DZIEKAN i RADA WYDZIAŁU
INFORMATYKI, ELEKTRONIKI I TELEKOMUNIKACJI
AKADEMII GÓRNICZO-HUTNICZEJ im. ST. STASZICA W KRAKOWIE
zapraszają na
publiczą dyskusję nad rozprawą doktorską

mgr inż. Piotra Dorosza
Silicon Photomultipliers Applied for Fluorescence Detection of Biomarkers in the System with Self Calibrated Gain
Termin:15 listopada 2017 r. o godz. 10.00
Miejsce:Sala 1.20 pawilon D-17, ul. Kawiory 21, 30-059 Kraków
PROMOTOR:prof. dr hab. inż. Wojciech Kucewicz – Akademia Górniczo-Hutnicza im. Stanisława Staszica w Krakowie
PROMOTOR POMOCNICZY:dr n. med. Ewa Wójcik – Centrum Onkologii - Instytut im. Marii Skłodowskiej-Curie w Krakowie
RECENZENCI:prof. Massimo Caccia - Università degli Studi dell'Insubria
prof. dr hab. inż. Marek Tłaczała - Politechnika Wrocławska
Z rozprawą doktorską i opiniami recenzentów można się zapoznać
w Czytelni Biblioteki Głównej AGH, al. Mickiewicza 30




Silicon Photomultipliers Applied for Fluorescence Detection of Biomarkers in the System with Self Calibrated Gain


mgr inż. Piotr Dorosz


Promotor: prof. dr hab. inż. Wojciech Kucewicz (AGH)
Promotor pomocniczy: dr n. med. Ewa Wójcik (COI)
Dyscyplina: Elektronika


Abstract:
The dissertation presents the design of data acquisition system (DAQ) for fluorescence detection. The system is based on Silicon Photomultiplier (SiPM) with dedicated front-end ASIC. The emphasis has been placed on ensuring the best performance of the SiPM, especially a solution to stabilize the gain of the photodetector, which is temperature dependent. Implemented gain stabilization method enables to keep the gain constant with a σ below 1% within 10-40 °C temperature range. The designed DAQ with the SiPM has been used in fluorescence detection in stationary and microfluidic optic systems. Detection limits and calibration curves of two fluorophores (fluorescein and CF488) and antibody-fluorophor compound have been established. Influence of temperature on parameters of the designed application is strongly limited. The DAQ can immediately adapt to occurring temperature fluctuations keeping the gain of measured signal constant. This characteristic of the measurement system can be adopted in applications beyond the fluorescence domain e.g. in detection of high energy particles with scintillators. It is also an important element of a mobile application used in changing environmental conditions, especially in terms of temperature. The system has been successfully tested with SiPMs of various internal gain. The results presented in this dissertation have confirmed that designed measurement system has a potential use in biomedicine, especially in the field of biomarker detection.



Streszczenie:
W rozprawie doktorskiej przedstawiono projekt systemu akwizycji danych do badania fluorescencji. System oparty jest na krzemowym fotopowielaczu (Silicon Photomultiplier – SiPM) z dedykowanym układem scalonym ASIC. Zapewniono najlepsze warunki pracy fotodetektora, zwłaszcza w zakresie stabilizacji wzmocnienia, którego wartość jest zależna od temperatury. Wdrożona metoda stabilizacji umożliwia utrzymanie stałego wzmocnienia z σ poniżej 1% w zakresie temperatury 10-40 °C. Zaprojektowany system akwizycji danych (Data Acquisition System – DAQ) został wykorzystany do wykrywania fluorescencji w stacjonarnych i mikroprzepływowych układach optycznych. Ustalono granice wykrywalności i krzywe kalibracji dwóch barwników fluorescencyjnych (fluoresceiny i CF488) oraz związku przeciwciało-barwnik. Wpływ temperatury na parametry zaprojektowanej aplikacji jest silnie ograniczony. DAQ może natychmiast przystosowywać się do zmian temperatury, utrzymując stałą wartość wzmocnienia. Ta cecha systemu pomiarowego może znaleźć zastosowanie również w aplikacjach spoza badań fluorescencji, np. w wykrywaniu cząstek o wysokiej energii w systemach ze scyntylatorami. Jest to również istotny element aplikacji mobilnej stosowanej w zmieniających się warunkach środowiskowych, zwłaszcza pod względem temperatury. System został z powodzeniem przetestowany przy użyciu krzemowych fotopowielaczy o różnym wzmocnieniu nominalnym. Wyniki przedstawione w niniejszym rozprawie potwierdziły, że zaprojektowany system pomiarowy ma potencjalne zastosowanie w biomedycynie, szczególnie w zakresie detekcji biomarkerów.


Recenzje

Ważniejsze publikacje doktoranta:

  1. P. Dorosz, M. Baszczyk, S. Głąb, W. Kucewicz, Ł. Mik, M. Sapor. Silicon photomultiplier's gain stabilization by bias correction for compensation of the temperature fluctuations. Nuclear Instruments & Methods in Physics Research. Section A, Accelerators, spectrometers, detectors and associated equipment; ISSN 0168-9002. — 2013 vol. 718, s. 202–204. doi: 10.1016/j.nima.2012.11.116
  2. P. Dorosz, M. Baszczyk, S. Głąb, W. Kucewicz, Ł. Mik, M. Sapor. Silicon photomultiplier gain compensation algorithm in multidetector measurements. Metrology and Measurement Systems : quarterly of Polish Academy of Sciences; ISSN 2080-9050. — 2013 vol. 20 no. 4, s. 655–666.
  3. M. Baszczyk, P. Dorosz, S. Głąb, W. Kucewicz, Ł. Mik, M. Sapor. Self-calibrating gain stabilization method for applications using silicon photomultipliers. 2013 Nuclear Science Symposium & Medical Imaging Conference : October 27 – November 2 2013, Seoul, Korea; doi: 10.1109/NSSMIC.2013.6829805
  4. P. Dorosz, M. Baszczyk, S. Głąb, W. Kucewicz, Ł. Mik. Microflow measurements of antibodies fluorescence using Silicon Photomultipliers. 2014 IEEE Nuclear Science Symposium and Medical Imaging Conference : 8–15 November 2014, Seattle, USA; doi: 10.1109/NSSMIC.2014.7431015
  5. P. Dorosz, M. Baszczyk, S. Głąb, W. Kucewicz, Ł. Mik, R. Calabrese, A. Cotta Ramusino, E. Luppi, R. Malaguti. Front-end electronics with fast signal shaper for Silicon Photomultipliers. 2014 IEEE Nuclear Science Symposium and Medical Imaging Conference : 8–15 November 2014, Seattle, USA; doi: 10.1109/NSSMIC.2014.7431216
  6. M. Andreotti, P. Dorosz, M. Baszczyk et al. Characterization of the 8-channel single-photon counting front-end chip for the upgrade of the LHCb RICH detectors. 2015 IEEE Nuclear Science Symposium and Medical Imaging Conference : Oct. 31–Nov. 7 2015, San Diego, USA; doi: 10.1109/NSSMIC.2015.7581974
  7. M. Baszczyk, P. Dorosz, S. Głąb, W. Kucewicz, Ł. Mik, M. Sapor. Gain compensation technique by bias correction in arrays of Silicon Photomultipliers using fully differential fast shaper. Nuclear Instruments & Methods in Physics Research. Section A, Accelerators, spectrometers, detectors and associated equipment; ISSN 0168-9002. — 2016 vol. 824, s. 85–86. doi: 10.1016/j.nima.2015.09.085
  8. R. Cardinale, P. Dorosz et al. Test of the photon detection system for the LHCb RICH upgrade in a charged particle beam. Journal of Instrumentation; ISSN 1748-0221. — 2017 vol. 12, art. no. P01012, s.1–23. doi: 10.1088/1748-0221/12/01/P01012
  9. C. Gotti, P. Dorosz et al. CLARO: an ASIC for high rate single photon counting with multi-anode photomultipliers. Journal of Instrumentation; ISSN 1748-0221. — 2017 vol. 12, art. no. P08019, s. 1–10. doi: 10.1088/1748-0221/12/08/P08019

2017/pdorosz/start.txt · ostatnio zmienione: 2017/11/02 14:09 przez Piotr Dorosz