Design and investigation of optical waveguides for optogenetic applications
| datacite.contributor.RelatedPerson | Αλεξανδρόπουλος, Δημήτριος | |
| datacite.contributor.RelatedPerson | Πασπαλάκης, Εμμανουήλ | |
| datacite.contributor.Supervisor | Θανόπουλος, Ιωάννης | |
| dc.contributor.author | Λαμπροπούλου, Ευγενία | |
| dc.contributor.other | Lampropoulou, Evgenia | |
| dc.date.accessioned | 2023-11-22T11:03:42Z | |
| dc.date.available | 2023-11-22T11:03:42Z | |
| dc.date.issued | 2023-11 | |
| dc.degree | masterThesis | |
| dc.description.abstract | Recent advances in optogenetics have established a powerful tool for studying the function of neural circuits and other biological systems. Optogenetics, uses light-sensitive proteins to control the activity of specific cells or molecules with high temporal and spatial precision, allowing researchers to investigate complex biological processes in unprecedented detail. One key aspect of optogenetics is the use of optical waveguides to deliver light to the target cells or tissues. The design and optimization of optical waveguides for optogenetic applications is an active area of research, with many challenges and opportunities for innovation. This thesis focuses on the design and simulation of a multicore optical waveguide intended for optogenetic applications. The objective is to create an implantable optical fiber capable of neural stimulation. In Chapter 1, the research encompasses a comprehensive review of waveguides used in optogenetic applications, materials suitable for fabrication, and various construction methods. It also presents the proposed materials for the conducted simulations, which are both biocompatible and, in some cases, biodegradable. In Chapter 2 the simulations were conducted using software by ANSYS-Lumerical. Optimal operating dimensions for the fibers were determined, including the minimum distance between cores to avoid crosstalk and the aspect ratio with overlap diagrams, in order to define the optimal combination. The effects of phase manipulation on core interaction were also examined. The outcomes of this work offer the potential for the realization of the proposed fibers and the creation of a fully functional multicore fiber with optimized dimensions, in rectangular shape. | |
| dc.description.translatedabstract | Η πρόοδος στην οπτογενετική έχει δημιουργήσει ένα ισχυρό εργαλείο για τη μελέτη της λειτουργίας νευρικών κυκλωμάτων και άλλων βιολογικών συστημάτων. Στην οπτογενετική χρησιμοποιούνται φωτοευαίσθητες πρωτεΐνες (οψίνες) για να ελέγχεται η δραστηριότητα συγκεκριμένων κυττάρων ή μορίων με υψηλή χρονική και χωρική ακρίβεια, επιτρέποντας στους ερευνητές να εξετάσουν πολύπλοκες βιολογικές διεργασίες με πρωτοφανή λεπτομέρεια. Ένα κεντρικό στοιχείο της οπτογενετικής είναι η χρήση οπτικών κυματοδηγών για την μεταφορά φωτός στα κύτταρα ή στους ιστούς και κατά συνέπεια την διέγερσή τους. Η σχεδίαση και η βελτιστοποίηση οπτικών κυματοδηγών για οπτογενετικές εφαρμογές αποτελεί μια ενεργή περιοχή έρευνας με πολλές προκλήσεις και ευκαιρίες για καινοτομία. Αυτή η εργασία επικεντρώνεται στον σχεδιασμό και την προσομοίωση ενός πολυπύρηνου οπτικού κυματοδηγού με σκοπό τις οπτογενετικές εφαρμογές. Ο στόχος της εργασίας είναι η δημιουργία μιας εμφυτεύσιμης οπτικής ίνας, ικανής να προκαλέσει διέγερση στους νευρώνες. Στο Κεφάλαιο 1, παρουσιάζεται μια εκτενής ανασκόπηση των κυματοδηγών που χρησιμοποιούνται σε οπτογενετικές εφαρμογές, υλικά κατάλληλα για την κατασκευή τους και διάφορες μεθόδους κατασκευής εμφυτεύσιμων κυματοδηγών. Παρουσιάζονται επίσης τα προτεινόμενα υλικά για τις διεξαχθείσες προσομοιώσεις, τα οποία είναι κυρίως βιοσυμβατά και επιπλέον, σε ορισμένες περιπτώσεις, βιοδιασπώμενα. Στο Κεφάλαιο 2 παρουσιάζονται τα αποτελέσματα των προσομοιώσεων, χρησιμοποιώντας το λογισμικό της ANSYS-Lumerical. Προσδιορίστηκαν οι βέλτιστες διαστάσεις λειτουργίας για τις ίνες, συμπεριλαμβανομένης της ελάχιστης απόστασης μεταξύ πυρήνων για την αποφυγή αλληλεπιδρασης καναλιών των πυρήνων και του λόγου διαστάσεων συναρτήσει των διαγραμμάτων επικάλυψης, προκειμένου να καθοριστεί ο βέλτιστος συνδυασμός. Επίσης, εξετάστηκαν οι επιδράσεις της φάσης στην αλληλεπίδραση των πυρήνων κατά την έξοδο του φωτός από την ίνα. Τα αποτελέσματα αυτής της έρευνας προσφέρουν τη δυνατότητα υλοποίησης πλήρως λειτουργικής πολυπύρηνης ίνας με βελτιστοποιημένες διαστάσεις, σε ορθογώνιο σχήμα. | |
| dc.identifier.uri | https://hdl.handle.net/10889/26275 | |
| dc.language.iso | en | |
| dc.rights | Attribution-NonCommercial-NoDerivs 3.0 United States | * |
| dc.rights.uri | http://creativecommons.org/licenses/by-nc-nd/3.0/us/ | * |
| dc.subject | Οptogenetics | |
| dc.subject | Optical waveguides | |
| dc.subject | Biophotonics | |
| dc.subject | Light propagation | |
| dc.subject | Neuroengineering | |
| dc.subject.alternative | Οπτογενετική | |
| dc.subject.alternative | Οπτικοί κυματοδηγοί | |
| dc.subject.alternative | Βιοφωτονική | |
| dc.subject.alternative | Διάδοση φωτός | |
| dc.subject.alternative | Νευρομηχανική | |
| dc.subject.alternative | Οπτοηλεκτρονική | |
| dc.title | Design and investigation of optical waveguides for optogenetic applications | |
| dc.title.alternative | Σχεδίαση και μελέτη οπτικών κυματοδηγών για οπτογενετικές εφαρμογές |
Files
Original bundle
1 - 1 of 1
Loading...
- Name:
- Applied_Optoeletronics_University_of_Patras_Lampropoulou Evgenia.pdf
- Size:
- 1.8 MB
- Format:
- Adobe Portable Document Format
License bundle
1 - 1 of 1
No Thumbnail Available
- Name:
- license.txt
- Size:
- 5.02 KB
- Format:
- Item-specific license agreed upon to submission
- Description: