Master's Thesis

Design of an incubation system for live-cell quantitative phase imaging

Final Thesis 9.32 MB Appendix 2.14 MB

Author of thesis: Ing. Anna Neumanová

Acad. year: 2025/2026

Supervisor: Ing. Zbyněk Dostál, Ph.D.

Reviewer: Ing. Pavel Kolman, Ph.D.

Abstract:

Quantitative Phase Imaging (QPI), as a group of label-free imaging techniques, provides valuable insight into many biological processes. Long-term live-cell experiments require stable environmental conditions to preserve natural cell behaviour and ensure reliable results. This work presents the design and implementation of an incubation system for a Linnik interferometer-based QPI microscope developed by the Nanoscopy Group at UiT The Arctic University of Norway. The specific requirements of this microscope motivated the development of a custom incubation system enabling control of temperature, humidity, and gas composition. The implemented solution was validated through mechanical and biological testing, demonstrating stable environmental conditions, and further verified through long-term monitoring of HeLa cells exposed to mild hyperthermia. The results confirmed the suitability of the proposed incubation system for reliable long-term live-cell imaging and biological research applications.

Keywords:

Incubation system, quantitative phase imaging, live-cell imaging, Linnik interferometer

Date of defence

17.06.2026

Result of the defence

Defended (thesis was successfully defended)

znamkaAznamka

Grading

A

Process of defence

Po otázkách oponenta bylo dále diskutováno: Vysychání vzorku. Vliv vlhkosti na optické komponenty mikroskopu. Dá se nějakou metodou oddělit tloušťka a index lomu vzorku? Důvod ohřevu celého okolí mikroskopu. Studentka na otázky odpověděla.

Language of thesis

English

Faculty

Department

Study programme

Precise Mechanics and Optics (N-PMO-P)

Composition of Committee

prof. RNDr. Tomáš Šikola, CSc. (předseda)
prof. RNDr. Jiří Spousta, Ph.D. (místopředseda)
prof. RNDr. Pavel Zemánek, Ph.D. (člen)
prof. Ing. Ivan Křupka, Ph.D. (člen)
prof. RNDr. Jiří Petráček, Dr. (člen)
prof. RNDr. Radim Chmelík, Ph.D. (člen)
prof. Ing. Miroslav Kolíbal, Ph.D. (člen)
doc. Ing. Jindřich Mach, Ph.D. (člen)
doc. Ing. Petr Bábor, Ph.D. (člen)
doc. Ing. Radek Kalousek, Ph.D. (člen)
doc. Ing. Pavel Pořízka, Ph.D. (člen)
Ing. Petr Jákl, Ph.D. (člen)
RNDr. Antonín Fejfar, CSc. (člen)

Supervisor’s report
Ing. Zbyněk Dostál, Ph.D.

Studentka se ve své práci zaměřila na návrh inkubačního systému pro interferenční mikroskop, který umožňuje pozorování buněčných vzorků na reflexních površích. V průběhu řešení navrhla jak vlastní pozorovací komůrku, tak i vytápěnou komoru pro mikroskop. V programu SolidWorks vytvořila několik koncepčních řešení vytápěné komory a navrhla sestavu pozorovací komůrky. Následně zpracovala výrobní technickou dokumentaci.

Jak komůrku, tak vytápěnou komoru následně sestavila a ověřila funkčnost navrženého systému při biologickém pozorování buněk vystavených zvýšené teplotě. V rámci experimentu byla schopna velmi dobře řídit teplotu v rovině vzorku. Je zřejmé, že zvolila vhodné konstrukční řešení, které splnilo veškeré požadavky kladené na jeho funkčnost.

Práce je po formální stránce pečlivě zpracována, má logickou strukturu a přehledné grafické zpracování. Jazyková úroveň práce je výborná a nevykazuje závažné formální ani stylistické nedostatky. Práce svým rozsahem, odbornou úrovní, způsobem zpracování i dosaženými výsledky splňuje požadavky standardně kladené na diplomové práce v daném oboru.

Anna Neumannová přistupovala k řešení diplomové práce odpovědně a systematicky. Stanovené cíle splnila v plném rozsahu. Prokázala schopnost správně interpretovat zadání a na jeho základě navrhnout technicky funkční a promyšlené řešení. Díky svým konstrukčním dovednostem dokázala celý systém navrhnout, sestavit a prakticky ověřit. Jako vedoucí práce hodnotím diplomovou práci známkou výborně (A).
Evaluation criteria Grade
Fulfilment of requirements and objectives of assignment A
Working process, extent and suitability of applied methods A
Scholarly contribution and originality B
Ability to interpret achieved results and draw conclusions A
Applicability of results in practice or theory A
Logical arrangement of thesis and its layout B
Grafic layout, used style and language level A
Work with used sources including quotations A
Student's independence when working on the topic A

Grade proposed by supervisor: A

Reviewer’s report
Ing. Pavel Kolman, Ph.D.

Předložená práce je napsána srozumitelně, velmi dobře se čte a až na pár drobností je prosta chyb. Obsahuje všechny formální náležitosti a svým rozsahem a úrovní zpracování splňuje požadavky kladené na diplomovou práci.
 
V úvodním prohlášení autorka specifikuje použití nástrojů AI. Velmi nám usnadňují práci a šetří nám čas, ale současně nás tím ohromně ochuzují. Z pohledu oponenta je obtížné takovou práci hodnotit, zejména pak v těchto otázkách:

- Logické uspořádání práce a formální náležitosti,

- Grafická, stylistická úprava a pravopis,

- Práce s literaturou včetně citací.

 

Tato práce však jednoznačně prokazuje, že diplomantka odvedla velký kus práce při plnění praktických cílů 2. – 6. Navrhla a zrealizovala inkubační zařízení a úspěně otestovala jeho funkčnost při biologických experimentech. Všechny dosažené výsledky přehledně prezentuje a diskutuje, grafické výstupy vč. popisků jsou dobře čitelné a formálně bez chyb. První cíl byl též v plném rozsahu splněn. Kapitola 2 obsahuje výborně zpracovaný přehled mikroskopových technik.

 

Drobné (stylistické) nepřesnosti, které stojí za zmínku, prozrazují autorčinu praktickou nezkušenost s některými popisovanými technikami, což je pochopitelné.

 

Dočteme se například, že fluorescenční mikroskopie zachytí fázi světla (Rozšířený abstrakt, 5. až 8. řádek), že převádí fázový objekt na amplitudový (str. 1, Introduction, 2. odst.), nebo že složením snímků z různých fluorescenčních barviv získáme komplexní přehled o buněčné morfologii (str. 1, Introduction, 2. odst. uprostřed). To jistě není pravda. Fluorescenční technika fázi nezachycuje a fluorescenční barvivo nepřevede fázový objekt na amplitudový, pouze zviditelní konkrétní struktury či látky.

 

Nebo na str. 24, kap. Digital holography, 2. odst. je uvedeno, že v mimoosové holografii dochází k oddělení různých částí signálu v získaném interferogramu, takže sdružený obraz je posunut na jinou osu. Správně musíme hovořit o spektru prostorových frekvencí.
 
 

Celkově hodnotím předloženou práci výborně a prosím o zodpovězení dvou otázek:
Evaluation criteria Grade
Fulfilment of requirements and objectives of assignment A
Working process, extent and suitability of applied methods A
Scholarly contribution and originality B
Ability to interpret achieved results and draw conclusions A
Applicability of results in practice or theory A
Logical arrangement of thesis and its layout A
Grafic layout, used style and language level A
Work with used sources including quotations A
Topics for thesis defence:
  1. Jak by v kap. 6.2. Results obstálo zprůměrování X % hodnot z okolí mediánu z každého snímku (např. u CTR)?
  2. Vyčíslete toleranci f7 pro průměr hřídele 10 mm použitou na součásti tvořící závěs (pant) dvířek: Shaft HC-008-002.

Grade proposed by reviewer: A

Responsibility: Mgr. et Mgr. Hana Odstrčilová