Phi-X
EN

Nicel faz ve dijital holografik mikroskopi

Hücrelerin çoğu neredeyse saydamdır. Geleneksel bir mikroskopta görünür olmaları için boyalara ya da floresan işaretleyicilere ihtiyaç duyarlar; bu işaretleyiciler ise incelenen şeyi değiştirebilir ya da ona zarar verebilir. Bir hücreden geçen ışık pek sönümlenmez ama gecikir, çünkü hücrenin kırılma indisi çevresindeki ortamınkinden biraz yüksektir. Nicel faz görüntüleme bu gecikmeyi her pikselde ölçer.

Eksen dışı dijital holografide numuneden geçen ışık, eğik bir referans ışınıyla girişim yapar. Kamera, numunenin büktüğü düz saçakları kaydeder; bir Fourier filtresi ve ters dönüşüm bunları faz haritasına çevirir. Faz optik yol farkıyla orantılı olduğundan görüntü yalnızca bir resim değil, bir ölçümdür: kalınlığı, kuru kütleyi ve bunların zaman içindeki değişimini verir.

Optiğin izin verdiğinden daha keskin

Holografi yalnızca şiddeti değil karmaşık alanın tamamını kaydettiği için alan, mikroskobun aktarım fonksiyonuyla ters evrişime (dekonvolüsyon) tabi tutulabilir. Bunun klasik Rayleigh sınırının altındaki yapıları çözdüğünü gösterdik; bu çalışma daha sonra üç boyutlu faz nanoskopisine ulaştı (bkz. holotomografi).

Mikroyerçekiminde hücreler

Dijital holografik mikroskopi hızlıdır ve tarama gerektirmez; bu da onu zorlu ortamlar için yeterince dayanıklı kılar. Benzetim mikroyerçekiminde ve parabolik uçuşlarda canlı hücrelerin biçimini izleyen sistemler kurduk.

Her laboratuvar için faz görüntüleme

Holografi genellikle özel bir interferometre gerektirir. Standart bir mikroskobun görüntüleme yoluna yerleştirilen bir kama prizma, ışının bir kısmını eğik bir referansa çevirerek sıradan bir cihazı nicel faz mikroskobuna dönüştürür. Yöntemi ayrıca tüm doku kesitlerinin etiketsiz görüntülenmesi için makro ölçeğe ve hücrelerin bir yüzeyle buluştuğu bölgeyi görüntülemek için tam iç yansıma holografisine taşıdık.

Deneyin: şiddet ve karmaşık alan

Sıradan bir kamera yalnızca ışığı soğuranı görür. Holografi genliği ve fazı kaydeder; faz, saydam hücrelerin kalınlığına, mikro-optiklerin biçimine ya da yansıtıcı bir yüzeyin yüksekliğine dönüşür.

Numune
  1. 1

    Şiddet görüntüsü

    Sıradan bir kameranın koherent olmayan ışıkla kaydettiği şey: yalnızca şiddet. Saydam yapılar neredeyse görünmez.

  2. 2

    Genlik

    Karmaşık alanın ilk yarısı. Numunenin ışığı soğurduğu ya da daha az yansıttığı yerlerde düşer.

  3. 3

    Faz

    İkinci yarı: numunenin ışığı ne kadar geciktirdiği. Profil çizgisini taşımak için tıklayın.

  1. 4

    3B kalınlık ya da yükseklik

    Döndürmek için sürükleyin. Geçirgenlik: t = φ λ / (2π Δn). Yansıma: h = φ λ / 4π.

  2. 5

    Çizgi profili

    Düz çizgi: fazdan ölçülen. Kesikli: gerçek numune.

Benzetim yükleniyor…

Mikroskoplar nasıl kurulur

Tipik holografik mikroskoplar, animasyonlu olarak: geçirgenlikte Mach–Zehnder interferometresi, yansımada Michelson, merceksiz eksen içi düzenek ve taramalı holotomografi.

Düzenek
  1. 1

    Işığı izleyin

    LazerIşın bölücüAynaNumuneObjektifTüp merceğiReferans kolu, ışın genişleticiNesne koluEğik aynaKamera

    Şematik, ölçekli değil. Işık ışınlar boyunca akar; nesne kolu vurgu rengiyle gösterilir.

  2. 2

    Kamerada

    Bu düzeneğin kaydettiği hologram. Sonraki sekmeler nasıl rekonstrükte edileceğini gösterir.

Şema yükleniyor…

Deneyin: eksen dışı holografi

Aşağıdaki demo, laboratuvarda kullandığımız rekonstrüksiyon adımlarını sayısal yeniden odaklama ve aberasyon düzeltme dahil olmak üzere benzetim bir hologram üzerinde çalıştırır.

Numune
  1. 1

    Hologramı kaydet

    Nesne dalgası eğik bir referans ışınıyla girişim yapar. Numunenin fazı düz saçakları büker.

  2. 2

    Fourier uzayında filtrele

    Eğim, spektrumu sıfırıncı mertebe ve iki yan mertebeye ayırır. Daireyi sürükleyin ya da odaklayıp ok tuşlarını kullanın.

  3. 3

    Alanı oku

Sayısal odaklama ve aberasyon düzeltme

Benzetim yükleniyor…

Deneyin: eksen içi holografi

Ayrı bir referans ışını olmadığında düzenek merceksiz ve kompakt hâle gelir, ancak kamera fazı kaybeder ve ikiz görüntü ortaya çıkar. Fiziksel kısıtlarla yinelemeli faz geri kazanımı ikiz görüntüyü giderir.

  1. 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. 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…

Temel yayınlar

  1. Enhanced robustness digital holographic microscopy for demanding environment of space biology

    M. Fatih Toy, Stephane Richard, Jonas Kuhn, Alfredo Franco-Obregon, Marcel Egli, Christian Depeursinge

    Biomedical Optics Express, 3 (2), 2012Dergi makalesi

    DOIPDF
    Atıf
    @article{toy2012enhanced,
  title={Enhanced robustness digital holographic microscopy for demanding environment of space biology},
  author={Toy, M Fatih and Richard, St{\'e}phane and K{\"u}hn, Jonas and Franco-Obreg{\'o}n, Alfredo and Egli, Marcel and Depeursinge, Christian},
  journal={Biomedical optics express},
  volume={3},
  number={2},
  pages={313--326},
  year={2012},
  publisher={Optica Publishing Group}
}

  2. Wedge prism assisted quantitative phase imaging on standard microscopes

    M. Fatih Toy

    Optics Communications, 451, 2019Dergi makalesi

    DOIPDF
    Atıf
    @article{toy2019wedge,
  title={Wedge prism assisted quantitative phase imaging on standard microscopes},
  author={Toy, Muhammed Fatih},
  journal={Optics Communications},
  volume={451},
  pages={361--366},
  year={2019},
  publisher={Elsevier}
}

  3. Sub-Rayleigh resolution by phase imaging

    Yann Cotte, M. Fatih Toy, Etienne Shaffer, Nicolas Pavillon, Christian Depeursinge

    Optics Letters, 35 (13), 2010Dergi makalesi

    DOIPDF
    Atıf
    @article{cotte2010sub,
  title={Sub-Rayleigh resolution by phase imaging},
  author={Cotte, Yann and Toy, M Fatih and Shaffer, Etienne and Pavillon, Nicolas and Depeursinge, Christian},
  journal={Optics letters},
  volume={35},
  number={13},
  pages={2176--2178},
  year={2010},
  publisher={Optica Publishing Group}
}

  4. Digital holographic microscopy real-time monitoring of cytoarchitectural alterations during simulated microgravity

    Christophe Pache, Jonas Kuhn, Kriss Westphal, M. Fatih Toy, Jerome Parent, Oralea Buchi, Alfredo Franco-Obregon, Christian Depeursinge, Marcel Egli

    Journal of Biomedical Optics, 15 (2), 2010Dergi makalesi

    DOIPDF
    Atıf
    @article{pache2010digital,
  title={Digital holographic microscopy real-time monitoring of cytoarchitectural alterations during simulated microgravity},
  author={Pache, Christophe and K{\"u}hn, Jonas and Westphal, Kriss and Toy, M Fatih and Parent, J{\'e}r{\^o}me and B{\"u}chi, Oralea and Franco-Obregon, Alfredo and Depeursinge, Christian and Egli, Marcel},
  journal={Journal of biomedical optics},
  volume={15},
  number={2},
  pages={026021--026021},
  year={2010},
  publisher={Society of Photo-Optical Instrumentation Engineers}
}

  5. Accelerated autofocusing of off-axis holograms using critical sampling

    M. Fatih Toy, Jonas Kuhn, Stephane Richard, Jerome Parent, Marcel Egli, Christian Depeursinge

    Optics Letters, 37 (24), 2012Dergi makalesi

    DOIPDF
    Atıf
    @article{toy2012accelerated,
  title={Accelerated autofocusing of off-axis holograms using critical sampling},
  author={Toy, M Fatih and K{\"u}hn, Jonas and Richard, St{\'e}phane and Parent, J{\'e}r{\^o}me and Egli, Marcel and Depeursinge, Christian},
  journal={Optics letters},
  volume={37},
  number={24},
  pages={5094--5096},
  year={2012},
  publisher={Optica Publishing Group}
}

  6. Quantitative phase macroscopic system for label-free imaging of tissue sections

    M. Fatih Toy

    Electrica, 21 (1), 2021Dergi makalesi

    DOIPDF
    Atıf
    @article{toy2021quantitative,
  title={Quantitative phase macroscopic system for label-free imaging of tissue sections},
  author={Toy, Muhammed Fatih},
  journal={Electrica},
  year={2021},
  publisher={{\.I}stanbul University}
}

  7. Total internal reflection holographic microscopy for cellular imaging

    Tolga Gurcan, M. Fatih Toy

    In SPIE Photonics Europe 2022 Unconventional Optical Imaging III, Proc. SPIE 12136, 1213604, Strasbourg, 2022Konferans bildirisi

    DOIPDFLink
    Atıf
    @inproceedings{gurcan2022total,
  title={Total internal reflection holographic microscopy for cellular imaging},
  author={G{\"u}rcan, Tolga and Toy, Muhammed Faith},
  booktitle={Unconventional Optical Imaging III},
  volume={12136},
  pages={18--22},
  year={2022},
  organization={SPIE}
}