İstanbul Medipol Üniversitesi’nde Phi-X: Bio-φhotonics and Xomputational Imaging Laboratory
Canlı hücreleri ışığı ne kadar yavaşlattıklarıyla görüntülüyoruz.
Mikroskoplarımız her pikselde optik faz gecikmesini ölçer. Saydam ve boyasız hücreler ile dokular; kalınlık, kırılma indisi ve çift kırılmanın nicel haritalarına dönüşür: 2B’de, 3B’de ve zaman içinde.
Görüntünün üzerinde sürükleyin. Sağda kameranın kaydettiği girişim deseni, solda bundan hesapladığımız faz haritası var. Benzetim hücreler, 632,8 nm aydınlatma.
Etiketsiz mikroskoplar ve onların arkasındaki hesaplamayı geliştiriyoruz: holografik cihazlar, rekonstrüksiyon algoritmaları ve işlemenin bir kısmını ışığın kendisinde yapan optik sistemler.
Saydam bir hücre ışığın parlaklığını pek değiştirmez ama onu geciktirir. Eksen dışı dijital holografik mikroskopi bu gecikmeyi girişim saçakları olarak kaydeder ve optik kalınlıktaki nanometre düzeyindeki değişimlere duyarlı bir faz haritasına çevirir.
Birçok aydınlatma açısından hologram kaydetmek, bir numunenin 3B kırılma indisini geri kazanmamızı sağlar: canlı nöronlardaki nano ölçekli yapılardan beyin dokusundaki miyeline kadar, hiçbir boya kullanmadan.
Kolajenden miyeline kadar birçok biyolojik yapı çift kırıcıdır. Polarizasyon holografik mikroskobumuz, bir numunenin tam Jones matrisini iki kamera pozundan geri kazanır ve gecikme ile hızlı eksen yönelimi haritalarını verir.
Görüntüleri sonradan bilgisayarda işlemek yerine işin bir kısmını optiğe bırakıyoruz. Uzaysal ışık modülatöründe gösterilen optimize edilmiş bir faz deseni, seçilen hedefleri doğrudan mikroskobun canlı görüntüsünde vurgular.
Nicel görüntülemeyi ihtiyaç duyulan yere yaklaştıran donanımlar tasarlıyoruz: inkübatöre entegre holografik görüntülemeden kompakt spektrometrelere ve mikroskop otomatik odaklamasına kadar.
Öğrettiğimiz sırayla beş benzetim: karmaşık alanın şiddet görüntüsünden neden üstün olduğu, holografik mikroskopların nasıl kurulduğu, sayısal yeniden odaklama ve aberasyon düzeltmeli eksen dışı holografi, eksen içi holografi ve ikiz görüntü, ve aydınlatma taramasından holotomografi.
Sıradan bir kamera şiddeti kaydeder; bu yüzden yalnızca ışığı soğuranı görür. Holografi karmaşık alanı kaydeder: soğurmayı anlatan genliği ve ışığın ne kadar geciktiğini anlatan fazı. Faz kalınlığa ya da yüksekliğe dönüşür; böylece saydam hücreleri görüntüler, mikro-optikleri ve yüzeyleri ölçer.
Numune
1
Şiddet görüntüsü
Sıradan bir kameranın koherent olmayan ışıkla kaydettiği şey: yalnızca şiddet. Saydam yapılar neredeyse görünmez.
2
Genlik
Karmaşık alanın ilk yarısı. Numunenin ışığı soğurduğu ya da daha az yansıttığı yerlerde düşer.
3
Faz
İkinci yarı: numunenin ışığı ne kadar geciktirdiği. Profil çizgisini taşımak için tıklayın.
4
3B kalınlık ya da yükseklik
Döndürmek için sürükleyin. Geçirgenlik: t = φ λ / (2π Δn). Yansıma: h = φ λ / 4π.
5
Çizgi profili
Düz çizgi: fazdan ölçülen. Kesikli: gerçek numune.
Benzetim yükleniyor…
Karmaşık alan nasıl kaydedilir? Tipik holografik mikroskoplar: geçirgenlik için Mach–Zehnder interferometresi, yansıma için Michelson, merceksiz eksen içi düzenek ve taramalı holotomografi.
Düzenek
1
Işığı izleyin
Şematik, ölçekli değil. Işık ışınlar boyunca akar; nesne kolu vurgu rengiyle gösterilir.
2
Kamerada
Bu düzeneğin kaydettiği hologram. Sonraki sekmeler nasıl rekonstrükte edileceğini gösterir.
Şema yükleniyor…
Eğik bir referans ışını, nesne dalgasını Fourier uzayında diğer her şeyden ayırır. Onu filtreleyin, ardından sayısal olarak yeniden odaklayın ve objektifin aberasyonlarını sonradan giderin.
Numune
1
Hologramı kaydet
Nesne dalgası eğik bir referans ışınıyla girişim yapar. Numunenin fazı düz saçakları büker.
2
Fourier uzayında filtrele
Eğim, spektrumu sıfırıncı mertebe ve iki yan mertebeye ayırır. Daireyi sürükleyin ya da odaklayıp ok tuşlarını kullanın.
3
Alanı oku
−ππ rad
Benzetim yükleniyor…
Gabor’un özgün, merceksiz holografisi. Basit ve kompakttır, ancak kamera fazı kaybeder ve kayıp faz ikiz görüntü olarak geri döner.
1
Eksen içi hologram kaydet
Ayrı bir referans ışını yok: nesnenin yanından geçen ışık, nesnenin saçtığı ışıkla girişim yapar ve kamera kırınım halkaları görür.
2
Nesneye geri yay
Kamera yalnızca şiddeti kaydettiği için rekonstrüksiyon ikiz görüntüyü de içerir: iki kat mesafe kadar odak dışı olan eşlenik dalga.
Benzetim yükleniyor…
Tek bir hologram, bir şeyin ışın boyunca ne kadar uzakta olduğunu söyleyemez. Aydınlatma açısını tarayıp hologramları Fourier uzayında birleştirmek üçüncü boyutu geri kazandırır.
1
Aydınlatmayı tara
Düzlem dalga dik gelişten başlayarak iki halka boyunca ilerler (aşağıdaki noktalar). Dalga cepheleri hücrenin ışığı yavaşlattığı yerlerde geride kalır. Döndürmek için sürükleyin, yakınlaştırmak için kaydırın.
2
Fourier uzayını doldur
Her hologram, −kin kadar kaydırılmış Ewald küresinden bir kapak verir (beyaz). Üst üste binen kapaklar daha parlak görünür.
3
Rekonstrükte et
Doldurulan hacmin 3B ters Fourier dönüşümü. Yüzeyler: hücre sınırı, yoğun damlacıklar ve çekirdek. Kesitler: x–z ve x–y dilimleri.
3B görünüm yükleniyor…
1
Aydınlatmayı tara
Çekirdeği ve lipit damlacıkları olan benzetim bir hücre. Düzlem dalga dik gelişten başlayarak iki halka boyunca ilerler (aşağıdaki noktalar). Döndürmek için sürükleyin.
2
Fourier uzayını doldur
Her hologram, −kin kadar kaydırılmış Ewald küresinden bir kapak verir; geçerli kapak beyazdır. Döndürmek için sürükleyin.
3
Rekonstrükte et
Doldurulan hacmin 3B ters Fourier dönüşümü kırılma indisini verir. Üstte gerçek hücre, altta rekonstrüksiyon. x–z kesitinde iki damlacığın ayrılmasını izleyin.
Benzetim yükleniyor…
Son yayınlar
Laboratuvarın en son dergi makaleleri. Laboratuvar üyelerinin adlarının altı çizilidir.
@article{oguz2026label,
title={Label-free holotomographic imaging of brain myelin},
author={Oguz, Tuba and Ayd{\i}n, Mehmet {\c{S}}erif and Kerman, Bilal Ersen and Toy, M Fatih},
journal={Scientific Reports},
year={2026},
publisher={Nature Publishing Group UK London}
}
@article{hussein2026dual,
title={Dual-shot polarization digital holographic microscopy with phase bias equalization for full-field Jones matrix imaging},
author={Hussein, Mohammad MTR and Toy, M Fatih},
journal={Biomedical Optics Express},
volume={17},
number={4},
pages={1877--1896},
year={2026},
publisher={Optica Publishing Group}
}
Biyomedikal mühendisliği, elektrik mühendisliği, fizik ve bilgisayar biliminden doktora ve yüksek lisans öğrencileri alıyoruz. Masada optik düzenekler kuracak ve bunların verisini ölçümlere dönüştüren kodu yazacaksınız.
