Kính hiển vi điển tử là gì?

Kính hiển vi là thiết bị chuyên dụng để quan sát và phân tích những vật thể, sinh vật hay vi khuẩn có kích thước siêu nhỏ mà mắt thường không thể nhìn thấy được. Có nhiều loại kính hiển vi chuyên dụng như kính hiển vi quang học, kính hiển vi thiên văn học, kính hiển vi sinh học… Hôm nay mình sẽ giới thiệu một loại kính hiển vi thông dụng nhất đó là kính hiển vi điển tử.

Kính hiển vi điện tử là gì?

Kính hiển vi điện tử (EM) là một loại kính hiển vi sử dụng một chùm electron để tạo ra một hình ảnh của mẫu vật. Nó có khả năng phóng đại cao hơn nhiều và có khả năng phân giải lớn hơn so với kính hiển vi quang học, nhìn thấy nhiều vật thể nhỏ hơn chi tiết hơn.

Nó được sử dụng trong ngành y – sinh học để nghiên cứu cấu trúc chi tiết của các mô, tế bào, bào quan và phức hợp đại phân tử. Độ phân giải cao của hình ảnh EM là kết quả của việc sử dụng các electron (có bước sóng rất ngắn) làm nguồn bức xạ chiếu sáng. Kính hiển vi điện tử được sử dụng kết hợp với nhiều kỹ thuật phụ trợ khác nhau (ví dụ: cắt mỏng, ghi nhãn miễn dịch, nhuộm âm) để phân tích và đánh giá kết quả chính xác nhất.

Kính hiển vi điển tử có kích thước lớn, giá thành cao và yêu cầu nhân viên vận hành phải có kinh nghiệm và kiến thức sử dụng kính chuyên nghiệp.

Lịch sử hình thành kính hiển vi điển tử

Vào giữa thế kỷ 19, các nhà khoa học đã chấp nhận là không thể giải quyết các cấu trúc nhỏ hơn một nửa micromet bằng một kính hiển vi quang học vì công thức của Abbe. Nhưng sự phát triển của ống tia cực âm sẽ thay đổi cách họ nhìn vào mọi thứ, bằng cách sử dụng các electron thay vì ánh sáng. Nhà khoa học Hertz (1857-94) cho rằng tia catôt là một dạng chuyển động sóng và Weichert. Năm 1899, ông thấy các tia này có thể tập trung thành một điểm nhỏ bằng cách sử dụng từ trường trục được tạo ra bởi một solenoid dài. Nhưng cho tới năm 1926, Busch đã cho thấy lý thuyết rằng một solenoid ngắn hội tụ một chùm electron theo cùng cách thủy tinh có thể hội tụ ánh sáng mặt trời, một sự so sánh trực tiếp giữa ánh sáng và chùm electron. Busch do đó được gọi là cha đẻ của quang điện tử.

Năm 1931, hai kỹ sư người Đức là Ernst Ruska và Maximillion Knoll đã thành công trong việc phóng đại và hình ảnh điện tử. Và nguyên mẫu đầu tiên đã được Ruska chế tạo thực sự vào năm 1933 và có khả năng phân giải tới 50 nm. Chính phát minh này mà Ruska đã được nhận giải Nobel vật lý.

Và kính hiển vi điện tử thương mại đầu tiên trên thế giới được Eli Franklin Burton cùng 3 sinh viên Cecil Hall, James Hillier và Albert Prebus thuộc đại học Toronto chế tạo thành công vào năm 1938.

Nguyên lý hoạt động kính hiển vi điện tử

Tất cả các kính hiển vi điện tử đều sử dụng các ống kính điện từ hoặc tĩnh điện để điều khiển đường đi của các electron. Các thấu kính thủy tinh, được sử dụng trong kính hiển vi ánh sáng, không ảnh hưởng đến chùm electron. Thiết kế cơ bản của một ống kính điện từ là một solenoid (một cuộn dây xung quanh bên ngoài của một ống) thông qua đó người ta có gây ra một trường điện từ. Tia điện tử đi qua trung tâm của các solenoids như vậy trên đường đi xuống cột kính hiển vi điện tử về phía mẫu. Các electron rất nhạy cảm với từ trường và do đó có thể được điều khiển bằng cách thay đổi dòng điện qua thấu kính.

Các electron càng di chuyển càng nhanh thì bước sóng càng ngắn. Sức mạnh phân giải của kính hiển vi có liên quan trực tiếp đến bước sóng của bức xạ được sử dụng để tạo thành một hình ảnh. Giảm bước sóng làm tăng độ phân giải. Do đó, độ phân giải của kính hiển vi sẽ tăng lên nếu điện áp gia tốc của chùm electron tăng lên. Điện áp tăng tốc của chùm tia được tính bằng kilovolt (kV).

Các loại kính hiển vi điện tử

Trên thế giới hiện nay có 2 loại kính hiển vi điển tử phổ biến nhất gồm kính hiển vi điện tử truyền dẫn( TEM) và kính hiển vi điển tử quét( SEM)

Kính hiển vi điện tử truyền dẫn (TEM)

Kính hiển vi điện tử truyền dẫn tạo ra hình ảnh hai chiều có màu đen và trắng.

Kính hiển vi điện tử truyền (TEM) liên quan đến một chùm electron điện áp cao phát ra bởi một cực âm và được hình thành bởi các thấu kính từ tính. Chùm electron đã được truyền một phần qua mẫu rất mỏng mang thông tin về cấu trúc của mẫu vật. Sự thay đổi không gian trong thông tin này sau đó được phóng đại bằng một loạt các thấu kính từ cho đến khi nó được ghi lại bằng cách nhấn vào màn hình huỳnh quang, tấm ảnh hoặc cảm biến nhạy sáng như CCD (thiết bị ghép đôi).

kính hiển vi điện tử TEM

Độ phân giải của TEM cũng bị hạn chế bởi quang sai màu và hình cầu, nhưng một thế hệ mới của các hiệu chỉnh quang sai đã có thể khắc phục hoặc hạn chế các quang sai này. Việc hiệu chỉnh phần mềm quang sai cầu đã cho phép sản xuất hình ảnh với độ phân giải đủ để hiển thị các nguyên tử cacbon trong viên kim cương cách nhau chỉ 0,089 nm và các nguyên tử trong silic ở 0,078 nm với độ phóng đại 50 triệu lần. Khả năng xác định vị trí của các nguyên tử trong vật liệu đã làm cho TEM trở thành một công cụ không thể thiếu cho nghiên cứu và phát triển công nghệ nano trong nhiều lĩnh vực, bao gồm xúc tác không đồng nhất và phát triển các thiết bị bán dẫn cho thiết bị điện tử và quang tử. Trong khoa học đời sống, nó vẫn chủ yếu là việc chuẩn bị mẫu, giới hạn độ phân giải của những gì chúng ta có thể thấy trong kính hiển vi điện tử, chứ không phải là kính hiển vi.

Kính hiển vi điện tử quét (SEM)

Không giống như TEM, nơi các electron trong chùm chính được truyền qua mẫu, Kính hiển vi điện tử quét (SEM) tạo ra hình ảnh bằng cách phát hiện các electron phụ được phát ra từ bề mặt do kích thích bởi chùm electron chính. Trong SEM, chùm electron được quét qua bề mặt của mẫu trong một mẫu raster, với các detector phát hiện một hình ảnh bằng cách ánh xạ các tín hiệu được phát hiện với vị trí dầm.

Kính hiển vi điển tử TEM

Độ phân giải TEM cao hơn độ phân giải SEM. TEM có thể quan sát các mẫu vật khoảng 0.2nm. Vì hình ảnh SEM dựa trên tương tác electron trên bề mặt thay vì truyền nên có thể tạo ra các mẫu số lượng lớn và có độ sâu lớn hơn nhiều, và do đó có thể tạo ra những hình ảnh đại diện tốt cho cấu trúc 3D của mẫu.

Mong rằng với những chia sẽ trên thì các bạn sẽ hiệu được thế nào là một kính hiển vi điển tử nha.

One thought on “Kính hiển vi điển tử là gì?

  1. Pingback: Kính hiển vi quang học là gì? - Thiết bị Bình Phú

Trả lời

THIẾT BỊ PHÒNG THÍ NGHIỆM - THIẾT BỊ MÔI TRƯỜNG - THIẾT BỊ SO MÀU - THIẾT BỊ BAO BÌ - THIẾT BỊ THỰC PHẨM CHÍNH HÃNG Bỏ qua