pimiПриборы и методы измеренийDevices and Methods of Measurements2220-95062414-0473BNTU10.21122/2220-9506-2025-16-3-185-190pimi-972Research ArticleСредства измеренийMeasuring instrumentsПрототип цифрового голографического микроскопа для исследования морского планктонаPrototype of a Digital Holographic Microscope for Studying Marine PlanktonХурчакА. П.KhurchakA. P.

ул. Капитанская, 2, г. Севастополь 299011

Kapitanskaya str., 2, Sevastopol 299011

ХурчакА. И.KhurchakA. I.

Адрес для переписки:Хурчак А. И. -Институт биологии южных морей РАН,пр-т Нахимова, 2, г. Севастополь 299011, Россия e-mail: alenakhurchak@ibss-ras.ru

Address for correspondence:Khurchak A.I. - Institute of Biology of the Southern Seas of the RAN,Nakhimov Ave., 2, Sevastopol 299011, Russia e-mail: alenakhurchak@ibss-ras.ru

alenakhurchak@ibss-ras.ruМорской гидрофизический институт Российской академии наукРоссияMarine Hydrophysical Institute of the Russian Academy of SciencesRussian FederationИнститут биологии южных морей имени А.О. Ковалевского Российской академии наукРоссияA.O. Kovalevsky Institute of Biology of the Southern Seas of the Russian Academy of SciencesRussian Federation202502102025163185190Copyright © Хурчак А.П., Хурчак А.И., 20252025Хурчак А.П., Хурчак А.И.Khurchak A.P., Khurchak A.I.Данная работа распространяется под лицензией Creative Commons Attribution 4.0.This work is licensed under a Creative Commons Attribution 4.0 License.https://pimi.bntu.by/jour/article/view/972

Морской планктон – важнейший элемент водной экосистемы. Разработка современных и доступных инструментов для исследования планктонных организмов является актуальной задачей. Цель работы заключалась в создании прибора, который был бы максимально доступен и полезен исследователям морского планктона. Представлен прототип безлинзового микроскопа оригинальной конструкции, использующий метод цифровой голографической микроскопии для визуализации морского планктона. Сочетание корпуса, изготовленного по аддитивной технологии, минимума оптических и электронных компонент, возможности использования программного обеспечения с открытым кодом делает его хорошей альтернативой классическим световым микроскопам в задаче исследования планктонных организмов. Конструкция прибора предусматривает работу как со стандартными предметными стеклами, так и с проточной кюветой, что позволяет автоматизировать обработку проб и производить экспресс-анализ, сохранив при этом пробу для последующей консервации и тщательного анализа стандартными методами.

Marine plankton is a key component of aquatic ecosystems. Development of modern and accessible tools for studying planktonic organisms is a relevant and important task. Aim of the study was to develop a device that would be highly accessible and useful for researchers of marine plankton. A prototype of a lensless microscope with an original design that utilizes digital holographic microscopy to visualize marine plankton is presented. Combination of an FDM-manufactured frame, a minimal set of optical and electronic components, and the ability to use open-source software makes it a viable alternative to conventional microscopes for studying planktonic organisms. The device is designed to work with both standard microscope slides and a flow cell, enabling automated sample processing and rapid analysis while, preserving the sample for subsequent conservation and in-depth examination using standard methods.

цифровая голографическая микроскопиябезлинзовый микроскоппланктонdigital holographic microscopylensless microscopeplanktonРабота проведена в рамках государственных заданий FNNN-2024-0012 «Анализ, диагноз и оперативный прогноз состояния гидрофизических и гидрохимических полей морских акваторий на основе математического моделирования с использованием данных дистанционных и контактных методов измерений («Оперативная океанология»), FNNZ2024-0035 «Механизмы функционирования иммунной системы двустворчатых моллюсков и физиологические основы её адаптации к абиотическим, биотическим и антропогенным факторам окружающей среды».The study was carried out within the framework of the state assignments FNNN-2024-0012 "Analysis, diagnosis and real-time forecast of the state of hydrophysical and hydrochemical fields of marine water areas based on mathematical modelling using data from remote and in situ methods of measurements" and FNNZ-2024-0035 "Mechanisms of immune system functioning in bivalve mollusks and physiological basis of its adaptation to abiotic, biotic, and anthropogenic environmental factors".ReferencesKim M. K. Digital Holographic Microscopy. Springer Series in Optical Sciences (2011). DOI: 10.1007/978-1-4419-7793-9Kim M. K. Digital Holographic Microscopy. Springer Series in Optical Sciences (2011). DOI: 10.1007/978-1-4419-7793-9Gabor D. A New Microscopic Principle. Nature, 1948;161(4098):777-778. DOI: 10.1038/161777a0Gabor D. A New Microscopic Principle. Nature, 1948;161(4098):777-778. DOI: 10.1038/161777a0Erickson J. S., Hashemi N., Sullivan J. M., Weidemann A. D., Ligler F. S. In Situ Phytoplankton Analysis: There’s Plenty of Room at the Bottom. Analytical Chemistry. 2011;84(2):839-850. DOI: 10.1021/ac201623kErickson J. S., Hashemi N., Sullivan J. M., Weidemann A. D., Ligler F. S. In Situ Phytoplankton Analysis: There’s Plenty of Room at the Bottom. Analytical Chemistry. 2011;84(2):839-850. DOI: 10.1021/ac201623kFerraro P., Wax A., Zalevsky Z. Coherent Light Microscopy. SpringerSeries in Surface Sciences. 2011. DOI: 10.1007/978-3-642-15813-1Ferraro P., Wax A., Zalevsky Z. Coherent Light Microscopy. SpringerSeries in Surface Sciences. 2011. DOI: 10.1007/978-3-642-15813-1Dyomin V., Polovtsev I., Davydova A., Kirillov N. Spectroscopic Aspects of Underwater Digital Holography of Plankton. Scientific Reports. 2025;(15):1884.Dyomin V., Polovtsev I., Davydova A., Kirillov N. Spectroscopic Aspects of Underwater Digital Holography of Plankton. Scientific Reports. 2025;(15):1884.Dyomin V. V. [et al.]. Plankton Concentration Model Consistent with Natural Events and Monitoring Series of Holographic Measurements. Journal of Marine Science and Engineering. 2025;(13):140.Dyomin V. V. [et al.]. Plankton Concentration Model Consistent with Natural Events and Monitoring Series of Holographic Measurements. Journal of Marine Science and Engineering. 2025;(13):140.Dyomin V. V. [et al.]. Calibration for the magnification of a submersible digital holographic camera during the study of particles in natural conditions. Applied Optics. 2025;64(7):49-57.Dyomin V. V. [et al.]. Calibration for the magnification of a submersible digital holographic camera during the study of particles in natural conditions. Applied Optics. 2025;64(7):49-57.Dyomin V. V. [et al.]. Monitoring Bioindication of Plankton through the Analysis of the Fourier Spectra of the Underwater Digital Holographic Sensor Data. Sensors. 2024;24(7):2370.Dyomin V. V. [et al.]. Monitoring Bioindication of Plankton through the Analysis of the Fourier Spectra of the Underwater Digital Holographic Sensor Data. Sensors. 2024;24(7):2370.Garcia-Sucerquia J. [et al.]. Digital in-line holographic microscopy. Applied Optics. 2006;45:836-850. DOI: 10.1364/ao.45.000836Garcia-Sucerquia J. [et al.]. Digital in-line holographic microscopy. Applied Optics. 2006;45:836-850. DOI: 10.1364/ao.45.000836Schneider C.A., Rasband W.S., Eliceiri K.W. NIH Image to ImageJ: 25 years of image analysis. Nat. Methods. 2012;9:671–675. DOI: 10.1038/nmeth.2089Schneider C.A., Rasband W.S., Eliceiri K.W. NIH Image to ImageJ: 25 years of image analysis. Nat. Methods. 2012;9:671–675. DOI: 10.1038/nmeth.2089Piedrahita-Quintero P., Castañeda R., GarciaSucerquia J. Numerical wave propagation in ImageJ. Applied Optics. 2015;54(21):6410-5. DOI: 10.1364/AO.54.006410Piedrahita-Quintero P., Castañeda R., GarciaSucerquia J. Numerical wave propagation in ImageJ. Applied Optics. 2015;54(21):6410-5. DOI: 10.1364/AO.54.006410Shybanov E. B., Lee M. E., Berthon J-F., Zibordi G. Intensification of light scattering as a result of mixing of pure waters with different densities. Physical Oceanography. 2011;21(4):254-260. DOI: 10.1007/s11110-011-9120-8Shybanov E. B., Lee M. E., Berthon J-F., Zibordi G. Intensification of light scattering as a result of mixing of pure waters with different densities. Physical Oceanography. 2011;21(4):254-260. DOI: 10.1007/s11110-011-9120-8Latychevskaia T., Fink H.–W. Practical algorithms for simulation and reconstruction of digital in-line holograms. Applied Optics. 2015;54(9):2424. DOI: 10.1364/ao.54.002424Latychevskaia T., Fink H.–W. Practical algorithms for simulation and reconstruction of digital in-line holograms. Applied Optics. 2015;54(9):2424. DOI: 10.1364/ao.54.002424

The authors declare that there are no conflicts of interest present.