Diplomová práca sa zaoberá kvantitatívnym fázovým zobrazovaním objektov umiestnených za rozptyľujúcim prostredím v koherenciou riadenom holografickom mikroskope. Tento mikroskop umožnuje zobrazovať s úplne nekoherentným osvetlením vzorky, čo vyvoláva efekt koherenčnej brány. Koherenčná brána je veľmi dôležitá vlastnosť zobrazovacieho systému umožňujúca separáciu balistických a rozptýlených fotónov, jej dôkladnému vysvetleniu je venovaná značná časť práce. Ďalej sú prezentované základy teórie zobrazenia v koherenciou riadenom holografickom mikroskope. Tie sú využité v závere práce pri interpretácii experimentálnych výsledkov. Cieľom práce je navrhnúť metódu pre pozorovanie fázových objektov v rozptyľujúcich prostrediach a experimentálne túto metódu overiť. Na základe analytických výsledkov a predchádzajúceho výskumu je navrhnutá nová metóda, ktorá je ďalej overovaná pomocou rôzne komplexných vzoriek. Je založená na zázname viacerých obrazov s rôznym posunutím referenčného poľa. Každý posun korešponduje so zobrazovaním pomocou inej skupiny fotónov. Je možné vytvoriť syntetický obraz so zlepšenou kvalitou sčítaním jednotlivých obrazov získaných z interferencie balistických alebo rozptýlených fotónov. Experimenty s rôzne komplexnými vzorkami poskytujú náhľad na obmedzenia prezentovanej metódy.

Práca je zameraná na navrhnutie vhodnej metódy analýzy smerovosti neuritov. Využité boli snímky neurónov z fluorescenčnej mikroskopie. Pred samotnou segmentáciou bolo potrebné snímky predspracovať, pričom sa postupne využila úprava kontrastu, ostrenie a adaptívna filtrácia pomocou Weinerovského filtru. Jednotlivé návrhy metód segmentácie pozostávali z prostého prahovania, narastaním oblastí a využitím morfologických operácií. Následná analýza smerovosti využívala smer gradientov v obraze. Navrhnutá metóda bola využitá aj ako klasifikátor, ktorý dokázal rozdeliť jednotlivé snímky do skupín podľa smeru rastu.

This diploma thesis deals with the possibilities of multiparametric fluorescence spectroscopy, since the main objective of this experiment was to evaluate the possibilities of multiparametric measurements in the fluorescence spectroscopy laboratory. A suitable fluorescence probe was proposed for this type of experiment that shows high sensitivity for pH changes in the environment, SNARF-4F AM, based on a literature research. The fluorophore was dissolved in solutions of different pH and this system was examined using a time-resolved spectrofluorimeter. The method named TRES (time-resolved emission spectra) was used to obtain the emission spectra of the probe and to find the emission maximum. Fluorescence intensity decay measurements as a function of wavelengths allowed to create deconvolution of the emission spectra, which provided information about the fluorescent lifetime and the relative representation of the states of probes in the solution. Later, the probe was dissolved in solutions of different density and pH - this system served for anisotropic measurements, during which the individual correlation-rotational times of the fluorophore were obtained. The obtained results were then used as the basis for multiparametric analysis, which was performed by using a fluorescence correlation microscope and a spectrograph. This combination allows to measure the necessary fluorescence parameters in one step. A standard operating procedure was created for the spectrograph’s control. On the basis of the obtained information the suitability, accuracy and sensitivity of the multiparametric analysis were qualified.

Digital holographic microscopy (DHM) is noninvasive method for obtaining images even from samples with low contrast. Nowadays DHM design makes it possible to illuminate sample by broad light source, halogene lamp. Broad light source is displayed in the front focal plane of condensor in such way, that Köhler illumination is achieved. Each point of the source corresponds to a plane wave in image field of objective, which illuminates the whole field of view, but from different direction. Position of the point determines the direction of illumination. In this reason, the microscope enables so reconstruct not only intensity, but also phase of object wave. New designed and constructed interchangeable pinhole aperture modify broad light illumination by rotation around the optical axis. Aperture is placed eccentrically considering the optical axis of microscope. Incidence of light beam on a sample would be under defined angle. After the reconstruction of taken phase images from individual angles of illumination should be possible to obtain three-dimensional structure of the sample.

Diplomová práca sa zaoberá rozptylom elektromagnetického žiarenia na biologickej bunke použitím metódy konečných diferencií v časovej oblasti (FDTD), Bornovej aproximácie a Rytovovej aproximácie. Metóda FDTD dáva presné výsledky v širokej škále problémov. Je spravené porovnanie Bornovej aproximácie a Rytovovej aproximácie prostredníctvom FDTD metódy. Ďaľšia časť práce zahrnuje krátky popis koherenciou riadeného holografického mikroskopu CCHM. Záverečná časť sa venuje zobrazeniu rozptýleného poľa získaného z jednotlivých simulácií pomocou simulácie objektového ramena mikroskopu CCHM.

This thesis deals with an electron scattering in STEM microscopy on objects with dif-ferent shapes, such as cuboid, sphere and hollow capsule. Monte Carlo simulations are used for description of multiple electron scattering. Except the theoretical analysis of the electron scattering and simulation methods, the thesis contains design and realiza-tion of an algorithm simulating electron scattering in given objects. In addition, there is a design for robustness evaluation of the simulation, based on comparison between results and known signals for a given object. Reliability of the algorithm was verified by experimental measurements of the electron scattering on a carbon layer.

Zobrazovanie pomocou kryo-elektrónovej mikroskopie má svoje nezastúpiteľné miesto v analýze viacerých biologických štruktúr. Lokalizácia buniek kultivovaných na mriežke a ich segmentácia voči pozadiu alebo kontaminácii je základom. Spolu s vývojom viacerých metód hlbokého učenia sa podstatne zvýšila úspešnosť úloh sémantickej segmentácie. V tejto práci vyvinieme hlbokú konvolučnú neurónovú sieť pre úlohu sémantickej segmentácie buniek kultivovaných na mriežke. Dátový súbor pre túto prácu bol vytvorený pomocou dual-beam kryo-elektónového mikroskopu vyvinutého spoločnosťou Thermo Fisher Scientific Brno.