פרויקטי גמר - אלקטרו-אופטיקה תשפ"ו
300 Development of Electro-Optical Systems for the Detection of Cancer Biomarkers
פיתוח מערכות אלקטרואופטיות לזיהוי ביומרקרים של סרטן
שם המנחה: שמואל בורג
אחראי/ת אקדמי/ת: פרופ' עמוס דניאלי
הרקע לפרויקט:
אבחון מוקדם ומעקב אחר ביומרקרים אונקולוגיים (חלבונים, נוקלאינים, אקסוזומים מסומנים וכו’) הם תנאי לתכנון טיפול מותאם אישית. בזיהוי פלואורסצנטי בריכוזים נמוכים האות חלש ומושפע מרעשי רקע (אוטופלואורסצנציה, פיזור ראמאן, סמן לא-נקשר), ולכן נדרש תכנון אלקטרואופטי המדגיש יחס אות-רעש, יציבות כיול וחזרתיות. המעבדה מפתחת ביוסנסורים פלואורסצנטיים ומערכות מדידה קומפקטיות המיועדות להתקרב לנקודת הטיפול (Point-of-Care) תוך שימוש במקורות לייזר/LED מדודים, אופטיקה פסיבית (פילטרים/דיכוי דליפה), גלאים רגישים והנעת עיבוד-אות חכמה.
מטרת הפרויקט:
פיתוח אב-טיפוס קומפקטי (benchtop קטן/נייד) של מערכת אלקטרואופטית לזיהוי ביומרקרים של סרטן, הכוללת שרשרת אופטית, רכיב קליטה אלקטרוני, קושחה/תוכנה לעיבוד אות, וכיול. היעד: הדגמת רגישות קלינית רלוונטית (למשל LoD בסדר גודל pM–sub-pM לביומרקר מסומן), תחום דינמי של ≥3 סדרי גודל, CV ≤15%, ו-זמן בדיקה <20 דקות לדגימת מעבדה (סרום/פלזמה מדוללת או דוגמת מודל).
תכולת הפרויקט:
ארכיטקטורת מערכת: הגדרת מסלול אופטי (אקסיטציה/אימישן), בחירת מקורות אור, פילטרים ועדשות, בחירת גלאי (CMOS/PMT/SPAD לפי זמינות).
תכנון אופטי: דיכוי דליפת אקסיטציה, אופטימיזציה של Aperture/NA, בחירת פילטרים (bandpass/long-pass), אופטימיזציה גאומטרית לצמצום רקע.
קליטה אלקטרונית: תכנון שרשרת אות (TIA/ADC), סינון רעשים, ותמיכה בקצב דגימה וסיגנל חלש.
בקרה וקושחה/תוכנה: הנעת מקורות, סנכרון דגימה, עיבוד אות בזמן-אמת (baseline subtraction, temporal averaging/lock-in דיגיטלי לפי צורך), GUI בסיסי.
כיול ואימות: עקומות כיול עם סטנדרטים פלואורסצנטיים/מדלולים סדרתיים של ביומרקר מסומן; חישוב LoD (3×SD מעל NTC/blank) ו-LOQ, ניתוח CV, תחום דינמי וחזרתיות יום-ביום.
הדגמת שימוש: מדידות על מטריצות ביולוגיות מדוללות (buffer/סרום מדומה), ניתוח השפעת מטריצה, והצעת פרוטוקול הכנה מהיר.
מכאניקה ומארז: הדפסה/תכנון תושבות אופטיות, אטימות לאור תועה, ומארז קומפקטי.
תוצרים: שרטוטים/סכמות, קוד, מדריך משתמש קצר, ודוח ביצועים לעומת יעדי ה-LoD/דיוק/זמן-מדידה.
קורסי קדם:
עקרונות וטכנולוגיות אופטיות לדיאגנוסטיקה במבחנה (מומלץ), מבוא ללייזרים
מקורות:
https://www.intechopen.com/chapters/1205653"
301 Remote biomedical sensing for vital bio signs based upon laser illumination
חישה ביו רפואית מבוססת תאורת לייזר לחישה משופרת של פרמטרי חיות בסיסיים
שם המנחה: יפים בידרמן
אחראי/ת אקדמי/ת: פרופ' זאב זלבסקי
הרקע לפרויקט:
מדובר על טכנולוגיית חישה חדשנית המבוססת על ניתוח שינויים זמניים-מרחביים של תבנית פיזור אור לייזר מרקמה ביולוגית. על בסיס פיזור זה נבחנת יכולת חישה של פרמטרים ביו רפואיים מרחוק. תבניות הפיזור הנוצרות עקב התאבכות עצמית של אור הלייזר ניקראות ספקלס. אלו תבניות אקראיות המשתנות בזמן כתלות בתהליכים הזמניים הקורים בתוך הרקמה הביולוגית. עי הפעלת ארכיטקטורה פשוטה של עיבוד תמונה המבוססת על קורלציה ניתן לשייך את השינויים המרחביים-זמניים של תבניות אלו עם ננו-רעידות המתרחשות ברקמה. מתוך ניתוח תבניות הננו-רעידות ניתן לבצע שערוך של פרמטרים בו רפואיים שונים הכוללים לחץ דם, מאפיני זרימת דם בכלי דם ועוד.
מטרת הפרויקט:
לממש ניסוי מוצלח למדידה מרחוק של פרטרי חיות
תכולת הפרויקט:
תכנון ניסוי, ביצוע ניסוי, איסוף וניתוח דאטה במטלב
קורסי קדם:
מבוא לאופטיקה
מקורות:
Z. Zalevsky, Y. Beiderman, I. Margalit, S. Gingold, M. Teicher, V. Mico and J. Garcia, ""Simultaneous remote extraction of multiple speech sources and heart beats from secondary speckles pattern,"" Opt. Express 17, 21566-21580 (2009)."
302 Remote biomedical sensing based upon RADAR sensing behind walls
חישה ביו רפואית מבוססת מכ""ם וגלי רדיו כדי לגלות פרמטרי חיות בסיסיים מאחורי קירות
שם המנחה: אהד משולם
אחראי/ת אקדמי/ת: פרופ' זלבסקי זאב
הרקע לפרויקט:
מדובר על טכנולוגיית חישה חדשנית המבוססת על ניתוח שינויים זמניים-מרחביים של תבנית פיזור של קרינה אלקטרו-מגנטית המגיעה ממכ""ם והמפוזרת מרקמה ביולוגית של אדם הנימצא מאחורי קיר. תבניות הפיזור הנוצרות עקב התאבכות עצמית של אור הלייזר ניקראות ספקלס. אלו תבניות אקראיות המשתנות בזמן כתלות בתהליכים הזמניים הקורים בתוך הרקמה הביולוגית. עי הפעלת ארכיטקטורה פשוטה של עיבוד תמונה המבוססת על התמרות שונות המופעלות על תמונת הפיזורים ניתן לשייך את השינויים המרחביים-זמניים של תבניות אלו עם מיקרו-רעידות המתרחשות ברקמה. מתוך ניתוח תבניות הרעידה שיש לאדם הנימצא מאחורי הקיר, ניתן לבצע שערוך של פרמטרים בו רפואיים שונים הכוללים פעימות לב, נשימות ועוד. בגלל שקרינת המכ""ם חודרת קירות החישה הביו רפואית מבוצעת גם ללא קו ראיה ישיר לנימדד.
מטרת הפרויקט:
להבשיל שיטה חדשנית לחישה מרחוק של פרמטרי חיות בעזרת קרינת מיקרו גל
תכולת הפרויקט:
תכנון ניסוי, מימוש ניסוי, איסוף וניתוח דאטה במטלב
קורסי קדם:
מבוא לאופטיקה, שדות
מקורות:
N. Ozana, R. Bauer, K. Ashkenazy, N. Sasson, A. Schwarz, A. Shemer and Z. Zalevsky, “Demonstration of a Speckle Based Sensing with Pulse Doppler Radar for Vibrations Detection,” Sensors 18(5) (2018)."
303 Correlate multi modal imaging for accurate and non-invasive measurement of biological tissues
שילוב שתי שיטות אופטיות במערכת אחת למדידת רקמות ביולוגיות בצורה מדויקת ולא פולשנית
שם המנחה: יובל חייבי
אחראי/ת אקדמי/ת: פרופ' דרור פיקסלר
הרקע לפרויקט:
הצורך בניטור מדויק ורציף של מצב רקמות ביולוגיות מופיע בימים אלה ביתר שאת בעקבות יכולות המחשוב החדשות שמופיעות חדשות לבקרים. לשם כך אנו משתמשים בשיטות אופטיות המספקות מידע על הרקמה בצורה מדויקת ולא פולשנית. בפרויקט זה נשלב שתי שיטות אופטיות שפותחו במעבדתנו, במטרה למדוד את תכונות הבליעה והפיזור של הרקמה, ובכך נקבל תמונת מצב עליה. אחת מהשיטות כבר הוכחה בעבר כיעילה בזיהוי ננו-חלקיקי זהב בדם, ואף לשם בדיקת חדירת תרופה ייחודית כנגד וירוס שושנת-ירחו בבעלי חיים. בפרויקט זה נציג כיצד השילוב בין השיטות האופטיות משלים אחת את השנייה ומספק מידע רחב ואמין יותר על מצב הרקמה.
מטרת הפרויקט:
המטרה של הפרויקט היא ליצור פנטומים עם תכונות אופטיות שונות המדמות רקמות ביולוגיות, למדוד אותם במערכת שמשלבת לראשונה שתי שיטות אופטיות מתקדמות, ולבדוק כיצד השילוב מאפשר קבלת נרחב חדש ומדויק יותר על הרקמה בהשוואה לשיטות קיימות.
תכולת הפרויקט:
הסטודנטים יעזרו לבנות את המערכת שמשלבת את שתי השיטות ויבדקו שהיא עובדת על מקרי בוחן ידועים. לאחר מכן, הם ילמדו להכין דוגמאות מורכבות יותר המדמות רקמות ביולוגיות, ימדדו אותן במערכת החדשה וינתחו את הנתונים. בנוסף, אותם דוגמאות ימדדו גם במערכות אופטיות קיימות ומוכחות, כדי להשוות את התוצאות עם המערכת החדשה.
קורסי קדם:
מבוא לאופטיקה מודרנית ואלקטרו-אופטיקה.
מקורות:
#1 method- diffusion reflection (DR):
[1] Farrell, Thomas J., Michael S. Patterson, and Brian Wilson. ""A diffusion theory model of spatially resolved, steady‐state diffuse reflectance for the noninvasive determination of tissue optical properties in vivo."" Medical physics 19.4 (1992): 879-888.
[2] Groenhuis, R. A. J., J. J. Ten Bosch, and Hedzer A. Ferwerda. ""Scattering and absorption of turbid materials determined from reflection measurements. 2: Measuring method and calibration."" Applied optics 22.16 (1983): 2463-2467.
[3] Schmitt, J. M., et al. ""Multilayer model of photon diffusion in skin."" Journal of the Optical Society of America A 7.11 (1990): 2141-2153.
[4] Patterson, Michael S., Ephraim Schwartz, and Brian C. Wilson. ""Quantitative reflectance spectrophotometry for the noninvasive measurement of photosensitizer concentration in tissue during photodynamic therapy."" Photodynamic Therapy: Mechanisms. Vol. 1065. SPIE, 1989.
[5] Bonner, R. F., et al. ""Model for photon migration in turbid biological media."" Journal of the Optical Society of America A 4.3 (1987): 423-432.
#2 method- iterative multi-plane optical properties extraction (IMOPE):
[6] Shapira, Channa, et al. ""Effect of optical magnification on the detection of the reduced scattering coefficient in the blue regime: theory and experiments."" Optics Express 29.14 (2021): 22228-22239.
[7] Shapira, Channa, et al. ""Sensing the penetration of nanodiamond along different skin layers according to their optical properties."" Nanoscale Imaging, Sensing, and Actuation for Biomedical Applications XX. Vol. 12394. SPIE, 2023."
304 Extraction of blood oxygen saturation levels using optical measurements at a self-calibration point on phantoms mimicking human finger.
שם המנחה: בר אטואר.
אחראי/ת אקדמי/ת: פרופ' דרור פיקסלר
הרקע לפרויקט:
פולס אוקסימטריה היא שיטה לא-פולשנית סטנדרטית לניטור ריוויון חמצן בדם. עם זאת, מכשירים אלה מבצעים באופן שיטתי הערכת יתר של ריוויון חמצן בדם בחולים היפוקסמיים (חולים הסובלים מרמות חמצן נמוכות בדם), ועלולים להסוות מצבים קריטיים שעשויים לדרוש התערבות מיידית. הערכת יתר זו מהווה סיכון, על כן הבנת התהליכים האופטיים הגורמים להערכת יתר ושגיאה זו חיוניים לפיתוח שיטות מדידה מדויקות.
מטרת הפרויקט:
פבריקציית דוגמאות המחקות אצבע אדם עם כלי דם וערכי ריוויון חמצן שונים לשם מדידה ספקטרוסקופית של פרופיל פיזור האור המלא. באמצעות פרופיל זה, נשווה בין שיטת פולס אוקסימטריה לבין שיטתנו המבוססת על נקודת כיול עצמית.
תכולת הפרויקט:
במסגרת הפרויקט, הסטודנטים ילמדו להכין פנטומים (מדמי רקמה) בעלי פרמטרים המדמים אצבע אדם עם כלי דם וערכי ריוויון חמצן שונים. לפנטומים יבוצעו מדידות פרופיל פיזור האור המלא במספר אורכי גל שונים. מפרופיל הפיזור המלא, תיושם נקודת כיול עצמית כניסיון לשפר את תוצאות מדידת ריוויון החמצן לעומת מדידות פולס אוקסימטריה סטנדרטיות. תוצאות המדידות יוצלבו עם תוצאות סימולציה של אותה הבעיה כבסיס התיאורטי לאישוש תוצאות הניסוי.
קורסי קדם:
מבוא לאופטיקה.
מקורות:
Feder, I.; Duadi, H.; Fridman, M.; Dreifuss, T.; Fixler, D., Experimentally testing the role of blood vessels in the full scattering profile: solid phantom measurements. Journal of Biomedical Photonics & Engineering 2016, 2 (4).
Feder, I.; Wróbel, M.; Duadi, H.; Jędrzejewska-Szczerska, M.; Fixler, D., Experimental results of full scattering profile from finger tissue-like phantom. Biomedical optics express 2016, 7 (11), 4695-4701.
Katan, M., Pearl, O., Tzroya, A., Duadi, H., & Fixler, D. (2024). A self-calibrated single wavelength biosensor for measuring oxygen saturation. Biosensors, 14(3), 132."
305 Polarized light scattering in the single scattering regime: Characterization and analysis
אפיון פרופיל הפיזור עבור אור מקוטב בתווך בעל פיזור בודד
שם המנחה: דניאל הימלשטיין
אחראי/ת אקדמי/ת: פרופ' דרור פיקסלר וד""ר חמוטל דואדי.
הרקע לפרויקט:
אינטראקציה של אור עם תווך, יכולה לתת מידע על התכונות האופטיות של אותו התווך. אך ישנם אתגרים רבים בחילוץ מידע על התווך לאור ההשפעות המשותפות של בליעה ופיזור על האור. שיטות שונות פותחו במטרה להתמודד עם אתגר זה, כגון שימוש בשני אורכי גל שונים והשוואה ביניהם. במעבדה שלנו פיתחו שיטה המשתמשת באורך גל יחיד ומנתחת את פרופיל הפיזור של האור בזוויות השונות סביב תווך עם גיאומטריה צילינדרית. בפרופיל זה גילינו את נקודת ה-IPL - תופעה פיזיקלית אשר מנטרלת את התלות של האור במקדם הפיזור, ובכך מאפשרת כיול עצמי של המערכת לצורך מדידות של פרמטרים שונים של החומר. אמנם נקודת ה-IPL תלויה בגיאומטריה של התווך או בתחום הפיזור (יחיד או בינוני או מרובה), אך היא איננה תלויה במקדם הפיזור עצמו. משום כך, נקודה זו מהווה נקודת כיול פנימית המאפשרת חילוץ של מידע על התווך. בפרויקט זה אנו רוצים להרחיב את ההבנה על ידי חקירת התנהגות תופעת ה-IPL כתלות בקיטוב של האור הנמדד בתחום הפיזור היחיד.
מטרת הפרויקט:
המטרה של הפרויקט היא להבין את הייחודיות של נקודת ה-IPL שהתגלתה כאן במעבדה, ואת התלות שלה בקיטוב של האור- בהתמקדות על תווך בתחום הפיזור היחיד.
תכולת הפרויקט:
הסטודנטים יתנסו במערכת הניסוי שבמעבדה, ויוסיפו לה אלמנטים חשובים – שיפור הממשק של האפליקציה, ושילוב של פולרימטר (מכשיר המודד ומציג באופנים שונים את מצב הקיטוב של אור) במערכת, לצורך קבלת תוצאות מדויקות. באמצעות מערכת זו, הסטודנט ימדוד את פרופיל הפיזור של האור בתווך עם פיזור בודד, יחלץ את נקודת ה-IPL ויבדוק את התלות שלו בקיטוב של האור הנכנס. לבסוף, תוצאות אלו ישמשו לצורך השוואה לתיאוריה הנבנית ולתוצאות סימולציה. הסטודנטים יתנסו עם דוגמאות בעלות מגוון תכונות אופטיות הכוללות שינויים גם בפיזור וגם בבליעה.
קורסי קדם:
מבוא לאופטיקה.
דרישות נוספות:
יסודות אופטיקה ביו רפואית- מומלץ.
מקורות:
Duadi, H.; Feder, I.; Fixler, D. Linear dependency of full scattering profile isobaric point on tissue diameter. J. Biomed. Opt. 2014, 19, No. 026007.
Feder, I.; Wróbel, M.; Duadi, H.; Jędrzejewska-Szczerska, M.; Fixler, D. Experimental results of full scattering profile from finger tissue-like phantom. Biomed. Opt. Express 2016, 7, 4695−4701.
Feder, I.; Duadi, H.; Fridman, M.; Dreifuss, T.; Fixler, D. Experimentally testing the role of blood vessels in the full scattering profile: solid phantom measurements. J. Biomed. Photon. Eng. 2016, 2, 40301.
Feder, I.; Duadi, H.; Chakraborty, R.; Fixler, D. Self-calibration phenomenon for near-infrared clinical measurements: theory, simulation, and experiments. ACS Omega 2018, 3, 2837−2844.
Feder, I.; Duadi, H.; Fixler, D. Single wavelength measurements of absorption coefficients based on iso-pathlength point. Biomed. Opt. Express 2020, 11, 5760−5771.
Duadi, H.; Feder, I.; Fixler, D. Influence of detector size and positioning on near-infrared measurements and ISO-pathlength point of turbid materials. Front. Phys. 2021, 9, 43.
Tzroya, Alon, et al. ""Detecting Contaminants in Water Based on Full Scattering Profiles within the Single Scattering Regime."" ACS omega 8.26 (2023): 23733-23738.
Katan, Michal, et al. ""A self-calibrated single wavelength biosensor for measuring oxygen saturation."" Biosensors 14.3 (2024): 132."
306 Clinical measurements of physiological parameters using a self-calibrated optical biosensor
מדידה קלינית של מדדים פיזיולוגיים באמצעות חיישן אופטי מכויל עצמית
שם המנחה: מיכל קטן
אחראי/ת אקדמי/ת: פרופ' דרור פיקסלר
הרקע לפרויקט:
אנו מפתחים טכנולוגיה ייחודית העושה שימוש באורך גל יחיד ומספר גלאים, לטובת חילוץ מדויק של פרמטרים אופטיים מרקמה. השיטה האופטית שאנו מציעים היא שיטה חדשה לגילוי תכונות אופטיות מרקמות גליליות בהתבסס על פיזור העוצמה הזוויתי שלהן, מה שמכונה Full scattering profile (FSP), וזאת במטרה לשפר את הדיוק והרגישות של מדידת פרמטרים ביולוגיים, כגון דופק, רוויון חמצן (סטורציה), קצב נשימה, שונות קצב הלב, לחץ דם, וכדומה. כיום הטכנולוגיה שפיתחנו נמצאת בעיצומו של מחקר קליני בשיתוף פעולה הדוק עם בית החולים אסותא באשדוד כדי להוכיח את יעילותה.
מטרת הפרויקט:
הפרויקט המוצע יעסוק בחילוץ לחץ דם וסטורציה באמצעות החיישן האופטי. מטרת הפרויקט היא השוואת המדדים מהחיישן לערכים הנלקחים ממכשירים קליניים, על מנת לוודא את תקינות החיישן.
תכולת הפרויקט:
בפרויקט זה הסטודנטים ימדדו חולים אמיתיים בבית החולים אסותא וישוו את תוצאות החיישן לתוצאות בדיקות הדם שנעשות בבית החולים כסטנדרט המקובל. בהתבסס על מדידות אלה, הסטודנטים יעבדו על ניתוח התוצאות ושיפור ביצועי החיישן.
קורסי קדם:
מבוא לאופטיקה.
דרישות נוספות:
לפרויקט זה אנו מחפשים סטודנטים רציניים עם ראש גדול. מדובר בפרויקט שצריכים לעבוד בו מול אנשים חולים וחייבים גישה אנושית ואינטליגנציה רגשית גבוהה.
מקורות:
Experimental system for measuring the full scattering profile of circular phantoms - PubMed (nih.gov)
Experimental results of full scattering profile from finger tissue-like phantom (optica.org)
307 Scattering Profile Measurement from Tissues for Optical Property Characterization for Brain Saturation Assessment
מדידת פרופיל הפיזור מרקמות לצורך אפיון תכונות אופטיות לשם מדידת סטורציה במוח
שם המנחה: מיכל קטן
אחראי/ת אקדמי/ת: פרופ' דרור פיקסלר
הרקע לפרויקט:
אנו מפתחים טכנולוגיה ייחודית העושה שימוש באורך גל יחיד ומצלמה, לטובת חילוץ מדויק של פרמטרים אופטיים מרקמה. השיטה האופטית שאנו מציעים היא שיטה חדשה לגילוי תכונות אופטיות מרקמות בהתבסס על פיזור העוצמה שלהן, וזאת במטרה לשפר את הדיוק והרגישות של מדידת פרמטרים ביולוגיים, כגון דופק, רוויון חמצן (סטורציה), קצב נשימה, שונות קצב הלב, לחץ דם, וכדומה. נרצה לשלב את השיטה שלנו יחד עם מדידות SCOS שמודדות את זרימת הדם במוח כדי להצליח לחלץ סטורציה.
מטרת הפרויקט:
הפרויקט המוצע יעסוק בהוכחת היתכנות באמצעות המערכת האופטית. מטרת הפרויקט היא פיתוח התשתית שמוכיחה כי התופעה הפיזיקלית וSCOS הן שיטות משלימות עבור מדידות במוח באמצעות אפיון פרמטרים אופטיים של רקמה.
תכולת הפרויקט:
בפרויקט זה הסטודנטים יבנו את המערכת האופטית הכוללת מקור אור, מצלמה ויכינו את הדוגמאות המבוקרות. הם ימדדו את הדוגמאות מחקות הרקמה וינתחו אותן על מנת לחוש את התכונות האופטיות, בליעה ופיזור.
קורסי קדם:
מבוא לאופטיקה, מבוא לנוירופוטוניקה.
דרישות נוספות:
לפרויקט זה אנו מחפשים סטודנטים רציניים עם ראש גדול.
מקורות:
Experimental system for measuring the full scattering profile of circular phantoms - PubMed (nih.gov)
Experimental results of full scattering profile from finger tissue-like phantom (optica.org)
308 Operating communication module by software development and biological parameter extraction using a self-calibrated optical sensor.
הפעלת רכיב תקשורת על בסיס פיתוח תכנותי וחילוץ מדדים ביולוגים באמצעות חיישן אופטי בעל כיול עצמי
שם המנחה: מיכל קטן
אחראי/ת אקדמי/ת: פרופ' דרור פיקסלר
הרקע לפרויקט:
אנו מפתחים טכנולוגיה ייחודית העושה שימוש באורך גל יחיד ומספר גלאים, לטובת חילוץ מדויק של פרמטרים אופטיים מרקמה. השיטה האופטית שאנו מציעים היא שיטה חדשה לגילוי תכונות אופטיות מרקמות גליליות בהתבסס על פיזור העוצמה הזוויתי שלהן, מה שמכונה Full scattering profile (FSP), וזאת במטרה לשפר את הדיוק והרגישות של מדידת פרמטרים ביולוגיים, כגון דופק, רוויון חמצן (סטורציה), קצב נשימה, שונות קצב הלב, לחץ דם, וכדומה.
מטרת הפרויקט:
הפרויקט המוצע יעסוק בהחלפת פרוטוקול התקשורת של החיישן האופטי: החיישן בצורתו הנוכחית מתחבר סריאלית בכבל USB למחשב לצורך איסוף הנתונים, ובגרסתו החדשה יוחלף בתקשורת בלוטות' (Bluetooth). מטרת הפרויקט היא מימוש החלפת פרוטוקול התקשורת הנ""ל ואפיונו, על מנת לאפשר אבחון מצבים פיזיולוגיים שונים מהרקמה בצורה נוחה ופרקטית.
תכולת הפרויקט:
בפרויקט זה הסטודנטים יתחילו בשדרוג המערכת על ידי הוספת פרוטוקול תקשורת Bluetooth לקריאות נוחות של המדידות על הנסיינים. בהמשך ישוו בין שתי צורות התקשורת השונות באמצעות ניתוח ועיבוד הנתונים מהמכשיר, ובנוסף יקחו מדידות מהחיישן וינתחו אותן למציאת פרמטרים ביולוגיים.
קורסי קדם:
מבוא לאופטיקה.
דרישות נוספות:
עדיפות לניסיון בעבודה עם פרוטוקול Bluetooth.
מקורות:
Experimental system for measuring the full scattering profile of circular phantoms - PubMed (nih.gov)
Experimental results of full scattering profile from finger tissue-like phantom (optica.org)"
309 Multilayer structured tissue sensing using an iterative optical properties extraction technique
חישת שכבות רקמה באמצעות שיטה איטרטיבית לחילוץ תכונות אופטיות
שם המנחה: חנה שפירא
אחראי/ת אקדמי/ת: פרופ' דרור פיקסלר
הרקע לפרויקט:
כאשר קרינה אלקטרומגנטית פוגעת בחומר, האינטראקציה שנוצרת היא ייחודית עבור כל חומר ואורך הגל של הקרינה. התוצאה (בליעה, פיזור, שינוי כיוון) תלויה בתכונות האופטיות של החומר עבור כל אורך גל, ולכן מדידה של תוצאת האינטראקציה, אותה ניתן לעשות באופן בלתי פולשני, מאפשרת לזהות חומרים באמצעים אופטיים. תכונות דומיננטיות של החומר הן הבליעה והפיזור. אם חומר הוא גם מפזר וגם בולע, כמו רקמות אנושיות, משימת חילוץ התכונות האופטיות מתוך המדידה נעשית עוד יותר מאתגרת מכיוון שקשה להפריד בין התכונות השונות. רוב השיטות האופטיות מתבססות על גילוי עוצמה בלבד, מאחר והסנסורים המקובלים (כולל גם העין האנושית) יכולים לחוש רק את העוצמה. במחקר שלנו פיתחנו שיטה המתבססת על שחזור הפאזה של האור. מתוך סט של תמונות עוצמה ושילוב אלגוריתם איטרטיבי, אנו משחזרים את תמונת הפאזה ומנתחים את המידע שהתקבל מתוכו ניתן לחלץ תכונות אופטיות של בליעה ופיזור באופן לא פולשני.
בשנה האחרונה השיטה מתרחבת לחישה של חומרים במבנה רב שכבתי. בדוגמאות ביולוגיות הרבה פעמים נתקלים במבנה של שכבות, ומכאן חשיבת פיתוח השיטה.
מטרת הפרויקט:
ביסוס מתודולוגי של השיטה IMOPE עבור דוגמאות במבנה דו שכבתי.
תכולת הפרויקט:
למידת עקרונות השיטה IMOPE- iterative multi-plane optical properties extraction technique.
הכנת דוגמאות אופטיות במעבדה
מדידות במערכת
ניתוח תוצאות- MATLAB
קורסי קדם:
שדות אלקטרומגנטיים / מבוא לאלקטרואופטיקה
מקורות:
Yariv, Inbar, et al. ""Media characterization under scattering conditions by nanophotonics iterative multiplane spectroscopy measurements."" ACS omega 4.10 (2019): 14301-14306.
Shapira, Channa, et al. ""Effect of optical magnification on the detection of the reduced scattering coefficient in the blue regime: theory and experiments."" Optics Express 29.14 (2021): 22228-22239.
Shapira, C., Itshak, D., Duadi, H., Harel, Y., Atkins, A., Lipovsky, A., ... & Fixler, D. (2022). Noninvasive nanodiamond skin permeation profiling using a phase analysis method: ex vivo experiments. ACS nano, 16(10), 15760-15769.
Yariv, I., Duadi, H., & Fixler, D. (2020). Depth scattering characterization of multi-layer turbid media based on iterative multi-plane reflectance measurements. IEEE Photonics Journal, 12(5), 1-13."
310 Establish an integration sphere system for optical sensing
הקמת מערכת חישה אופטית מסוג כדור אינטגרציה
שם המנחה: חנה שפירא
אחראי/ת אקדמי/ת: פרופ' דרור פיקסלר
הרקע לפרויקט:
כאשר קרינה אלקטרומגנטית פוגעת בחומר, האינטראקציה שנוצרת היא ייחודית עבור כל חומר ואורך הגל של הקרינה. התוצאה (בליעה, פיזור, שינוי כיוון) תלויה בתכונות האופטיות של החומר עבור כל אורך גל, ולכן מדידה של תוצאת האינטראקציה, אותה ניתן לעשות באופן בלתי פולשני, מאפשרת לזהות חומרים באמצעים אופטיים. תכונות דומיננטיות של החומר הן הבליעה והפיזור. אם חומר הוא גם מפזר וגם בולע, כמו רקמות אנושיות, משימת חילוץ התכונות האופטיות מתוך המדידה נעשית עוד יותר מאתגרת מכיוון שקשה להפריד בין התכונות השונות. כדור אינטגרציה מאפשר לנתח את האור העובר דרך דוגמת חומר ומאפשר ללמוד על התכונות האופטיות של אותו החומר.
מטרת הפרויקט:
ביסוס מתודולוגי של חילוץ בליעה ופיזור מכדור אינטגרציה
תכולת הפרויקט:
למידה: מהו כדור אינטגרציה, אופן הפעולה, שימושים, מבנה, קוד, ממשק.
בניית סט אפ אופטי.
הכנת דוגמאות למדידה.
שימוש בקוד אנליזה.
בניית ממשק משתמש.
השוואה עם שיטות אחרות.
קורסי קדם:
שדות אלקטרומגנטיים / מבוא לאלקטרואופטיקה
מקורות:
Prahl, S. (1999). Optical property measurements using the inverse adding-doubling program. Oregon Medical Laser Center, St. Vincent Hospital, 9205, 1-53.
D. K. Edwards, J. T. Gier, K. E. Nelson, and R. D. Roddick, ""Integrating Sphere for Imperfectly Diffuse Samples*,"" J. Opt. Soc. Am. 51, 1279-1288 (1961)
Lemaillet, P., Cooksey, C. C., Hwang, J., Wabnitz, H., Grosenick, D., Yang, L., & Allen, D. W. (2017). Correction of an adding-doubling inversion algorithm for the measurement of the optical parameters of turbid media. Biomedical Optics Express, 9(1), 55-71.
311 Development and testing of fiber drawing system and for fabrication of in-fiber photonic devices
פיתוח מערכת אופטית למשיכת סיבים ולייצור התקנים פנים סיביים עבור עיבוד פוטוני
שם המנחה: משה סינואני
אחראי/ת אקדמי/ת: פרופ' זלבסקי זאב
הרקע לפרויקט:
במעבדה פותחה יכולת של יצירת התקנים בתוך סיב עי בניית preform מתאים וחימומו תוך הפעלת מנועי משיכה. תוכנת בקרה השולטת בצורה מבוקרת על תהליך החימום ומהירות ועוצמת המשיכה קובעת את שטח החתך של ההתקן הפנים-סיבי שמיוצר. מחקר בפרויקט זה כולל הבנה בתוכנת בקרה ושליטה ממחשב, הבנה אופטית והבנה של תהליכי תרמו-מכאניים בזכוכית
מטרת הפרויקט:
לפתח כלי תוכנה ב labview לשליטה על מערכת משיכת סיבים
תכולת הפרויקט:
לפתח כלי תוכנה ב labview לשליטה על מערכת משיכת סיבים ובחינת ביצועי המערכת ביצור התקני סיב
קורסי קדם:
מבוא לאופטיקה ומבוא לבקרה
דרישות נוספות:
תכנות ב Labview
מקורות:
R. Aharoni, L. Bidani, M. Sinvani and Z. Zalevsky, “Initiatory concept of localized CO2 laser based tapering rig for realization of in-fiber devices,” Optics Engineering 51(7), 075002 (2012).
312 Pump-probe based photonic super resolution approach for failure analysis of silicon wafers and integrated circuitry
מימוש שיטה פוטונית חדשנית של סופר רזולוציה לניטור תקלות בשבבי סיליקון במיקרו אלקטרוניקה
שם המנחה: משה סינואני
אחראי/ת אקדמי/ת: פרופ' זלבסקי זאב
הרקע לפרויקט:
בתחום של ניתוח כשלים במעגלי מיקרו אלקטרוניקה ניסרקים שבבי הסיליקון עי מיקרוסקופ אופטי תוך הפעלת שני קרני אור. הקרן האחת המכונה probe היא בתחום הניראה שניבלע הסיליקון ומייצר נושאי מטעם חופשיים. הקרן השנייה המכונה pump היא באינפרא אדום קרוב שבמצב רגיל לא ניבלע בסיליקון אבל כתוצאה מיצירת האלקטרונים החופשיים, קרן זו מקבלת הפסדים ופיזורים הגורמים להצרות הכתם שנוצר. כך שבצמב של סריקת שבב הסיליקון עי שתי הקרניים בו זמנית אפשר למפות שת השבב ברזולוציה מרחבית גבוהה מאוד המתאימה למה שנידרש כדי למפות התקני ננו-אלקטרוניקה כנידרש באפליקציית ניתוח כשלים. הפרויקט כולל שימוש בתכונה לא לנארית אופטית הקורת בסיליקון לצרכי סופר רזולוציה ויישום יכולת זו לאפליקציית ניתוח כשלים במעגלים משולבים.
מטרת הפרויקט:
ביצוע ניסויי מעבדה וניתוח דאטה המדגימה שיטה לשיפור רזולוציה
תכולת הפרויקט:
ביצוע ניסויי מעבדה וניתוח דאטה
קורסי קדם:
מבוא לאופטיקה
מקורות:
H. Pinhas, O. Wagner, Y. Danan, M. Danino, Z. Zalevsky and M. Sinvani, “Plasma dispersion effect based super-resolved imaging in silicon,” Opt. Exp. 26, 25370-25380 (2018).
313 Spatial characterization of Huygen'scondition in metasurfaces
אפיון מרחבי של תנאי הויגנס במטא משטחים
שם המנחה: שני כהן
אחראי/ת אקדמי/ת: ד"ר תומר לוי
הרקע לפרויקט:
תנאי הויגנס במטא משטחים הינו תנאי ספקטרלי (תדרי) שבו מתקיימת חפיפה בתדר של שני רזוננסים. חפיפה זו מאפשרת קבלת עוצמת העברה גבוהה במיוחד במוצא - דבר שהפך אותה לאטרקטיבית מאד מבחינה הנדסית.
מטרת הפרויקט:
בפרויקט הנוכחי אנחנו נאפיין את הצורה המרחבית של הקרינה היוצאת ממטא משטח אשר מקיים את תנאי הויגנס. מבחינה מרחבית - הקרן היוצאת נראית כמו אנטנה בעלת כיווניות מסוימת. אנו נבדוק האם נוכל לשלוט בפיזור הזה כדי להצר או להרחיב את קוטר האלומה כתלות בפרמטרים שונים כגון - סוג המצע, גיאמטריה, עירור של מודים משטחיים וכן הלאה.
1. הרחבה של קוטר האלומה תוך שמירה על העברה גבוהה יכולה להציע פתרון אפשרי לבעיה שבה הקרן אינה ממלאת את שטח הפיקסל בגלאי בצורה אחידה.
2. הצרה של האלומה תוך שמירה על העברה גבוהה יכולה לשפר את הרזולוציה
תכולת הפרויקט:
הסטודנטים ירכשו ידע וניסיון בתוכנת סימולציות FDTD נדרשת בתעשיה ונקראת לומריקל (אנסיס). בתוכנה הזו הם יסמלצו את המערכת הדרושה ויבחנו את הפיזור המרחבי המתקבל כתלות בכל אחד מהפרמטרים המוצעים.
כתלות בזמן העומד לרשותנו - מדידות במעבדה של הדגם/ היכרות עם תהליכי פבריקציה (נדרשים מאד בתעשייה גם כן)
קורסי קדם:
מבוא לאופטיקה
קווי תמסורת ומערכות מיקרוגלים
מבוא ללייזרים
מקורות:
314 Incorporation of fiber-based water leakage detector
שילוב סיבים אופטיים לניטור נזילות מים מצינורות
שם המנחה: יפים ביידרמן
אחראי/ת אקדמי/ת: פרופ' זלבסקי זאב
הרקע לפרויקט:
במעבדה בוצע פיתוח של סנסור פוטוני המבוסס על סיב אופטי מיוחד שהדגים יכולת ראשונה לניטור נזילות של מים מצינור ומדידת שינויי ספיקה. יש רצון להרחיב יכולות אלו למדידה יותר נרחבת של ניטור צינורות מים. עיקרון הפעולה של סנסור הסיב הפוטוני כולל הזרקת אור דרך סיב מרובה מודים ומדידת שינוי בבניות ההתאבכות של המודים בינן לבין עצמם ביציאת הסיב. תבניות התאבכות אלו קשורות במעוותים שונים הנוצרים בסיב החישה ויכולים להעיד על מצב של נזילה בצנרת בה סיב החישה הותקן. ניתוח תבניות האור כולל הן ניתוח קלאסי והן הפעלה של אלגוריתמיקת למידת מכונה ובינה מלאכותית.
מטרת הפרויקט:
ביצוע ניסויים ופיתוח שיטה נומרית לניתוח דאטה
תכולת הפרויקט:
ביצוע ניסויים וניתוח דאטה
קורסי קדם:
מבוא לאופטיקה
מקורות:
J. Philosof, Ye. Beiderman, S. Agdarov, Ya. Beiderman and Z. Zalevsky, “Optical multimode fiber-based pipe leakage sensor using speckle pattern analysis,” Sensors 2023, 23, 8634 (2023)."
315 Extraction of Optical Properties in Semi-Infinite Phantoms with Single- and Multi-Layered Configurations Using Diffuse Reflectance and a Self-Calibration Point
שימוש במדידת ההחזר הדיפוזיבי ובנקודת כיול עצמית לחילוץ תכונות אופטיות של פנטומים חצי אינסופיים ורב-שכבתיים
שם המנחה: אלון צרויה
אחראי/ת אקדמי/ת: פרופ' דרור פיקסלר
הרקע לפרויקט:
במערכות אופטיות הפועלות בסביבה מפזרת, החזר האור הדיפוזיבי מושפע מתהליכי פיזור ובליעה. בעוד שהפיזור שולט בהתפשטות האור ובערבוב כיוונים, הבליעה משנה את עומק החדירה של הפוטונים. מדידה נכונה של התכונות האופטיות חשובה לפיתוח שיטות לא חודרניות למגוון רחב של נושאים, בינהם ניטור ביו-רפואי. בפרויקט זה נעשה שימוש במספר טכניקות כדי למדוד נכון את התכונות האופטיות של טווח מחקה רקמה בעל שכבות שונות. נשתמש בקיטוב האור כדי להעריך את הפיזור ולהפריד בין שכבות שונות. בנוסף לכך, נמדוד את פרופיל ההחזרה של האור מהרקמה ונעשה שימוש בנקודת כיול עצמית, ייחודית למעבדה שלנו, ונשתמש בה על מנת לחוש את הבליעה. בכך נקבל מעטפת מידע שלמה אודות הרקמה.
מטרת הפרויקט:
שימוש במדידות החזר אור מקוטב ובנקודת כיול עצמית למדידת התכונות האופטיות של דוגמאות מחקות רקמה חצי־אינסופיות ורב־שכבתיות.
תכולת הפרויקט:
במסגרת הפרויקט הסטודנטים יתחילו בכך שיחלצו את המידע עבור דוגמאות חד שכבתיות בעלות תכונות אופטיות משתנות. לאחר מכן, יוכנו פנטומים חצי־אינסופיים ורב־שכבתיים עם תכונות אופטיות מבוקרות ושונות בין שכבות, ויבוצעו מדידות של ההחזר הדיפוזיבי באמצעות מערכת אופטית קיימת. במקביל יעשה שימוש בסימולציית מונטה-קרלו קיימת כדי לבחון את השפעת הפיזור והבליעה על ההחזר.
קורסי קדם:
מבוא לאופטיקה
דרישות נוספות:
מבוא לנוירופוטוניקה, גלאים
מקורות:
Tzroya, Alon, Hamootal Duadi, and Dror Fixler. ""Extracting Superficial Scattering by Q‐Sensing Technique."" Journal of Biophotonics (2024): e202400262.
Duadi, H.; Feder, I.; Fixler, D., Linear dependency of full scattering profile isobaric point on tissue diameter. Journal of biomedical optics 2014, 19 (2), 026007.
Duadi, H.; Feder, I.; Fixler, D., Influence of detector size and positioning on near-infrared measurements and ISO-pathlength point of turbid materials. Frontiers in Physics 2021, 9, 43.
Feder, I.; Duadi, H.; Fixler, D., Single wavelength measurements of absorption coefficients based on iso-pathlength point. Biomedical optics express 2020, 11 (10), 5760-5771.
Feder, I.; Duadi, H.; Fridman, M.; Dreifuss, T.; Fixler, D., Experimentally testing the role of blood vessels in the full scattering profile: solid phantom measurements. Journal of Biomedical Photonics & Engineering 2016, 2 (4).
Feder, I.; Wróbel, M.; Duadi, H.; Jędrzejewska-Szczerska, M.; Fixler, D., Experimental results of full scattering profile from finger tissue-like phantom. Biomedical optics express 2016, 7 (11), 4695-4701."
316 Integrated Detection of Nanoplastics and Environmental Contaminants Using Polarized Diffuse Reflectance with Self-Calibration Point
זיהוי ננופלסטיקים ומזהמים סביבתיים באמצעות החזר דיפוזיבי, נקודת כיול עצמית וקיטוב האור
שם המנחה: אלון צרויה
אחראי/ת אקדמי/ת: פרופ' דרור פיקסלר
הרקע לפרויקט:
הצטברות מזהמים סביבתיים, ובפרט ננופלסטיקים, במים ובקרקע מהווה איום ממשי לבריאות הציבור ולמערכות אקולוגיות. איתורם בריכוזים נמוכים הוא אתגר מתמשך, שכן השיטות הקיימות מתקשות להפריד באופן חד משמעי בין תרומת הפיזור לבליעה בצורה זולה, יעילה ומדויקת המתאימה לעבודה בשטח בזמן אמת. שילוב של החזר דיפוזיבי עם נקודת כיול עצמית וקיטוב האור מציע גישה ייחודית להפרדת תהליכים אלה, ומאפשר סיווג רגיש ומדויק יותר של מזהמים. פרויקט זה יתמקד כולו בביצוע ניסויים מדויקים לצורך פיתוח כלי אמין במטרה לזהות ננופלסטיקים ומזהמים אורגניים נוספים בסביבות מים ואדמה.
מטרת הפרויקט:
פיתוח והדגמת שיטה אופטית המבוססת על החזר דיפוזיבי, נקודת כיול עצמית וקיטוב האור, לצורך זיהוי וסיווג ננופלסטיקים ומזהמים סביבתיים אחרים במים ובקרקע, על בסיס מדידות ניסוייות וגישות חישוביות.
תכולת הפרויקט:
במסגרת הפרויקט יוכנו דוגמאות מים ואדמה המכילות ננופלסטיקים ומזהמים נוספים בריכוזים מבוקרים. יבוצעו מדידות החזר דיפוזיבי תוך שימוש במקטבים לניתוק תרומות הפיזור השטחי מהפיזור העמוק. בנוסף, תיושם נקודת כיול עצמית שתאפשר חילוץ של התכונות האופטיות של הדגימה ושל המזהם. הנתונים הניסוייים ישמשו לזיהוי ולסיווג מזהמים בריכוזים נמוכים ולבחינת היכולת של השיטה להפריד בין סוגי מזהמים שונים.
קורסי קדם:
מבוא לאופטיקה
דרישות נוספות:
גלאים
מקורות:
1. Duadi, H.; Feder, I.; Fixler, D., Linear dependency of full scattering profile isobaric point on tissue diameter. Journal of biomedical optics 2014, 19 (2), 026007.
2. Duadi, H.; Feder, I.; Fixler, D., Influence of detector size and positioning on near-infrared measurements and ISO-pathlength point of turbid materials. Frontiers in Physics 2021, 9, 43.
3. Feder, I.; Duadi, H.; Fixler, D., Single wavelength measurements of absorption coefficients based on iso-pathlength point. Biomedical optics express 2020, 11 (10), 5760-5771.
4. Feder, I.; Duadi, H.; Fridman, M.; Dreifuss, T.; Fixler, D., Experimentally testing the role of blood vessels in the full scattering profile: solid phantom measurements. Journal of Biomedical Photonics & Engineering 2016, 2 (4).
5. Feder, I.; Wróbel, M.; Duadi, H.; Jędrzejewska-Szczerska, M.; Fixler, D., Experimental results of full scattering profile from finger tissue-like phantom. Biomedical optics express 2016, 7 (11), 4695-4701.
6. Organization, W. H., Guidelines for drinking-water quality: incorporating the first and second addenda. World Health Organization: 2022.
7. Zulkifli, S. N.; Rahim, H. A.; Lau, W.-J., Detection of contaminants in water supply: A review on state-of-the-art monitoring technologies and their applications. Sensors and Actuators B: Chemical 2018, 255, 2657-2689."
317 Examining the realization of quantum cryptography in a multinode photonic network
בחינת מימושים של הצפנה קוונטית ברשת פוטונית מרובת צמתים
שם המנחה: יובל עידן
אחראי/ת אקדמי/ת: פרופ' אליהו כהן
הרקע לפרויקט:
הפצת מפתחות סודיים באמצעות מצבים קוונטיים של אור ידועה בתור שיטת הצפנה בטוחה אשר מהווה מסלול התקדמות אפשרי לשיפור האבטחה ב-data centers. עם זאת, כאשר מספר הצמתים גדל ומתווספים שיקולים פיזיקליים שקשורים למימוש רשתי לא אידאלי, מתפתח סיכון להאזנות שקשה לגלות. הפרויקט יחקור מימושים אופטיים חדשניים מהסוג הזה ויאמוד את רמת האבטחה שהם מאפשרים.
מטרת הפרויקט:
בחינת אופן המימוש הפיזיקלי של הפצת מפתחות סודיים באמצעות מצבים פוטוניים שזורים וכן את המתקפות האפשריות על מימוש זה, בדגש על מגבלות פרקטיות שכוללות cross-talk, סנכרון, יעילות גלאי מוגבלת, איבודים, רעש ועוד. התוצר יהיה פרוטוקול אופטי, מגובה בסימולציה, אשר ידגימו מימוש רשתי של הפצת מפתחות סודיים.
תכולת הפרויקט:
סקר ספרות ראשוני יכלול הכרה של האלגוריתמים ושל החומרה הרלוונטיים. אחריו יבוצע סקר סיכונים וימופו האיומים האפשריים. כנגד האיומים, יגובש פרוטוקול ותיבחר חומרה שתמזער את הסיכוי לזליגת מידע. הסטודנטים יבצעו חישובים אנליטיים וסימולציות מטלב שיצביעו על רמת אבטחה גבוהה של הפצת מפתחות, כלומר, את היכולת לגלות בסיכוי גבוה ניסיונות האזנה.
קורסי קדם:
יש לקחת את הקורס מבוא לאינפורמציה קוונטית וחישוב קוונטי (אפשר במקביל)
דרישות נוספות:
הכרות עם אינפורמציה קוונטית, תקשורת אופטית
מקורות:
ניתן להתרשם מניתוח דומה שביצענו כאן: https://advanced.onlinelibrary.wiley.com/doi/10.1002/qute.202300437"
318 Weight-based quantum error correction
תיקון שגיאות קוונטיות בהתבסס על משקלים
שם המנחה: יובל עידן
אחראי/ת אקדמי/ת: פרופ' אליהו כהן
הרקע לפרויקט:
מחשבים קוונטיים מאפשרים לממש אלגוריתמים מסויימים באופן מאוד יעיל ובכך פותחים הרבה הזדמנויות מעניינות. עם זאת, הם מחייבים תיקון שגיאות מורכב ואינטנסיבי שמצריך יתירות משמעותית. השאיפה שלנו בפרויקט זה לבצע אופטימזציה של תיקון השגיאות באופן שחלוקת המשאבים תתבצע בהתאם למשקל של כל קיוביט במחשב הקוונטי.
מטרת הפרויקט:
המטרה היא לנסח לפחות שני קריטריונים שונים שמאפשרים מתן ""משקל"" לכל קיוביט ובהתאם להם להקצות את משאבי תיקון השגיאות באופן חסכוני ויעיל. התוצר יהיה הדגמה של הפרוטוקול המלא ע""ג מחשב קוונטי מרוחק באופן שיעקוף את הביצועים של אלגוריתמים מתקני שגיאות שהם לא ""ממושקלים"".
תכולת הפרויקט:
היכרות עם המדדים המועמדים שלנו: אינפורמציית פישר וערכים חלשים. חישוב מדדים אלו עבור קיוביטים במעגלים קוונטיים ידועים. התאמה בין המדדים הללו לבין encoders קיימים כך שהיתירות תחולק בהתאם למשקל של כל קיוביט. בחינת הביצועים בסימולציות ובאמצעות הרעשה של חומרה קוונטית מרוחקת של IBM.
קורסי קדם:
מבוא לאינפורמציה קוונטית וחישוב קוונטי (אפשר גם במקביל)
מקורות:
ניתן להיעזר ב- https://journals.aps.org/pra/abstract/10.1103/PhysRevA.104.012610
319 Incorporation of AI and ML algorithms in remote biomedical sensing
שילוב יכולות של בינה מלאכותית ואלגוריתמי לימוד מכונה בחישה ביו רפואית
שם המנחה: יפים בידרמן
אחראי/ת אקדמי/ת: פרופ' זלבסקי זאב
הרקע לפרויקט:
מדובר על טכנולוגיית חישה חדשנית המבוססת על ניתוח שינויים זמניים-מרחביים של תבנית פיזור אור לייזר מרקמה ביולוגית. על בסיס זה ניבחנת יכולת חישה של פרמטרים ביו רפואיים מרחוק. תבניות הפיזור הנוצרות עקב התאבכות עצמית של אור הלייזר ניקראות ספקלס. אלו תבניות אקראיות המשתנות בזמן כתלות בתהליכים הזמניים הקורים בתוך הרקמה הביולוגית. במסגרת הפרויקט ניבנה אלגוריתם לימוד מכונה שילמד את מאפיני תבנית הפיזור וידע לקשר אותה לננו-רעידות המתרחשות ברקמה. מתוך ניתוח תבניות הננו-רעידות ניתן לבצע שערוך של פרמטרים בו רפואיים שונים הכוללים לחץ דם, מאפיני זרימת דם בכלי דם ועוד. אלגוריתמיקת למידת המכונה שתופעל פה תבוסס על רשתות ניורונליות.
מטרת הפרויקט:
לממש יכולות אופטיות לחישה של פעילות מוחית מרחוק
תכולת הפרויקט:
ביצוע ניסוי ועיבוד דאטה
קורסי קדם:
מבוא לאופטיקה
דרישות נוספות:
למידת מכונה
מקורות:
Kalyuzhner, Z., Agdarov, S., Orr, I. et al. Remote photonic detection of human senses using secondary speckle patterns. Sci Rep 12, 519 (2022). https://doi.org/10.1038/s41598-021-04558-0"
320 Laser ablated silicone carbide resonators
רזונטורים מסיליקון קרביד העשויים באמצעות אבלציית לייזר
שם המנחה: תומר לוי, סוקנטה ננדי, שני כהן
אחראי/ת אקדמי/ת: ד"ר תומר לוי
הרקע לפרויקט:
רזונטורים מננו חלקיקים מהווים אבן בניין חשובה ב אופטואלקטרוניקה ובמיוחד בתכנון רכיבים ננו-אופטיים ומטא משטחים. תכונות פיזור האור תלויות באורך הגל, בגודל וצורת החלקיק וכן במקדם הדיאלקטרי - שגם הוא תלוי אורך גל. בפרויקט הזה נתרכז ברזונטורים מסיליקון קרביד בתחום באינפרא אדום בינוני שבהם יש שינוי חד במקדם הדיאלקטרי והוא הופך מחיובי לשלילי ולכן תומך ברזוננסים מסוג פונון-פולריטון אשר מרכז את האור בצורה חזקה.
מטרת הפרויקט:
לתכנן לייצר ולאפיין חלקיקים רזונטורים מסוג סיליקון קרביד
תכולת הפרויקט:
תכנון רזוננסים של רזונטורים באמצעות כתיבת קוד מטלב וכן סימולציות של FDTD. ייצור חלקיקים באמצעות לייזר, מדידה התכונות האופטיות
קורסי קדם:
שדות, פיזיקה של מל״מ, מבוא לאופטיקה, לייזרים
מקורות:
Absorption and Scattering of Light by Small Particles
Book by Craig Bohren and Donald Huffman
321 Temporal optics
אופטיקה זמנית
שם המנחה: שרה מאיר
אחראי/ת אקדמי/ת: פרופ' מוטי פרידמן
הרקע לפרויקט:
אופטיקה טמפורלית (Temporal Optics) היא תחום מחקר העוסק בשליטה ועיבוד של אור בתחום הזמן, בדומה לאופן שבו אופטיקה קלאסית שולטת באור במרחב. במקום להשתמש בעדשות ומראות לעיצוב ההתפשטות המרחבית של האור, אופטיקה טמפורלית עושה שימוש ב""עדשות זמן"", במדיום דיספרסיבי ובמודולטורים – כדי למתוח, לדחוס, למקד או לנתח פולסים של אור על ציר הזמן. תחום זה מאפשר מדידות אולטרה־מהירות של תופעות שמתרחשות בפרקי זמן של פמטושניות ואף אטושניות. לאופטיקה טמפורלית חשיבות רבה ביישומים כמו ספקטרוסקופיה, תקשורת אופטית, ואינפורמציה קוונטית, והיא מהווה כלי עוצמתי לחקר דינמיקה לא־ליניארית, מדידת פאזה וקיטוב בזמן, ולביצוע אנליזה ספקטרלית בזמן אמת – ללא צורך ברכיבים נעים.
מטרת הפרויקט:
פיתוח עדשת זמן יעילה
תכולת הפרויקט:
הסטודנט ילמד על אופטיקה לא לינארית ואופטיקה זמנית - יבצע סימולציות של עדשת זמן - יבנה עדשת זמן וימדוד את היעילות שלה.
קורסי קדם:
אלקטרואופטיקה התקנים ומערכות
מקורות:
kolner
322 Inverse Design of Photonic Integrated Circuits
Inverse Design של מערכת תקשורת אופטית מבוססת PIC
שם המנחה: בוריס דסיאטוב
אחראי/ת אקדמי/ת: ד"ר בוריס דסיאטוב
הרקע לפרויקט:
מעגלים פוטוניים משולבים (Photonic Integrated Circuits – PIC) מהווים אבן יסוד במערכות תקשורת אופטיות מתקדמות. לרוב מתבצעת סימולציה ""ישירה"" (Forward Simulation) שבה נבחן ביצועי מערכת בהינתן פרמטרים ידועים. אולם, בעשור האחרון מתפתחת מאוד גישת ה־Inverse Design, שבה המטרה היא להגדיר את הביצועים הרצויים (למשל: ספקטרום, יחס אות לרעש, או איבודים מקסימליים) ולמצוא באופן אוטומטי את מבנה ה־PIC או את פרמטרי המערכת שיביאו לתוצאה זו. גישה זו נשענת על אופטימיזציה מתמטית ושיטות חישוביות מתקדמות, ומהווה כלי חשוב במחקר ובתעשייה.
מטרת הפרויקט:
סטודנטים יפתחו סימולציה ממוחשבת של מערכת תקשורת אופטית מבוססת PIC, אך לא רק בסימולציה קדימה – אלא בגישת Inverse Design. המערכת תאתר באופן אוטומטי את פרמטרי הערוץ האופטיים (למשל: מקדמי דעיכה, תכונות רכיבים, ערוצי ריבוב) שיבטיחו ביצועים מוגדרים מראש, כגון Bit Error Rate נמוך מתחת לסף או רוחב פס מוגדר. התוצר הסופי יהיה כלי תוכנה גנרי לביצוע Inverse Design של ערוצי תקשורת אופטיים.
תכולת הפרויקט:
לימוד עקרונות בסיסיים של תקשורת אופטית ו־PIC.
מימוש סימולציית Forward פשוטה לערוץ אופטי (כולל רעש ואיבודים).
הגדרת פונקציית מטרה (Objective Function) – למשל BER מינימלי או מקסימום תפוקה בספקטרום נתון.
מימוש אלגוריתם אופטימיזציה (למשל Gradient Descent, Genetic Algorithm או Particle Swarm Optimization) למציאת פרמטרי המערכת האופטימליים.
הפעלת הסימולציה על מספר תרחישים ובדיקת היכולת של השיטה למצוא פתרונות אופטימליים.
הפקת דו""ח מסכם הכולל ניתוח של תוצאות ה־Inverse Design בהשוואה לסימולציה ישירה.
קורסי קדם:
מבוא לאופטיקה מודרנית ואלקטרואופטיקה.
תקשורת אופטית 83-466 בסמסטר א' שנה ד'.
ננו-פוטוניקה 83-678 בסמסטר ב' שנה ד'
מקורות:
Molesky, S., Lin, Z., Piggott, A.Y. et al. Inverse design in nanophotonics. Nature Photon 12, 659–670 (2018). https://doi.org/10.1038/s41566-018-0246-9"
323 Optimization of Broadband and Polarization-Insensitive Grating Couplers for Photonic Waveguides
אופטימיזציה של שריגי צימוד רחבי־פס ועמידים לקיטוב עבור מוליכי גל פוטוניים
שם המנחה: דוד טרופ
אחראי/ת אקדמי/ת: ד"ר בוריס דסיאטוב
הרקע לפרויקט:
שריגי צימוד (Grating Couplers) הם רכיבים חיוניים בפוטוניקה משולבת, המאפשרים צימוד יעיל של אור מסיבים אופטיים אל מוליכי גל על גבי שבב. לרוב, עיצובים מסורתיים של שריגי צימוד מוגבלים ברוחב הפס ובעלי רגישות גבוהה לקיטוב (Polarization Dependence), דבר המקשה על שילובם במערכות תקשורת מתקדמות. טכניקות תכנון מתקדמות, כגון אופטימיזציה מתמטית, אלגוריתמים גנטיים או Inverse Design, מאפשרות לשפר משמעותית את ביצועי השריגים, להשיג פעולה רחבת־פס (Broadband), ולהפחית את התלות בקיטוב (Polarization-Insensitive).
מטרת הפרויקט:
מטרת הפרויקט היא לפתח מתודולוגיית תכנון ואופטימיזציה לשריגי צימוד יעילים, בעלי פעולה רחבת־פס ותפקוד יציב עבור קיטובי TE ו־TM. הסטודנטים יישמו כלי סימולציה מתקדמים ויבצעו חקר ביצועים של מבני שריג שונים, תוך שימוש בטכניקות אופטימיזציה שונות. התוצר הסופי יהיה כלי תוכנה ותוצאות סימולציה הממחישות שיפורים בביצועים לעומת עיצובים סטנדרטיים.
תכולת הפרויקט:
לימוד עקרונות הפעולה של שריגי צימוד והצימוד בין סיבים אופטיים למוליכי גל.
מימוש סימולציה קדימה (Forward Simulation) באמצעות כלים כמו FDTD או Eigenmode Expansion.
הגדרת פונקציות מטרה לאופטימיזציה (למשל: מקסום יעילות הצימוד לאורך תחום ספקטרלי רחב, והפחתת תלות בקיטוב).
יישום שיטות שונות לאופטימיזציה (למשל Gradient-Based, Genetic Algorithms, או Inverse Design ככלי משלים).
ביצוע ניתוח השוואתי בין מבנים אופטימליים לבין שריגי צימוד קלאסיים.
כתיבת דו""ח מסכם כולל ניתוח שיפורים ברוחב הפס וברגישות לקיטוב.
קורסי קדם:
מבוא לאופטיקה מודרנית ואלקטרואופטיקה.
תקשורת אופטית 83-466 בסמסטר א' שנה ד'.
ננו-פוטוניקה 83-678 בסמסטר ב' שנה ד'
מקורות:
Cheng, L.; Mao, S.; Li, Z.; Han, Y.; Fu, H.Y. Grating Couplers on Silicon Photonics: Design Principles, Emerging Trends and Practical Issues. Micromachines 2020, 11, 666. https://doi.org/10.3390/mi11070666
Almeida, D.; Lourenço, P.; Fantoni, A.; Costa, J.; Vieira, M. Grating Coupler Design for Low-Cost Fabrication in Amorphous Silicon Photonic Integrated Circuits. Photonics 2024, 11, 783. https://doi.org/10.3390/photonics11090783
324 Automatic Machine Learning System for Photonic Chip Characterization
מערכת אוטומטית לאפיון שבבים פוטוניים מבוססת למידת מכונה
שם המנחה: דוד טרופ
אחראי/ת אקדמי/ת: ד"ר בוריס דסיאטוב
הרקע לפרויקט:
אפיון רכיבים פוטוניים (כגון מוליכי גל, שריגי צימוד ומודולטורים) דורש מערכות מדידה מדויקות ויציבות. תהליך זה כולל מיקום סיבים אופטיים מול שבבי פוטוניקה, מדידות ספקטרליות ואופטיות, ולעיתים גם שימוש במיקרוסקופ לניטור מיקום וזיהוי אזורי הצימוד. כיום, תהליך זה מתבצע לרוב באופן ידני וגוזל זמן רב, תוך הסתמכות על מיומנות המפעיל. שילוב של אוטומציה עם ניתוח תמונות מבוסס למידת מכונה מאפשר לפתח מערכות מתקדמות שמבצעות את תהליך המדידה, הניתוב והצימוד בצורה מהירה, עקבית ומדויקת יותר.
מטרת הפרויקט:
פיתוח מערכת מדידה אוטומטית לאפיון רכיבים פוטוניים, המשלבת רכיבי חומרה (מיקרוסקופ, שלבי תנועה מדויקים, מקורות לייזר, גלאים) יחד עם אלגוריתמי תוכנה חכמים. המערכת תזהה ותמקם אזורי צימוד על גבי השבב באמצעות ניתוח תמונות ממיקרוסקופ, תבצע צימוד אוטומטי לסיבים ותבצע מדידות ספקטרליות וחשמליות. התוצר הסופי יהיה פלטפורמה משולבת – תוכנה וחומרה – המסוגלת לבצע אפיון מלא של שבבים פוטוניים באופן אוטונומי.
תכולת הפרויקט:
לימוד עקרונות אפיון של רכיבים פוטוניים ותהליך הצימוד לסיבים.
בניית ממשק בקרה לשלבי תנועה מדויקים ומערכת מדידה אופטית.
פיתוח מערכת עיבוד תמונה (Image Processing) לזיהוי אזורי צימוד במיקרוסקופ.
שימוש בלמידת מכונה לשיפור דיוק הזיהוי של מיקומי הצימוד והכוונת הסיבים.
שילוב רכיבי החומרה והתוכנה למערכת אחודה הפועלת באופן אוטומטי.
ביצוע ניסויי מדידה והשוואה מול תהליך ידני כדי להדגים שיפור ביעילות ובזמן המדי
קורסי קדם:
מבוא לאופטיקה מודרנית ואלקטרואופטיקה.
תקשורת אופטית 83-466 בסמסטר א' שנה ד'.
ננו-פוטוניקה 83-678 בסמסטר ב' שנה ד'
מקורות:
Flores, Jaime Gonzalo Flor, et al. ""AtOMICS: A neural network-based Automated Optomechanical Intelligent Coupling System for testing and characterization of silicon photonics chiplets."" arXiv preprint arXiv:2210.16946 (2022)."
325 Impact of Fabrication Tolerances on Integrated Photonic Devices Performance
השפעת סטיות ייצור על ביצועי רכיבים פוטוניים משולבים
שם המנחה: בוריס דסיאטוב
אחראי/ת אקדמי/ת: ד"ר בוריס דסיאטוב
הרקע לפרויקט:
בתעשיית הפוטוניקה המשולבת (Integrated Photonics), רכיבים כגון מוליכי גל, מחלקי אלומה, שריגי צימוד ומודולטורים מיוצרים בטכנולוגיות מיקרו־ננו־פבריקציה. תהליך הייצור כרוך בסטיות ובלתי־שלמויות (Fabrication Tolerances) כגון שינויי ממדים, חספוס דפנות או סטיות בעומק האצירה. סטיות אלו עלולות לגרום לירידה בביצועי הרכיבים – לדוגמה, איבוד מוגבר, שינוי בספקטרום הפעולה או רגישות גבוהה לקיטוב. כדי להבטיח אמינות ויכולת ייצור בקנה מידה גדול, יש להבין את השפעת סטיות הייצור על ביצועי המערכות ולפתח שיטות לחיזוי והתמודדות עמן.
מטרת הפרויקט:
מטרת הפרויקט היא לבחון באופן שיטתי את ההשפעה של סטיות ייצור על רכיבים פוטוניים נבחרים, באמצעות ניתוח רגישות (Sensitivity Analysis) וסימולציות סטטיסטיות (Monte Carlo Simulations). בסיום הפרויקט, הסטודנטים יפיקו מפת סיכונים (Risk Map) המתארת אילו פרמטרים קריטיים משפיעים ביותר על ביצועי הרכיב, וימליצו על טולרנסים מיטביים בתהליך הייצור.
תכולת הפרויקט:
לימוד העקרונות הפיזיקליים של רכיבים פוטוניים משולבים (כגון מוליך גל, MMI, Grating Coupler).
הגדרת מודלים גיאומטריים ופיזיקליים של הרכיבים.
מימוש ניתוח רגישות (Sensitivity Study) לביצועי הרכיב בהינתן סטיות ייצור שונות.
הרצת סימולציות Monte Carlo לחישוב התפלגות ביצועים בתנאי ייצור מציאותיים.
ניתוח תוצאות לזיהוי פרמטרים קריטיים וקביעת גבולות טולרנסים לייצור.
כתיבת דו""ח מסכם עם מסקנות והמלצות הנדסיות.
קורסי קדם:
מבוא לאופטיקה מודרנית ואלקטרואופטיקה.
תקשורת אופטית 83-466 בסמסטר א' שנה ד'.
ננו-פוטוניקה 83-678 בסמסטר ב' שנה ד'
מקורות:
Y. Xing, J. Dong, U. Khan, and W. Bogaerts, “Capturing the effects of spatial process variations in silicon photonic, circuits,” ACS Photonics 10, 928 (2022). https://doi.org/10.1021/acsphotonics.2c01194.
פרויקטים נוספים מומלצים
101 Development of Microfluidic Chips for Rapid and Sensitive Detection of Infectious Diseases
פיתוח צ'יפים מיקרופלואידים לזיהוי מהיר ורגיש של מחלות מידבקות
שם המנחה: שמואל בורג
אחראי/ת אקדמי/ת: פרופ' עמוס דניאלי
הרקע לפרויקט:
אבחון מהיר ורגיש של מחלות מידבקות הוא אתגר מרכזי ברפואה המודרנית, במיוחד בנקודת הטיפול (Point-of-Care) ובאזורים בעלי משאבים מוגבלים. המעבדה עוסקת בפיתוח ביוסנסורים מבוססי פלואורסצנציה לזיהוי ביומרקרים בריכוזים נמוכים במיוחד. באותם תנאים עוצמת האות הפלואורסצנטי חלשה ומוסתרת על־ידי רעשי רקע, כגון פיזור ראמאן של הממס, פלואורסצנציה שיורית ממולקולות שלא נקשרו, או אוטופלואורסצנציה של המשטח הקולט. במעבדה פותחו טכנולוגיות חדשניות שמאפשרות להתגבר על מגבלות אלו, ביניהן Magnetic Modulation Biosensing (MMB), Optical Modulation Biosensing (OMB), High-Throughput OMB (ht-OMB), Chopped Optical Biosensing (COB) ושיטות נוספות לשיפור יחס אות־רעש. פיתוח מערכות מיקרופלואידיות המשלבות עקרונות אלו צפוי לאפשר ביצוע בדיקות מולקולריות או אימונולוגיות מהירות, רגישות, ומדויקות יותר, תוך שימוש בכמויות מזעריות של דגימה ובפרק זמן קצר משמעותית מהשיטות המקובלות כיום.
מטרת הפרויקט:
מטרת הפרויקט היא לפתח צ’יפים מיקרופלואידיים חדשניים שישלבו מספר ערוצים במבנה אחד, ובכך לאפשר ביצוע סימולטני של מספר בדיקות על אותה דגימה. הצ’יפים יותאמו לעבודה עם טכנולוגיות הפלואורסצנציה והביו־סנסינג שפותחו במעבדה, במטרה לבנות מערכת אינטגרטיבית שתוכל לשמש כבסיס לפלטפורמות אבחון בנקודת הטיפול. הפרויקט מתבצע במסגרת שיתוף פעולה עם חברת תעשייה (מגנטון), המאפשר חיבור בין מחקר אקדמי יישומי לצרכים קליניים ומסחריים.
תכולת הפרויקט:
תכנון ובנייה של צ’יפ מיקרופלואידי הכולל מספר ערוצים עצמאיים.
פיתוח והטמעת מערכת אופטית מותאמת למדידות פלואורסצנציה בצ’יפ.
בדיקה של הצ’יפים עם סמנים פלואורסצנטיים, הערכת רגישות ויחס אות־רעש.
השוואת ביצועים בין ערוצים שונים ובין פורמטים ניסיוניים שונים.
הכנה ליכולת שילוב עתידית של בדיקות מולקולריות/אימונולוגיות על גבי אותה פלטפורמה.
קורסי קדם:
מבוא ללייזרים (מומלץ), מבוא לביולוגיה למהנדסים
דרישות נוספות:
מקורות:
103 Three-dimensional mapping of cancer organoids
מיפוי תלת־ממדי של אורגנואידים סרטניים
שם המנחה: הילה זק
אחראי/ת אקדמי/ת: ד"ר אלון שחר
הרקע לפרויקט:
בבתי חולים בארץ, ובייחוד בהדסה, קיימת כיום היכולת לייצר מודלים תלת־ממדיים מרקמות סרטניות של חולי סרטן. מודלים אלו, הנקראים אורגנואידים, משחזרים חלק מתכונות הגידול הסרטני, וניתנים לגידול בקלות במעבדה. המשמעות היא שניתן לגדל מאות ואף אלפי אורגנואידים מותאמים אישית לכל חולה, מאחר שהם מופקים ישירות מהרקמה הסרטנית שלו.
החזון הוא כי אורגנואידים אלה ישמשו בעתיד, תחילה בחברות סטארט־אפ ובהמשך גם בחברות פארמה ובבתי חולים, להתאמה אישית של טיפולים לחולי סרטן.
במעבדה שלנו מטרת המחקר באורגנואידים היא לפתח כלי מדידה מדויקים עבורם – לקבוע אילו סוגי תאים הם מכילים, ועד כמה התכן המולקולרי שלהם דומה לרקמה הסרטנית המקורית. לשם כך אנו משתפים פעולה עם חברות סטארט־אפ, עם חברת טבע וחברת מרק, עם בית החולים הדסה, ועם גופים רפואיים ומדעיים נוספים בארץ.
הפרויקט עושה שימוש בטכנולוגיה ייחודית שפותחה במעבדה שלנו, המאפשרת ריצוף גנים תלת־ממדי ברזולוציה גבוהה במיוחד, תוך שימור המיקום המרחבי של התאים בתוך האורגנואיד. מדובר בטכנולוגיה היחידה כיום שמספקת מיפוי תלת־ממדי מלא של אורגנואידים. מטרת הפרויקט היא לחזק את התוקף הביולוגי של סיווג תאים באורגנואידים, ובכך לקדם את השימוש בהם ככלי מהימן למחקר ולבדיקות תרופות.
מטרת הפרויקט:
הפרויקט נועד להעריך את דיוק סיווג התאים באורגנואיד סרטני, בהתבסס על נתוני הטכנולוגיה שפותחה במעבדה שלנו, באמצעות השוואתם לנתוני צביעות נוגדנים לחלבונים ייחודיים לכל סוג תא. שילוב המידע הגנומי והחלבוני צפוי לאפשר סיווג מדויק של תאי גידול, תאים תומכים ותאי מערכת החיסון, ליצור מפה מרחבית של זהויות התאים באורגנואידים, ולהגביר את האמינות של השימוש בהם כמודל לפיתוח תרופות.
תכולת הפרויקט:
הסטודנטים יבצעו את המשימות הבאות:
ניתוח נתוני גנומיקה במרחב:
-שימוש בעיבוד תמונה כדי לזהות גבולות של תאים.
-סיווג תאים לפי פרופיל ביטוי גנים.
ביצוע וניתוח צביעות נוגדנים:
-שימוש במרקרים כמו EpCAM / Vimentin / CD45 ועוד.
-סיווג תאים לפי פרופיל הצביעה הפלאורסנטית.
אינטגרציה של שני מקורות מידע:
-שילוב בין ביטוי גנים ומרקרים חלבוניים ליצירת מפה של זהויות תאים באורגנואיד.
-השוואה בין הצביעה הנוגדנית לבין סיווג לפי פרופיל ביטוי גנים.
מיפוי אינטראקציות מרחביות:
-הערכת ההשפעה של קרבה בין סוגי תאים – האם יש תאי מערכת החיסון באורגנואיד והאם הם מגיבים לתאים הסרטניים? לשאלה זו חשיבות קריטית לקראת התאמה של תרופות לחולים על סמך אורגנואידים.
קורסי קדם:
נוירוגנומיקה- ניתן לעשות אותו במקביל לפרויקט
דרישות נוספות:
מקורות:
104 Non-invasive methods of brain research
שיטות לא פולשניות של מחקר מוח
שם המנחה:
אחראי/ת אקדמי/ת: ד"ר אוזנה ניסן
הרקע לפרויקט:
In our Optical Neuroimaging Laboratory, we investigate non-invasive brain measurements. I have focused on Time-Domain Near Infrared Spectroscopy (TD NIRS).
מטרת הפרויקט:
Data on the use of a phantom on the shoulder with good SNR.
תכולת הפרויקט:
Need to learn how to work with laser, camera and phantom. Process data, improve signal-to-noise ratio
קורסי קדם:
Optics and Spectroscopy, Signal Processing, Statistics
דרישות נוספות:
מקורות:
109 Discovery and Characterization of Novel Transcript Isoforms in Renal Cell Carcinoma Using Long-Read Single-Cell RNA-seq
גילוי ואפיון של איזופורמים חדשים בסרטן תאי כליה באמצעות Long-Read Single-Cell RNA-seq
שם המנחה: Dana Markiewitz
אחראי/ת אקדמי/ת: פרופ' קליסקי תומר
הרקע לפרויקט:
We have recently generated long-read single-cell RNA-seq datasets from Renal Cell Carcinoma (RCC) patients, combining 10x Genomics and Oxford Nanopore Technologies (ONT). Very few such datasets currently exist, making this resource unique and highly valuable.
Long-read sequencing allows direct observation of full-length transcript isoforms, enabling the detection of novel splicing events that may be missed in short-read data. Identifying isoforms specific to RCC could reveal tumor-specific RNA processing patterns and molecular mechanisms, potential biomarkers, or therapeutic targets.
מטרת הפרויקט:
This project will focus on identifying and quantifying RCC-specific transcript isoforms, benchmarking against normal kidney datasets, and applying AI-based splicing prediction tools to investigate the genomic origins of these splicing alterations. The work offers direct engagement with cutting-edge cancer transcriptomics and provides a strong foundation for future graduate research.
Aims:
Identify and quantify novel transcript isoforms unique to RCC.
Compare isoform expression with publicly available datasets from normal kidney and nuclei from kidney tumors (when available).
Investigate the origins of splicing changes using AI-based tools for sequence feature analysis.
תכולת הפרויקט:
Stage 1 – Transcript Quantification and Novel Isoform Detection
Align long reads from our lab’s RCC datasets to a reference genome using ONT and other command-line tools.
Quantify transcripts and identify putative novel isoforms.
Distinguish true novel isoforms from 3′-bias noise — incomplete reads caused by reverse transcriptase drop-off during first-strand synthesis.
Benchmark results by comparison with normal kidney and tumor nuclei datasets.
Stage 2 – AI-Based Splicing Analysis (high-risk, high-gain)
Use SpliceAI or similar models to predict the effects of genomic sequence features on splicing patterns.
Relate predicted splicing regulatory elements to observed isoform changes in RCC.
Explore potential biological mechanisms and relevance to tumor phenotype.
קורסי קדם:
תכנות פייתון
דרישות נוספות:
Basic knowledge of R and bash scripting in Linux
מקורות:
Predicting Splicing from Primary Sequence with Deep Learning https://doi.org/10.1016/j.cell.2018.12.015
High throughput single cell long-read sequencing analyses of same-cell genotypes and phenotypes in human tumors https://doi.org/10.1038/s41467-023-39813-7
207 Architectural Modeling and Performance Analysis of a Photonic Compute-in-Memory System
מידול ארכיטקטורה וניתוח ביצועים של מערכת חישוב בתוך זיכון בטכנולוגיה פוטונית
שם המנחה: יונתן פוגצ'וב
אחראי/ת אקדמי/ת: פרופ' אדם תימן
הרקע לפרויקט:
Photonic Compute-in-Memory (CiM) architectures promise to overcome the von Neumann bottleneck by merging processing and memory, but their system-level efficiency is highly dependent on the interplay between the optical core, electronic periphery, and main memory.
This requires early-stage architectural exploration of potential photonic technologies.
מטרת הפרויקט:
The research objective is to develop a comprehensive, full-system performance and energy model for a photonic accelerator, based on architectures such as (but not limited to) OPIMA.
This project aims to perform a rigorous design-space exploration to identify the optimal architectural parameters and dataflow strategies for executing modern neural network workloads, establishing the theoretical performance limits and providing concrete design targets for subsequent hardware development.
תכולת הפרויקט:
Component characterization: Research and define the physical characteristics (energy consumption, area, latency) of the core analog-optical components.
Custom component modeling: Implement the characterized optical components as custom user-defined models within the CiMLoop framework.
Hierarchical architecture construction: Build a complete, hierarchical model of the accelerator, including electronic periphery.
(Optional) workload mapping and analysis: Map representative neural network workloads onto the defined architecture. Analyze and compare different dataflow strategies to quantify their impact on data reuse and energy efficiency.
קורסי קדם:
מומלץ: מעגלים משולבים ספרתיים, מבוא לאופטיקה.
מקורות:
OPIMA architecture: https://ieeexplore.ieee.org/document/10745860
CiMLoop platform: https://github.com/mit-emze/cimloop/tree/main
