Khi lựa chọn một kính hiển vi điện tử quét (SEM), độ phân giải thường được xem là thông số quyết định hiệu năng. Tuy nhiên, trên thực tế, thông số về độ phân giải hiếm khi quyết định những gì bạn cuối cùng có thể tìm hiểu được từ mẫu. Điều quan trọng không kém, hoặc thậm chí còn quan trọng hơn, là những electron nào được phát hiện, và cũng quan trọng không kém là những electron nào không được phát hiện.

Khi chùm electron của SEM tác động lên mẫu, nó tạo ra một đám mây tín hiệu phức tạp. Xét về các tín hiệu electron, đám mây này bao gồm electron thứ cấp (secondary electrons), phát sinh từ chính bề mặt mẫu, và electron tán xạ ngược (backscattered electrons) đến từ những vùng sâu hơn bên trong vật liệu. Các electron được phát ra với nhiều mức năng lượng và theo nhiều hướng khác nhau, đồng thời các loại tín hiệu khác nhau được tạo ra đều mang những thông tin có giá trị, nhưng vốn đã bị trộn lẫn với nhau.

Do đó, hình ảnh SEM không phải là sự biểu diễn trực tiếp của mẫu. Đó là một hình ảnh được “lọc”, được tạo ra và định hình bởi hệ thống detector. Nếu cơ chế lọc này không được kiểm soát, kết quả có thể gây hiểu nhầm. Các đặc trưng bề mặt, độ tương phản thành phần và những thông tin bổ sung từ bên dưới bề mặt có thể chồng lấn lên nhau theo những cách khiến việc diễn giải trở nên khó khăn hoặc thậm chí dẫn đến kết luận sai.

Điều này dẫn đến một nguyên tắc cơ bản: chụp ảnh SEM không phải là thu thập càng nhiều electron càng tốt, mà là lựa chọn đúng những electron cần thiết để trả lời các câu hỏi cụ thể về sự khác biệt vật liệu, hình dạng và địa hình bề mặt.

Thời gian sử dụng thiết bị TEM là rất quý giá, và việc đưa mẫu vào máy là một bước cần được thực hiện cẩn thận, tốn nhiều thời gian. Sau khi đưa mẫu vào, mẫu thường cần từ vài chục phút đến vài giờ để ổn định về độ trôi cơ học và nhiệt độ nhằm đạt được chất lượng phân tích cao. Để tận dụng tối đa mỗi phiên làm việc trên TEM, người sử dụng thường cố gắng chuẩn bị vùng trong suốt với electron lớn nhất có thể, đồng thời giữ mẫu đủ mỏng để đảm bảo kết quả đáng tin cậy. Các vùng sử dụng được có diện tích lớn hơn cũng rất quan trọng khi phân tích các cấu trúc vật liệu lớn, chẳng hạn như các hạt, khi không thể xác định chính xác vùng quan tâm bằng các phương pháp không sử dụng TEM, hoặc khi độ nhạy với chùm electron và hiện tượng nhiễm bẩn đòi hỏi phải thường xuyên thay đổi vùng được phân tích, ví dụ sau mỗi khung hình. Trong thực tế, mẫu TEM phải có diện tích đủ lớn và độ dày rất nhỏ, thường khoảng 100 nm hoặc nhỏ hơn, để hỗ trợ chụp ảnh và phân tích chất lượng cao.

Kính hiển vi điện tử quét/truyền qua (S/TEM) là một trong những kỹ thuật mạnh mẽ nhất hiện có để nghiên cứu vật liệu ở cấp độ nano và pico. Tuy nhiên, khả năng thực hiện bất kỳ phép phân tích S/TEM nào (thường được gọi đơn giản là “TEM”) lại phụ thuộc vào một yếu tố quan trọng thường bị bỏ qua: chất lượng của mẫu đã được chuẩn bị.

Như Lucille Giannuzzi đã đề cập trong chương đồng tác giả FIB of TEM Specimens, các kết quả thu được từ phân tích TEM hoặc STEM chỉ tốt khi mẫu được kiểm tra có chất lượng tương ứng. Trong hai thập kỷ qua, thực tế này đã thúc đẩy một sự thay đổi đáng kể trong cách các nhà nghiên cứu chuẩn bị mẫu cho kính hiển vi điện tử.

Ngày nay, Kính hiển vi điện tử quét kết hợp chùm ion hội tụ (FIB-SEM) đã trở thành phương pháp chủ đạo để chuẩn bị mẫu TEM.

Gần đây, chúng tôi đã có dịp trò chuyện với TS. Kate Plass, Phó Giáo sư Hóa học tại Franklin & Marshall College. TS. Plass đã sử dụng Delong LVEM 25 trong ba năm, giành được một khoản tài trợ từ NSF (National Science Foundation – Quỹ Khoa học Quốc gia Hoa Kỳ) để tài trợ cho việc mua thiết bị nhằm phục vụ như một nguồn lực nghiên cứu cấp khu vực, đồng thời đã công bố các công trình nghiên cứu sử dụng LVEM 25.

Lấy cảm hứng từ việc nghiên cứu các vật liệu chuyển đổi năng lượng mặt trời dựa trên những nguyên tố có trữ lượng dồi dào trong tự nhiên, một trong những công trình công bố gần đây của TS. Plass cho thấy cách các phản ứng trao đổi ion với các thanh nano đồng sulfide (copper sulfide nanorods) có thể hỗ trợ thiết kế một cách có định hướng các phương pháp tổng hợp hạt nano cho vật liệu dị thể, với nghiên cứu được thực hiện cùng các sinh viên đại học.

Nội dung cuộc phỏng vấn dưới đây đã được biên tập để làm rõ và dễ hiểu hơn.

Tại một cơ sở kính hiển vi điện tử dùng chung, không có hai ngày nào giống nhau. Các nhà nghiên cứu hiếm khi đến với cùng một loại mẫu, hay thậm chí cùng một dạng câu hỏi. Một người có thể cần làm rõ những gì nằm bên dưới bề mặt, trong khi người khác đang cố gắng đặc trưng một cấu trúc nhạy cảm ở trạng thái nguyên bản hoặc tìm hiểu cách một vật liệu thay đổi theo chiều sâu. Đối với đội ngũ vận hành cơ sở, tính linh hoạt không đơn thuần là sự thuận tiện. Đó là điều thiết yếu.

Để đáp ứng sự đa dạng đó đòi hỏi nhiều hơn một hệ thống thiết bị phong phú. Điều này còn cần đến kinh nghiệm: biết cách chuyển đổi một mẫu chưa quen thuộc và những câu hỏi khoa học mang tính mở thành một quy trình chuẩn bị và phân tích đặc trưng thực tế, phù hợp.

Trong nghiên cứu y sinh, thành công thường được quyết định bởi những chi tiết được đo bằng nanomet. Core Facility tại Viện Di truyền Phân tử thuộc Viện Hàn lâm Khoa học Cộng hòa Séc (IMG CAS) vận hành các thiết bị hiện đại, tiếp tục mở rộng giới hạn của kỹ thuật tạo ảnh tế bào.

Thông qua sự hợp tác chặt chẽ với nhà sản xuất kính hiển vi điện tử Tescan của Cộng hòa Séc, nhóm nghiên cứu đã thực hiện thành công thí nghiệm cryo lift-out đầu tiên tại Cộng hòa Séc. Bước đột phá này mở ra những cơ hội mới để nghiên cứu siêu cấu trúc tế bào trong bối cảnh tự nhiên vốn có của chúng, đồng thời cho phép các nhà nghiên cứu nhắm đến những vùng quan tâm cụ thể mà trước đây rất khó tiếp cận bằng kính hiển vi điện tử cryo độ phân giải cao.

Chúng tôi đã trao đổi với Markéta Dalecká, M.Sc. và Dominik Pinkas, Ph.D. về những cơ hội cũng như thách thức của kính hiển vi điện tử trong lĩnh vực khoa học sự sống.

Trong nhiều thập kỷ, kỹ thuật Nhiễu xạ Electron (Electron Diffraction - ED) chủ yếu gắn liền với các hệ thống TEM cồng kềnh hoạt động ở thế gia tốc cao từ 100 kV đến 300 kV. Tuy nhiên, khi đối diện với các vật liệu nhạy cảm chùm tia (beam-sensitive materials) như tinh thể hữu cơ, vật liệu 2D và polyme, điện tử cao áp thường gây tổn hại đứt gãy mạng tinh thể chỉ sau vài giây chiếu xạ.

Sự xuất hiện của Delong LVEM 25E—kính hiển vi điện tử truyền qua để bàn tích hợp súng Schottky FEG 25 kV—đã chứng minh rằng điện áp thấp (Low-kV) không hề là sự thỏa hiệp về độ phân giải, mà là một lợi thế vật lý vượt trội trong phân tích tinh thể học vi mô.

Bài viết này đi sâu phân tích cơ sở vật lý, thông số kỹ thuật và 4 nhóm ứng dụng chuyên sâu của chế độ ED trên Delong LVEM 25E.

Trong làn sóng đầu tư vào công nghệ vật liệu tiên tiến, công nghệ sinh học và dược phẩm tại Việt Nam, nhu cầu phân tích cấu trúc ở cấp độ nanomet đang bùng nổ mạnh mẽ. Kính hiển vi điện tử truyền qua (TEM) từ lâu đã là thiết bị định danh cấu trúc tối thượng. Tuy nhiên, bài toán mua sắm và vận hành các cỗ máy TEM cao áp (100 - 300 kV) luôn là rào cản lớn đối với hầu hết các trường đại học, viện nghiên cứu và bệnh viện trong nước: kinh phí thiết bị hàng triệu USD, chi phí cải tạo hạ tầng đắt đỏ, và sự phụ thuộc vào các kỹ thuật viên chuyên trách.

Sự xuất hiện của dòng kính hiển vi điện tử để bàn thế hệ mới Delong LVEM 25E mang đến một phương án tiếp cận hoàn toàn mới: đưa năng lực hiển vi truyền qua độ phân giải nanomet về đặt trực tiếp trong từng phòng lab chuyên ngành.

Bài phân tích chiến lược dưới đây sẽ mổ xẻ nguyên lý công nghệ, đối chiếu trực diện hiệu năng với TEM cao áp, và làm rõ 4 lý do vì sao LVEM 25E là khoản đầu tư thông minh và thực tiễn nhất cho các cơ sở nghiên cứu tại Việt Nam hiện nay.