• JobChallenge 2017
  • Události
  • Sem patřím
  • Centrum sportovních aktivit VUT v Brně
  • Výzkumná centra

  • Pravděpodobně máte vypnutý JavaScript. Některé funkce portálu nebudou funkční.

Závěrečné práce


Detail závěrečné práce

Název: Optická pinzeta pro koherencí řízený holografický mikroskop
Typ: diplomová práce
Rok: 2012/2013
Student: Ing. Branislav Straka
Vedoucí: Ing. Zbyněk Dostál, Ph.D.
Oponent: Ing. Petr Jákl, Ph.D.
Fakulta: Fakulta strojního inženýrství
Ústav: ÚFI
Obor studia: Fyzikální inženýrství a nanotechnologie (M-FIN)
Jazyk: čeština
Stav: obhájeno (práce byla úspěšně obhájena)
Charakteristika problematiky úkolu:
Koherencí řízený holografický mikroskop se jeví jako vhodný nástroj pro pozorování živých buněk. V některých případech je nutné s pozorovanými objekty provádět mechanickou manipulaci. Vhodným řešením je doplnit koherencí řízený holografický mikroskop laserovým mikromanipulačním zařízením (optickou pinzetou).
Cíle, kterých má být dosaženo:
Optický a mechanický návrh sestavy optické pinzety pro vyvíjený holografický mikroskop. Sestava musí být navrhnuta jako přídavný modul pro mikroskop, který lze dle potřeby odpojovat od mikroskopu. Cílem práce je také výroba a experimentální ověření modulu.
Klíčová slova:
Optická pinzeta, mikomanipulačné techniky, koherenciou riadený holografický mikroskop,
prúdový zdroj, návrh.
Abstrakt:
V diplomovej práci bol popísaný a vysvetlený princíp fungovania koherenciou riadeného
holografického mikroskopu druhej generácie (CCHM2) skonštruovaného na VUT v Brne.
Taktiež bol uvedený teoretický popis fungovania optickej pasce spolu s výpočtom síl
v nej pôsobiacich, spôsoby merania tuhosti optickej pasce a princíp vytvorenia časovo
zdielaných optických pascí. Bola navrhnutá optická pinzeta tvoriaca samostatný modul
pripojiteľný k CCHM2. Bola vytvorená simulácia a optimalizácia parametrov optického systému,
mechanický návrh, výrobná dokumentácia, justážny postup a prúdový zdroj na napájanie laserovej
diódy umožňujúci kontrolovanie výstupného výkonu, ktorý je možné ovládať, rovnako ako uhol
natočenia GO, riadiacou kartou pripojenou k PC. Navrhnutá a vyrobená optická pinzeta bola
otestovaná v spojení s CCHM2.
Literatura:
[1] BORN, M.; Wolf, E.: Principles of Optics, 7th Exp.Ed. Cambridge Univ. Press, Cambridge 2002.
[2] KOLMAN, P.; CHMELÍK, R.: Coherence-controlled holographic microscope, OPTICS EXPRESS, Vol.18, (2010), No.21, pp.21990-22003.
[3] NEUMAN, Keir C.; BLOCK, Steven M.: Optical trapping, REVIEW OF SCIENTIFIC INSTRUMENTS, Vol.75, (2004), No.9, s. 2787-2809.
Důvod utajení:
Není specifikováno.

Soubor vložený studentem Velikost Veřejná verze
Hlavní dokument [.pdf] 11.96 MB ano

Hodnocení vedoucího - Ing. Zbyněk Dostál, Ph.D.:
Po obsahové a grafické stránce je práce zdařilá. Diplomant využil své bohaté znalosti práce s počítačovým programem Zemax, ve kterém vytvořil na základě jím odvozených teoretických vztahů model optické pinzety, který lze modulárně připojit ke koherenci řízenému holografickému mikroskopu. Trasováním paprsků optickou soustavou a vhodnou volbou optických elementů stanovil rozměrové charakteristiky modulu s ohledem na požadavky vytvoření časově sdílené optické pasti. V rámci zadání vytvořil v programu SolidWorks třírozměrný model modulu a jeho výrobní dokumentaci, podle níž byl modul vyroben, dle navrženého justážního postupu seřízen a otestován, včetně navrženého napájecího zdroje pro laserovou diodu s možností řídit její světelný výkon. Konstatuji, že diplomant přistupoval k řešení práce odpovědně a systematicky a cíle diplomové práce splnil v plném rozsahu. Branislav Straka prokázal schopnost vhodně interpretovat teorii tvorby časově sdílené optické pasti a vyvodit z ní praktické závěry pro konstrukci inženýrského díla. Jako vedoucí práce hodnotím diplomovou práci známkou výborně/A.

výsledná známka: A

Kritérium hodnocení Známka
Splnění požadavků a cílů zadání A
Postup a rozsah řešení, adekvátnost použitých metod A
Vlastní přínos a originalita B
Schopnost interpretovat dosažené vysledky a vyvozovat z nich závěry A
Využitelnost výsledků v praxi nebo teorii B
Logické uspořádání práce a formální náležitosti B
Grafická, stylistická úprava a pravopis A
Práce s literaturou včetně citací A
Samostatnost studenta při zpracování tématu A

Hodnocení oponenta - Ing. Petr Jákl, Ph.D.:
Diplomová práce pana Branislava Straky se věnuje konstrukci modulu optické pinzety, který je možné začlenit do optické sestavy koherencí řízeného digitálního holografického mikroskopu. Dílo je členěno do šesti kapitol, které jsou přehledně dělené na menší logické celky. V krátkém úvodu je srozumitelně podána motivace práce a přínos modulu optické pinzety jako volitelného rozšíření mikroskopu. V druhé kapitole diplomant stručně uvedl experimentální sestavu digitálního holografického mikroskopu včetně příkladu rekonstrukce trojrozměrného objektu. Třetí kapitola se věnuje optickým mikromanipulacím, jejich historickému vývoji a rozboru optických sil z teoretického i z experimentálního hlediska. Pozornost je věnována rovněž simultánnímu chytání více mikroobjektů, přičemž důraz je kladen na metodu časově sdílených optických pastí. Hlavní částí diplomové práce je kapitola 4, která se věnuje návrhu modulu laserové pinzety. Kapitola obsahuje schéma navrhované optické soustavy včetně počítačového modelu chodu paprsků soustavou, mechanický návrh modulu optické pinzety, návrh napájení zdroje laserového záření a postup nastavení modulu začleněného do aparatury digitálního holografického mikroskopu. V kapitole 5 se nachází testování optického modulu a jeho parametrů. Poslední kapitola shrnuje výsledky práce a definuje směr dalšího vývoje modulu optické pinzety. Diplomová práce obsahuje dvě přílohy – výkresovou dokumentaci sestavy i jednotlivých komponent mechanického návrhu a kompaktní disk s elektronickou podobou diplomové práce, výkresové dokumentace a modelu optické soustavy.
    Grafická podoba diplomové práce je na vysoké úrovni, schémata i grafy jsou kvalitní a dobře ilustrují řešení problému. Text práce je srozumitelný a počet překlepů a nejasností je minimální (např. v anglickém abstraktu je používáno „tweezer“ namísto „tweezers“, zkratka OPD je použitá na straně 15 a vysvětlená na straně 16, v obrázku 2.1 je použit symbol „G“ a v textu „DG“ a na straně 37 je poznámka „pps“ umístěna v textu odstavce místo pod čarou). Výkresová dokumentace je na dobré úrovni.
    Logické uspořádání práce je dobré. Možná je přílišná pozornost věnována teoretickému obecnému vyjádření optických sil v kapitole 3.2.3., zatímco v přehledu experimentálního měření sil chybí nejčastěji používaná metoda vycházející z frekvenční analýzy pohybu vázané částice (kapitola 3.2.4.), pro konstrukčně-experimentální práci by to bylo případnější.
    Mechanická konstrukce je velmi dobrá – je možné justovat jak divergenci laserového svazku, tak polohu konjugované roviny mezi galvano-optickými skenery. Rovněž elektronická část modulu je zdařilá – výkon diody, její chlazení i poloha zrcadel je řízená počítačem pomocí ADDA karty.
    V závěrečné experimentální části diplomant otestoval rychlost zrcadel a ověřil, že je postačující pro vytvoření časově sdílených pastí. Jedinou větší výtku v rámci celé diplomové práce bych měl k experimentálnímu ověření optické pinzety. Diplomantovi se nezdařilo zachytit žádné mikroobjekty (živé či neživé) do optické pasti, a to ani ve 2D režimu, kdy je objekt přitlačen k podložnímu sklíčku radiačním tlakem a gradientními silami je fixován v laterální rovině.
    Diplomant nastudoval česky i anglicky psané publikace týkající se problému a citacemi pokryl zdroje, ze kterých vychází.

výsledná známka: B

Kritérium hodnocení Známka
Splnění požadavků a cílů zadání C
Postup a rozsah řešení, adekvátnost použitých metod B
Vlastní přínos a originalita B
Schopnost interpretovat dosaž. vysledky a vyvozovat z nich závěry B
Využitelnost výsledků v praxi nebo teorii A
Logické uspořádání práce a formální náležitosti B
Grafická, stylistická úprava a pravopis A
Práce s literaturou včetně citací A

Tip: zkrácený odkaz na závěrečnou práci je také: https://www.vutbr.cz/studium/zaverecne-prace?zp_id=65187

Zpět na seznam