kính hiển vi điện tử

Các kính hiển vi điện tử đại diện cho một biến thể quan trọng 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?

Trong thời gian trước đó, kính hiển vi điện tử còn được gọi là Qua kính hiển vi. Nó đóng vai trò như một công cụ khoa học cho phép phóng to các đối tượng một cách trực quan bằng cách ứng dụng các tia điện tử, giúp điều tra kỹ lưỡng hơn.

Với kính hiển vi điện tử, có thể đạt được độ phân giải cao hơn nhiều so với kính hiển vi ánh sáng. Trong trường hợp tốt nhất, kính hiển vi ánh sáng có thể đạt được độ phóng đại hai nghìn lần. Nếu khoảng cách giữa hai điểm nhỏ hơn một nửa bước sóng ánh sáng thì mắt người không còn khả năng nhìn riêng chúng.

Mặt khác, kính hiển vi điện tử đạt được độ phóng đại 1: 1.000.000. Điều này có thể bắt nguồn từ thực tế là sóng của kính hiển vi điện tử ngắn hơn đáng kể so với sóng ánh sáng. Để loại bỏ các phân tử không khí gây nhiễu, chùm điện tử được hội tụ vào vật thể trong chân không bằng điện trường lớn.

Kính hiển vi điện tử đầu tiên được tạo ra vào năm 1931 bởi các kỹ sư điện người Đức Ernst Ruska (1906-1988) và Max Knoll (1897-1969). Tuy nhiên, ban đầu, không có vật thể trong suốt electron nào được sử dụng làm hình ảnh, mà là các lưới nhỏ làm bằng kim loại. Ernst Ruska cũng chế tạo kính hiển vi điện tử đầu tiên vào năm 1938, được sử dụng cho mục đích thương mại. Năm 1986, Ruska nhận giải Nobel Vật lý cho siêu kính hiển vi của mình.

Trong những năm qua, kính hiển vi điện tử không ngừng được thiết kế và cải tiến kỹ thuật mới, do đó kính hiển vi điện tử đã trở thành một phần không thể thiếu của khoa học ngày nay.

Hình dạng, loại & loại

Các loại kính hiển vi điện tử cơ bản quan trọng nhất 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 trên một vật thể có khối lượng lớn. Các điện tử hoặc các tín hiệu khác xuất hiện từ vật thể hoặc bị phân tán trở lại có thể được phát hiện đồng bộ. Giá trị cường độ của điểm ảnh mà chùm điện tử phát hiện được xác định bởi dòng điện phát hiện được.

Theo quy tắc, dữ liệu xác định có thể được hiển thị trên màn hình được kết nối. Bằng cách này, người dùng có thể theo dõi cấu trúc 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, ảnh có thể được phóng to 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. Điện áp 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 ra bởi các điện tử bị hấp thụ.

Các loại phụ khác của kính hiển vi điện tử là kính hiển vi điện tử (KEM), được sử dụng để kiểm tra các cấu trúc protein phức tạp và kính hiển vi điện tử điện áp cao, có phạm vi gia tốc rất cao. Nó được sử dụng để đại diện cho các đối tượng lớn.

Cấu trúc & chức năng

Cấu trúc của kính hiển vi điện tử dường như không có nhiều điểm chung với kính hiển vi ánh sáng. Nhưng có những điểm tương đồng. Súng điện tử được đặt ở trên cùng. Trong trường hợp đơn giản nhất, nó 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 dạng hình khuyên. 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 electron sau đó được bắt 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 một khu vực được quét, một 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 phóng to và hình ảnh có độ phân giải cao của đối tượng.

Nếu người giám định muốn đến gần đối tượng hơn, anh ta chỉ cần giảm khu vực mà từ đó chùm điện tử được quét. Vùng quét càng nhỏ, đối tượng hiển thị càng lớn.

Kính hiển vi điện tử đầu tiên được chế tạo đã phóng đại các vật thể mà nó quan sát được 400 lần. Ngày nay, các công cụ này thậm chí có thể phóng đại một vật thể lên 500.000 lần.

Lợi ích y tế & sức khỏe

Kính hiển vi điện tử là một trong những phát minh quan trọng nhất đối với y học và các lĩnh vực khoa học như sinh học. Kết quả kiểm tra tuyệt vời có thể đạt được với thiết bị.

Đặc biệt quan trọng đối với y học là hiện nay vi rút cũng có thể được kiểm tra bằng kính hiển vi điện tử. Vi rút nhỏ hơn vi khuẩn nhiều lần nên không thể hiển thị chi tiết bằng kính hiển vi ánh sáng.

Bên trong tế bào cũng không thể được khám phá chính xác bằng kính hiển vi ánh sáng. Tuy nhiên, với kính hiển vi điện tử, điều này đã thay đổi. Ngày nay, những căn bệnh nguy hiểm như AIDS (HIV) hay bệnh dại có thể được nghiên cứu 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 đang được kiểm tra có thể bị ảnh hưởng bởi chùm điện tử vì nó nóng lên hoặc các điện tử nhanh chóng va chạm với toàn bộ nguyên tử. 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.