Kính hiển vi quang học quét trường gần là gì? Cấu tạo và ứng dụng thực tế

Kính hiển vi quang học quét trường gần đang ngày càng được sử dụng rộng rãi trong y học, nghiên cứu và công nghiệp nhờ khả năng quan sát mẫu vật chi tiết với độ phân giải cao. Bài viết này butkythuatso.com sẽ cùng bạn tìm hiểu kính hiển vi quang học quét trường gần là gì? Phân tích chi tiết cấu tạo, nguyên lý hoạt động và giới thiệu các ứng dụng thực tế giúp bạn hiểu rõ hơn về thiết bị tiên tiến này.

Kính hiển vi quang học quét trường gần là gì?

Kính hiển vi quang học quét trường gần có tên gọi tiếng anh là Near-field Scanning Optical Microscope (tên viết tắt - SNOM) là một loại kính hiển vi quang học tiên tiến cho phép nghiên cứu các cấu trúc nano với độ phân giải vượt qua giới hạn nhiễu xạ. Khác với các kính hiển vi truyền thống, NSOM sử dụng một đầu dò cực nhỏ quét sát bề mặt mẫu để thu tín hiệu ánh sáng ngay tại vùng gần trường. Nhờ cách tiếp cận này, SNOM vượt qua giới hạn nhiễu xạ của ánh sáng, cho phép quan sát bề mặt mẫu với các độ phân giải ngang 20 nm và độ phân giải đứng từ 2 - 5 nm.

Ưu điểm nổi bật của kính hiển vi quang học quét trường gần bao gồm:

• Độ phân giải cực cao, vượt giới hạn nhiễu xạ cho phép quan sát các chi tiết nano mà kính hiển vi quang học truyền thống không thể đạt được.
• Quan sát trực tiếp bề mặt mẫu, thích hợp nghiên cứu màng tế bào, vật liệu nano hoặc các cấu trúc phức tạp.
• Kết hợp linh hoạt với các phương pháp quang học khác giúp phân tích đặc tính quang học, cấu trúc vật liệu và thành phần mẫu.

Nhờ những ưu điểm này, SNOM được ứng dụng rộng rãi trong nghiên cứu vật liệu, công nghệ bán dẫn, sinh học và y học, mang đến khả năng quan sát và phân tích chi tiết vượt trội.

Cấu tạo của kính hiển vi quang học SNOM

Kính hiển vi quang học quét trường gần có cấu trúc khá đặc biệt so với kính hiển vi truyền thống. Ngoài thân kính, chân đế, bàn sa trượt, nguồn chiếu sáng, vật kính và thị kính thì điểm nổi bật là mũi dò nano siêu nhỏ đặt ngay sát bề mặt mẫu, chỉ cách vài nanomet. Mũi dò này sẽ phát sáng hoặc thu tín hiệu ánh sáng gần trường giúp kính quan sát được các chi tiết cực nhỏ, vượt giới hạn nhiễu xạ.

Các thành phần chính bao gồm:

• Mũi dò nano đầu sợi thủy tinh phủ kim loại dùng để bắt hoặc phát ánh sáng trường gần.
• Hệ thu tín hiệu từ chính mũi dò hoặc thu bằng một vật kính lớn.
• Bàn sa trượt giúp di chuyển mẫu theo trục X, Y để quét chính xác.
• Vòng điều chỉnh tiêu cự cho phép tinh chỉnh khoảng cách giữa mũi dò và mẫu, để ảnh sắc nét.
• Máy phân tích tín hiệu hỗ trợ chuyển đổi ánh sáng thu được thành hình ảnh chi tiết trên máy tính.

Nhờ cấu tạo này, SNOM cho phép quan sát chi tiết ở cấp nano, rất hữu ích trong nghiên cứu vật liệu, sinh học hoặc công nghệ bán dẫn - nơi mà các kính hiển vi quang học thông thường khó quan sát rõ được.

Xem thêm: Kính hiển vi quang học và kính hiển vi điện tử

Nguyên lý hoạt động của kính hiển vi quang học quét trường gần

Kính hiển vi quang học quét trường gần hoạt động dựa trên nguyên tắc sử dụng ánh sáng qua một lỗ cực nhỏ, có kích thước nhỏ hơn bước sóng ánh sáng. Lỗ này tạo ra “trường gần” ngay sát bề mặt mẫu. Khi đầu dò quét cách mẫu chỉ vài nanomet, các chi tiết siêu nhỏ có thể được quan sát mà không bị giới hạn bởi nhiễu xạ ánh sáng, đạt độ phân giải 60–100 nm.

Các bước hoạt động của kính hiển vi quang học quét trường gần

Bước 1: Tạo trường gần thông qua chiếu nguồn sáng laser hội tụ qua một lỗ siêu nhỏ trên đầu dò tạo ra một vùng ánh sáng cục bộ ngay phía sau lỗ.

Bước 2: Đặt đầu dò quét rất gần bề mặt mẫu, để các sóng ánh sáng suy biến có thể tương tác trực tiếp với bề mặt, thay vì bị nhiễu xạ như trong kính hiển vi thông thường.

Bước 3: Ánh sáng phản xạ hoặc truyền qua mẫu được đầu dò thu lại và phân tích. Tại đây, độ phân giải của hình ảnh cuối cùng phụ thuộc vào kích thước lỗ trên mũi dò chứ không phải bước sóng ánh sáng.

Bước 4: Đầu dò quét từng điểm và từng dòng trên toàn bộ bề mặt mẫu, sau đó tạo ra hình ảnh chi tiết với độ phân giải cao.

Ưu điểm của SNOM

• Độ phân giải cực cao, hỗ trợ quan sát các chi tiết nano mà kính hiển vi quang học thông thường không thấy được.
• Thích hợp với mẫu trong suốt lẫn mờ đục, dùng trong nghiên cứu sinh học, vật liệu và công nghệ nano.
• Có thể kết hợp cùng huỳnh quang để phát hiện phân tử đơn lẻ hoặc các phân tử siêu nhỏ.

Xem thêm: Kính hiển vi điện tử quét SEM là gì? Cấu tạo và ứng dụng chi tiết

Ứng dụng của kính hiển vi quang học quét trường gần

Kính hiển vi quang học quét trường gần có ứng dụng rất đa dạng trong nghiên cứu vì khả năng phân giải hình ảnh ở cấp nano vượt trội. Nhờ độ phân giải cao hơn kính hiển vi quang thông thường, SNOM được dùng để quan sát màng sinh học (như màng tế bào), theo dõi phân tử đơn lẻ và phân tích cấu trúc rất nhỏ trong công nghệ nano và vật liệu nano.

Trong lĩnh vực y sinh, nó cũng giúp xác định tế bào bệnh lý như ung thư khi kết hợp với các kỹ thuật quang phổ. Ngoài ra, SNOM còn chụp ảnh Raman hoặc huỳnh quang trường gần có độ phân giải dưới 100 nm để phân tích hóa học cục bộ trên bề mặt mẫu.

Hy vọng bài viết trên đã giúp bạn hiểu rõ hơn về kính hiển vi quang học quét trường gần từ khái niệm, cấu tạo cho đến các ứng dụng thực tiễn trong nghiên cứu nano, vật liệu và y sinh. Nếu bạn đang cân nhắc đầu tư hoặc tìm mua thiết bị kính hiển vi cao cấp, đừng ngần ngại truy cập maydochuyendung.com hoặc thbvietnam.com hoặc gọi ngay Hotline: 0916610499 (Hà Nội) hoặc 0918132242 (TP HCM) để được tư vấn chi tiết và lựa chọn sản phẩm phù hợp nhất với nhu cầu của bạn.