Збірник наукових праць Наносистеми, наноматеріали, нанотехнології
Рік 2026 Том 24, Вип. 1
Завантажити повний текст статті (PDF) Відкритий доступ

Viktor BOROVSKYI and Mykola BOGOMOLOV

Національний технічний університет України «Київський політехнічний інститут імені Ігоря Сікорського», просп. Берестейський, 37, UA-03056 Київ, Україна

Laser Speckle Analysis of Blood Coagulation: Overview and Prospects for Use in Military Medicine

301–316 (2026)

Індекси PACS: 42.25.Dd, 42.30.Ms, 81.07.Bc, 83.80.Lz, 87.85.gf, 87.85.Pq, 87.85.Rs

Отримано 10 серпня 2025 р.; у переробленому вигляді 15 вересня 2025 р.

У статті йдеться про перспективну технологію оцінки системи згортання крові, — лазерну спекл-аналізу (LSA), — з акцентом на застосування оптичних наноструктурованих компонентів для підвищення якости діягностики. Проведено огляд фізичних основ методу, сучасних наукових досліджень і порівняння з традиційними високоеластичними гемостатичними системами TEG, ROTEM, ClotPro. Особливу увагу приділено ролі нанотехнологічних рішень (антивідблискувальних нанопокриттів типу ‘moth-eye’, плазмонних наночастинок Ag, Si і срібних наноплівок товщиною у 40–80 нм) у формуванні стабільного, висококонтрастного спекл-патерну. Описано механізми пониження вторинних відбивань, підвищення світлопропускання та посилення локального світлового сиґналу за рахунок ефектів локального та поверхневого плазмонних резонансів. Показано, що впровадження таких наноструктур у конфіґурацію LSA-сенсора може значно поліпшити співвідношення сиґнал/шум, підвищити просторову роздільчу здатність і точність оцінки мікродинаміки формених елементів крові. Підкреслено потенціял портативної реалізації LSA з нанопосиленими оптичними елементами для польової та військової медицини Role 2, Role 3, де можливості використання класичних коаґуляційних пристроїв є обмеженими. Запропонований підхід поєднує оптичну діягностику та методи нанотехнологій, що відкриває нові можливості для створення нового покоління мобільних біомедичних сенсорів. Ця робота підкреслює не лише технологічну новизну LSA, але й її безпосередню клінічну цінність для підвищення ефективности лікування в умовах екстреної та військової медицини.

КЛЮЧОВІ СЛОВА: лазерна спекл-аналіза, волоконно-оптичні світловоди, згортання крові, нанопокриття, оптична діягностика, військова медицина

Цитування:
Viktor Borovskyi and Mykola Bogomolov, Laser Speckle Analysis of Blood Coagulation: Overview and Prospects for Use in Military Medicine, Nanosistemi, Nanomateriali, Nanotehnologii, 24, No. 1: 301–316 (2026); https://doi.org/10.15407/nnn.24.01.0301
ПОСИЛАННЯ
  1. NATO Standardization Office, AMedP-8.5: Minimum Requirements for Medical Laboratory Support to Deployed Operations (STANAG 2571, Ed. A Ver. 2) (2020); https://www.coemed.org/files/stanags/03_AMEDP/AMedP-8.5_EDA_V2_E_2571.pdf
  2. W. Z. Martini, J. Trauma, 67, No. 1: 202 (2009); https://doi.org/10.1097/TA.0b013e3181a602a7
  3. D. R. Spahn, B. Bouillon, V. Cerny, T. J. Coats, J. Duranteau, E. Fernández-Mondéjar, D. Filipescu, B. J. Hunt, R. Komadina, G. Nardi, E. Neugebauer, Y. Ozier, L. Riddez, A. Schultz, J.-L. Vincent, and R. Rossaint, Crit. Care, 17, No. 2: R76 (2013); https://doi.org/10.1186/cc12685
  4. H. Schöchl, M. Maegele, C. Solomon, K. Görlinger, and W. Voelckel, Scand. J. Trauma Resusc. Emerg. Med., 20, No. 1: 15 (2012); https://doi.org/10.1186/1757-7241-20-15
  5. A. G. Burton and K. E. Jandrey, Vet. Clin. North Am. Small Anim. Pract., 50, No. 6: 1397 (2020); https://doi.org/10.1016/j.cvsm.2020.08.001
  6. R. Rossaint, B. Bouillon, V. Cerny, T. J. Coats, J. Duranteau, E. Fernández-Mondéjar, D. Filipescu, B. J. Hunt, R. Komadina, G. Nardi, E. A. M. Neugebauer, Y. Ozier, L. Riddez, A. Schultz, J.-L. Vincent, and D. R. Spahn, Crit. Care, 20: 100 (2016); https://doi.org/10.1186/s13054-016-1265-x
  7. L. Makyeyeva, O. Frolov, and O. Aliyeva, Innovative Biosystems and Bioengineering, 9, No. 1: 13 (2025); https://doi.org/10.20535/ibb.2025.9.1.310092
  8. A. Sokol, D. Grekov, G. Yemets, A. Galkin, N. Shchotkina, A. Dovghaliuk, O. Telehuzova, N. Rudenko, O. Romaniuk, and I. Yemets, Biopolym. Cell, 36: 392 (2020); http://dx.doi.org/10.7124/bc.000A3C
  9. S. O. Bychkov and O. O. Martyniv, The Journal of V. N. Karazin Kharkiv National University. Series Medicine, 33, No. 3 (54): 310 (2025); https://doi.org/10.26565/2313-6693-2025-54-01
  10. Klaus Görlinger, Antonio Pérez-Ferrer, Daniel Dirkmann, Fuat Saner, Marc Maegele, Ángel Augusto Pérez Calatayud, and Tae-Yop Kim, Korean J. Anesthesiol., 72, No. 4: 297 (2019); https://doi.org/10.4097/kja.19169
  11. P. Bodnar, A. Bedeniuk, T. Bodnar, L. Bodnar, and B. Verveha, Eastern Ukrainian Medical Journal, 13, No. 1: 14 (2025); https://doi.org/10.21272/eumj.2025;13(1):14-27
  12. O. Salekh, The Odessa Medical Journal, No. 2: 27 (2025); https://doi.org/10.32782/2226-2008-2025-2-4
  13. F. Hladkykh, The Odessa Medical Journal, 6: 45 (2024) (in Ukrainian); https://doi.org/10.32782/2226-2008-2024-6-8
  14. U. Haque, M. H. Bukhari, N. Fiedler, S. Wang, O. Korzh, J. Espinoza, M. Ahmad, I. Holovanova, T. Chumachenko, O. Marchak, D. Chumachenko, O. Ulvi, I. Sikder, H. Hubenko, and E. S. Barrett, JAMA Health Forum, 5, No. 5: e240901 (2024); https://doi.org/10.1001/jamahealthforum.2024.0901
  15. Z. Hajjarian and S. K. Nadkarni, J. Biomed. Opt., 25, No. 5: 1–19 (2020); https://doi.org/10.1117/1.JBO.25.5.050801
  16. M. F. Mahmood, Innov. Biosyst. Bioeng., 8, No. 2: 53 (2024); https://doi.org/10.20535/ibb.2024.8.2.298201
  17. G. N. Jackson, K. J. Ashpole, and S. M. Yentis, Anaesthesia, 64, No. 2: 212 (2009); https://doi.org/10.1111/j.1365-2044.2008.05752.x
  18. M. Maegele, R. Lefering, N. Yucel, T. Tjardes, D. Rixen, T. Paffrath, C. Simanski, E. Neugebauer, and B. Bouillon, Injury, 38, No. 3: 298 (2007); https://doi.org/10.1016/j.injury.2006.10.003
  19. K. Görlinger, D. Dirkmann, and A. A. Hanke, Curr. Opin. Anaesthesiol., 26, No. 2: 230 (2013); https://doi.org/10.1097/ACO.0b013e32835ddca6
  20. S. J. Wilson and M. C. Hutley, Optica Acta: International Journal of Optics, 29, No. 7: 993 (1982); https://doi.org/10.1080/713820946
  21. M. M. Tripathi, Z. Hajjarian, and S. K. Nadkarni, Biomed. Opt. Express, 5, No. 3: 817 (2014); https://doi.org/10.1364/BOE.5.000817
  22. A. Baykova, M. Bohomolov, S. Vovyanko, and V. Borovskyi, Biomed. Eng. Technol., 16: 31 (2024) (in Ukrainian); https://doi.org/10.20535/.2024.16.317945
  23. A. V. Saúde, F. S. De Menezes, P. L. S. Freitas, G. F. Rabelo, and R. A. Braga, J. Opt. Soc. Am. A, 29, No. 8: 1648 (2012); https://doi.org/10.1364/josaa.29.001648
  24. M. F. Bogomolov, V. V. Shlikov, and S. I. Vovyanko, Biomed. Eng. Technol., 6: 99 (2021) (in Ukrainian); https://doi.org/10.20535/2617-8974.2021.6.244563
  25. J. Liu, H. He, D. Xiao, S. Yin, W. Ji, S. Jiang, D. Luo, B. Wang, and Y. Liu, Materials, 11, No. 10: 1833 (2018); https://doi.org/10.3390/ma11101833
  26. J. Gong, Y. Zhang, H. Zhang, Qi Li, G. Ren, W. Lu, and Jing Wang, Micromachines, 22, No. 13: 4793 (2022); https://doi.org/10.3390/s22134793
  27. J. Hartmann, D. Hermelin, and J. H. Levy, Res. Pract. Thromb. Haemost., 7, No. 1: 100031 (2023); https://doi.org/10.1016/j.rpth.2022.100031
  28. S. Song, S. Choi, S. Ryu, S. Kim, T. Kim, J. Shin, H.-I. Jung, and C. Joo, Biosens. Bioelectron., 117: 385 (2018); https://doi.org/10.1016/j.bios.2018.06.024
  29. D. S. Kauvar and C. E. Wade, Crit. Care, 9, No. S5: S1 (2005); https://doi.org/10.1186/cc3779
  30. M. Draijer, E. Hondebrink, T. Leeuwen, and W. Steenbergen, Lasers Med. Sci., 24, No. 4: 639 (2008); https://doi.org/10.1007/s10103-008-0626-3
  31. G. Han, J. Lu, X. Dong, D. Li, J. Yuan, Q. Yang, H. Wang, R. Chen, Y. Wu, J. Wang, and X. Min, Infrared Phys. Technol., 142: 105512 (2024); https://doi.org/10.1016/j.infrared.2024.105512
  32. R. Gaiser, Best Pract. Res. Clin. Anaesthesiol., 26, No. 1: 69 (2012); https://doi.org/10.1016/j.bpa.2012.01.001
  33. A. Yu. Popov, N. A. Popova, A. V. Tyurin, and V. Grimblatov, Proceedings of SPIE (Conference on Mechanisms for Low-Light Therapy VIII), 8569: 85690C (2013); https://doi.org/10.1117/12.2002128
  34. A. Nadort, K. Kalkman, T. G. Van Leeuwen, and D. J. Faber, Sci. Rep., 6, No. 1: 25258 (2016); https://doi.org/10.1038/srep25258
  35. M. A. Toderi, B. D. Riquelme, and G. E. Galizzi, Opt. Eng., 61, No. 12: 124101 (2022); https://doi.org/10.1117/1.oe.61.12.124101
  36. L. Markwalder, R. Gush, F. Khan, C. E. Murdoch, and N. Krstajić, iScience, 27, No. 3: 109077 (2024); https://doi.org/10.1016/j.isci.2024.109077
  37. J. Liu, H. He, D. Xiao, S. Yin, W. Ji, S. Jiang, D. Luo, B. Wang, and Y. Liu, Materials, 11, No. 10: 1833 (2018); https://doi.org/10.3390/ma11101833
  38. J. Dybas, F. C. Alcicek, A. Wajda, M. Kaczmarska, A. Zimna, K. Bulat, A. Blat, T. Stepanenko, T. Mohaissen, E. Szczesny-Malysiak, D. Perez-Guaita, B. R. Wood, and K. M. Marzec, TrAC Trends Anal. Chem., 146: 116481 (2021); https://doi.org/10.1016/j.trac.2021.116481
  39. H. Ye, Y. Liu, L. Zhan, Y. Liu, and Z. Qin, Theranostics, 10: 4359 (2020); https://doi.org/10.7150/thno.44298
  40. J. W. Goodman, Speckle Phenomena in Optics: Theory and Applications (Bellingham, WA: SPIE Press: 2020); https://doi.org/10.1117/3.2548484
  41. K. V. Baryshnikova, M. I. Petrov, V. E. Babicheva, and P. A. Belov, arXiv:1508.06578 (2015); https://doi.org/10.48550/arXiv.1508.06578
  42. P. S. S. dos Santos, J. M. M. M. de Almeida, I. Pastoriza-Santos, and L. C. C. Coelho, Sensors, 21, No. 6: 2111 (2021); https://doi.org/10.3390/s21062111
  43. E. A. Savchenko and E. N. Velichko, Opt. Spectrosc., 128: 998 (2020); https://doi.org/10.1134/s0030400x2007019x
  44. D. Li, Y. Zhang, and B. Chen, J. Innov. Opt. Health Sci., 13, No. 2: 20500042 (2020); https://doi.org/10.1142/s1793545820500042
  45. S. J. Wilson and M. C. Hutley, Opt. Acta, 29: 993 (1982); https://doi.org/10.1080/713820946
  46. B. Lee, B. Park, D. Kim, C. Jung, J. H. Park, J.-H. Park, Y. E. Lee, M. G. Shin, M.-G. Kim, N. E. Yu, J. H. Kim, and K. Kim, Nat. Commun., 16: 3377 (2025); https://doi.org/10.1038/s41467-025-58663-z
  47. S. K. Gahlaut, A. Pathak, and B. D. Gupta, Biosensors, 12, No. 9: 713 (2022); https://doi.org/10.3390/bios12090713