Roberto Alfano

Robert Alfano es un físico experimental italoamericano. Es profesor distinguido de Ciencias e Ingeniería en el City College y la Escuela de Graduados de la City University de Nueva York , donde también es el director fundador del Instituto de Espectroscopia y Láseres Ultrarrápidos (1982). Es un pionero en los campos de la Imagen Biomédica y Espectroscopia , Láseres y Óptica Ultrarrápidos, Láseres Ajustables, Materiales y Dispositivos Semiconductores , Materiales Ópticos , Biofísica , Óptica No Lineal y Fotónica ; también ha trabajado extensamente en nanotecnología y retrodispersión coherente . Su descubrimiento del láser supercontinuo de luz blanca está en la raíz de la tomografía de coherencia óptica, que está rompiendo barreras en oftalmología , cardiología y detección de cáncer oral (ver "Mejor resolución con OCT multihaz", página 28) entre otras aplicaciones. Inició el campo conocido ahora como biopsia óptica.

Recientemente calculó que ha aportado 162 millones de dólares en financiación a la City University de Nueva York durante su carrera, con una media de 4,6 millones de dólares al año. Afirma que ha logrado esta hazaña "a base de trabajo"; ^{[ cita requerida ]} ha desarrollado el hábito de contactar agresivamente a los socios de financiación y conseguir que se interesen en su trabajo. Alfano ha hecho descubrimientos que han hecho avanzar la óptica biomédica, además de campos como las comunicaciones ópticas , la física del estado sólido y la metrología .

Las contribuciones de Alfano a la fotónica están documentadas en más de 700 artículos de investigación, 102 patentes, varios volúmenes editados y actas de congresos, y más de 10.000 citas. Tiene 45 patentes y ha publicado más de 230 artículos en el área de la óptica biomédica. Alfano ha formado y guiado a más de 52 candidatos a doctorado y 50 estudiantes de posdoctorado. Durante los últimos diez años, ha formado a muchos estudiantes de secundaria en fotónica práctica.

Alfano ha realizado numerosas contribuciones originales a la óptica biomédica para el uso de la luz para la detección y el diagnóstico no invasivos de enfermedades; en particular, cánceres y aterosclerosis. Su innovadora aplicación de técnicas de fluorescencia , excitación , Raman y espectroscopia de desplazamiento de Stokes para distinguir entre tejidos normales y cancerosos, así como tumores benignos y normales del cuerpo humano, fue la base para la creación del campo conocido como biopsia óptica .

Sus contribuciones a los fundamentos de la propagación de la luz en medios turbios condujeron al desarrollo de diferentes técnicas de selección de fotones para la clasificación de fotones portadores de imágenes con el fin de obtener imágenes directas de estructuras dentro de los tejidos biológicos. Ayudó a liderar el desarrollo de muchas de estas técnicas de clasificación de fotones; también lidera un importante esfuerzo dedicado al desarrollo de técnicas de reconstrucción de imágenes inversas tridimensionales utilizando una secuencia de imágenes bidimensionales resueltas en el tiempo para la mamografía óptica .

Alfano demostró la posible aplicación de la espectroscopia óptica en el diagnóstico de enfermedades, lo que abrió el campo de la biopsia óptica en 1984. De hecho, introdujo el término "biopsia óptica".

En 1981, Alfano utilizó la espectroscopia de fluorescencia y la cinética resuelta en el tiempo para detectar caries en dientes humanos. En 1984, fue el primero en detectar el cáncer utilizando la espectroscopia de fluorescencia nativa de tejido sin colorantes extrínsecos. En una serie de experimentos, su grupo demostró que estas técnicas espectroscópicas tienen el potencial de proporcionar la capacidad diagnóstica para distinguir entre tejidos normales y tumores, así como entre tumores malignos y benignos. Un gran avance fue su uso de luz azul y cercana al ultravioleta para la excitación de proteínas y aminoácidos en tejidos, y el reconocimiento de la relación de las intensidades de fluorescencia máximas emitidas por tejidos biológicos en dos longitudes de onda (como el pico de 340 nm asociado con triptófano y el pico de 440 nm asociado con NADH ) como parámetro para la identificación del tejido como normal o canceroso. Esta observación ha permitido la detección no invasiva del cáncer basada en la relación de fluorescencia y la obtención de un mapa de la relación de fluorescencia para identificar una región sospechosa de un órgano corporal como normal, precancerosa o cancerosa con una alta sensibilidad y especificidad de más del 90%. Su grupo de investigación fue el primero en utilizar la espectroscopia Raman , a partir de 1991, para diagnosticar cánceres en tejido mamario humano. Fue pionero en realizar técnicas de resolución temporal ultrarrápida en rangos de picosegundos para estudiar la dinámica de polarización de fluorescencia del tinte en tejido y/o medios de dispersión. Recientemente, demostró el uso de la espectroscopia de desplazamiento de Stokes como una forma eficiente de medir rápidamente las huellas espectrales de múltiples fluoróforos clave relacionados con la carcinogénesis en el tejido como mezclas complejas y destaca las diferencias entre los tejidos cancerosos y normales.

Una comprensión detallada de la propagación de la luz a través de medios turbios altamente dispersantes (que es lo que es el tejido biológico), es crucial para el desarrollo de técnicas de imágenes biomédicas ópticas. Alfano llevó a cabo investigaciones experimentales y teóricas concertadas para abordar el tema. El trabajo de su grupo condujo al desarrollo del concepto y la elucidación de las propiedades de los fotones balísticos , de serpiente y difusivos en función del tiempo de vuelo de los fotones dentro del medio. Introdujo los términos fotones balísticos y de serpiente, e identificó estos fotones como portadores de información para la formación de imágenes directas de shadowgram. La comprensión de las características de estos fotones condujo al desarrollo de varias técnicas de compuerta para clasificar los fotones portadores de imágenes para la formación de imágenes bidimensionales directas de inhomogeneidades en medios turbios en general, y muestras biomédicas en particular.

Además de sus contribuciones técnicas, Alfano ha fomentado el crecimiento del campo organizando reuniones y conferencias temáticas para OSA y SPIE , y más tarde copresidiendo muchas conferencias sobre imágenes ópticas con Britton Chance , mediante las cuales presentó a jóvenes científicos e ingenieros la óptica biomédica y atrajo a otros investigadores al campo.

Además de su puesto como profesor distinguido en el City College and Graduate School de Nueva York, Alfano ha ocupado o ocupa actualmente varios puestos de dirección:

• City College de Nueva York 2004 – Director del Centro de Emisores y Sensores Fotónicos a Nanoescala del Departamento de Defensa
• City College de Nueva York 2003–2007 Director del Centro de Detección Óptica e Imágenes de la NASA
• City College de Nueva York 2003–2006 Director del Centro de Tecnología Avanzada en Aplicaciones Fotónicas del Estado de Nueva York
• City College de Nueva York 1993–2003 Director del Centro de Tecnología Avanzada en Fotónica Ultrarrápida del Estado de Nueva York
• City College de Nueva York 1998–2002 Director del Centro de Imágenes Láser y Diagnóstico del Cáncer del DOE
• City College de Nueva York 1994–2002 Director del Programa IRA de la NASA sobre láseres de estado sólido sintonizables e imágenes ópticas
• City College of New York 1987-actualidad, Director del Laboratorio de Medifotónica
• City College de Nueva York 1985–2007 Director del Laboratorio de Aplicaciones Fotónicas
• City College de Nueva York 1982-actualidad, Director del Instituto de Espectroscopia Ultrarrápida y Láseres
• City College de Nueva York 1974–1981 Director del Laboratorio de Espectroscopia y Láser de Picosegundos

Alfano señala que asistió a la universidad principalmente porque su padre pensó que era importante (aunque sus padres no habían tenido esa ventaja). Alfano eligió la Universidad Fairleigh Dickinson porque estaba cerca de su casa de la infancia en Teaneck, Nueva Jersey , y comenzó su educación secundaria pensando que terminaría siendo ingeniero eléctrico como su tío. Pero en la Universidad Fairleigh Dickinson descubrió que podía desarrollar sus habilidades naturales, y su vida tomó una dirección diferente. Como tenía un don para las matemáticas, tomó todas las clases de matemáticas que pudo y encontró una manera de que contaran para sus requisitos de humanidades. Decidido a evitar los requisitos de laboratorio del plan de estudios de ingeniería eléctrica, cambió su especialidad a física, que exigía mucho menos. Le parece un poco "irónico" que odiara los requisitos de laboratorio para su título de física.

Alfano continuó sus estudios en la FDU para obtener su maestría. Después de graduarse, presentó una solicitud de empleo en General Telephone and Electronics (GTE) Laboratories, ahora Verizon (en ese momento el competidor que le pisaba los talones a Bell Telephone ), y recibió una carta de rechazo. Al mismo tiempo, envió una carta a Sylvania, una subsidiaria de General Telephone. El entrevistador quedó impresionado con el conocimiento de física de Alfano y llamó a la Dra. Esther Conwell, una conocida teórica del estado sólido en GTE, para que completara la entrevista. Conwell reconoció su comprensión de la mecánica cuántica y su sensibilidad para los conceptos de física. La empresa le ofreció un puesto; y más tarde terminó consiguiendo el trabajo para el que había sido rechazado, trabajando para Conwell.

En GTE, Alfano encontró un buen "hogar" para su propio trabajo y cierto apoyo profesional, que incluía a colegas importantes, como Stanley Shapiro, Joseph Birman y Alexander Lempicki. Al principio, mientras trabajaba en los tiempos de vida de los fonones ópticos, la base de su tesis doctoral, descubrió accidentalmente el láser supercontinuo de luz blanca. "Pensé que había algo mal en el experimento", dijo. "Durante tres meses trabajé para encontrar la fuente de mi error, porque lo que estaba viendo simplemente no parecía posible". Bromea diciendo que gastó mucha cinta adhesiva negra tratando de sellar el espectrógrafo que suponía que estaba perdiendo luz.

Alfano dejó GTE sólo porque la empresa se reorganizó y se trasladó, desmembrando su equipo. Estaba muy decepcionado porque cualquier posibilidad que él y Shapiro tenían de ganar un Premio Nobel se vio aplastada sin contemplaciones. Shapiro se mudó al oeste para unirse al Laboratorio Nacional de Los Álamos , y Alfano encontró su camino hacia la Universidad de la Ciudad de Nueva York, donde creó otra vía para contribuir al descubrimiento científico. Por sugerencia del entonces rector Harry Lustig, fundó y se convirtió en el director del Instituto de Espectroscopia Ultrarrápida y Láseres (IUSL). Desde su lanzamiento en 1983, el IUSL ha crecido hasta convertirse en un importante centro académico para la investigación en óptica biomédica.

Medalla de Oro SPIE , 2019 por "la aplicación y comprensión de fenómenos físicos de alta velocidad, incluido el desarrollo de nuevas tecnologías, así como nuevas aplicaciones de tecnologías existentes"

Premio Michael S. Feld de Biofotónica en 2016 "Por liderazgo y contribuciones pioneras en el campo de la biofotónica, que comprende el uso diverso de fluorescencia nativa sin etiquetas, espectroscopia Raman e imágenes ópticas para la detección de cáncer en tejidos y células. ^[2]

Premio Arthur Schawlow de la Sociedad Estadounidense de Física en 2013 para la ciencia del láser por sus contribuciones pioneras en el campo de la ciencia del láser ultrarrápido, incluido el descubrimiento de la generación de supercontinuos y nuevos materiales láser, así como el estudio de la propagación de pulsos en medios de fuerte dispersión

Premio OSA Charles Townes 2008 por sus contribuciones al descubrimiento y la investigación de la generación de supercontinuo y al desarrollo de láseres de estado sólido sintonizables basados ​​en cromo tetravalente, específicamente los láseres Forsterite, Emerald y CUNYITE (llamado así por la City University de Nueva York).

Premio Britton Chance de Óptica Biomédica en 2012, en honor a sus contribuciones pioneras a los métodos ópticos para la biología o la medicina.

Premio Coherent a la trayectoria en óptica biomédica en 2002

Miembro de la Sociedad Americana de Física (APS),

Miembro de la Sociedad Óptica (OSA),

Miembro de la Academia de Ciencias de Nueva York

Miembro del Instituto de Ingenieros Eléctricos y Electrónicos (IEEE)

Miembro de la Sociedad Internacional de Óptica y Fotónica ( SPIE ).

Tiene muchos más premios y honores que se encuentran enumerados en su impresionante currículum vitae en línea.

• Alfano, R. R (1989). La fuente láser supercontinua (PDF) .
• Alfano, Robert R (29 de octubre de 2010). La fuente láser supercontinua: fundamentos con referencias actualizadas. Springer. ISBN 9781441920324.
• Alfano, R. R (1982). Eventos biológicos investigados mediante espectroscopia láser ultrarrápida. Elsevier. ISBN 9780323149587.* Reyes, SM; Nolan, DA; Shi, L; Alfano, RR (2020). "Clases especiales de haces de vórtices vectoriales ópticos son fotones tipo Majorana". Optics Communications . 464 (1): 125425. Bibcode :2020OptCo.46425425R. doi : 10.1016/j.optcom.2020.125425 . S2CID  213970008.
• Alfano, R. R (1985). Semiconductores analizados mediante espectroscopia láser ultrarrápida. Elsevier. ISBN 9780323145466.
• Pu, Y; Wang, W. B; Yang, Y. L; Alfano, R. R (2012). "La espectroscopia de desplazamiento de Stokes destaca las diferencias entre los tejidos humanos cancerosos y normales". 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). "La luz arroja luz sobre el cáncer: cómo distinguir los tumores malignos de los tejidos y tumores benignos". Boletín de la Academia de Medicina de Nueva York . 67 (2): 143–150. PMC  1809828 . PMID  2049567.
• Pu, Y; Achilefu, S; Alfano, RR (2013). "Balizas inteligentes dirigidas a tumores cancerosos". BioOptics World . 6 (4): 28–33.
• Mamani, S; Nolan, DA; Shi, L; Alfano, RR (2020). "Clases especiales de haces de vórtices vectoriales ópticos son fotones tipo Majorana". Optics Communications . 464 (1): 125425. Bibcode :2020OptCo.46425425R. doi : 10.1016/j.optcom.2020.125425 . S2CID  213970008.

Alfano es de ascendencia italiana . Mientras estuvo en General Telephone , no le importó ser parte de la compañía "desvalida", compitiendo contra la líder. Ese tema ha sido una fuente de motivación que ha llevado consigo a lo largo de su vida. Alfano ha declarado que obtiene inspiración dondequiera que la encuentre, y que está feliz de ir "cara a cara" con las instituciones más prestigiosas del mundo. Ha convertido a City College y a IUSL en un competidor internacional, entre los mejores en investigación fotónica. Cuando se le pregunta qué lo motiva, Alfano dice: "Me gusta descubrir cosas nuevas, encontrar algo completamente inesperado... y me gusta ser el número uno".

• http://www1.ccny.cuny.edu/ci/iusl/upload/longcv_CURRENT-photo.pdf
• Vídeo de SPIE: Robert Alfano habla del supercontinuo: historia y aplicaciones futuras