Photoacoustic signal detection via atomic force microscopy cantilevers
Atomik kuvvet mikroskobu manivelaları ile fotoakustik sinyal ölçümü
- Tez No: 527584
- Danışmanlar: PROF. DR. MEHMET BURÇİN ÜNLÜ
- Tez Türü: Doktora
- Konular: Fizik ve Fizik Mühendisliği, Physics and Physics Engineering
- Anahtar Kelimeler: Belirtilmemiş.
- Yıl: 2018
- Dil: İngilizce
- Üniversite: Boğaziçi Üniversitesi
- Enstitü: Fen Bilimleri Enstitüsü
- Ana Bilim Dalı: Fizik Bilim Dalı
- Bilim Dalı: Belirtilmemiş.
- Sayfa Sayısı: 129
Özet
Bu tezde, öncelikli olarak, içinde iki ayrı fotoakustik uyarma lazeri bulunan özel tasarlanmış bir fotoakustik mikroskop (PAM) sistemi sunmaktayız. Birinci lazeri orijinal fiber tabanlı bir lazerdir ve özellikle çok dalgaboylu optik çözünürlüklü PAM için geliştirilmiştir. Bu fiber lazer atım süresi (5-10 ns), atım enerjisi (10 $\mu$J'e kadar), ve atım tekrar sıklığı (1 MHz'e kadar) gibi birbirlerinden bağımsız şekilde değiştirilebilen özelliklere sahiptir. Bütün lazer sistemi ise 1064 nm dalgaboyundan genişletilmiş 450 ile 1100 nm arasını, ve ayrıca harmonik üretme modülünden üretilen 532, 355 ve 266 nm çıkışlarını kapsamaktadır. PAM sistemindeki diğer lazer ise dalgaboyu ayarlanabilenen ticari bir optik parametrik salınıcı (OPO) lazerdir. PAM sistemimiz yaklaşık 2 $\mu$m yanal çözünürlüğe sahiptir. Ayrıca, PAM sistemimiz ile elde ettiğimiz çeşitli biyolojik (at kılı, insan kan hücreleri, Skmel-28 kanser hücreleri) ve biyolojik olmayan (çözünürlük test hedefi, çeşitli reklerdeki Hint boyası, cadmium telluride kuantum dotları) fotoakustik görüntüleri sunmaktayız. Ayrıca, akustik ve fotoakustik sinyalleri mikromanivelalarla ölçmek için özel olarak geliştirilmiş bir atomik kuvvet mikroskop (AFM) başlığı da sunmaktayız. Bu hedefin bir ön çalışması olarak, darbeli lazer ile üretilmiş fotoakustik dalgaların, mikromanivelaların salınımı üzerindeki etkilerini incelemekteyiz. Sonuçlarımız micromanivelaların iyi bir fotoakustik sensör olarak kullanılabileceğini, hatta fotoakustik uyarma lazerininin atım tekrar sıklığı manivelanın rezonans frekansına eşit veya yakın değerdeyse, kararlı durum salınımları oluşturulabilece-ğini göstermektedir. En sonunda, kavram ispatı için, bir kulaklık ile gönderilen farklı frekanslardaki akustik dalgaları ve bir siyah boya örneğinden OPO lazer ile üretilen fotoakustik dalgaları geliştirmiş olduğumuz AFM başlığını kullanarak ölçtük. Bu AFM başlık sistemi kompakt, taşınabilir, ve dış kuvvetleri ölçmede çok hassastır.
Özet (Çeviri)
In this thesis, we first present a custom-designed photoacoustic microscopy system (PAM) which includes two separate excitation lasers. One of these tools is a novel fiber-based laser system developed particularly for multiwavelength optical resolution photoacoustic microscopy. The fiber laser has adjustable properties including pulse duration (5-10 ns), pulse energy (up to 10 $\mu$J) and repetition frequency (up to 1 MHz) independently from each other. The whole laser system covers a broad spectral region from 450 to 1100 nm by its supercontinuum output and also can emit wavelengths of 532, 355, and 266 nm from its harmonic generation unit. The other laser source in the PAM system is a commercial tunable optical parametric oscillator (OPO) laser. The lateral resolution of the PAM system is approximately 2 $\mu$m. We present various biological (horse hair, human red blood cells, Skmel-28 cancer cells) and non-biological (resolution test target, India inks, cadmium telluride quantum dots) photoacoustic images obtained with our PAM system. In addition, we present a custom-developed atomic force microscopy (AFM) head to detect both acoustic and photoacoustic signals using microcantilevers as the pressure sensor. Here, as a preliminary study for the AFM-head system, we analyzed microcantilevers to investigate their responses to pulsed-laser-induced photoacoustic waves. The results indicate that microcantilevers can be used as photoacoustic detection tools by presenting steady-state oscillations when the repetition frequency of the excitation laser matches to the resonant frequency of the cantilever. Finally, for the proof-of-concept studies, we utilized the AFM-head system to detect acoustic waves at various frequencies arising from a personal headset, and also photoacoustic waves from a black ink phantom illuminated by the OPO laser. The AFM-head system is compact, portable, and very sensitive to external forces.
Benzer Tezler
- Photoacoustic signal characterization of cell morphology in microchannel flow
Mikrokanal akışındaki hücre morfolojisinin fotoakustik sinyal karakterizasyonu
NASİRE ULUÇ
- Elektro döndürme yöntemi ile elde edilen karbon nanolif ve karbon nanotüplerin karakterizasyonu ve işlevselleştirilmesi
Characterisation and functionalization of electrospun carbon nanofibers and carbon nanotubes
MERVE YILMAZER
Yüksek Lisans
Türkçe
2014
Gıda Mühendisliğiİstanbul Teknik ÜniversitesiGıda Mühendisliği Bölümü
YRD. DOÇ. FİLİZ ALTAY
- Algılayıcı uygulamaları için fotoakustik sinyal parametrelerinin optimizasyonu
Optimization of photoacoustic signal parameters for sensor applications
TİMUÇİN EMRE TABARU
Doktora
İngilizce
2018
Elektrik ve Elektronik MühendisliğiErciyes ÜniversitesiElektrik-Elektronik Ana Bilim Dalı
PROF. DR. ÖMER GALİP SARAÇOĞLU
- Derişim ölçümü için optik tabanlı foto akustik sensör geliştirilmesi
Development of optical photoacoustic sensors for concentration measurements
ÖMER FARUK DİNÇ
Yüksek Lisans
Türkçe
2022
Elektrik ve Elektronik MühendisliğiEge ÜniversitesiElektrik ve Elektronik Mühendisliği Ana Bilim Dalı
DOÇ. DR. YAVUZ ÖZTÜRK
- Girişimsel olmayan glikoz analizleri için biyomedikal fotoakustik sensör tasarımı ve geliştirilmesi
Design and development of biomedical photoacoustic sensor for non‐invasive glucose analysis
YAŞAR KEMAL ERDOĞAN
Yüksek Lisans
Türkçe
2017
BiyoteknolojiSüleyman Demirel ÜniversitesiBiyomedikal Mühendisliği Ana Bilim Dalı
DOÇ. DR. İSMAİL BAYRAKLI