2023

Browse

Now showing 1 - 5 of 13

In vivo aplikace holografické endoskopie
(Vysoké učení technické v Brně. CEITEC VUT, ) Chmelíková, Tereza; Uhlířová, Hana; Brzobohatý,, Oto; Bouchal, Petr
Pokrok v porozumění komplexním mozkovým funkcím závisí na schopnosti opticky dosáhnout jakékoli vybrané struktury a oblasti živého mozku se subbuněčným rozlišením při minimálním poškození tkáně. Zpřístupňování hlubších oblastí tkání rozptylujících světlo je v současnosti umožněno zejména vývojem optických endoskopických sond, například mikroendoskopy s gradientními čočkami (GRIN) a svazky optických vláken. Pokrok v metodách holografické modulace světla dosažený v poslední době přinesl jako další nadějný směr pro zobrazování s vysokým rozlišením hluboko ve tkáních použití vícevidových optických vláken (MMF) jako zobrazovacích prvků. Ve srovnání s endoskopy založenými na GRIN čočkách a svazcích optických vláken poskytují MMF nejvyšší poměr rozlišení obrazu ku tloušťce sondy a způsobují minimální poškození tkáně. Úvodní část práce poskytuje přehled o nejmodernějších technologiích hloubkového zobrazování mozku in vivo, vícevidové vláknové endoskopii a jejích principech s cílem představit související technologii. Hlavním technologickým zaměřením práce je použití digitálního mikrozrcátkového zařízení (DMD) k modulaci světla, šířící se MMF sondou. To umožňuje rychlé rastrování fluorescenčního vzorku v zobrazovací rovině za distální hranou vlákna. Byla sestrojena optická sestava využívající tohoto principu, bylo dosaženo vysoké stability a byly pečlivě vyhodnoceny zobrazovací vlastnosti. Ty byly demonstrovány na 2D a 3D fluorescenčních fantomových vzorcích. Dále jsme vyvinuli metodu zpracování obrazu, zlepšující jeho kvalitu a umožňující dosáhnout plného potenciálu difrakčně omezeného rozlišení. Použití algoritmů využívajících regularizované iterativní inverze, případně regularizované přímé pseudoinverze, zvyšuje kontrast a rozlišení obrazu. Další cestou k ex vivo a in vivo zobrazování bylo použití geneticky modifikované myši. Identifikovali jsme vhodné myší modely a ex vivo zobrazování mozku ukázalo, že snímky trpí silným fluorescenčním signálem pozadí z oblastí mimo ohniskovou rovinu. Proto se další práce zaměřila na vývoj technologie útlumu světla založené na konfokálním principu. Byla sestrojena optická sestava pro konfokální filtraci "dírkovou clonkou" s použitím speciální sondy složené z MMF s odstupňovaným indexem lomu spojeného s MMF se skokovým indexem, a druhého DMD. Během zobrazování byl fluorescenční signál shromážděný GRIN-SI-MMF sondou filtrován ve vzdáleném poli sondy, kde se pro každý skenovací ohniskový bod vytváří prstenec. Prstencovitý signál se pak oddělí pomocí masky na DMD2, čímž se také oddělí signál pocházející z ohniska od signálu vznikajícího mimo ohnisko. Na experimentech s použitím fantomového vzorku fluorescenčních mikrokuliček i fixované mozkové tkáně bylo prokázáno, že toto konfokální filtrování vede k zeslabení signálu pozadí, tedy signálu z mimoohniskových rovin, čímž se zvyšuje kontrast a rozlišení snímků. Tento princip konfokální filtrace v holografickém endoskopu byl rovněž demonstrován pomocí nové MMF sondy s bočním zobrazováním. Práce ukazuje jen kousek skládačky dlouhodobého komplexní vývoje optimálního nástroje pro hloubkové tkáňové zobrazování s vysokým rozlišením. Holografický endoskop využívající MMF byl zdokonalen tak, že může sloužit k rutinnímu několikahodinovému zobrazování biologických tkání s možností útlumu světla pocházejícího mimo ohniskovou rovinu. Endoskop byl testován při zobrazování fantomových vzorků i fixovaných plátků myšího mozku a in vivo cév až do hloubky 5 mm.
Umělé uspořádané soubory magnetických nanostruktur
(Vysoké učení technické v Brně. CEITEC VUT, ) Schánilec, Vojtěch; Šikola, Tomáš; Mougin, Alexandra; Carrey, Julian
Uměle vytvořená dvourozměrná pole interagujících nanomagnetů jsou mocným hřištěm pro zkoumání fyziky mřížkových spinových modelů. Tyto umělé spinové systémy byly navrženy tak, aby napodobovaly chování frustrovaných pyrochlorových krystalů. Zdokonalení nanofabrikačních technik nám umožňuje vyrobit jakýkoli požadovaný umělý systém v laboratorně kontrolovaném prostředí. Díky tomu lze vyrábět umělé simulátory hmoty a používat je k pokročilejšímu studiu požadovaných jevů. Výhodou použití nanomagnetických objektů jako stavebních kamenů umělých mřížek je, že malé magnetické struktury lze efektivně považovat za obří klasické Isingovy spiny. Proto transformují problém frustrovaných spinů v pyrochlorových krystalech do takových rozměrů, aby bylo možné systém studovat pomocí zobrazovacích technik reálného prostoru. Pomocí zobrazovacích technik, jako je mikroskopie magnetických sil, lze uspořádání každého Isingova makrospinu vizualizovat v reálném prostoru. To nám umožní podívat se nejen na globální vlastnost systému jako celku, ale také na to, jak jsou realizovány lokální interakce. Schopnost vyrobit umělé systémy zachycující požadovaný fyzikální jev a porovnat jej s~reálným přírodním protějškem ukazuje naše porozumění problému. Může také nabídnout chybějící část informací. Existují vlastnosti systémů, které nejsou zakódovány v teoretických Hamiltoniánech popisujících systémy, ale přesto jsou systému vlastní. Takové vlastnosti se zdánlivě objevují odnikud a díky umělým systémům a schopnosti tyto systémy vizualizovat můžeme takové vlastnosti analyzovat. Tato práce se zaměřuje na studium dvou typů systémů: kagome a čtvercových dipolárních spinových systémů. Oba tyto systémy jsou výsledkem projekcí trojrozměrných pyrochlorových krystalů do roviny. Oba navíc vykazují poměrně neobvyklé chování, které je třeba teprve změřit v reálném prostoru ve velkých měřítcích. Dipolární kagome spinový systém má nízkoenergetickou fázi zvanou \textit{spinová kapalina 2}. Spiny v této fázi jsou uspořádané a neuspořádané současně, což je jedinečná vlastnost systému, která nemá obdoby. Na druhé straně, čtvercový spinový systém je dokonalým hřištěm pro studium exotické fyziky spinových kapalin, Columbovy fáze a chování kvazičástic podobných magnetickým monopólům. Obvyklý přístup při výrobě umělých spinových systémů spočívá v jejich sestavení z jedno-doménových nanomagnetů, které interagují prostřednictvím dipolárních interakcí dlouhého dosahu. Systémy se proto snaží minimalizovat interakce mezi všemi páry Isingových makro-spinů. Ústřední myšlenkou této práce je však propojení všech nanomagnetů do jedné makromřížky, a tedy zavedení mikromagnetických efektů do systémů. Magnetizace se snaží uspokojit mikromagnetické energie v místě spojů. Proto účinně nahrazujeme spinový stupeň volnosti mikromagnetickým regulátorem, který lze použít k vyladění energie každého spoje zavedením speciálně navržených topologických defektů. Přestože oba systémy jsou předmětem zájmu výzkumníků již téměř dvacet let, věříme, že naše modifikace otevírají bránu ke zkoumání exotické fyziky, kterou je třeba teprve odhalit.
Příprava a charakterizace nanostrukturních III-V polovodičových materiálů
(Vysoké učení technické v Brně. CEITEC VUT, ) Maniš, Jaroslav; Šikola, Tomáš; Kostelník,, Petr; Hospodková,, Alice
Předkládaná dizertační práce se zabývá výrobou a analýzou gallium nitridových (GaN) nanostruktur ve třech odlišných formách. V prvním případě byl zkoumám trojdimenzionální GaN ve formě nanokrystalů rostených na grafenu. Nanokrystaly byly připraveny s využitím techniky droplet epitaxy, která mimo jiné umožňuje růst nanostruktur za nízké teploty substrátu (T = 200°C). Studium se zaměřovalo jak na charakterizaci kvality připravených nanokrystalů, tak na statistický popis růstu. V dalším kroku byly připravené struktury využity pro výrobu fotodektoru citlivého na ultrafialové světlo. Výroba fotodektoru a jeho úspěšné použití slouží jako základ pro navazující výzkum. Ve druhém případě byly studovány dvoudimenzionální GaN nanostruktury, které byly rovněž připraveny za nízké teploty křemíkového substrátu. Následná analýza se soustředila na popis krystalové struktury a prvkovou analýzu, neboť byly takovéto struktury pozorovány vůbec poprvé. Další rozvoj možností přípravy těchto nanostruktur je předmětem navazujícího výzkumu. Ve třetím případě byly zkoumány jednodimenzionální GaN nanodráty připravené na safírovém substrátu. Účelem tohoto projektu bylo získání datasetu pro ověření teoretického modelu, který popisuje růst horizontálních nanodrátů. Na základě sběru a analýzy dat se podařilo modelovat růstovou dynamiku GaN nanodrátů, která byly v souladu s teoretickým modelem.
Electrochemická syntéza, charakterizace a aplikace nových typů 1D oxidických struktur přechodných kovů
(Vysoké učení technické v Brně. CEITEC VUT, ) Alijani, Mahnaz; Macák, Jan; Prof. Lluis F. Marsal; Tsuchiya, Hiroaki
Tato disertační práce představuje komplexní výzkum růstu TiO2 nanotrubicových (TNT) vrstev s vysokým poměrem délka/šířka (HAR) a jejich využití v pokročilých světelně-sensorických aplikacích. Výzkumné výstupy dosažené během tohoto doktorského studia zahrnují sérii článků, které se zabývají výzkumem syntézy a charakterizace vrstev HAR TNT na jedné straně a hodnocení výkonu těchto vrstev v různých senzorických modalitách na straně druhé. Počáteční studie se zaměřuje na anodizaci Ti fólií za účelem získání vrstev HAR TNT pomocí speciálně formulované elektrolytu obsahujícího NH4F/H2O/ethylene glycol s přídavkem mléčné kyseliny (LA). Výsledky ukazují, že regulací stáří a složení elektrolytu a použitím dostatečně vysokých potenciálů lze dosáhnout vrstev HAR TNT s vysokým poměrem délka/šířka (přibližně 450) v pozoruhodně krátkých časech anodizace ( 15 minut) ve srovnání s literaturou dostupnou před zahájením této disertační práce. Tento přístup nabízí slibnou cestu k získání robustních vrstev TNT bez dielektrického průrazu, eliminující potřebu řízení dalších procesních parametrů, jako je ohřev nebo ochlazování elektrolytu. Na základě úspěšných výsledků byla v následující práci zkoumána galvanostatická anodizace pro získání vrstev HAR TNT v elektrolytu obsahujícím LA. Bylo zjištěno, že mléčná kyselina účinně předchází dielektrickému průrazu při použití vysokých proudových hustot. Tento nález poukazuje na potenciál galvanostatické anodizace pro výrobu vrstev HAR TNT v podstatně zkrácených časech anodizace při pokojové teplotě. Navazující výzkum v disertační práci se zabývá mikrovlnnou fotoelektrickou vodivostí TNT vrstev s různou tloušťkou (15, 50, 80 a 110 m) při frekvencích X-pásma (~8 GHz) pro aplikace v senzorice a bezdrátové vesmírné komunikaci. Integrace anatasových TNT vrstev s rovinným rezonátorem se rozděleným kroužkem (SRR) umožňuje hodnocení jejich mikrovlnné fotoelektrické vodivosti. Experimentální výsledky odhalily významné variace v rezonanční amplitudě a frekvenčních odezvách TNT vrstev, přičemž TNT vrstvy o tloušťce 80 m vykazovaly nejvyšší citlivost. Byly stanoveny korelace mezi účinností fotoelektrické vodivosti, velikostí krystalitů a tloušťkou vrstev TNT, což podporuje využití optimalizovaných vrstev TNT pro co nejlepší mikrovlnného snímání. Kromě toho práce zkoumá vrstvy TNT na SRR pro detekci viditelného světla. Depozicí CdS tenkých vrstev na TNT vrstvy pomocí technologie depozice atomárních vrstev (ALD) se TNT vrstvy stávají velmi citlivé ve viditelné oblasti spektra, což umožňuje efektivní detekci UV a viditelného světla a detekci světlem indukovaných změn dielektrických vlastností TNT vrstev. Experimentální výsledky souhlasí s teoretickými modely a zdůrazňují výjimečný potenciál senzorů založených na TNT při detekci nebezpečí, monitorování znečištění, analýze materiálů a světelné komunikaci mezi satelity. Celkově tato práce poskytuje komplexní porozumění o růstu HAR TNT vrstev a jejich schopnostem pro pokročilé senzorické aplikace. Získané poznatky z tohoto výzkumu přispějí k rozvoji senzorů založených na nanomateriálech a otevírají nové možnosti jejich využití v různých odvětvích a nových technologiích.
Stanovení mechanických vlastností tenkých filmů pomocí numerického modelování experimentálních testů
(Vysoké učení technické v Brně. CEITEC VUT, ) Tinoco Navarro, Hector Andres; Hutař, Pavel; Jančo,, Roland; Klusák,, Jan
Testování tenkých filmů pomocí "Bulge testu" je experimentální technika která zahrnuje použití numerických a analytických přístupů k charakterizaci mechanických vlastností tenkých vrstev. Tato práce se zabývá některými omezeními nalezenými v klasických modelech, které popisují chování tenkých vrstev podrobených tomuto testu. Za tímto účelem byly vyvinuty nové modely a numerické strategie pro stanovení různých mechanických vlastností jednovrstvých a dvouvrstvých tenkých vrstev za odlišných strukturních podmínek, jako je elasticita, plasticita a lom. Kombinací metody konečných prvků a klasických analytických řešení byly navrženy a ověřeny různé metodiky pro výpočet elastických vlastností (E a v), zbytkových napětí, meze kluzu a lomové houževnatosti. Mechanické vlastnosti filmů z nitridu křemíku, hliníku a zlata byly charakterizovány pomocí experimentálních dat o zatížení-průhybu získaných z měření. Stanovené vlastnosti vykazovaly uspokojivou shodu s což potvrdilo, že metody navržené v této práci mohou být užitečné pro odhad mechanických vlastností se známými materiálovými vlastnostmi tenkých vrstev.

Browse

Recent Submissions