Chúng ta đã thấy nhiều thiết bị được sử dụng trong phòng thí nghiệm cho các mục đích khác nhau. Một kính hiển vi được sử dụng để xem vật/mẫu một cách rõ ràng với độ phóng đại của nó. Chúng ta hãy tìm hiểu chi tiết về kính hiển vi (KHV) và các ứng dụng của nó.
Kính hiển vi là gì?
Kính hiển vi là một công cụ khoa học sử dụng thường xuyên trong lớp học. Nhưng chúng là một phần quan trọng của nhiều ngành khoa học và đã dẫn đến những khám phá đáng kinh ngạc trong suốt lịch sử. Định nghĩa kính hiển vi là dụng cụ quang học được sử dụng để xem các vật thể rất nhỏ. Những vật thể nhỏ này có thể là bất cứ thứ gì, từ tế bào và sự sống vi mô đến cấu trúc phân tử của vật thể. Một số loại kính hiển vi khác nhau được phân biệt bởi cách sử dụng của người dùng.
Thuật ngữ “kính hiển vi” xuất phát từ tiếng Hy Lạp có nghĩa là “nhỏ” và “để xem”. (“Small” and “to view”). Do đó KHV là một công cụ để xem những vật nhỏ. Nó thường được tìm thấy trong các lớp học. Nhưng chúng cũng được tìm thấy trong các phòng thí nghiệm khác nhau trên khắp thế giới. Ngoài ra còn tìm thấy trong các studio nghệ thuật và thậm chí trên thuyền. Bài viết này sẽ thảo luận về các loại KHV khác nhau và ứng dụng của chúng.
Các loại kính hiển vi khác nhau
Có rất nhiều loại kính hiển vi khác nhau, mỗi loại có một công dụng khác nhau. Các loại KHV được phân loại theo phương pháp mà công cụ sử dụng để quét và/hoặc xem mẫu vật. Việc sử dụng các loại kính hiển vi khác nhau này tạo nên các loại khác nhau. Có ba loại KHV chính, mỗi loại được chia bởi loại kính được sử dụng trong công việc. Ba loại kính hiển vi là KHV quang học sử dụng quang học, KHV đầu dò quét sử dụng đầu dò quét và KHV điện tử sử dụng điện tử. Sau đây ta cùng tìm hiểu về 3 loại kính hiển vi này và ứng dụng riêng biệt của chúng.
Kính hiển vi quang học
Loại kính hiển vi phổ biến nhất (và được phát minh đầu tiên) là kính hiển vi quang học. Đây là một dụng cụ quang học có chứa một hoặc nhiều thấu kính tạo ra hình ảnh phóng to của một mẫu được đặt trong mặt phẳng tiêu cự. Thấu kính của KHV quang học có thủy tinh khúc xạ (đôi khi bằng nhựa hoặc thạch anh). Chúng để tập trung ánh sáng vào mắt hoặc vào một máy dò ánh sáng khác. Độ phóng đại điển hình của KHV quang học. Giả sử ánh sáng trong phạm vi khả kiến, lên tới 1.250X. Với giới hạn độ phân giải lý thuyết là khoảng 0,250 micromet hoặc 250 nanomet. Điều này giới hạn độ phóng đại thực tế ở mức ~1.500X.
KHV quang học truyền thống gần đây đã phát triển thành kính hiển vi kỹ thuật số. Ngoài hoặc thay vì xem trực tiếp đối tượng qua thị kính. Một loại cảm biến tương tự như cảm biến được sử dụng trong máy ảnh kỹ thuật số được sử dụng để thu được hình ảnh, sau đó hiển thị trên màn hình máy tính. Các cảm biến này có thể sử dụng công nghệ CMOS hoặc thiết bị kết hợp điện tích (CCD).
Kính hiển vi điện tử
Vào đầu thế kỷ 20, một giải pháp thay thế quan trọng cho kính hiển vi ánh sáng đã được phát triển. Một thiết bị sử dụng chùm điện tử thay vì ánh sáng để tạo ra hình ảnh. Nhà vật lý người Đức, Ernst Ruska, làm việc với kỹ sư điện Max Knoll, đã phát triển mẫu KHV điện tử nguyên mẫu đầu tiên vào năm 1931, KHV điện tử truyền qua (TEM). KHV điện tử truyền qua hoạt động trên các nguyên tắc tương tự như kính hiển vi quang học nhưng sử dụng các electron thay cho ánh sáng và nam châm điện thay cho thấu kính thủy tinh. Sử dụng điện tử, thay vì ánh sáng, cho phép độ phân giải cao hơn nhiều.
Hai loại kính hiển vi điện tử chính là KHV điện tử truyền qua (TEM), KHV điện tử quét (SEM). Cả hai đều có hàng loạt thấu kính điện từ và tĩnh điện để tập trung chùm electron năng lượng cao vào mẫu.
KHV điện tử truyền qua (TEM)
Trong TEM, các electron đi qua mẫu, tương tự như kính hiển vi quang học cơ bản. Điều này đòi hỏi phải chuẩn bị mẫu cẩn thận. Vì các electron bị phân tán mạnh bởi hầu hết các vật liệu. Các mẫu cũng phải rất mỏng (dưới 100 nm) để các electron có thể đi qua nó. Các mặt cắt ngang của các tế bào được nhuộm bằng osmium và kim loại nặng cho thấy các màng bào quan rõ ràng và các protein như ribosome. Với mức độ phân giải 0,1 nm, có thể thu được hình ảnh chi tiết của vi rút (20 – 300 nm) và một chuỗi DNA (chiều rộng 2 nm).
KHV điện tử quét (SEM)
Ngược lại, SEM có cuộn raster để quét bề mặt của các vật thể khối bằng chùm điện tử mịn. Do đó, mẫu thử không nhất thiết phải được cắt ra, nhưng có thể cần phải phủ một lớp kim loại nanomet hoặc lớp carbon đối với các mẫu không dẫn điện. SEM cho phép chụp nhanh bề mặt của mẫu, có thể ở dạng hơi nước loãng để tránh bị khô.
Kính hiển vi đầu dò quét
Từ 1981 đến 1983 Gerd Binnig và Heinrich Rohrer làm việc tại IBM ở Zurich, Thụy Sĩ để nghiên cứu hiện tượng đường hầm lượng tử. Họ đã tạo ra một dụng cụ thực tế, KHV đầu dò quét từ lý thuyết đường hầm lượng tử. Nó có thể đọc các lực rất nhỏ trao đổi giữa đầu dò và bề mặt của mẫu. Đầu dò tiếp cận bề mặt gần đến mức các electron có thể di chuyển liên tục giữa đầu dò và mẫu. Tạo ra dòng điện từ bề mặt này sang đầu dò khác.
Ban đầu, kính hiển vi không được đón nhận nồng nhiệt do tính chất phức tạp của các giải thích lý thuyết cơ bản. Năm 1984 Jerry Tersoffvà DR Hamann, khi làm việc tại Phòng thí nghiệm Bell của AT&T ở Murray Hill, New Jersey đã bắt đầu xuất bản các bài báo gắn lý thuyết với các kết quả thí nghiệm mà thiết bị thu được. Điều này được theo sát vào năm 1985 với các dụng cụ thương mại đang hoạt động. Vào năm 1986 với phát minh của Gerd Binnig, Quate và Gerber về kính hiển vi lực nguyên tử. Sau đó là giải Nobel Vật lý của Binnig và Rohrer cho SPM.
Các loại KHV quét đầu dò mới đã tiếp tục được phát triển khi khả năng gia công các đầu dò và đầu dò siêu mịn đã được nâng cao.
Ứng dụng
Ứng dụng của KHV quang học
Kính hiển vi được sử dụng trong nhiều hoạt động cả trong cuộc sống hàng ngày và trong các lĩnh vực chuyên môn và giáo dục. Một số ứng dụng của kính hiển vi được liệt kê dưới đây.
Trong bệnh học và y học
Đóng góp lớn nhất của kính hiển vi là trong lĩnh vực chăm sóc sức khỏe. Chúng được sử dụng để chẩn đoán bệnh bằng cách xem mẫu máu lớn hơn, giúp dễ dàng phát hiện ký sinh trùng, vi khuẩn, v.v. Các nhà nghiên cứu cũng sử dụng nó để nghiên cứu các vi sinh vật có hại. Ảnh hưởng của chúng đối với cơ thể người, để tìm ra phương pháp chữa trị các bệnh khác nhau.
Nghiên cứu khoa học
Kính hiển vi có thể được tìm thấy trong mọi phòng thí nghiệm sinh học và trung tâm nghiên cứu. Chúng được các nhà khoa học sử dụng để nghiên cứu vi sinh vật, tế bào, cấu trúc tinh thể và cấu trúc phân tử.
Trong khoa học pháp y
Tại hiện trường vụ án, bọn tội phạm thường xóa bằng chứng nhận dạng của chúng. Trong những trường hợp như vậy, kính hiển vi giúp bác sĩ pháp y kiểm tra nội tạng, xương và các bộ phận khác của cơ thể để biết nguyên nhân cái chết. Chúng cũng có thể được sử dụng để đơn giản hóa bằng chứng phức tạp.
Lĩnh vực thực vật
Các nhà thực vật học và chuyên gia phòng thí nghiệm sử dụng nó để nghiên cứu về các loại thực vật và nấm khác nhau, để nghiên cứu các đặc điểm của lá, tế bào thực vật, v.v.
Trong giáo dục
Nó được tìm thấy trong số nhiều dụng cụ quang học khác trong mọi phòng thí nghiệm khoa học ở các trường cao đẳng, phổ thông và đại học. Vì công dụng tuyệt vời của nó, nó là một trong những thiết bị được sử dụng rộng rãi nhất trong giới sinh viên.
Ứng dụng của KHV điện tử
Kính hiển vi điện tử được sử dụng để nghiên cứu cấu trúc cực lớn của nhiều loại mẫu vật sinh học và vô cơ bao gồm vi sinh vật, tế bào, phân tử lớn, mẫu sinh thiết, kim loại và tinh thể. Về mặt công nghiệp, KHV điện tử thường được sử dụng để kiểm soát chất lượng và phân tích lỗi.
Ứng dụng của KHV đầu dò quét
Lợi ích ban đầu của kính hiển vi quét đầu dò là độ phân giải ở cấp độ nguyên tử. Nhưng phạm vi chế độ mở rộng được phát triển trong những năm gần đây chịu trách nhiệm phần lớn cho sự phát triển to lớn của công nghệ. Kính hiển vi lực nguyên tử (AFM) là một nhánh của KHV đầu dò quét dùng để đo lường bề mặt, bên cạnh các tính chất điện, từ, cơ học, chức năng và nhiệt.
Công cụ này đã được chứng minh là có giá trị trong việc thử nghiệm các đặc tính cơ học nano của vật liệu tổng hợp và hỗn hợp polyme, với các ứng dụng thực tế trong công thức pha trộn và kiểm soát chất lượng (QC) của nhựa, cao su và polyme kỹ thuật. KHV đầu dò quét cũng là công cụ trong việc xác minh ban đầu của graphene được tẩy tế bào chết đầu tiên và vẫn là thiết bị chính cho nghiên cứu vật liệu hai chiều (2D). Nó có thể được sử dụng để mô tả các màng mỏng epiticular với thang độ phân giải dưới angstrom. AFM cũng đang tìm cách sử dụng ngày càng nhiều trong việc phân tích các thành phần mạch điện tử. Và đang hỗ trợ nghiên cứu và phát triển (R&D) trong điện toán lượng tử.
Công Ty CP Đầu tư phát triển TM & DV Thùy Anh
ĐT / Zalo: 0339229221
Email: thietbithuyanh@gmail.com
Đ/c: N02F, Khu đô thị Mễ Trì Thượng, P. Mễ Trì, Q. Nam Từ Liêm, Hà Nội
Website: https://thietbiyduoc.vn/ – https://thuyanhlab.com/
