Ultrarychlá fluorescenční mikroskopie

• Thesis title in Czech: Ultrarychlá fluorescenční mikroskopie
• Thesis title in English: Ultrafast fluorescence microscopy
• Key words: ultrarychlá spektroskopie|fluorescenční mikroskopie|¨
• English key words: ultrafast spectroscopy|fluorescence microscopy
• Academic year of topic announcement: 2024/2025
• Thesis type: dissertation
• Department: Institute of Physics of Charles University (32-FUUK)
• Supervisor: RNDr. Pavel Malý, Ph.D.

Guidelines

1. Seznámit se s principem metody transientní absorpce (pump-probe)
2. Seznámit se s principem fluorescenční mikroskopie
3. Implementovat automatizovaný software pro řízení experimentu
4. Ověřenit fungování na měření vybraných fluorescenčních proteinů
5. Aplikovat na konkrétní vzorky s komplikovanou dynamikou dle dohody s vedoucím
6. Výsledky publikovat ve vědeckých časopisech

References

J.R. Lakowicz, Principles of Fluorescence Spectroscopy, Springer New York, 2006
W. Parson, Modern Optical Spectroscopy: With Excercises and Examples from Biophysics and Biochemistry, Springer 2009
Malý et al., Fluorescence-detected Pump–Probe Spectroscopy, Angew. Chem. Int. Ed. 60, 18867 (2021)
Thyrhaug et al., Proc. Natl. Acad. Sci. 116, 4064 (2019)
A další odborné články

Preliminary scope of work

Fluorescenční mikroskopie je nepostradatelným nástrojem v biofyzice pro zobrazování vzorků buď jejich autofluorescencí, nebo pomocí fluorescenčních značek jako jsou barviva nebo fluorescenční proteiny. Detekce fluorescence nicméně ze své podstaty poskytuje informace pouze o konečném, emisním stavu molekul po fotoexcitaci. Oproti tomu metody ultrarychlé spektroskopie typu transientní absorpce umožňují sledovat počáteční stav molekul po absorpci a následnou excitační dynamiku. Ultrarychlá nelineární spektroskopie však obvykle vyžaduje objemové vzorky a je detekována koherentně. Nedávno jsme vyvinuli nový způsob měření transientní absorpce pomocí detekce fluorescence vzorku (Malý et Brixner, Fluorescence-Detected Pump–Probe Spectroscopy, Angew. Chem. Int. Ed. 60, 18867 (2021)). Tato práce navazuje na projekt FluoTRAM (Fluorescence-deteced transient absorption microscopy), ve kterém implementujeme naši techniku ve fluorescenčním mikroskopu. Tato nová experimentální technika umožní sledování dynamiky excitace od absorpce po emisi, s prostorovým rozlišením a citlivostí fluorescenčního mikroskopu. Náplní práce je stabilní implementace experimentu a jeho aplikace na zajímavé biologické i jiné vzorky, např. fluorescenční proteiny a značky. Konkrétní průběh práce bude upřesněn po dohodě. Předpokládané znalosti uchazeče na úrovni ukončeného magisterského studia v oboru biofyzika a chemická fyzika nebo optika a optoelektronika.

Preliminary scope of work in English

Fluorescence microscopy is an indispensable tool in biophysics for imaging samples either by their autofluorescence or by fluorescent labels such as dyes or fluorescent proteins. However, fluorescence detection inherently provides information only about the final, emission state of molecules after photoexcitation. In contrast, ultrafast spectroscopy methods such as transient absorption allow monitoring of the initial state of the molecules after absorption and the subsequent excitation dynamics. However, ultrafast nonlinear spectroscopy usually requires bulk samples and is detected coherently. Recently, we have developed a new way to measure transient absorption by detecting sample fluorescence (Malý et Brixner, Fluorescence-Detected Pump-Probe Spectroscopy, Angew. Chem. Int. Ed. 60, 18867 (2021)). This work builds on the FluoTRAM (Fluorescence-detected transient absorption microscopy) project, in which we implement our technique in a fluorescence microscope. This new experimental technique will allow the monitoring of excitation dynamics from absorption to emission, with the spatial resolution and sensitivity of a fluorescence microscope. The scope of the work is the stable implementation of the experiment and its application to biological and other samples of interest, for example fluorescent proteins and probes. The particular thesis content will be specified upon consultation. The candidate expertise on the level of finished master study in biophysics and chemical physics or optics and optoelectronics is expected.