Kính hiển vi điện tử đại diện cho một biến thể đáng kể của kính hiển vi cổ điển. Với sự trợ giúp của các electron, nó có thể hình ảnh bề mặt hoặc bên trong của một vật thể.
Kính hiển vi điện tử là gì?
Kính hiển vi điện tử đại diện cho một biến thể đáng kể của kính hiển vi cổ điển. Trong thời gian trước đó, kính hiển vi điện tử còn được gọi là kính siêu vi. Nó đóng vai trò như một công cụ khoa học mà qua đó các đối tượng có thể được phóng đại bằng hình ảnh bằng cách áp dụng các chùm điện tử, cho phép kiểm tra kỹ lưỡng hơn. Có thể đạt được độ phân giải cao hơn nhiều với kính hiển vi điện tử so với kính hiển vi ánh sáng. Kính hiển vi ánh sáng có thể đạt được độ phóng đại hai nghìn lần trong trường hợp tốt nhất. Tuy nhiên, nếu khoảng cách giữa hai điểm nhỏ hơn một nửa bước sóng ánh sáng, mắt người không còn khả năng phân biệt chúng một cách riêng biệt. Mặt khác, kính hiển vi điện tử đạt được độ phóng đại 1: 1,000,000. Điều này có thể là do sóng của kính hiển vi điện tử ngắn hơn đáng kể so với sóng ánh sáng. Để loại bỏ không khí gây nhiễu phân tử, chùm điện tử được tập trung vào vật thể trong chân không bởi điện trường có khối lượng lớn. Kính hiển vi điện tử đầu tiên được phát triển vào năm 1931 bởi các kỹ sư điện người Đức Ernst Ruska (1906-1988) và Max Knoll (1897-1969). Tuy nhiên, ban đầu, các lưới kim loại nhỏ thay vì các vật thể trong suốt bằng điện tử được dùng làm hình ảnh. Ernst Ruska cũng đã chế tạo chiếc kính hiển vi điện tử đầu tiên được sử dụng cho mục đích thương mại vào năm 1938. Năm 1986, Ruska nhận giải Nobel Vật lý cho chiếc kính siêu vi của mình. Trong những năm qua, kính hiển vi điện tử liên tục được thiết kế và cải tiến kỹ thuật mới, đến nỗi ngày nay không thể tưởng tượng khoa học mà không có kính hiển vi điện tử.
Hình dạng, loại và các loại
Các loại kính hiển vi điện tử cơ bản chính bao gồm kính hiển vi điện tử quét (SEM) và kính hiển vi điện tử truyền qua (TEM). Kính hiển vi điện tử quét quét một chùm điện tử mỏng qua một vật rắn. Các điện tử hoặc các tín hiệu khác xuất hiện lại từ vật thể hoặc bị tán xạ ngược có thể được phát hiện đồng bộ. Dòng điện được phát hiện xác định giá trị cường độ của điểm ảnh mà chùm điện tử quét. Theo quy định, dữ liệu xác định có thể được hiển thị trên màn hình được kết nối. Bằng cách này, người dùng có thể theo dõi sự tích tụ của hình ảnh trong thời gian thực. Khi quét bằng chùm tia điện tử, kính hiển vi điện tử bị giới hạn ở bề mặt của vật thể. Để dễ hình dung, thiết bị hướng hình ảnh qua màn hình huỳnh quang. Sau khi chụp ảnh, hình ảnh có thể được phóng đại lên đến 1: 200,000. Khi sử dụng kính hiển vi điện tử truyền qua, do Ernst Ruska chế tạo, vật thể cần kiểm tra, phải có độ mỏng thích hợp, sẽ được chiếu xạ bởi các điện tử. Độ dày thích hợp của vật thể thay đổi từ vài nanomet đến vài micromét, điều này phụ thuộc vào số nguyên tử của các nguyên tử của vật liệu vật thể, độ phân giải mong muốn và mức điện áp gia tốc. Hiệu điện thế gia tốc càng thấp và số hiệu nguyên tử càng cao thì vật đó càng phải mỏng. Hình ảnh của kính hiển vi điện tử truyền qua được tạo thành bởi các điện tử bị hấp thụ. Các loại phụ khác của kính hiển vi điện tử bao gồm kính hiển vi kyroelectron (KEM), được sử dụng để nghiên cứu các cấu trúc protein phức tạp và kính hiển vi điện tử điện áp cao, có biên độ gia tốc rất cao. Nó được sử dụng để hình ảnh các đối tượng rộng lớn.
Cấu trúc và phương thức hoạt động
Cấu trúc của kính hiển vi điện tử dường như không có nhiều điểm chung với kính hiển vi ánh sáng bên trong. Tuy nhiên, có những điểm tương đồng. Ví dụ, súng điện tử được đặt ở trên cùng. Trong trường hợp đơn giản nhất, đây có thể là một dây vonfram. Điều này được đốt nóng và phát ra các electron. Chùm điện tử được hội tụ bởi các nam châm điện, có hình dạng giống như một chiếc vòng. Các nam châm điện tương tự như các thấu kính trong kính hiển vi ánh sáng. Chùm điện tử tốt hiện có thể đánh bật các điện tử ra khỏi mẫu một cách độc lập. Các điện tử sau đó được thu lại bởi một máy dò, từ đó một hình ảnh có thể được tạo ra. Nếu chùm điện tử không di chuyển, chỉ có thể chụp ảnh một điểm, tuy nhiên, nếu quá trình quét một bề mặt diễn ra, thì một sự thay đổi sẽ xảy ra. Chùm tia điện tử bị lệch hướng bởi nam châm điện và dẫn hướng từng dòng qua vật thể cần kiểm tra. Quá trình quét này cho phép tạo ra hình ảnh có độ phân giải cao và phóng đại của đối tượng. Nếu người giám định muốn đến gần đối tượng hơn nữa, anh ta chỉ cần giảm diện tích mà từ đó chùm tia điện tử được quét. Vùng quét càng nhỏ, đối tượng được hiển thị càng lớn. Kính hiển vi điện tử đầu tiên được chế tạo đã phóng đại các vật thể được kiểm tra lên 400 lần. Trong thời hiện đại, các công cụ có thể phóng đại một vật thể thậm chí 500,000 lần.
Các lợi ích y tế và sức khỏe
Đối với y học và các ngành khoa học như sinh học, kính hiển vi điện tử là một trong những phát minh quan trọng nhất. Do đó, có thể thu được kết quả kiểm tra tuyệt vời với thiết bị. Đặc biệt quan trọng đối với y học là thực tế rằng virus bây giờ cũng có thể được kiểm tra bằng kính hiển vi điện tử. Virus, ví dụ, nhỏ hơn nhiều lần so với vi khuẩn, vì vậy chúng không thể được chụp ảnh chi tiết bằng kính hiển vi ánh sáng. Cũng không thể xác định chi tiết bên trong tế bào bằng kính hiển vi ánh sáng. Tuy nhiên, điều này đã thay đổi với kính hiển vi điện tử. Ngày nay, những căn bệnh nguy hiểm như AIDS (HIV) hoặc bệnh dại có thể được khảo sát tốt hơn nhiều với kính hiển vi điện tử. Tuy nhiên, kính hiển vi điện tử cũng có một số nhược điểm. Ví dụ, các đối tượng được khảo sát có thể bị ảnh hưởng bởi chùm điện tử vì nóng lên hoặc do các điện tử đang tăng tốc va chạm với các nguyên tử hoàn chỉnh. Ngoài ra, chi phí mua và bảo trì kính hiển vi điện tử rất cao. Vì lý do này, các công cụ chủ yếu được sử dụng bởi các viện nghiên cứu hoặc các nhà cung cấp dịch vụ tư nhân.
