Desarrollo de un prototipo de microscopio holográfico digital sin lentes certificable open-source

Abstract

La microscopia holográfica digital sin lentes (DLHM) es tal vez la tecnología más simple en términos de hardware para la observación de muestras sin tinción; una fuente de iluminación coherente de ondas esféricas, un sistema digital de registro y un cuerpo mecánico para integrarlos, constituyen el hardware necesario para su implementación, lo cual perfila a DLHM como una tecnología con un alto potencial de ser desarrollada de forma abierta, portable y accesible a un bajo costo. A pesar de este potencial las soluciones comerciales de DLHM se encuentran lejos de ser una tecnología accesible a diversos sectores de la educación, investigación y producción debido alto costo y baja portabilidad. En esta tesis de maestría en Ingeniería Física se condensan, refinan y articulan los diseños de DLHM producidos por el grupo de Óptica y Procesamiento Opto-Digital (GODP) relativos a los elementos constituyentes de la tecnología, para desarrollar un prototipo de microscopio DLHM certificable como hardware open-source. Para lograrlo se realizó un levantamiento del estado del arte de las características necesarias para que un prototipo de DLHM sea considerado como hardware open-source, se estudiaron los diferentes desarrollos del GDOP respecto a la fuente de iluminación y sistemas de registros en DLHM y finalmente se desarrolló un prototipo con base en los elementos constituyentes de mejor desempeño y las características necesarias su certificación. Los resultados de esta tesis se encuentran condensados en 2 artículos publicados en revistas indexadas, en la participación en 4 congresos de carácter internacional (LAOP 2022, RIAO 2023, ENO 2021, ETOP 2023) con 7 contribuciones en forma de presentación y un workshop de holografía digital dictado en el marco del 10th International Symposium "Optics & its applications” patrocinado por el ICTP. 8Texto tomado de la fuente)

Digital Lensless Holographic Microscopy (DLHM) is perhaps the simplest technology in terms of hardware for label-free sample observation. A coherent spherical wave illumination source, a digital recording system, and a mechanical body for integration, are the necessary hardware components for its implementation. This simplicity of hardaware sets DLHM as a technology with high potential for open, portable, and cost-effective development. Despite this potential, commercial DLHM solutions are far from being accessible to many sectors in education, research, and production, mainly due to its high costs and low portability. In this Master's thesis in Engineering in Physics, the designs of DLHM developed by the Optics and Opto-Digital Processing group (GODP) concerning the constituent elements of the technology are condensed, refined, and articulated in the development of a certifiable open-source hardware prototype of a DLHM microscope. To achieve this, a survey of the state-of-the-art characteristics necessary for a DLHM prototype to be considered as opensource hardware was conducted. The different developments of GOPD regarding the illumination source and recording systems in DLHM were studied, and finally, a prototype was developed based on the best-performing constituent elements and the necessary certification characteristics. The results of this thesis are condensed in two articles published in indexed journals and the participation in four international congresses (LAOP 2022, RIAO 2023, ENO 2021, ETOP 2023) with seven contributions in the form of presentations, and a workshop on digital holography delivered within the framework of the 10th International Symposium "Optics & its applications," sponsored by the ICTP