diplomová práce

Návrh fluorescenčního mikroskopu pro spektroskopii uhlíkových nanotrubiček

Text práce 5.84 MB

Autor práce: Ing. Ján Borovský

Ak. rok: 2013/2014

Vedoucí: Ing. Jan Novotný, Ph.D.

Oponent: Mgr. Karel Novotný, Ph.D.

Abstrakt:

Táto diplomová práca sa zaoberá návrhom, realizáciou a testovaním fluorescenčného mikroskopu určeného pre spektroskopiu uhlíkových nanotrubičiek. Stručne je diskutovaná teória fluorescencie vyplývajúca z fyziky pevných látok a atomárna štruktúra nanotrubičiek. Na základe z nich vyplývajúcich požiadaviek je popísaný koncept, optická schéma a výber prvkov pre fluorescenčný mikroskop. Práca sa venuje aj postupu prípravy vzorky a overeniu jej optickej aktivity. Testovanie dokázalo, že mikroskop je použiteľný na meranie fluorescencie v predpokladanom rozsahu vlnových dĺžok.

Klíčová slova:

uhlíkové nanotrubičky, charakteristická fluorescencia, mikroskop, blízka infračervená oblasť

Termín obhajoby

24.6.2014

Výsledek obhajoby

obhájeno (práce byla úspěšně obhájena)

znakmkaAznamka

Klasifikace

A

Jazyk práce

slovenština

Fakulta

Ústav

Studijní program

Aplikované vědy v inženýrství (M2A-P)

Studijní obor

Fyzikální inženýrství a nanotechnologie (M-FIN)

Složení komise

prof. RNDr. Tomáš Šikola, CSc. (předseda)
prof. RNDr. Miroslav Liška, DrSc. (místopředseda)
prof. RNDr. Bohumila Lencová, CSc. (člen)
prof. RNDr. Jiří Komrska, CSc. (člen)
prof. RNDr. Petr Dub, CSc. (člen)
prof. RNDr. Radim Chmelík, Ph.D. (člen)
prof. RNDr. Jiří Spousta, Ph.D. (člen)
prof. Ing. Ivan Křupka, Ph.D. (člen)
prof. RNDr. Pavel Zemánek, Ph.D. (člen)
RNDr. Antonín Fejfar, CSc. (člen)

Posudek vedoucího
Ing. Jan Novotný, Ph.D.

Autor práci o celkovém počtu 79 stran rozdělil do 5 kapitol, jimž předchází úvod a navazuje závěr, seznamy zkratek, obrázků a použité literatury. První dvě kapitoly představují teoretickou část práce. Zabývají se fyzikálními principy fluorescence a vysvětlují podstatu uhlíkových nanotrubiček a jejich fluorescenčních vlastností. V dalších kapitolách pak autor nejprve definuje požadavky na fluorescenční mikroskop a následně popisuje vlastní řešení zadané problematiky. Je zde rozebrán návrh mikroskopu z optického i konstrukčního hlediska a volba použitých komponent. Následuje kapitola popisující vzorky a jejich přípravu. Poslední kapitola je věnována testování mikroskopu. Takovéto členění práce považuji za logické a přehledné.

K obsahu jednotlivých částí nemám připomínek. Z teoretických kapitol je patrné, že autor se na tématiku dobře připravil a poznatky dokázal do textu vhodným způsobem promítnout. Míra zanoření do teorie dané problematiky je napříč podkapitolami vcelku vyvážená. Celkově je text čtivý, srozumitelný a jednotlivé části dobře navazují. Gramatické i syntaktické chyby jsem zaznamenal jen velmi sporadicky.

Během experimentálního řešení diplomové práce autor prokázal vysokou míru samostatnosti. Veškeré plánování a aktivity probíhaly zcela v jeho režii a velmi pružně reagoval na průběžné výsledky experimentů či objevené skutečnosti. Dokázal se vyrovnat se všemi aspekty řešené problematiky, počínaje testovacím měřením Ramanovou spektroskopií, dále optickým návrhem mikroskopu, volbou elektroniky detektoru, po samostatnou přípravu vzorků a realizaci fluorescenční spektroskopie.

Ačkoli ve stanoveném čase nebylo získáno fluorescenční spektrum samotných nanotrubiček, považuji hlavní cíle práce za splněné. Celkově bych činnost autora a úroveň jeho výstupu v podobě diplomové práce ohodnotil stupněm A.
Kritérium hodnocení Známka
Splnění požadavků a cílů zadání B
Postup a rozsah řešení, adekvátnost použitých metod A
Vlastní přínos a originalita A
Schopnost interpretovat dosažené vysledky a vyvozovat z nich závěry A
Využitelnost výsledků v praxi nebo teorii B
Logické uspořádání práce a formální náležitosti A
Grafická, stylistická úprava a pravopis A
Práce s literaturou včetně citací A
Samostatnost studenta při zpracování tématu A

Známka navržená vedoucím: A

Posudek oponenta
Mgr. Karel Novotný, Ph.D.

První část práce se podrobně avšak adekvátně k řešené problematice věnuje oblasti interakce elektromagnetického záření s pevnými látkami, elektronovým přechodům a s nimi spojené absorpci a luminiscenci. Kapitola je nicméně primárně zaměřená na fluorescenci – což je z hlediska cílů diplomové práce pochopitelné. Přesto bych zde uvítal také podrobnější zmínku k Ramanově rozptylu, neboť tato technika byla v experimentální časti využita u vzorků uhlíkových nanotrubiček k ověření jejich optické aktivity. Další kapitola je věnována uhlíkovým nanotrubičkám, metodám jejich syntézy, jejich výjimečným vlastnostem a struktuře. Předností této části je vysvětlení vztahu mezi elektronovou strukturou a optickými vlastnostmi u metalických a polovodičových typů uhlíkových nanotrubiček. První dvě kapitoly lze tedy považovat na teoretickou část práce (ačkoliv práce takto není rozdělena). Tato část je napsána přehledně a srozumitelně, přiměřeně k řešenému tématu. Objevuje se zde řada matematických vztahů a odvození, u kterých nejsou uvedeny zdroje. Je zde několik chybných odkazů na obrázky (str. 34). Odkazy na konci vět jsou někdy před tečkou, někdy za tečkou, někdy je dokonce tečka mezi nimi ! (str. 31).
V další části se autor věnuje návrhu fluorescenčního mikroskopu. Na základě poznatků z literatury předpokládá využití fluorescence uhlíkových nanotrubiček v blízké infračervené oblasti (NIR) při excitaci vzorku laserovým záření v ultrafialové (Nd:YAG laser pulzní, na 4. harmonické frekvenci) nebo viditelné oblasti (diodou čerpaný Nd:YAG laser na 2. harmonické frekvenci, diodový laser 635 nm). Pro sestavení zařízení bylo využito 30 mm klecového systému od firmy Thorlabs. Pro testování funkčnosti sestavy byl zvolen vzorek nanotrubiček od firmy NanoIntegris, Inc. připravené metodou rozkladu oxidu uhelnatého ve vysokotlakém reaktoru a s průměry v rozmezí 0,8 – 1,2 nm. Podrobnější charakterizace vzorku by byla namístě, i když je možné, že informace od výrobce nebyly dostupné. U spektrofotometrického měření absorbance není uveden typ přístroje, na kterém bylo absorpční spektrum naměřeno u mapování rozložení nanotrubiček pomocí Ramanovy spektrometrie není uvedeno prostorové rozlišení (velikost ozařované plochy).
Samotný popis konstrukce zařízení včetně testování funkčnosti je prezentován přehlednou a názornou formu s využitím řady obrázků a nákresů. Student v práci prokázal schopnost tvůrčího přístupu k řešení praktické problematiky s využitím informací z odborné literatury a projevil značnou invenci při návrhu a realizaci nového zařízení. Z práce je zřejmé, že musel prokázat nejen značnou experimentální zručnost ale také dobrou orientaci při výběru vhodných komponent i přes to, že zkonstruované zařízení nevykazuje doposud dostatečnou citlivost pro plánovanou aplikaci. Dá se předpokládat, že po dalším zdokonalení (především vybavení citlivějším detektorem) bude zařízení schopno sloužit požadovanému úkolu – fluorescenční detekci uhlíkových nanotrubiček. Drobnou výtkou této práce tedy snad může být pouze fakt, že student při konstrukci poněkud podcenil náročnost detekce slabých signálů fluorescence v NIR oblasti a použití fotodiody jako detektoru v takovém zařízení se jeví jako neadekvátní.
Kritérium hodnocení Známka
Splnění požadavků a cílů zadání B
Postup a rozsah řešení, adekvátnost použitých metod B
Vlastní přínos a originalita A
Schopnost interpretovat dosaž. vysledky a vyvozovat z nich závěry A
Využitelnost výsledků v praxi nebo teorii B
Logické uspořádání práce a formální náležitosti A
Grafická, stylistická úprava a pravopis A
Práce s literaturou včetně citací A

Známka navržená oponentem: A