Biophotonic applications of ultrafast fiber lasers: From biomaterial surface modification to sub-cellular nanosurgery
Ultrahızlı fiber lazerlerin biyofotonik uygulamaları: Biyomalzeme yüzey modifikasyonundan hücre-altı nanocerrahiye
- Tez No: 363021
- Danışmanlar: DOÇ. DR. FATİH ÖMER İLDAY
- Tez Türü: Doktora
- Konular: Biyoloji, Fizik ve Fizik Mühendisliği, Biology, Physics and Physics Engineering
- Anahtar Kelimeler: Belirtilmemiş.
- Yıl: 2014
- Dil: İngilizce
- Üniversite: İhsan Doğramacı Bilkent Üniversitesi
- Enstitü: Mühendislik ve Fen Bilimleri Enstitüsü
- Ana Bilim Dalı: Malzeme Bilimi ve Nanoteknoloji Ana Bilim Dalı
- Bilim Dalı: Belirtilmemiş.
- Sayfa Sayısı: 100
Özet
LASER olgusunun 1960'taki keşfinden sadece bir yıl sonra, derideki bazı anormal yapıların bu teknoloji kullanılarak yok edilebileceği gösterildi. Günümüzde lazerler, tıbbi uygulamalar anlamında çok geniş bir kullanım alanı bulmuşlardır. Buna ek olarak, 1980'lerde femtosaniye lazerlerin icat edilmesiyle birlikte lazerlerin daha birçok farklı alanda kullanılabileceği fark edilmiştir. Nitekim, ultrakısaatımlı lazerler, biyolojik ve biyomedikal araştırmalarda kendilerine hergeçen gün daha fazla uygulama alanı bulmaktadır. Tüm bunlara paralel olarak fiber lazerler, endüstriyel ve biyomedikal uygulamalardaki ihtiyaçlara son derece uygun oldukları için, bu alanlarda geniş çapta bir kullanım alanı bulmuştur. Tüm bunlar göz önüne alındığında, sunulan bu doktora tezinin hedefi; çeşitli tekrar sıklıklarına ve atım enerjilerine sahip olan, küçük hacimli, kullanımı basit ve düşük maliyetli ultrahızlı fiber lazerler geliştirmek ve bu sistemlerin farklı biyofotonik araştırma alanlarındaki uygulanabilirliklerini deneysel olarak göstermektir. Bu bağlamda, bu doktora tez araştırmasının bir bölümünde, farklı optik parametrelere sahip ultrahızlı fiber lazerler geliştirilmiş ve bu lazerler biyomalzeme yüzeylerini modifiye etmek üzere kullanılmıştır. Ayrıca, mikro ve nano ölçeklerde topografilere sahip farklı yüzeylerin yüksek hızda ve hassaslıkta üretilebildiği de tarafımzca gösterilmiştir. Farklı lazer parametreleriyle modifiye edilmiş farklı yüzey yapıları, topografik düzgünlük ve tekrarlanabilirlik açısından karşılaştırılmıştır. Buna ek olarak çeşitli topografik yapılar, hücrelerin metal implantlara tutunmasının etkinliği bakımından değerlendirilmiştir. Sunulan bu tezin ikinci kısmında ise, doku kesimlenmesi ve nanocerrahi deneylerinde kullanılmak üzere bütünleşik bir ultrahızlı fiber lazer-mikroskop sistemi geliştirilmiştir. Bu sistem kullanılarak doku seviyesinde ve hatta tek bir akson veya tek bir organel gibi hücre-altı seviyelerde, yüksek hassaslıkta kesimler yapılmştır. En son aşamada bu bütünleşik sistem, optik atımları istenilen her şekilde üretebilecek ve örneğe gönderebilecek şekilde geliştirilmiştir. Bu amaçla, akusto-optik modülatörler (AOM) kullanılmış ve bu AOM'ler yine kendi geliştirdiğimiz alan-programlı kapı dizileri (FPGA) ile kontrol edilmiştir.
Özet (Çeviri)
Just a year after the invention of the LASER in 1960, it was demonstratedthat lasers could be used for the treatment of certain skin abnormalities. At present, lasers are extensively used in a broad range of medical treatments. After the development of femtosecond pulse lasers in the 1980s, even more exciting possibilities in a diverse range of fields have been realized. Accordingly, ultrashort pulse lasers are widely used in biological applications in recent years. In parallel to these, fiber laser systems have increasingly been utilized in a wide range of scientific and biomedical applications, since they are highly compatible systems for being employed for industrial and biomedical applications. Consequently, the aim of this Ph.D. thesis proposal is to develop compact, simpler to operate, and cost-efficient ultrafast fiber lasers with different repetition rates and pulse energies. By using such systems, we demonstrate the biophotonic applications of these lasers on two different biological research fields. As a part of this thesis study, we develop ultrafast fiber lasers and apply them in biomaterial surface modification. We demonstrate that different surfaces with micro- and nano-scale topographies can be generated at high speed, precision and repeatability. The outcomes of biomaterial surface modification with different laser parameters are compared in terms of topographical uniformity and repeatability. Additionally, a variety of topographical modifications are assessed with respect to the efficiency on cell attachment and proliferation on metal implants. As the second part of this thesis, we develop a custom-built ultrafast fiberlaser-integrated microscope system for nanosurgery and tissue ablation experiments. Subsequently, we employ this system in order to make high-precision cutsonto different biological specimens ranging from the tissue level to sub-cellular level, such as a part of an axon or a single organelle. Finally, we improve this integrated system in a way that it becomes capable of generating optical pulses inany desired sequence possible. This is achieved by using acousto-optic modulators(AOM) and custom-developed field-programmable gate arrays (FPGA).
Benzer Tezler
- Development of nanostencil lithography and its applications for plasmonics and vibrational biospectroscopy
Nanoşablon litografisinin geliştirilmesi ve plazmonik yapılar ile titreşimli biospektroskopi uygulamaları
SERAP AKSU RAMAZANOĞLU
Doktora
İngilizce
2013
Fizik ve Fizik MühendisliğiBoston UniversityMalzeme Bilimi ve Nanomühendislik Ana Bilim Dalı
PROF. DR. HATİCE ALTUG
- Microcontroller based high power 809-nm diode laser design for biophotonics applications
Biyofotonik uygulamalara yönelik mikrodenetleyici tabanlı yüksek güçlü 809-nm diyot laser tasarımı
CEM GELDİ
Yüksek Lisans
İngilizce
2005
BiyomühendislikBoğaziçi ÜniversitesiElektrik ve Elektronik Mühendisliği Ana Bilim Dalı
YRD. DOÇ. DR. MURAT GÜLSOY
- Optical resonances of glass microspheres in amorphous and crystalline liquids
Cam mikroyuvarların amorf ve kristal sıvılar içinde optik çınlamaları
HASAN YILMAZ
Yüksek Lisans
İngilizce
2011
Bilim ve TeknolojiKoç ÜniversitesiMalzeme Bilimi ve Mühendisliği Ana Bilim Dalı
PROF. DR. ALİ SERPENGÜZEL
- Parçacık sürü optimizasyonu, hedef öncelikli algoritma ve derin öğrenme ile fotonik yapılarda tersine tasarım
Inverse design of photonic structures with particle swarm optimization, objective-first algorithm and deep learning
İPEK ANIL ATALAY
Yüksek Lisans
İngilizce
2021
Elektrik ve Elektronik MühendisliğiTOBB Ekonomi ve Teknoloji ÜniversitesiElektrik ve Elektronik Mühendisliği Ana Bilim Dalı
PROF. DR. HAMZA KURT
- İşitme duyusunun iç mekanda mekan bağlılığının artırılmasına yönelik kullanımı
Enhancing place attachment in interior spaces through utilization of the sense of hearing
FATMA SÜHENDAN EROĞLU
Yüksek Lisans
Türkçe
2018
Psikolojiİstanbul Teknik Üniversitesiİç Mimari Tasarım Ana Bilim Dalı
DOÇ. DR. DENİZ AYŞE KANOĞLU