|
| |
|
|
Vývoj biofyzikální interpretace dat kvantitativního fázového zobrazování
Křížová, Aneta ; Jákl, Petr (oponent) ; Vomastek, Tomáš (oponent) ; Chmelík, Radim (vedoucí práce)
Doktorská práce se zabývá biofyzikální interpretací dat kvantitativního fázového zobrazování (QPI – quantitative phase imaging) získaného pomocí koherencí řízeného holografického mikroskopu (CCHM – coherence-controlled holographic microscope). V práci jsou nejprve popsány metody vyhodnocující informace z QPI jako analýza tvarových a dynamických cha-rakteristik segmentovaných objektů a také vyhodnocování samotné fázové informace. Dále je navržena metoda dynamických fázových diferencí (DPD – dynamic phase differences), která umožňuje detailněji sledovat přesuny hmoty uvnitř buněk. Všechny uvedené metody jsou pak využity v biologických aplikacích. V rozsáhlé studii různých typů buněčných smrtí jsou informace z QPI porovnány s daty z průtokové cytometrie a s výhodou je využita kombinace QPI a fluorescenční mikroskopie. Metoda DPD je pak využita při studiu přesunů hmoty uvnitř buňky při osmotických jevech. Zjednodušená metoda DPD je aplikována při výzkumu mechanizmu pohybu nádorových buněk v kolagenových gelech.
|
|
|
Koherencí řízený holografický mikroskop s digitální optikou
Vavřinová, Jana ; Jákl, Petr (oponent) ; Dostál, Zbyněk (vedoucí práce)
Technologie digitálního mikrozrcátkového systému (DMD, z anglického Digital Micromirror Device) byla vyvinuta zejména pro DLP (Digital Light Processing) projektory , které umožňují promítání obrazu. Po této velmi úspěšné aplikaci, díky komerční dostupnosti a nízké ceně DMD čipu, se naskytlo mnoho dalších možností. Mimo jiné je možné jej využít i v mikroskopii jako prostorový modulátor světla. Konkrétně v Koherencí řízeném holografickém mikroskopu (CCHM, Coherence-Controlled Holographic Microscope), který nachází uplatnění zejména pro zobrazování a měření dynamiky živých buněk. DMD čip, umístěný v osvětlovací části CCHM, umožní jeho širší využití. Mezi ně patří například experimenty s různými módy osvětlení a pro tomografické aplikace. V diplomové práci je pojednáno o optickém návrhu podoby optické cesty CCHM s DMD čipem. Je popsán výběr optických prvků pro CCHM, experimentální ověření zobrazovací soustavy a postup při návrhu osvětlovací soustavy mikroskopu. V závěru práce jsou provedeny analýzy čtyř návrhů pro osvětlovací část mikroskopu s DMD čipem v objektové větvi, které jsou mezi sebou porovnány.
|
|
|
Justážní kolimátor pro Fluorescenční holografický mikroskop
Hlaváčová, Kateřina ; Jákl, Petr (oponent) ; Dostál, Zbyněk (vedoucí práce)
Pro správné fungován Fluorescenčnho holografického mikroskopu je nutné jeho vhodné seřzen, tedy proveden justáže všech optických komponent, které jsou v něm usazeny. Nejen u tohoto mikroskopu, ale také u Koherenc řzeného holografického mikroskopu, je přesná justáž velice kritickou podmnkou správného zobrazován. Proto je potřeba pro tyto mikroskopy vytvořit justážn kolimátor, pomoc kterého je možno oba přstroje seřdit. V teoretické části práce je zmněna historie vzniku interferenčn a holografické mikroskopie, z jejichž principů flourescenčn holografická mikroskopie vycház. Také je zde sepsáno dosavadn poznán týkajc se kolimátorů využvaných pro vytyčován přmek a jejich využit v praxi. Součást práce je optický návrh kolimátoru, jeho konstrukčn návrh a realizace. Pro použván kolimátoru v praxi byl vytvořen software pro detekci černého záměrného křže. Ten pomáhá při vyhodnocen správnosti seřzen justovaného přstroje. Uvedeny jsou také popisy justáže vlastnho kolimátoru a Flourescenčnho holografického mikroskopu, které jsou nezbytné pro správnou manipulaci a pro využit navrhovaného kolimátoru.
|
|
|
Imaging via multimode optical fiber: recovery of a transmission matrix using internal references
Šiler, Martin ; Jákl, Petr ; Traegaardh, Johanna ; Ježek, Jan ; Uhlířová, Hana ; Tučková, Tereza ; Zemánek, Pavel ; Čižmár, Tomáš
Current research of life shows a great desire to study the mechanics of biological processes\ndirectly within the complexity of living organisms. However, majority of practical techniques\nused nowadays for tissue visualization can only reach depths of a few tens of micrometres as\nthe issue obscures deep imaging due to the random light scattering. Several imaging\ntechniques deal with this problems from different angels, such as optical coherence\ntomography, light sheet microscopy or structured light illumination A different and promising strategy to overcome the turbid nature of scattering tissues is to employ multimode optical fibers (MMF) as minimally invasive light guides or endoscopes to provide optical access inside. Although the theoretical description of light propagation through such fibers has been developed a long time ago it is frequently considered inadequate to describe real MMF. The inherent randomization of light propagating through MMFs is typically attributed to undetectable deviations from the ideal fiber structure. It is a commonly believed that this\nadditional chaos is unpredictable and that its influence grows with the length of the fiber.\nDespite this, light transport through MMFs remains deterministic and can be characterized by a transmission matrix (TM) which connects the intensity and phase patterns on the fiber input and output facets. Once the TM is known it can be used to create focus in any desired 3D\ncoordinates beyond the distal fiber facet, see figure 1, and perform e.g. fluorescence based\nlaser scanning microscopy or optical trapping.
|
|
|
Orbital motion from optical spin: the extraordinary momentum of circularly polarized light beams
Svak, Vojtěch ; Brzobohatý, Oto ; Šiler, Martin ; Jákl, Petr ; Zemánek, Pavel ; Simpson, Stephen Hugh
We provide a vivid demonstration of the mechanical effect of transverse spin momentum in an\noptical beam in free space. This component of the Poynting momentum was previously thought\nto be virtual, and unmeasurable. Here, its effect is revealed in the inertial motion of a probe\nparticle in a circularly polarized Gaussian trap, in vacuum. Transverse spin forces combine with\nthermal fluctuations to induce a striking range of non-equilibrium phenomena. With increasing\nbeam power we observe (i) growing departures from energy equipartition, (ii) the formation of\ncoherent, thermally excited orbits and, ultimately, (iii) the ejection of the particle from the trap.\nOur results complement and corroborate recent measurements of spin momentum in evanescent\nwaves, and extend them to a new geometry, in free space. In doing so, we exhibit fundamental,\ngeneric features of the mechanical interaction of circularly polarized light with matter. The work\nalso shows how observations of the under-damped motion of probe particles can provide detailed\ninformation about the nature and morphology of momentum flows in arbitrarily structured light\nfields as well as providing a test bed for elementary non-equilibrium statistical mechanics.
|
|
| |
|
| |
|
|
Automatizované procedury pro Koherencí řízený holografický mikroskop
Dostál, Zbyněk ; Štarha, Pavel (oponent) ; Jákl, Petr (oponent) ; Chmelík, Radim (vedoucí práce)
Koherencí řízený holografický mikroskop (CCHM) a Fluorescenční holografický mikroskop (FHM) byly vyvinuty zejména pro kvantitativní fázové zobrazování a měření dynamiky živých buněk, které obvykle bývá předmětem digitální holografické mikroskopie (DHM). CCHM a FHM v režimu nízké koherence rozšiřují možnosti digitální holografické mikroskopie pro studium živých buněk. Nicméně, výhoda plynoucí z využití nízké koherence je doprovázena zvýšenou citlivostí systému na přesnou justáž. Z tohoto důvodu je zavedení automatické justáže systému nevyhnutelné. V disertační práci je odvozena teorie řízení, je navržen a experimentálně ověřen automatizovaný systém justáže pro oba mikroskopy. Bylo zjištěno, že holografický signál je významnou veličinou pro provádění justážních postupů. Na tomto základě byly odvozeny původní procedury nastavení, které obsahují procesy pro počáteční a pokročilou justáž, jakož i pro dlouhodobé udržení mikroskopu v naladěném stavu. Automatizované procesy byly v obou mikroskopech implementovány pomocí původní sady robotických mechanismů. Všechny v práci popsané postupy byly experimentálně ověřeny na mikroskopech v laboratoři experimentální biofotoniky. Pro FHM byl navíc vyvinut ovládací software, který obsahuje potřebné automatizované procedury.
|
|
|
Correlation and Spiral Microscopy using a Spatial Light Modulation
Bouchal, Petr ; Čižmár,, Tomáš (oponent) ; Jákl, Petr (oponent) ; Petráček, Jiří (vedoucí práce)
The doctoral thesis presents a review of the main research results obtained in the course of doctoral studies. In the introductory part, the motivation and technical support for the planned research are discussed in connection with research activities of the group of Experimental Biophotonics at the Institute of Physical Engineering, Brno University of Technology. The scientific part of the doctoral thesis is divided into two main parts devoted to new imaging concepts and modifications of current experiments to extend their application potential. Achieved results support the research development in the areas of correlation and spiral microscopy, utilizing a spatial light modulation as a key experimental technique. Among the new imaging concepts, the correlation imaging is examined under conditions of partial spatial and temporal coherence of light. Subsequently, the principles of singular optics and nondiffracting propagation of light are advantageously implemented in correlation, holographic and optical microscopy, resulting in advanced imaging techniques and holographic reconstructions. Specifically, the vortex and nondiffracting beams and the self-imaging effects are successfully deployed using either optical or digital tools and gradually applied to 3D spiral imaging ensuring the edge contrast enhancement or axial localization of microobjects by the rotating point spread function. The results obtained by the theoretical analysis and the experimental testing of the proposed imaging modalities are also presented. In the technical part of the doctoral thesis, up-to-date imaging configurations aided by a spatial light modulator are optimized, allowing the wide-field correlation imaging and achromatic high-resolution imaging by a programmable diffractive lens. In the correlation imaging, the enhanced field of view is achieved by deploying a relay optical system in standard experiments, while achromatic correction of diffractive lenses is implemented by a specially designed refractive corrector. Using birefringence of liquid crystal molecules of light modulating devices, a new phase-shifting technique is proposed and tested in polarization adapted Mirau interferometer. Acquired experimental know-how is fully exploited in the design of multimodal microscope working with different imaging modes implemented using an add-on module connected to standard microscope.
|
host ::
RSS.