Abschlussarbeiten - Diplom
Development of an Optical System for Alignment and Regulation of the Trapping Depth of a Force Measuring Optical Tweezers System
Art der Abschlussarbeit
Diplomarbeit
Autoren
- Seidl, Kristof
Betreuer
- Prof. Dr.-Ing. Hubert Lakner
Weitere Betreuer
Prof. O. Axner, Ph.D. E. Fällmann, beide Universität Umea/Schweden
Abstract
Die in der vorliegenden Diplomarbeit dargestellte Forschungsarbeit beinhaltet die Entwicklung eines optischen Systems zur Regelung der Einfangtiefe für eine optische Pinzette. Mit optischen Pinzetten lassen sich u.a. Partikel, lebende Zellen und Bakterien mit einem fokussierten Laserstrahl berührungslos festhalten oder bewegen.
Zusätzlich ist es möglich in biologischen Systemen kleinste Kräfte im Bereich von sub-pN bis zu mehreren hundert pN zu messen. Jedoch beeinflussen Abweichungen in der Einfangtiefe, definiert als Abstand zwischen optischer Falle und Deckglas, entscheidend die Ergebnisse der Kraftmessung. Um die Zuverlässigkeit dieser Messmethode weiter zu erhöhen, wurden verschiedene optische Ansätze zur Autofokussierung des Deckglases analysiert. Der Ansatz basierend auf Zylinderlinsen wurde detailliert mit der optischen Design Software Zemax simuliert und optimiert. Ausgehend von diesen optimierten Simulationsmodellen und der Toleranzanalyse wurde eine opto-mechanische Anordnung konstruiert und in das bestehende System der optischen Pinzette integriert. Anschließend wurden Algorithmen entwickelt und in LabView implementiert, um eine automatische Korrektion der Einfangtiefe zu gewährleisten. Die mit diesem System durchgeführten Experimente haben gezeigt, dass Abweichungen der Einfangtiefe von weniger als 5nm detektiert und korrigiert werden können.
Zusätzlich ist es möglich in biologischen Systemen kleinste Kräfte im Bereich von sub-pN bis zu mehreren hundert pN zu messen. Jedoch beeinflussen Abweichungen in der Einfangtiefe, definiert als Abstand zwischen optischer Falle und Deckglas, entscheidend die Ergebnisse der Kraftmessung. Um die Zuverlässigkeit dieser Messmethode weiter zu erhöhen, wurden verschiedene optische Ansätze zur Autofokussierung des Deckglases analysiert. Der Ansatz basierend auf Zylinderlinsen wurde detailliert mit der optischen Design Software Zemax simuliert und optimiert. Ausgehend von diesen optimierten Simulationsmodellen und der Toleranzanalyse wurde eine opto-mechanische Anordnung konstruiert und in das bestehende System der optischen Pinzette integriert. Anschließend wurden Algorithmen entwickelt und in LabView implementiert, um eine automatische Korrektion der Einfangtiefe zu gewährleisten. Die mit diesem System durchgeführten Experimente haben gezeigt, dass Abweichungen der Einfangtiefe von weniger als 5nm detektiert und korrigiert werden können.
Berichtsjahr
2007