Kính hiển vi điện tử là gì?

Kính hiển vi điện tử được biết đến là thiết bị chuyên dụng để quan sát và phân tích những vật thể, sinh vật hoặc vi khuẩn có kích thước siêu nhỏ mà mắt thường không thể nhìn thấy được.

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 với khả năng phóng đại cao hơn nhiều và có khả năng phân giải lớn hơn so với kính hiển vi quang học, quan sát được nhiều vật thể nhỏ hơn chi tiết hơn.

Thiết bị này 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. EM cho độ phân giải cao của hình ảnh là nhờ vào việc sử dụng các electron (có bước sóng rất ngắn) làm nguồn bức xạ chiếu sáng. EM được sử dụng kết hợp với nhiều kỹ thuật phụ trợ khác nhau như cắt mỏng, ghi nhãn miễn dịch, nhuộm âm,…để phân tích và đánh giá kết quả chính xác nhất.

Kính hiển vi điện tử thường có kích thước lớn và khi sử dụng đòi hỏi phải có kiến thức, kỹ năng chuyên môn cao.

Vài nét về lịch sử hình thành kính hiển vi điện tử

Vào khoảng thế kỷ 19, các nhà khoa học đã chấp nhân rằng kính hiển vi quang học không thể giải quyết các vấn đề liên quan đến các cấu trúc nhỏ hơn một nửa micromet vì công thức của Abbe. Tuy nhiên, 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.

Đến năm 1989, Hertz nhận thấy các tia catot có thể tập trung thành một điểm nhỏ bằng cách sử dụng từ trường trục được tạo ra bởi một solenoid dài. Đến 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. Từ sự kiện đó, Busch được xem là người phát minh ra quang điện tử, 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, nguyên mẫu ầu tiên đã được Ruska chế tạo thực sự vào năm 1933 và có khả năng phân giải tới 50 nm, cũng nhờ phát minh này mà Ruska đã được nhận giải Nobel vật lý.

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 của kính hiển vi điện tử

Nguyên lý hoạt động chung của hầu hết các kính hiển vi điện tử là 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.

Một ống kính điện tử có thiết kế cơ bản là một solenoid (một cuộn dây xung quanh bên ngoài của một ống) thông qua đó có thể tạo ra một trường điện từ. Tia điện tử đi qua trung tâm của các solenoids và 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 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 vì vậy, 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).

Một số loại kính hiển vi điện tử thông dụng

Kính hiển vi điện tử truyền qua (TEM)

Kính hiển vi điện tử truyền qua có tên tiếng Anh là transmission electron microscopy. được viết tắt là TEM.

TEM là thiết bị nghiên cứu vi cấu trúc vật rắn, sử dụng chùm điện tử có năng lượng cao chiếu xuyên qua mẫu vật rắn mỏng và sử dụng các thấu kính từ để tạo ảnh với độ phóng đại lớn (có thể tới hàng triệu lần), ảnh có thể tạo ra trên màn huỳnh quang, hay trên film quang học, hay ghi nhận bằng các máy chụp kỹ thuật số.

Kính hiển vi điện tử truyền qua còn được gọi là kính hiển vi điện tử truyền dẫn với khả năng tạo ra ảnh hai chiều có màu đen và màu trắng.

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 truyền qua có độ phân giải bị hạn chế bởi quang sai màu và hình cầu nhưng đã có thể khắc phục hoặc hạn chế bởi các thế hệ mới của hiệu chỉnh quang sai.

Kính hiển vi điện tử truyền qua trở thành 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 bởi khả năng xác định vị trí của các nguyên tử trong vật liệu.

Kính hiển vi điện tử quét (SEM)

Kính hiển vi điện tử quét thường được dùng để quan sát chi tiết bề mặt mẫu ở độ phóng đại cao, trong đó chủ yếu được dùng để quan sát cấu trúc bên trong của mẫu ở độ phóng đại cao.

SEM có 3 tính năng chính:

✅ Quan sát bề mặt mẫu rắn ở các độ phóng đại khác nhau

✅ Độ sâu trường quan sát lớn hơn rất nhiều so với kính hiển vi quang học, cho phép thu ảnh lập thể

✅ Kết hợp với đầu thu phổ tán xạ năng lượng tia X (EDX) cho phép phân tích thành phần nguyên tố của vùng quan sát

SEM tạo ra ình 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.

Độ phân giải của SEM thấp hơn so với độ phân giải của kính hiển vi điện tử truyền qua vì hình ảnh của 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.

METROTECH – Nơi cung cấp đủ loại kính hiển vi điện tử giá tốt, chính hãng

Nhu cầu sử dụng kính hiển vi điện tử trong nghiên cứu, giảng dạy,..ngày càng cao nên nhu cầu tìm mua sản phẩm này cũng ngày một tăng hơn với những đòi hỏi cao hơn từ người tiêu dùng. METROTECH từ khi ra đời cũng đã hướng mình thành nơi cung cấp các thiết bị phòng thí nghiệm đặc biệt là các sản phẩm về kính hiển vi với đầy đủ các dòng máy, đầy đủ giấy tờ, nguồn gốc rõ ràng và giá cả thật ưu đãi để người tiêu dùng có thể an tâm lựa chọn sử dụng.

Các sản phẩm kính hiển vi mà METROTECH cung cấp sẽ kèm theo sự hỗ trợ sử dụng, hiệu chỉnh của đội ngũ nhân viên kỹ thuật chuyên môn cao của chúng tôi để đảm bảo sản phẩm đến tay người tiêu dùng một cách tốt nhất.

Hãy đến với METROTECH để cùng trải nghiệm nhé.