Luận văn tốt nghiệp: Kính hiển vi điện tử và ứng dụng trong y sinh học (Tăng Mỹ Linh - ĐH Cần Thơ)

Khám phá toàn diện về kính hiển vi điện tử, từ nguyên lý, cấu tạo SEM đến các ứng dụng đột phá trong lĩnh vực y sinh học qua luận văn chuyên sâu.

• Tác giả: Tăng Mỹ Linh
• Người hướng dẫn: Ths. Hồ Hữu Hậu
• Trường học: Trường Đại học Cần Thơ
• Chuyên ngành: Vật lý
• Đề tài: Kính hiển vi điện tử và ứng dụng trong y – sinh học
• Loại tài liệu: Luận văn tốt nghiệp
• Năm xuất bản: 2010
• Địa điểm: Cần Thơ

Tóm tắt

I. Khám phá kính hiển vi điện tử Mở ra kỷ nguyên y sinh

Kính hiển vi điện tử (Electron Microscope - EM) là một công cụ khoa học mang tính cách mạng, cho phép quan sát các cấu trúc với kích thước ở thang nanomet. Sự ra đời của nó đã tạo nên một bước tiến vượt bậc so với kính hiển vi quang học truyền thống, vốn bị giới hạn bởi bước sóng của ánh sáng khả kiến. Thay vì sử dụng photon, kính hiển vi điện tử vận hành dựa trên nguyên lý sử dụng một chùm electron được gia tốc trong điện trường cao thế để tạo ảnh. Nhờ vào lưỡng tính sóng-hạt của electron, bước sóng De Broglie của chúng ngắn hơn hàng vạn lần so với ánh sáng, mang lại độ phân giải và độ phóng đại vượt trội. Điều này cho phép các nhà khoa học nhìn thấy những chi tiết mà trước đây không thể tiếp cận, từ bề mặt của một con virus đến cấu trúc bên trong của các bào quan tế bào. Trong lĩnh vực y sinh học, công nghệ này không chỉ là một công cụ quan sát mà còn là nền tảng cho vô số khám phá quan trọng, giúp định hình lại sự hiểu biết về bệnh tật, cấu trúc tế bào và các cơ chế sinh học phức tạp. Từ việc xác định hình thái virus gây bệnh, phân tích mô bệnh học ở cấp độ siêu vi, đến việc phát triển các liệu pháp y khoa mới, kính hiển vi điện tử đóng một vai trò không thể thiếu trong nghiên cứu và chẩn đoán y khoa hiện đại.

1.1. Lịch sử ra đời và sự phát triển vượt bậc

Sự phát triển của kính hiển vi điện tử bắt nguồn từ giả thuyết De Broglie vào năm 1924, khẳng định rằng các hạt vật chất như electron cũng có tính chất sóng. Dựa trên nền tảng này, các nhà khoa học đã nhận ra tiềm năng tạo ra một loại kính hiển vi mới với độ phân giải cao hơn nhiều. Năm 1931, Ernst Ruska và Max Knoll đã chế tạo thành công nguyên mẫu đầu tiên của kính hiển vi điện tử truyền qua (TEM), mở đường cho một kỷ nguyên mới trong khoa học quan sát. Vài năm sau, kính hiển vi điện tử quét (SEM) được phát triển, cung cấp khả năng phân tích bề mặt vật liệu một cách chi tiết. Những thiết bị ban đầu còn khá thô sơ, nhưng qua nhiều thập kỷ cải tiến về công nghệ thấu kính điện từ, môi trường chân không và hệ thống ghi nhận tín hiệu, các kính hiển vi điện tử hiện đại đã đạt đến độ phóng đại hàng triệu lần, trở thành công cụ không thể thiếu trong khoa học vật liệu và y sinh học.

1.2. So sánh ưu nhược điểm với kính hiển vi quang học

Sự khác biệt cơ bản giữa kính hiển vi điện tử và quang học nằm ở nguồn chiếu và loại thấu kính sử dụng. Kính hiển vi quang học dùng ánh sáng khả kiến và thấu kính thủy tinh, trong khi kính hiển vi điện tử sử dụng chùm electron và thấu kính điện từ. Ưu điểm lớn nhất của EM là độ phân giải và độ phóng đại cao hơn gấp nhiều lần, cho phép quan sát cấu trúc tế bào, virus, và các phân tử lớn. Tuy nhiên, EM cũng có nhược điểm. Quá trình vận hành đòi hỏi một môi trường chân không nghiêm ngặt để electron không bị tán xạ bởi không khí. Thêm vào đó, quy trình chuẩn bị mẫu vật phức tạp hơn nhiều, thường đòi hỏi mẫu phải được khử nước, cố định và đôi khi phủ một lớp kim loại mỏng. Chi phí đầu tư và bảo trì cho một hệ thống EM cũng cao hơn đáng kể so với kính hiển vi quang học.

II. Nguyên lý hoạt động cốt lõi của kính hiển vi điện tử

Nguyên lý hoạt động của kính hiển vi điện tử dựa trên các định luật vật lý về chuyển động của điện tích trong điện trường và từ trường, cùng với hiện tượng tương tác giữa electron và vật chất. Một súng phóng điện tử (electron gun) phát ra một chùm electron năng lượng cao. Chùm tia này được gia tốc bởi một hiệu điện thế lớn và đi vào một cột chân không. Bên trong cột, hệ thống thấu kính điện từ đóng vai trò tương tự như thấu kính thủy tinh trong kính hiển vi quang học, có nhiệm vụ hội tụ và điều khiển đường đi của chùm electron. Khi chùm electron này tương tác với mẫu vật, nhiều loại tín hiệu khác nhau được tạo ra, bao gồm electron truyền qua, electron tán xạ ngược, và electron thứ cấp. Các tín hiệu này được thu nhận bởi các máy dò (detector) chuyên dụng và được xử lý bằng máy tính để tái tạo thành hình ảnh vi cấu trúc của mẫu. Toàn bộ quá trình phải diễn ra trong môi trường chân không cao để đảm bảo electron có thể di chuyển từ súng phóng đến mẫu và máy dò mà không va chạm với các phân tử khí, điều này giúp tạo ra hình ảnh rõ nét với độ phân giải tối ưu.

2.1. Tương tác giữa chùm electron và mẫu vật

Khi một chùm electron năng lượng cao bắn vào mẫu vật, một loạt các tương tác phức tạp sẽ xảy ra. Các electron có thể đi xuyên qua mẫu (trong TEM), bị tán xạ ngược trở lại (backscattered electrons), hoặc làm bật các electron của nguyên tử mẫu ra khỏi quỹ đạo (secondary electrons). Mỗi loại tương tác này mang một thông tin đặc trưng về mẫu. Ví dụ, electron thứ cấp cung cấp thông tin về hình thái và cấu trúc bề mặt, trong khi electron tán xạ ngược nhạy với sự khác biệt về thành phần nguyên tố (vùng có nguyên tử số cao hơn sẽ sáng hơn). Ngoài ra, tương tác này còn có thể tạo ra tia X đặc trưng, được sử dụng trong phổ tán sắc năng lượng (EDS) để phân tích thành phần hóa học của mẫu. Việc lựa chọn và ghi nhận đúng loại tín hiệu là chìa khóa để có được thông tin mong muốn về hình ảnh vi cấu trúc và thành phần vật liệu.

2.2. Vai trò của thấu kính điện từ và môi trường chân không

Không giống như thấu kính thủy tinh bẻ cong ánh sáng, thấu kính điện từ là những cuộn dây nam châm điện tạo ra từ trường mạnh và đối xứng. Từ trường này tác động lên chùm electron đang di chuyển, làm thay đổi quỹ đạo của chúng một cách chính xác, tương tự như hiệu ứng hội tụ của thấu kính quang học. Bằng cách điều chỉnh cường độ dòng điện chạy qua các cuộn dây, người vận hành có thể thay đổi tiêu cự của thấu kính, từ đó điều chỉnh độ phóng đại và độ sắc nét của ảnh. Toàn bộ hệ thống quang học điện tử này, từ súng phóng đến máy dò, phải được đặt trong một môi trường chân không (áp suất cực thấp). Điều này là bắt buộc vì các electron rất dễ bị cản trở và tán xạ bởi các phân tử không khí, gây nhiễu và làm mờ hình ảnh, cản trở việc đạt được độ phân giải cao.

III. Phương pháp TEM Nhìn xuyên thấu cấu trúc tế bào

Kính hiển vi điện tử truyền qua (Transmission Electron Microscope - TEM) là một kỹ thuật mạnh mẽ cho phép quan sát cấu trúc bên trong của mẫu vật ở cấp độ nguyên tử. Trong TEM, một chùm electron đồng nhất và song song được chiếu xuyên qua một mẫu vật siêu mỏng (thường dày dưới 100 nanomet). Khi đi qua mẫu, một phần electron sẽ bị tán xạ hoặc hấp thụ tùy thuộc vào mật độ và thành phần của các vùng khác nhau trong mẫu. Phần electron truyền qua không bị cản trở sẽ được hệ thống thấu kính điện từ (vật kính và thấu kính phóng đại) hội tụ lại để tạo ra một hình ảnh chiếu lên màn huỳnh quang hoặc cảm biến kỹ thuật số. Hình ảnh cuối cùng là một bản đồ hai chiều về mật độ của mẫu, trong đó các vùng dày đặc hoặc chứa các nguyên tố nặng hơn sẽ hiện ra tối hơn do tán xạ electron mạnh hơn. Kỹ thuật này là công cụ không thể thiếu trong sinh học phân tử để nghiên cứu các bào quan, màng tế bào, và trong nghiên cứu virus để xác định hình thái và cấu trúc chi tiết của chúng. Độ phân giải của TEM có thể đạt đến dưới 1 Ångström, cho phép nhìn thấy cả cột nguyên tử riêng lẻ trong vật liệu tinh thể.

3.1. Cấu tạo kính hiển vi điện tử truyền qua TEM

Cấu tạo kính hiển vi điện tử truyền qua bao gồm ba hệ thống chính: hệ thống phát xạ, hệ thống quang học và hệ thống ghi ảnh. Hệ thống phát xạ gồm súng phóng điện tử để tạo ra chùm electron. Hệ thống quang học là một cột thẳng đứng chứa các thấu kính điện từ, bao gồm thấu kính hội tụ để điều khiển chùm tia tới, vật kính để tạo ảnh đầu tiên, và các thấu kính phóng đại để tăng kích thước ảnh cuối cùng. Toàn bộ cột được duy trì trong môi trường chân không siêu cao. Hệ thống ghi ảnh có thể là màn huỳnh quang để quan sát trực tiếp hoặc các máy ảnh CCD/CMOS hiện đại để ghi lại hình ảnh kỹ thuật số với độ nhạy cao. Độ phân giải và chất lượng ảnh của TEM phụ thuộc rất lớn vào sự ổn định của điện áp gia tốc và dòng điện trong các thấu kính.

3.2. Quy trình chuẩn bị mẫu vật siêu mỏng cho TEM

Một trong những thách thức lớn nhất khi sử dụng TEM là quy trình chuẩn bị mẫu vật. Mẫu phải đủ mỏng để electron có thể xuyên qua, thường là từ 20 đến 100 nm. Đối với các mẫu sinh học như mô hoặc tế bào, quy trình này rất phức tạp. Đầu tiên, mẫu được cố định hóa học để bảo tồn cấu trúc tế bào. Sau đó, mẫu được khử nước và đúc trong nhựa epoxy để tạo thành một khối cứng. Khối này sau đó được cắt thành các lát siêu mỏng bằng một thiết bị gọi là ultramicrotome với lưỡi dao kim cương. Cuối cùng, các lát cắt được đặt lên một lưới đỡ nhỏ (grid) và thường được nhuộm bằng các kim loại nặng như urani hay chì để tăng độ tương phản của các cấu trúc sinh học, vốn chủ yếu gồm các nguyên tố nhẹ. Mỗi bước trong quy trình này đều đòi hỏi sự tỉ mỉ và chính xác cao để tránh làm hỏng hình ảnh vi cấu trúc.

IV. Kỹ thuật SEM Phân tích bề mặt vật liệu chi tiết

Kính hiển vi điện tử quét (Scanning Electron Microscope - SEM) là một kỹ thuật cung cấp hình ảnh ba chiều có độ sâu trường ảnh lớn về bề mặt của mẫu vật. Khác với TEM, chùm electron trong SEM được hội tụ thành một điểm rất nhỏ và được quét tuần tự theo một mẫu hình chữ nhật (raster scan) trên bề mặt mẫu. Khi chùm electron tương tác với từng điểm trên bề mặt, nó tạo ra các tín hiệu như electron thứ cấp và electron tán xạ ngược. Các tín hiệu này được thu thập bởi các máy dò và cường độ của chúng tại mỗi điểm quét được sử dụng để điều chỉnh độ sáng của một điểm tương ứng trên màn hình máy tính. Quá trình này tạo ra một hình ảnh vi cấu trúc chi tiết về hình thái bề mặt của mẫu. SEM là công cụ lý tưởng cho việc phân tích bề mặt, nghiên cứu hình thái của tế bào, vi khuẩn, hoặc kiểm tra cấu trúc của vật liệu sinh học và vật liệu composite. Độ phóng đại của SEM có thể thay đổi trong một dải rộng, từ khoảng 20 lần đến hơn 500.000 lần, mang lại sự linh hoạt cao trong nghiên cứu.

4.1. Nguyên lý tạo ảnh của kính hiển vi điện tử quét SEM

Nguyên lý tạo ảnh của SEM (Scanning Electron Microscope) dựa trên việc quét một chùm electron hội tụ trên bề mặt mẫu và ghi nhận các tín hiệu phát ra. Tín hiệu phổ biến nhất là electron thứ cấp, được tạo ra khi electron trong chùm tia làm bật các electron ở lớp bề mặt của mẫu. Vì các electron này có năng lượng thấp, chúng chỉ có thể thoát ra từ một lớp rất mỏng gần bề mặt, do đó chúng cung cấp thông tin hình thái bề mặt rất chi tiết. Tín hiệu quan trọng thứ hai là electron tán xạ ngược, là các electron từ chùm tia ban đầu bị hạt nhân nguyên tử trong mẫu làm lệch hướng và bật ngược trở lại. Cường độ của tín hiệu này phụ thuộc vào nguyên tử số (Z) của vật liệu, giúp phân biệt các vùng có thành phần hóa học khác nhau. Bằng cách kết hợp các tín hiệu này, SEM có thể tạo ra các hình ảnh vi cấu trúc đa dạng và giàu thông tin.

4.2. Ứng dụng trong phân tích bề mặt và khoa học vật liệu

Nhờ khả năng cung cấp hình ảnh 3D sắc nét, SEM là công cụ không thể thiếu trong khoa học vật liệu và phân tích bề mặt. Nó được sử dụng để kiểm tra vi cấu trúc của kim loại, polyme, gốm sứ và các vật liệu composite. Trong y sinh, SEM giúp quan sát bề mặt của các implant y tế để đánh giá sự tương tác của chúng với mô sống, hoặc nghiên cứu hình thái của vi khuẩn bám trên các bề mặt. Khi kết hợp với phổ tán sắc năng lượng tia X (EDS), SEM còn có thể thực hiện phân tích thành phần nguyên tố tại các điểm cụ thể trên bề mặt mẫu. Khả năng này cực kỳ hữu ích trong việc xác định sự phân bố của các nguyên tố trong một mẫu không đồng nhất, đóng vai trò quan trọng trong việc kiểm soát chất lượng và nghiên cứu phát triển vật liệu mới.

V. Top ứng dụng của kính hiển vi điện tử trong y sinh học

Kính hiển vi điện tử đã cách mạng hóa lĩnh vực y sinh học, mở ra những cánh cửa mới để hiểu và chống lại bệnh tật. Các ứng dụng của nó trải dài từ nghiên cứu cơ bản đến chẩn đoán y khoa lâm sàng. Trong nghiên cứu virus, TEM là công cụ duy nhất có thể hình ảnh hóa trực tiếp các hạt virus riêng lẻ, cho phép xác định hình thái, cấu trúc và cách chúng tương tác với tế bào chủ. Điều này cực kỳ quan trọng trong việc phát triển vaccine và thuốc kháng virus. Trong mô bệnh học, cả SEM và TEM đều được sử dụng để kiểm tra các mẫu sinh thiết ở cấp độ siêu vi, phát hiện những thay đổi tinh vi trong cấu trúc tế bào và mô mà kính hiển vi quang học không thể thấy được. Kỹ thuật này giúp chẩn đoán chính xác hơn các bệnh về thận, bệnh cơ và một số loại ung thư. Hơn nữa, trong sinh học phân tử, các nhà khoa học sử dụng kính hiển vi điện tử để nghiên cứu cấu trúc của các đại phân tử như protein và DNA, cung cấp cái nhìn sâu sắc về các quá trình sinh học cơ bản. Những hiểu biết này là nền tảng cho việc phát triển các liệu pháp nhắm trúng đích và y học cá nhân hóa.

5.1. Nghiên cứu virus và vi khuẩn ở cấp độ phân tử

Đối với các tác nhân gây bệnh siêu nhỏ như virus, kính hiển vi điện tử là công cụ không thể thay thế. TEM (Transmission Electron Microscope) cho phép các nhà virus học quan sát chi tiết hình dạng, kích thước và cấu trúc vỏ capsid của virus, những đặc điểm quan trọng để phân loại và hiểu cơ chế lây nhiễm. Ví dụ, hình ảnh TEM đã giúp xác định cấu trúc đặc trưng của virus SARS-CoV-2 với các gai protein trên bề mặt. SEM cũng đóng vai trò quan trọng trong việc nghiên cứu cách vi khuẩn hình thành màng sinh học (biofilm) trên các bề mặt, một vấn đề lớn trong các ca nhiễm trùng liên quan đến thiết bị y tế. Việc hiểu rõ những cấu trúc này ở cấp độ nano là bước đầu tiên để tìm ra cách phá vỡ và tiêu diệt chúng.

5.2. Chẩn đoán mô bệnh học và xác định cấu trúc tế bào

Trong lĩnh vực mô bệnh học, kính hiển vi điện tử cung cấp một mức độ chi tiết vượt xa khả năng của phương pháp nhuộm H&E truyền thống. Nó cho phép các nhà bệnh học kiểm tra các bào quan bên trong tế bào như ty thể, lưới nội chất, và bộ máy Golgi. Những thay đổi bất thường trong cấu trúc tế bào này có thể là dấu hiệu sớm của bệnh. Ví dụ, trong chẩn đoán bệnh thận, TEM được sử dụng để kiểm tra màng lọc cầu thận, nơi những tổn thương siêu vi có thể dẫn đến suy thận. Tương tự, trong các bệnh về cơ, việc quan sát sự sắp xếp của các sợi cơ và cấu trúc của ty thể có thể giúp xác định chính xác loại bệnh và mức độ nghiêm trọng, từ đó hỗ trợ việc chẩn đoán y khoa và đưa ra phác đồ điều trị phù hợp.

Trích đoạn nội dung tài liệu

PHẦN MỞ ĐẦU 1. Lý do chọn đề tài Vật lý học là một ngành khoa học nghiên cứu về các quy luật chuyển động của tự nhiên từ mức độ vi mô (các hạt cấu tạo nên vật chất) đến mức độ vĩ mô (thiên hà, vũ trụ,…). Vật lý học ra đời đã tạo nên một bước tiến vượt bậc trong hành trình chinh phục thiên nhiên của nhân loại. Những thành tựu của Vật lý học được ứng dụng rộng rãi và có ảnh hưởng sâu sắc đến mọi hoạt động của con người và xã hội.

Cùng với sự phát triển không ngừng của khoa học kỹ thuật, nhu cầu của con người ngày một nâng cao. Ban đầu, với ước mơ thấy được những vật có kích thước nhỏ mà mắt thường khó quan sát rõ, người ta đã chế tạo ra kính lúp. Đây là một thấu kính hội tụ thường được dùng để khuếch đại hình ảnh. Kính thường phục vụ trong việc đọc chữ hay quan sát các vật thể nhỏ và dùng trong các thí nghiệm khoa học đơn giản ở các trường học.

Ưu điểm của kính lúp là gọn, nhẹ, dễ sử dụng nhưng nó không thể giúp người ta quan sát những vật nhỏ bé như tế bào, sợi tóc,…Vì thế một phát minh mới ra đời, đó là kính hiển vi quang học. Kính hiển vi quang học là thiết bị dùng để quan sát các vật thể có kích thước nhỏ mà mắt thường không thể quan sát được bằng cách sử dụng ánh sáng chiếu qua vật tạo ra các hình ảnh phóng đại của vật thể đó thông qua các thấu kính quang học. Do sử dụng ánh sáng khả kiến nên độ phân giải của kính hiển vi quang học bị giới hạn bởi bước sóng của ánh sáng khả kiến và không thể quan sát những vật có kích thước rất nhỏ. Từ những năm 80 của thế kỷ XIX, kính hiển vi quang học ngày càng hoàn thiện và định hình.

Người ta có thể quan sát những vật có kích thước hàng trăm nanomet qua kính hiển vi quang học. Thế nhưng, với những vật thể ở kích cỡ nanomet thì kính hiển vi quang học cũng đành “bó tay”. Dù hiện nay người ta đã sáng tạo ra rất nhiều kính hiển vi quang học hiện đại được gắn thêm các bộ phận chụp ảnh như phim quang học, quay phim trực tiếp, chụp ảnh kỹ thuật số,…nhưng hạn chế đó vẫn không thể khắc phục. Chính những nhược điểm của kính hiển vi quang học cùng với sự tiến bộ của khoa học kỹ thuật, con người đã tìm tòi và sáng tạo ra một loại kính hiện đại hơn đó là kính hiển vi điện tử.

Từ khi kính hiển vi điện tử xuất hiện, nó đã trở thành GVHD: Thạc sĩ Hồ Hữu Hậu Trang 2 SVTH: Tăng Mỹ Linh Luận văn tốt nghiệp Đề tài:Kính hiển vi điện tử ứng dụng trong y, sinh học một thiết bị vô cùng quan trọng dùng để nghiên cứu cấu trúc, vi cấu trúc của vật chất và được ứng dụng phổ biến trong các lĩnh vực: khoa học vật liệu, vật lý chất rắn, hóa học, công nghệ,…mà đặc biệt là trong hai lĩnh vực: y học và sinh học. Có thể nói đây là hai lĩnh vực mà kính hiển vi điện tử đã thể hiện tầm quan trọng của mình rõ nhất. Với tinh thần học hỏi, mong muốn được vận dụng và nâng cao những kiến thức Vật lý đã học để tìm hiểu về kính hiển vi điện tử cũng như vai trò của nó trong hai lĩnh vực nói trên, tôi quyết định chọn đề tài “ Kính hiển vi điện tử ứng dụng trong y – sinh học ” làm đề tài luận văn tốt nghiệp của tôi. Tôi tin rằng đề tài này không chỉ giúp tôi mở mang kiến thức mà còn cho chúng ta một niềm tin về một tương lai không xa sẽ có những thiết bị còn hiện đại hơn cả kính hiển vi điện tử ra đời.

Mục đích của đề tài Đề tài này xây dựng nhằm trả lời hai câu hỏi: “Kính hiển vi điện tử được thiết lập dựa trên những cơ sở Vật lý nào ?” và “Kính hiển vi điện tử có những ứng dụng gì trong lĩnh vực y học và sinh học ?”. Giới hạn của đề tài Kính hiển vi điện tử được ứng dụng rộng rãi trong nhiều lĩnh vực khoa học và đời sống. Việc đi sâu nghiên cứu đề tài cần rất nhiều thời gian và công sức. Bên cạnh đó, thiết bị này rất đắt tiền nên hiện tại nó không phổ biến ở nước ta.

Tại phòng thí nghiệm chuyên sâu của trường Đại học Cần Thơ có trang bị kính hiển vi điện tử quét, thế nhưng do mức độ quan trọng của nó, tôi không thể sử dụng khi chưa có sự chấp thuận của nhân viên phụ trách. Do đó, tôi không có cơ hội tìm hiểu trực quan từng bộ phận bên trong của thiết bị cũng như không thể thành thạo các thao tác vận dụng. Vì những hạn chế trên, đề tài của tôi chỉ dừng lại ở mức độ tìm hiểu mang tính lý thuyết nhiều hơn tính vận dụng. Phƣơng pháp và phƣơng tiện thực hiện đề tài - Phương pháp: * thu thập, chọn lọc và hệ thống hóa thông tin thu được.

* đi thực tế để quan sát trực quan các thiết bị cũng như có cơ hội trao đổi kiến thức, kỹ năng với các cán bộ phụ trách thiết bị để mở mang thêm kiến thức nhằm có thêm tư liệu cho đề tài. GVHD: Thạc sĩ Hồ Hữu Hậu Trang 3 SVTH: Tăng Mỹ Linh Luận văn tốt nghiệp Đề tài:Kính hiển vi điện tử ứng dụng trong y, sinh học - Phương tiện: các nguồn sách báo về kiến thức Vật lý, các tài liệu từ Internet, thiết bị trực quan, máy vi tính,… 5. Các bƣớc thực hiện đề tài - Nhận đề tài. - Tìm hiểu sơ lược để có cái nhìn tổng quan về đề tài từ đó định hướng hướng nghiên cứu đề tài.

- Thu thập, chọn lọc thông tin và lập đề cương chi tiết cho đề tài. - Tiến hành viết nội dung cụ thể. - Tiếp thu ý kiến của Giáo viên hướng dẫn để hoàn thiện luận văn. - Viết tóm tắt đề tài.

- Nộp đề tài cho Giáo viên hướng dẫn và Giáo viên phản biện. Các thuật ngữ quan trọng trong đề tài OM = Optical Microscope = Kính hiển vi quang học EM = Electron Microscope = Kính hiển vi điện tử TEM = Transmission Electron Microscope = Kính hiển vi điện tử truyền qua SEM = Scanning Electron Microscope= Kính hiển vi điện tử quét Electron Auger Spectroscopy = Phổ Auger EDS hay EDX =Energy Dispersive X-ray Spectroscopy= Phổ tán sắc năng lượng EELS = Electron Energy Loss Spectrum = Phổ tổn hao năng lượng điện tử Magnetic lens = Thấu kính từ Detector = Máy dò Electon gun: súng phóng điện tử Vacuum column: cột chân không Condensing lens: hệ thấu kính hội tụ Scan coils: cuộn quét Objective lens: vật kính Secondary electrons: điện tử thứ cấp Backscattered electron: điện tử tán xạ ngược Transmitted electron: điện tử truyền qua GVHD: Thạc sĩ Hồ Hữu Hậu Trang 4 SVTH: Tăng Mỹ Linh Luận văn tốt nghiệp Đề tài:Kính hiển vi điện tử ứng dụng trong y, sinh học PHẦN NỘI DUNG CHƢƠNG 1: LÝ THUYẾT TỔNG QUAN 1. Chuyển động của điện tích trong điện trƣờng và từ trƣờng 1. Chuyển động của điện tích trong tĩnh điện trường   Lực tác dụng lên điện tích e là: F  eE  egrad   dv Phương trình chuyển động của điện tích là: m  eE  egrad (1) dt   dr Nhân hai vế phương trình (1) với v  , ta được: dt   dv  dr m v  egrad dt dt d mv 2 d ( )  e dt 2 dt 2 d mv (  e )  0 dt 2 mv2 Vậy:  e  const 2 Phương trình trên diễn tả định luật bảo toàn năng lượng đối với chuyển động của hạt.

Số hạng thứ nhất là động năng của hạt, số hạng thứ hai là thế năng tương tác giữa hạt và điện trường.  Xét một điện tích e chuyển động trong tĩnh điện đều E. Chọn trục Oy theo  phương của E và giả sử ở thời điểm t = 0, điện tích nằm tại gốc tọa độ O và có  vận tốc ban đầu v0 nằm trong mặt phẳng xOy. Như thế điện tích chỉ chuyển động trong mặt phẳng xOy.

Chiếu phương trình chuyển động (1) xuống các trục x và y: mx  0 (3) my  eE (4) Lấy tích phân hai lần đối với thời gian, ta được: x  v0 xt eE 2 y t  v0 yt 2m GVHD: Thạc sĩ Hồ Hữu Hậu Trang 5 SVTH: Tăng Mỹ Linh Luận văn tốt nghiệp Đề tài:Kính hiển vi điện tử ứng dụng trong y, sinh học Khử t khỏi hai phương trình trên, ta có phương trình quỹ đạo như sau: eE y x 2  (tg ).x (5) 2m(v0 cos  ) 2 trong đó θ là góc giữa vận tốc ban đầu v0 và trục x. Vậy quỹ đạo của hạt là một đường parabol. Chuyển động của điện tích trong từ trường đều      * B  const, E  0, v  B :    Lực tác dụng lên điện tích: F  e.(v  B)   - Phương: thẳng góc với mặt phẳng (v , B)    - Chiều: sao cho (v , B, F ) tạo thành tam diện thuận khi e >0 - Độ lớn: F = evBsinα = evB Phương trình chuyển động:  dv   m  e( v  B ) (6) dt  Nhân hai vế với v , ta có:  dv     m v  e( v  B ) v  0 dt d mv2 ( )0 dt 2 mv2 Hay  const; v 2  const 2 Vậy từ trường không làm thay đổi động năng và độ lớn vận tốc của hạt.  Xét một điện tích e chuyển động trong từ trường không đổi B và chọn trục  Oz theo phương của B.

Chiếu phương trình chuyển động (6) xuống các trục tọa độ, ta có : eB x  y (7) m eB y   x (8) m z  0 (9) Phương trình (9) chứng tỏ từ trường không làm ảnh hưởng gì đến chuyển động của hạt theo phương Oz (phương của từ trường). Theo phương này, hạt GVHD: Thạc sĩ Hồ Hữu Hậu Trang 6 SVTH: Tăng Mỹ Linh Luận văn tốt nghiệp Đề tài:Kính hiển vi điện tử ứng dụng trong y, sinh học chuyển động theo quán tính như là không có trường.