Kính Hiển Vi Điện Tử Là Gì? Phân Loại, Ưu Và Nhược Điểm

Kính hiển vi điện tử (EM) là một công cụ tuyệt vời cho phép các nhà khoa học chụp ảnh mẫu ở độ phân giải cao hơn so với kính hiển vi ánh sáng. Có 2 loại kính hiển vi chính và mỗi loại cung cấp thông tin khác nhau về mẫu.

1. Kính hiển vi điện tử là gì?

Kính hiển vi điện tử hay EM là loại kính hiển vi có kỹ thuật thu được hình ảnh của các mẫu vật sinh học và phi sinh học với độ phân giải cao. Độ phân giải cao của hình ảnh là kết quả của việc sử dụng chùm điện tử – electron (có bước sóng rất ngắn) được gia tốc làm nguồn bức xạ chiếu sáng. Vì bước sóng của điện tử có thể ngắn hơn tới 100.000 lần so với bước sóng của các photon ánh sáng nhìn thấy, nên kính hiển vi này có khả năng phân giải cao hơn kính hiển vi ánh sáng và có thể tiết lộ cấu trúc của các vật thể nhỏ hơn.

Khi chùm tia điện tử tương tác với mẫu vật, nó sẽ mất năng lượng theo nhiều cơ chế khác nhau. Năng lượng bị mất được chuyển đổi thành các dạng thay thế như nhiệt, phát xạ điện tử thứ cấp năng lượng thấp và điện tử tán xạ ngược năng lượng cao, phát xạ ánh sáng (phát quang âm cực) hoặc phát tia X. Tất cả đều cung cấp tín hiệu mang thông tin về các đặc tính của bề mặt mẫu vật. Chẳng hạn như địa hình và thành phần của mẫu vật đó.

2. Phân loại

Có hai loại kính hiển vi điện tử chính – EM truyền qua (TEM) và EM quét (SEM).

Kính điện tử truyền qua TEM được sử dụng để xem các mẫu vật mỏng (mô, phân tử,…) mà qua đó các điện tử có thể đi qua tạo ra hình ảnh chiếu. Theo nhiều cách, TEM tương tự như kính hiển vi ánh sáng thông thường. TEM được sử dụng để xem hình ảnh bên trong tế bào (ở những phần mỏng), cấu trúc của các phân tử protein, tổ chức của các phân tử trong vi rút và sợi tế bào (được chuẩn bị bằng kỹ thuật nhuộm âm tính) và sự sắp xếp của các phân tử protein trong màng tế bào.

Kính hiển vi điện tử quét SEM thông thường phụ thuộc vào sự phát xạ của các electron thứ cấp từ bề mặt của mẫu vật. Vì độ sâu tiêu điểm lớn, nó có thể cung cấp hình ảnh chi tiết về bề mặt của tế bào và toàn bộ sinh vật mà TEM không thể thực hiện được. Nó cũng có thể được sử dụng để đếm các hạt và xác định kích thước của chúng. Nó được gọi là KHV điện tử quét vì hình ảnh được hình thành bằng cách quét một chùm điện tử hội tụ lên bề mặt của mẫu vật. Các SEM được trang bị thích hợp (với máy dò thứ cấp, tán xạ ngược và tia X) có thể được sử dụng để nghiên cứu địa hình và thành phần nguyên tử của mẫu vật.

3. Lịch sử ra đời

Loại kính này được phát triển do những hạn chế của kính hiển vi ánh sáng. Nó bị giới hạn bởi vật lý của ánh sáng ở độ phóng đại 500x hoặc 1000x và độ phân giải 0,2 micromet. Vào đầu những năm 1930, giới hạn lý thuyết này đã đạt đến giới hạn khoa học và các nhà khoa học đã mong muốn được nhìn thấy những chi tiết nhỏ của cấu trúc bên trong tế bào hữu cơ (nhân, ty thể …). Điều này yêu cầu độ phóng đại 10.000 lần và kính hiển vi ánh sáng không thể làm được.

Kính hiển vi điện tử truyền qua (TEM) là loại kính điện tử đầu tiên được phát triển. Nó được tạo ra bởi Max Knoll và Ernst Ruska ở Đức vào năm 1931.

Loại kính quét (SEM) đầu tiên ra mắt vào năm 1942 với các công cụ thương mại đầu tiên vào khoảng năm 1965.

Tóm lại, các loại kính hiển vi này được sử dụng để nghiên cứu các cấu trúc một loạt các mẫu vật sinh học và vô cơ bao gồm vi sinh vật, tế bào, mẫu sinh thiết, kim loại và tinh thể. Trong công nghiệp, chúng thường được sử dụng để kiểm tra chất lượng và phân tích hư hỏng.

Kính hiển vi này được sử dụng cùng với nhiều kỹ thuật phụ trợ khác nhau (ví dụ: cắt lớp mỏng, ghi nhãn miễn dịch, nhuộm âm tính).

4. Ưu và nhược điểm

4.1. Ưu điểm của kính hiển vi điện tử

Ưu điểm nhất chính là độ phóng đại mạnh mẽ của nó. Do đó nó rất có ích trong việc nghiên cứu hàng loạt các lĩnh vực khoa học bao gồm sinh học, đá quý, khoa học y tế, pháp y, luyện kim và công nghệ nano.

EM cũng có nhiều ứng dụng công nghệ và công nghiệp, chẳng hạn như kiểm tra chất bán dẫn, sản xuất chip máy tính, kiểm soát chất lượng và thậm chí có thể được sử dụng như một phần của dây chuyền sản xuất.

4.2. Nhược điểm kính hiển vi điện tử

Những bất lợi của kính hiển vi điện tử chính là chi phí, kích thước, cần bảo trì, đào tạo nhà nghiên cứu. Loại kính hiển vi này là một thiết bị lớn, cồng kềnh, đắt tiền cũng như cực kỳ nhạy cảm với rung động và từ trường bên ngoài.

Nó cần được giữ trong một khu vực đủ lớn để chứa kính hiển vi cũng như bảo vệ và tránh mọi ảnh hưởng không mong muốn lên các electron.

Bảo trì liên quan đến việc duy trì nguồn cung cấp điện áp ổn định, dòng điện đến cuộn dây/thấu kính điện từ và sự lưu thông của nước mát để các mẫu không bị hư hỏng hoặc bị phá hủy do nhiệt tỏa ra trong quá trình cung cấp năng lượng cho các electron.

Cần phải có khóa đào tạo đặc biệt để học các quy trình liên quan đến việc chuẩn bị và vận hành kính hiển vi.

5. Kết

Bất chấp những nhược điểm, kính hiển vi điện tử vẫn là tài sản quan trọng cho các phòng thí nghiệm nghiên cứu cao cấp trong công nghiệp nghiên cứu. Thiết bị mạnh mẽ này đã dẫn đến vô số tiến bộ trong khoa học và công nghiệp. Hy vọng qua bài này bạn đã hiểu rõ hơn về các 2 loại kính hiển vi cũng như chức năng của chúng.