|
|
Silové účinky laserových svazků na nesférické částice
Zemánek, Pavel ; Brzobohatý, Oto ; Arzola, A. V. ; Šiler, Martin ; Simpson, Stephen Hugh ; Chvátal, Lukáš ; Jákl, Petr
Silové účinky světla na částici jsou založeny na výměně hybnosti mezi fotony a částicí, která vede k tzv. optické síle působící na částici. V případě nesférických částic je tato interakce obohacena i o výměnu momentu hybnosti mezi světlem a částicí. Vzniká tak moment síly, který působí na nesférickou částici a natáčí ji v laserovém svazku. Orientace částice však zpětně silně ovlivňuje optické síly, které na částici působí, a následně případnou rovnovážnou polohu částice ve svazku. Chování nesférické částice je tak mnohem komplexnější, než v případě kulových částic a vede k velmi zajímavých efektům. Dosažené výsledky naznačují, že použití nesférických částic při jejich samouspořádávání světlem do opticky vázaných mikrostruktur, rozšiřují možnosti této metody, protože kromě statické mikrostruktury lze dosáhnout i struktur, které celé rotují nebo alespoň obsahují rotující komponenty.
|
|
|
Přechod šum - signál: zisk energie ze šumu studovaný pomocí optické pinzety
Šiler, Martin ; Filip, R. ; Jákl, Petr ; Brzobohatý, Oto ; Zemánek, Pavel
Nelineární jevy ve fyzikálních systémech, ve kterých dominuje šum, se vyskytují v mnoha různých oblastech a představují velice zajímavé téma. Jedná se například o chování qubitů v kvantových počítačích, průchod elektronu Josephsonovým přechodem v supravodivých systémech nebo (okrajově) chování finančních trhů. Tyto oblasti mají společné, že jsou popsány pomocí stochastických diferenciálních rovnic. Existující přístup k tomuto tématu se zabýval především určováním průměru, odchylek a dalších statistických parametrů. Nedávný rozvoj optické kontroly mechanických systémů otevřel nové možnosti studia mechanických efektů v termodynamice a statistické fyzice, stochastických systémech a kvantové mechanice. Unikátní je možnost sledovat chovaní jedné částice, několika částic až po komplexní mnohačásticové systémy. Můžeme očekávat, že se v blízké budoucnosti objeví nelineární stochastické efekty, které transformují šum v užitečné mechanické efekty. V tomto příspěvku se zabýváme chováním mikroskopické částice, která se pohybuje náhodným Brownovým pohybem, v kubickém potenciálu. Ten přestavuje nejjednodušší systém, ve kterém můžeme pozorovat výše zmíněné nelineární jevy. Zabýváme se především přechodem signál-šum. Tedy tím, jak se vyvíjí poloha částic v závislosti na jejich počátečním rozložení a na síle kubického potenciálu. Ukážeme, že v krátkém časovém úsek může dojít ke kompresi původního náhodného rozdělení částic a k rychlému posunu částic daným směrem.
|
|
| |
|
|
Kompaktní zařízení pro měření fluorescence optickým vláknem v mikrofluidních čipech
Ježek, Jan ; Pilát, Zdeněk ; Zemánek, Pavel
V našem příspěvku představujeme zařízení, které kombinuje fluorescenční spektroskopii s vláknovou optikou. Zařízení umožňuje vysokou rychlostí (v řádu kHz) detekovat fluorescenční signál přicházející ze zkoumaného vzorku, do kterého lze vložit optické vlákno, např. z mikrokapénky proudící v mikrofluidním čipu, z kapaliny tekoucí průhlednou kapilárou, apod. Zařízení využívá laserovou diodu na vlnové délce vhodné k excitaci fluorescence, sadu filtrů pro excitační a emisní vlnovou délku, optiku pro fokusaci laserového záření do optického vlákna a vysoce citlivou rychlou fotodiodu pro detekci fluorescence.
|
|
| |
|
|
SMV-2012-07: Optická pinzeta
Zemánek, Pavel ; Jákl, Petr ; Šerý, Mojmír
V ramci smluvniho vyzkumu bylo vyvinuto unikatni zarizeni holograficke opticke pinzety kombinovane s ramanovskym mikrospektrometrem. Dalsi soucasti dodavky byla kompaktni opticka pinzeta a opticky skalpel kombinovany s optickym mikroskopem. Zarizeni bylo dodano s uzivatelsky privetivym, na miru navrzenym programovym prostredim umoznujicim zcela vyuzit vsech moznosti vyse uvedenych zarizeni.
|
|
|
Od pouhého tlačení po třídění mikročástic a skládání mikrorobotků světlem
Zemánek, Pavel ; Arzola, Alejandro V. ; Brzobohatý, Oto ; Chvátal, Lukáš ; Jákl, Petr ; Kaňka, Jan ; Karásek, Vítězslav ; Šerý, Mojmír ; Šiler, Martin
Již Johannes Kepler při pozorování komet vyvodil, že světlo může působit pozorovatelnou silou na mikročástice. Dnes je toto tlačení objektů světlem využíváno jako levný zdroj pohonu pro sluneční plachetnice. V mikrosvětě je téměř třicet let je znám nástroj zvaný optická pinzeta, který k zachycení a přemístění mikroobjektů využívá silně fokusovaného laserového svazku. Nicméně přitahování objektů světlem směrem ke zdroji záření patřilo dlouhá léta do říše sci-literatury. V posledních letech byla publikována řada teoretickým návrhů, jak tohoto efektu docílit, pouze zlomek z nich byl však demonstrován experimentálně a dva z nich v naší laboratoři. Jedná se o tzv. světelné tažné svazky, které umožňují transport mikroobjektů proti směru proudu fotonů. Podařilo se nám ukázat, že experimentální sestava umožňuje rovněž velmi efektivně separovat desítky mikročástic pouhým ozářením suspenze laserem. Vzájemná interakce mezi více ozářenými částicemi vede k vytvoření vazby mezi nimi, která je zprostředkována rozptýlenými fotony. Tato optická vazba je velmi slabá, ale postačuje k samovolnému vytvoření mikrostruktur z jednotlivých původně volných mikročástic. Vytvořené mikrostruktury se ve světelném poli tažného svazku chovají zcela odlišně jednotlivé volné částice a mohou se i pohybovat opačným směrem. Osvícením suspenze částic vhodně rozloženým světelným polem je pak možné nejen samovolně sestavit mikrostruktury, ale též je cíleně dopravit na určité místo ozářené plochy – a to je již zárodek budoucích mikrorobotků sestavených a poháněných světlem.
|
|
|
Specific forms of users interaction with holographic optical tweezers controlled by leap motion
Keša, P. ; Tomori, Z. ; Kaňka, Jan ; Jákl, Petr ; Šerý, Mojmír ; Bernatová, Silvie ; Antalík, M. ; Zemánek, Pavel
Optical tweezers allows contactless three-dimensional manipulation with electrically neutral objects of sizes from tens of nanometers to tens of micrometers. Mouse or joystick are the traditional devices to control the positions of trapping beams in holographic optical tweezers that provide optical manipulation with microobjects. Our approach is based on a modern 3D depth sensors combined with gestures and speech recognition software. The human operator controls the position of one trapping beam by a traditional pointing device like mouse or joystick. However, manipulation with more objects needs control of corresponding number of independent trapping beams generated by a spatial light modulator. We upgraded own NUI software which processes signals from sensors and sends the control commands to holographic Raman tweezers which subsequently controls the positions of trapping microparticles and the acquisition system of Raman spectra.
|
|
|
Main Activites of the Institute of Scientific Instruments
Müllerová, Ilona ; Radlička, Tomáš ; Mika, Filip ; Krzyžánek, Vladislav ; Neděla, Vilém ; Sobota, Jaroslav ; Zobač, Martin ; Kolařík, Vladimír ; Starčuk jr., Zenon ; Srnka, Aleš ; Jurák, Pavel ; Zemánek, Pavel ; Číp, Ondřej ; Lazar, Josef ; Mrňa, Libor
Institute of Scientific Instruments (ISI) was established in 1957 to develop diverse instrumental equipment for other institutes of the Academy of Sciences. ISI has long experience in research and development of electron microscopes, nuclear magnetic resonance equipment, coherent optics and related techniques. Nowadays the effort concentrates on scientific research in the field of methodology of physical properties of matter, in particular in the field of electron optics, electron microscopy and spectroscopy, microscopy for biomedicine, environmental electron microscopy, thin layers, electron and laser beam welding, electron beam lithography using Gaussian and shaped electron beam, nuclear magnetic resonance and spectroscopy, cryogenics and superconductivity, measurement and processing of biosignals in medicine, non-invasive cardiology, applications of focused laser beam (optical tweezers, long-range optical delivery of micro- and nano-objects) and lasers for measurement and metrology. ISI works both independently and in cooperation with universities, other research and professional institutions and with private companies at national and international level.
|
|
|
Ramanova pinzeta pro třídění živých buněk
Pilát, Zdeněk ; Ježek, Jan ; Kaňka, Jan ; Šerý, Mojmír ; Jákl, Petr ; Zemánek, Pavel
Navrhli jsme a otestovali zařízení pro automatizovanou analýzu a třídění živých buněk fotoautotrofních mikroorganismů (řas) a jiných mikroobjektů kombinující laserovou pinzetu a ramanovský mikrospektrometr. Součásti tohoto systému jsou je i speciální mikrofluidní čip a řídicí software zajišťující analýzu obrazu a spekter v reálním čase. Účelem zařízení je nedestruktivní analýza živých buněk a jejich separace za účelem další kultivace. Analytickým nástrojem je zde Ramanova spektroskopie, která dovoluje náhled do chemického složení zkoumaných buněk.
|
host ::
RSS.