TÁMOP-4.1.1.C-12/1/KONV-2012-0005 projekt Nyitó Konferencia 2013. 07. 17.
Ultragyors fényindukált folyamatok és optikai mikromanipuláció a biológiában Groma Géza
TÁMOP-4.1.1.C-12/1/KONV-2012-0005 projekt
A Szegedi Biológiai Kutatóközpont részvétele a projektben PhD kurzusok: •Optikai kísérletek kiértékelése MATLAB programkörnyezetben (Groma Géza) •Fényenergia-átalakító biológiai rendszerek bioelektronikája (Dér András, Garab Győző)
Képzők képzése: •Ultragyors időfelbontásos fluoreszcencia spektroszkópia biológiai anyagokon (Groma Géza) •Optikai mikromanipuláció a biológiában és orvosi diagnosztikában (Ormos Pál)
Nemzetközi workshop és nyári iskola: •A fényenergia-hasznosítás mesterséges rendszereinek tervezése és tanulmányozása lézerspektroszkópiai és attoszekundumos diffrakciós technikák alkalmazásával
A Szegedi Biológiai Kutatóközpont részvétele a projektben Tanulmányok: •Ágazati kutatás-fejlesztési koncepció kialakítása •A kutatási infrastruktúra összehangolása és közös fejlesztése a hatékonyság növelése és közös K+F+I projektek feltételeinek megteremtése céljából •Gyakorló szakemberek részvétele képzésekben •Gyakorlati képzőhelyekkel való ágazati együttműködés megalapozása •Szoftverbeszerzés költséghatékonyságának optimalizálása, közös licence, támogatás (support) és disztribúció beszerzése •Régión belüli és azon túli (hazai és külföldi) partnerekkel történő együttműködés fejlesztése
Optikai kísérletek kiértékelése MATLAB programkörnyezetben Matlab: a legelterjedtebb tudományos és műszaki programozási környezet Interaktív kurzus számítógépteremben Alapok: egyenes illesztése néhány utasítással
data = dlmread('mozgas.txt', '\t');
% '\t' tabulátoros elválsztás 9
plot(t, x, '.r') % '.r' pontozott, piros hold on % a következõ plot során hagyjuk meg az elõzõt plot(t, xelm) xlabel('idő(s)') % tengely feliratok ylabel('x (mikrométer)') hold off
8 7 6
x (mikrométer)
t = data(:,1); x = data(:,2); St = sum(t); Sx = sum(x); Stt = sum(t.*t); % .* tagonkénti szorzás!! Stx = sum(t.*x); n = length(t); A = [n, St; St, Stt]; c = [Sx; Stx]; p = A\c; x0 = p(1); v = p(2) xelm = x0 + v*t;
5 4 3 2 1 0
0
0.5
1
1.5
2
2.5 idő (s)
3
3.5
4
4.5
Optikai kísérletek kiértékelése MATLAB programkörnyezetben Magasiskola: a bakteriorodopszin fehérje fényindukált koherens infravörös emissziója 0.15
1600
native bR
native bR
0.1 exp er i men tal
Fr eq u en cy (cm -1)
0.05
0.3
1400
fi tted
0
-0.05
1200
800
-0.1
0.2
B
1000
A 0.1
0
0.2
0.4
0.6
0.8
1.2
1
0
1.4
0.2
0.4
0.6
0.8
1
1.2
Ti me (p s)
Ti me (p s) 0.15
acid blue bR
1600
0.1
acid blue bR
C
exp er i men tal
0.3
1400
Fr eq u en cy (cm -1)
fi tted
0.05
0
-0.05
-0.1
D 1200 0.2
1000
800
A 0.1
0
0.2
0.4
0.6
0.8
Ti me (p s)
1
1.2
1.4
0
0.2
0.4
0.6 Ti me (p s)
Gerjesztett állapotbeli tranziens vibrációk kiértékelése
0.8
1
1.2
Fényenergia-átalakító biológiai rendszerek bioelektronikája Bakteriorodopszin alapú filmek holográfiai és fotovoltaikus alkalmazásai
Keck Center for Molecular Electronics at Syracuse University
Institute of Physical Chemistry University of Marburg
Fényenergia-átalakító biológiai rendszerek bioelektronikája Bakteriorodopszin alapú integrált optikai alkalmazás: fs-os kapcsolás fénnyel
probe pump
Ultragyors időfelbontásos fluoreszcencia spektroszkópia biológiai anyagokon Kombinált mérőrendszer: 1. időkorrelált egyfoton számlálás (TCSPC)
Femtosecond laser
p
Polarization beamsplitter s
λ/2 plate
p
Pump p
Sample
SHG
Trigger
collimation
Delay unit Monochromator
TCSPC elektronikus időalap nagy érzékenység, közepes időfelbontás (40 ps)
Polarization grid
Ultragyors időfelbontásos fluoreszcencia spektroszkópia biológiai anyagokon Kombinált mérőrendszer: 2. fluoreszcencia felkonvertálás
Femtosecond laser
p
Polarization beamsplitter s p
λ/2 plate
Pump p
SHG
SFG
s
Sample
Gate Rotating unit
Delay unit Monochromator
CCD optikai időalap Nagy időfelbontás (250 fs), kis érzékenység
Polarization grid
Ultragyors időfelbontásos fluoreszcencia spektroszkópia biológiai anyagokon FAD fluoreszcencia víz: zárt konformáció
víz:dioxán 1:1: nyitott konformáció
4
10
0.05 0.04
3
Time constant (ps)
10
0.03
új kiértékelési eljárás ‘compressed sensing’
0.02
2
10
0.01 0
1
10
-0.01 -0.02
0
10
-0.03 -0.04
-1
10
480
-0.05 500
520
540
560 580 600 Wav elength (nm)
620
640
660
680
Optikai mikromanipuláció a biológiában és orvosi diagnosztikában
Nano-objektumok létrehozása és mozgatása fénnyel
térbeli fénymodulátor (SLM) + optikai csipesz
Optikai mikromanipuláció a biológiában és orvosi diagnosztikában
Optikai mikromanipuláció a biológiában és orvosi diagnosztikában
