Since tryptophan residues of membrane proteins are known to bind preferentially at the membrane interface, these data suggest that Arb could increase the strength of virus glycoprotein's interactions with the membrane, due to a dual binding mode involving aromatic residues and phospholipids. The resulting complexation would inhibit the expected viral glycoprotein conformational changes required during the fusion process. Our findings pave the way towards the design of new drugs exhibiting Arb-like interfacial membrane binding properties to inhibit early steps of virus entry, i.e., attractive targets to combat viral infection