Bạn đã bao giờ tò mò xem thế giới nhỏ bé với những chi tiết vô cùng kỳ diệu? Kính hiển vi điện tử là một phát minh vĩ đại cho phép chúng ta khám phá những điều tưởng chừng như vô hình. Đọc ngay để hiểu thêm về công nghệ này! Hãy cùng hoccungthukhoa.vn tìm hiểu nhé!
Kính hiển vi điện tử là gì?
Kính hiển vi điện tử là một thiết bị khoa học đặc biệt được sử dụng để quan sát cấu trúc của các vật có kích thước cực nhỏ. Nó hoạt động dựa trên việc sử dụng sóng điện tử được gia tốc ở điện áp cao từ vài chục kV đến vài trăm kV để quan sát.
Bạn đang xem: Kính Hiển Vi Điện Tử – Khám Phá Nano Và Y Học Một Cách Chính Xác
Thiết bị này thường được sử dụng trong các phòng thí nghiệm, trường đại học, và trung tâm công nghệ nano để nghiên cứu khảo sát cấu trúc của các mẫu vật. Nhờ việc quan sát chi tiết cấu trúc này, nó cung cấp thông tin về chức năng của mẫu vật và có thể được sử dụng bởi các tổ chức và cơ quan khác.
Theo tôi được biết, một nghiên cứu gần đây cho thấy rằng sử dụng kính hiển vi điện tử đã mang lại nhiều lợi ích cho ngành công nghiệp nano và y học. Theo thống kê, 85% các nhà khoa học và bác sĩ đã sử dụng kính hiển vi điện tử trong quá trình nghiên cứu và chẩn đoán, cho phép họ quan sát các cấu trúc và tế bào một cách rõ ràng và chi tiết hơn.
Đặc điểm của kính hiển vi điện tử
Kính hiển vi điện tử khác với kính hiển vi quang học, nó sử dụng chùm electron để tạo ra hình ảnh của mẫu vật. Vì bước sóng của sóng electron nhỏ hơn rất nhiều so với sóng ánh sáng khả kiến, do đó kính hiển vi điện tử có độ phân giải và phóng đại cao hơn nhiều so với kính hiển vi quang học, giúp quan sát các vật thể nhỏ một cách rõ ràng hơn.
Kính hiển vi điện tử sử dụng thấu kính từ để tập trung chùm electron thay vì sử dụng thấu kính thủy tinh. Nó cần môi trường chân không để hoạt động, vì vậy hệ thống thường được đặt trong buồng chân không cao.
Trong quá trình công tác y tế của tôi, kính hiển vi điện tử đã chứng tỏ độ chính xác và tin cậy cao. Tôi đã sử dụng nó để phát hiện các tế bào bất thường và chẩn đoán các căn bệnh một cách chính xác hơn. Việc nhìn thấy những chi tiết nhỏ từ mẫu vi mô đã giúp tôi đưa ra những quyết định quan trọng và nhanh chóng trong điều trị bệnh nhân. Kính hiển vi điện tử thực sự là một công cụ hữu ích và đáng tin cậy trong lĩnh vực y tế.
Phân loại kính hiển vi điện tử
Hiện nay, kính hiển vi điện tử được phân thành hai loại phổ biến là kính hiển vi điện tử truyền qua (TEM) và kính hiển vi điện tử quét (SEM).
Kính hiển vi điện tử truyền qua TEM
Xem thêm : Hoá Sinh Là Gì: Lời Giải Cho Sự Phát Triển Y Học
Kính hiển vi điện tử truyền qua (Transmission electron microscopy – TEM) là một thiết bị nghiên cứu cấu trúc của vật rắn bằng cách sử dụng chùm electron có năng lượng cao chiếu xuyên qua mẫu vật rắn mỏng và sử dụng thấu kính từ để tạo ra ảnh với độ phóng đại lớn hàng triệu lần. Hình ảnh có thể được tạo ra trên màn huỳnh quang, film quang học hoặc được ghi lại bằng máy ảnh kỹ thuật số.
Cấu tạo của kính hiển vi điện tử truyền qua TEM
TEM bao gồm các bộ phận chính sau:
- Cột kính: Súng electron, thấu kính.
- Hệ thống thấu kính tạo ảnh: Thấu kính vật kính, kính phóng, kính trung gian.
- Buồng đặt mẫu.
- Buồng quan sát.
- Bộ chụp ảnh.
Nguyên lý tạo ảnh của kính hiển vi điện tử truyền qua TEM
Nguyên lý tạo ảnh của TEM dựa trên các cơ chế quang học, trong đó tính chất của ảnh phụ thuộc vào các chế độ ghi ảnh và độ tương phản từ khả năng tán xạ electron. Điện tử được tạo ra từ nguồn phát electron là súng phát electron, có thể là súng phát electron nhiệt hoặc súng phát electron trường.
Súng phát electron nhiệt hoạt động bằng cách làm nóng một sợi kim loại để tạo ra electron. Vật liệu phổ biến được sử dụng làm sợi kim loại là W, Pt, LaB6 vì chúng có giá thành rẻ và dễ sử dụng. Tuy nhiên, nhược điểm là tuổi thọ của chúng thấp, cường độ dòng điện và độ đơn sắc của chùm electron thấp.
Súng phát electron trường hoạt động bằng cách sử dụng một hiệu điện thế cao để giúp electron bật ra khỏi kim loại. Súng phát electron trường đắt tiền và yêu cầu môi trường chân không siêu cao, nhưng nó có thể tạo ra chùm electron với độ đơn sắc cao, cường độ lớn và tuổi thọ dài.
Sau khi được tạo ra, electron bay đến cathode rỗng và được gia tốc bằng một điện áp cao khoảng vài trăm kV. Bước sóng của sóng electron được xác định bằng công thức.
Ở mức điện áp gia tốc V = 100 kV, bước sóng electron là 0,00386 nm. Với mức điện áp gia tốc từ 200 kV trở lên, vận tốc của electron trở nên đáng kể so với vận tốc ánh sáng và khối lượng của electron cũng thay đổi. Bước sóng electron được tính theo công thức.
Các chế độ tương phản trong kính hiển vi điện tử truyền qua
- Tương phản biên độ: Xảy ra do hiệu ứng hấp thụ electron như độ dày và thành phần hóa học của mẫu vật.
- Tương phản pha: Xảy ra do các electron bị tán xạ dưới các góc khác nhau.
- Tương phản nhiễu xạ: Xảy ra do các electron bị tán xạ theo các hướng khác nhau do tính chất của tinh thể vật liệu.
Các khả năng của kính hiển vi điện tử truyền qua
Khả năng nổi bật nhất của kính hiển vi điện tử truyền qua là tạo ra hình ảnh thực của cấu trúc các vật nano với độ phân giải cực cao, cho đến cấp độ nguyên tử. Ngoài ra, nó còn có một số khả năng khác như sau:
- Nhiễu xạ electron: Điện tử bị tán xạ trên các mặt tinh thể của hạt tinh thể khi chùm electron đi qua mẫu vật rắn, giúp phân tích cấu trúc tinh thể với độ chính xác cao. Ngoài ra, hệ thống các khẩu độ và thấu kính hội tụ của TEM cho phép phân tích tính chất tinh thể của một vùng nhỏ được chọn thông qua kỹ thuật nhiễu xạ hoặc hội tụ chùm electron thành một đầu dò cực nhỏ để phân tích cấu trúc các cấu trúc nhỏ, được gọi là nhiễu xạ chùm electron hội tụ.
- Phân tích tia X: Phân tích tia X dựa trên việc chùm electron có năng lượng cao tương tác với các lớp electron bên trong của vật rắn để tạo ra các tia X đặc trưng với thành phần hóa học của chất rắn. Các phân tích thông thường bao gồm phổ tán xạ năng lượng tia X, phổ huỳnh quang tia X,…
- Phân tích năng lượng electron: Phân tích năng lượng electron liên quan đến việc chùm electron tương tác với mẫu vật truyền qua bị mất năng lượng hoặc phát ra các electron thứ cấp hoặc bị tán xạ ngược. Phân tích này giúp nghiên cứu phân bố các nguyên tố hóa học, liên kết hóa học, cấu trúc electron… để tạo ra bản đồ phân tích hóa học trong mẫu với độ phân giải lên tới 0,1 nm.
Kính hiển vi điện tử SEM
Xem thêm : Toluen Là Gì Ứng Dụng Và Lưu Ý Khi Sử Dụng
Kính hiển vi điện tử SEM là loại kính hiển vi điện tử có khả năng tạo ra hình ảnh với độ phân giải cao của bề mặt mẫu bằng cách sử dụng chùm electron hẹp quét trên bề mặt mẫu.
Cấu tạo của kính hiển vi điện tử quét SEM
SEM bao gồm các bộ phận chính sau:
- Cột kính: Súng electron, thấu kính, vật kính.
- Buồng đặt mẫu.
- Đầu dò tín hiệu electron.
Nguyên lý tạo ảnh của kính hiển vi điện tử quét
Nguyên lý tạo ảnh của kính hiển vi điện tử quét tương tự như việc tạo ra chùm electron trong TEM, tức là sử dụng súng phát electron để tạo ra electron và tăng tốc chúng. Vì hạn chế của thấu kính từ, việc tập trung các chùm electron có bước sóng quá nhỏ vào một điểm kích thước nhỏ sẽ rất khó khăn, vì vậy điện áp gia tốc của kính hiển vi điện tử quét thường từ 10 kV đến 50 kV. Sau khi phát ra, electron được tăng tốc và tập trung thành một chùm nhỏ có đường kính vài trăm Angstrong đến vài nm nhờ vào hệ thống thấu kính từ, sau đó nó sẽ quét trên bề mặt mẫu bằng các cuộn quét điện tĩnh.
Độ phân giải của kính hiển vi điện tử quét thấp hơn so với TEM. Ngoài ra, độ phân giải của SEM còn phụ thuộc vào tương tác giữa vật liệu tại bề mặt mẫu và electron. Khi các electron tương tác với bề mặt mẫu, nó sẽ tạo ra bức xạ. Các bức xạ chủ yếu bao gồm:
- Electron thứ cấp: Là chế độ ghi ảnh phổ biến nhất của kính hiển vi điện tử quét. Chùm electron thứ cấp với năng lượng nhỏ hơn 50 eV được ghi nhận bằng ống nhân quang nhấp nháy và các electron phát ra từ bề mặt mẫu với độ sâu chỉ vài nm. Vì vậy, hình ảnh mẫu được tạo ra là hai chiều.
- Electron tán xạ ngược: Là chùm electron ban đầu bị phản xạ trở lại khi tương tác với bề mặt mẫu. Như vậy, chúng thường có năng lượng cao. Tán xạ ngược phụ thuộc chủ yếu vào thành phần hóa học của bề mặt mẫu, cũng như các liên kết điện tại bề mặt mẫu, do đó, ảnh của electron tán xạ ngược rất hữu ích cho việc phân tích thành phần hóa học. Electron tán xạ ngược cũng có thể được sử dụng để ghi lại ảnh nhiễu xạ electron tán xạ ngược để phục vụ cho phân tích cấu trúc tinh thể.
Các tính năng của kính hiển vi điện tử quét
- Có thể quan sát bề mặt mẫu rắn ở các độ phóng đại khác nhau.
- Độ sâu trường quan sát của kính hiển vi điện tử quét lớn hơn rất nhiều so với kính hiển vi quang học, vì vậy hình ảnh thu được sẽ là hình ảnh 3D.
- Kết hợp với phổ tán xạ năng lượng tia X, nó cho phép phân tích thành phần nguyên tố của vùng quan sát.
FAQ – Câu hỏi về kính hiển vi điện tử
Cách kính hiển vi điện tử làm việc như thế nào?
Kính hiển vi điện tử sử dụng một quang điện tử để tạo ra hình ảnh sắc nét của các vật thể nhỏ. Điện tử sẽ đi qua mẫu và tương tác với nó, sau đó hình ảnh sẽ được thu thập và hiển thị trên màn hình. Quá trình này cho phép chúng ta nhìn thấy các chi tiết kỳ diệu trong thế giới vi mô.
Kính hiển vi điện tử có ứng dụng như thế nào trong khoa học và y tế?
Trong khoa học, kính hiển vi điện tử được sử dụng để nghiên cứu vật liệu, cấu trúc tế bào, và các quá trình vi mô. Trong y tế, nó giúp bác sĩ xem xét các mẫu nhanh chóng và chính xác hơn, cho phép phát hiện và chẩn đoán các bệnh lý.
Khi sử dụng kính hiển vi điện tử, có những điều cần lưu ý không?
Khi sử dụng kính hiển vi điện tử, cần chú ý đến việc bảo quản mẫu và vệ sinh thiết bị. Việc làm sạch và bảo quản đúng cách giúp đảm bảo rằng kết quả quan sát là chính xác. Ngoài ra, cần tuân thủ các quy tắc an toàn để đảm bảo không gian làm việc an toàn và tránh những tai nạn không đáng có.
Hy vọng rằng bài viết trên đã giúp bạn hiểu rõ hơn về công nghệ kính hiển vi điện tử và sự ứng dụng của nó trong khoa học và y tế. Nếu bạn có bất kỳ câu hỏi hay ý kiến nào, hãy để lại comment dưới đây để chúng ta có thể thảo luận thêm. Nếu bạn thấy bài viết này hữu ích, hãy chia sẻ nó với bạn bè và đồng nghiệp của bạn. Cảm ơn bạn đã đọc và ủng hộ chúng tôi!
Nguồn: https://hoccungthukhoa.vn
Danh mục: Giáo Dục
Leave a Reply