ÚSTAV FYZIKÁLNÍ BIOLOGIE JIHOČESKÁ UNIVERZITA V ČESKÝCH BUDĚJOVICÍCH PŘIHLÁŠKA STUDENTSKÉHO PROJEKTU Projekt Název projektu: Rozptyl primárních elektronů na atomech zalévacího média biologického materiálu u nízkonapěťového transmisního elektronového mikroskopu Uchazeč Hlavní řešitel Příjmení, jméno, tituly: Mgr. Tomáš Bílý E-mail:
[email protected] Tel.: +420-603313498 Studium v doktorském studijním programu zahájeno dne: 30.9.2011 Pracoviště/místo studia Fakulta (VŠ ústav): Ústav fyzikální biologie Katedra (ústav, pracoviště): Laboratoř nanobiologie Školitel: Mgr. David Kaftan PhD. Vedoucí projektu Příjmení, jméno, tituly: Mgr. David Kaftan PhD. E-mail:
[email protected] Tel.: +420-389033842 Pracoviště Fakulta (VŠ ústav): Ústav fyzikální biologie Katedra (ústav, pracoviště): Laboratoř nanobiologie Celkové náklady na řešení projektu Náklady nebo výdaje na pořízení hmotného a nehmotného majetku: 50000 CZK Další provozní náklady nebo výdaje: Doplňkové náklady nebo výdaje: Celkem Kč: 50000 CZK V Nových Hradech dne 3.10.2011 Podpis uchazeče:…………………………......
Zdůvodnění návrhu projektu Stav řešení problematiky projektu (max. 2 stránky): Teoretická rozlišovací schopnost LV TEM klesá se snižujícím se urychlovacím napětím dle Abbeho vztahu. Kontrast je však pro urychlovací napětí 5 kV 20× vyšší oproti urychlovacímu napětí 100 kV a teoretická rozlišovací schopnost pro danou objektivovou čočku se snížila na 0,6 nm. Experimentálně byla zjištěna rozlišovací schopnost pro LV EM 5 v TEM režimu d = 2,5 nm. Vznik kontrastu v nízkonapěťovém elektronovém mikroskopu (LV TEM) je dán rozptylem elektronů a lze jej stanovit z podílu počtu rozptýlených elektronů ku počtu srážejících elektronů, jenž korespondují s intenzitou svazku elektronů dopadajícího na stínítko ku intenzitě primárního svazku. Kontrast obrazu roste nejen s klesajícím urychlovacím napětím ale také se zvyšujícím se atomovým číslem. Pro biologické preparáty je závislost kontrastu na atomovém čísle minimální, neboť v nich převažují prvky s nízkým atomovým číslem – O, H, C a N mezi nimiž je minimální rozdíl mezi jejich totálním elastickým účinným průřezem. Oproti O, C a N je totální elastický účinný průřez pro H dvacetkrát menší, čímž se stává vliv vodíku na kontrast téměř zanedbatelný. Pro tvorbu kontrastu je také zásadní lokální změna hustoty nebo tloušťky preparátu která vyvolá změnu ve výsledném kontrastu obrazu. Nejmenší zjištěná diference hustoty preparátu při jeho konstantní tloušťce byla změřena experimentálně na směsi dvou polymerů, kde byl rozdíl hustot mezi komponentami 0,005 – 0,04 gcm-3. Teoreticky byla vypočtena 5 % diference kontrastu pro uhlíkovou vrstvu hustoty ρ = 2,34 gcm-3 metodou Monte Carlo při změně tloušťky 0,53 nm. Pro totální neelastický účinný průřez je stále otázkou kvantitativní různost při snižující se energii elektronu, protože totální účinný průřez pro jednu částici zahrnuje jak totální elastický, tak i totální neelastický účinný průřez. Vliv difrakce elektronů na výsledný obrazový kontrast je pro biologické vzorky minimální, neboť obvykle neobsahují krystalické struktury. Fázový kontrast, je nejvíce patrný při rozostření obrazu a lze jej minimalizovat správným zaostřením pomocí diskrétní dvojdimenzionální rychle Fourierovy transformace (2D FFT) – obrazová funkce f(x,y) je rozložena na lineární kombinace harmonických ortonormálních funkcí (sinus a cosinus). V obraze 2D FFT je dobře patrný projev Fresnelových kroužků způsobených rozostřením obrazu. K celkovému kontrastu výsledného digitálního obrazu zaznamenaného Slow Scan CCD kamerou, také krom kontrastu tvořeného elektronovým rozptylem přispívá DQE celého systému – YAG stínítko, světelný objektiv (M40× s numerickou aperturou 0,95 ), převodní čočka a CCD snímač, DQE je přibližně 0,75. V této práci je kladen důraz na zobrazení utrastruktury zvrásnění (chatter), jehož kontrast vzniká na základě rozdílné tloušťky řezu v místech zvrásnění vytvořeného kompresí ultratenkých řezů při jejich krájení. Stanovení badatelských cílů, metody a způsob řešení (max. 2 stránky): Cílem práce je se v teoretické části seznámit se základními fyzikálními principy a funkcemi při zobrazování preparátů v transmisní elektronové mikroskopii (TEM), skenovací elektronové mikroskopii (SEM) a mikroskopii atomárních sil (AFM). Dále prostudovat fyzikální podstatu tvorby kontrastu a konstrukci nízkonapěťového elektronového mikroskopu (LV EM). V praktické části je cílem nasnímání ultrastrukturálního vzhledu zalévacích médií v LV EM a zobrazení jejich povrchové struktury v AFM a SEM. Výstupem této práce bude zhodnocení vlivu povrchové struktury zalévacích médií na obrazový kontrast v LV EM a jeho ultrastrukturu a dále rozbor minimalizace vlivu zalévacího média na výsledný obraz.
Harmonogram prací: Říjen 2011: Zobrazení povrchové morfologie zalévacího media v AFM Listopad 2011: Ultrastrukturální vzhled zalévacího media v LV TEM Prosinec 2011: Zhodnocení vlivu povrchové struktury pryskyřic na obrazový kontrast v LV TEM Leden 2012: Zobrazení povrchové morfologie zalévacího media v SEM
Předpokládaný typ vědeckých výsledků projektu Článek publikovaný v zahraničním recenzovaném časopise Hlavní řešitel (maximálně 30 řádek) Mgr. Tomáš Bílý Narozen: 12.3.1981 Národnost: česká Vzdělání: Jihočeská univerzita v Českých Budějovicích, pedagogická fakulta (2004-2011). V roce 2011 obhájil magisterský titul v oboru Aplikovaná měřící a výpočetní technika. V současnosti student 4-letého doktorského studijního oboru Biofyzika na ústavu fyzikální biologie, Jihočeská univerzita v Českých Budějovicích, Zámek 136, CZ-37333 Nové Hrady Předchozí zaměstnání: 2006-dosud: vědecký asistent, Parazitologický ústav AVČR, Laboratoř elektronové mikroskopie, České Budějovice. Vedoucí projektu (maximálně 30 řádek) Mgr. David Kaftan, Ph.D. Narozen: 8.6.1974 v Praze Národnost: česká Zaměstnavatel: Laboratoř Nanobiologie, Ústav fyzikální biologie, Jihočeská univerzita v Českých Budějovicích, Zámek 136, CZ-37333 Nové Hrady Telefon: (+420)389033809 Fax: (+420)386361279 E-mail:
[email protected] Vzdělání: Jihočeská univerzita v Českých Budějovicích, biologická fakulta (1992-2000). Bakalářský titul z biologie obhájil s prací „Soil algae of the South Moravian saline habitats“ v roce 1995. V roce 1997 obhájil magisterský titul v oboru bionomie rostlin a evoluční biologie s prací “Variability of Nostoc commune (Nostocales, Cyanobacteria) strains in central Europe and Antarctica”. V roce 2000 získal doktorský titul v oboru rostlinné fyziologie s disertací „New techniques for kinetic measurements of in vivo chlorophyll fluorescence emission”. Předchozí zaměstnání: 1/1996-12/1999: výzkumný asistent, Mikrobiologický ústav AVČR, Třeboň. 8/2000-12/2002: postdoktorský pobyt, Department of Plant Sciences, The Weizmann Institute of Science, Rehovot, Israel.
1/2003-dosud: vědecký pracovník, Ústav fyzikální biologie, Jihočeská univerzita v Českých Budějovicích, Nové Hrady. Stipendia a ocenění 2000-2002: Feinberg Graduate School Fellowship 2007: Prémie Otto Wichterleho pro perspektivní a talentované vědecké pracovníky Akademie věd ČR Publikační činnost Dosud publikováno 14 článků v zahraničních recenzovaných časopisech se sumou impakt faktorů 70 a 300 citacemi a 2 národní, 1 evropský a 1 US patent.
Požadované finanční prostředky Výdaje a náklady na pořízení hmotného a nehmotného majetku (max. 50000Kč) Drobný hmotný a nehmotný majetek: oběhový termostat Spotřební materiál Náklady na publikace (max. 2000Kč): 0 CZK Požadované finanční prostředky celkem: 50000 CZK Slovní zdůvodnění a rozpis finančních prostředků Oběhový termostat je nezbytný pro teplotní kontrolu polymeračního procesu zalévacím médií, především syntetických pryskyřic.
