Bạn đã bao giờ tự hỏi làm thế nào chúng ta có thể nhìn thấy mọi thứ ở cấp độ vi mô chưa?
Làm thế nào chúng ta có thể đo các đối tượng nhỏ nhất với độ chính xác như vậy?
Câu trả lời nằm trong thế giới đo lường quang học, nơi công nghệ đã cách mạng hóa cách chúng ta đo lường và quan sát thế giới xung quanh.
Một công nghệ như vậy là kính hiển vi đồng tiêu, một kỹ thuật ngày càng trở nên phổ biến trong lĩnh vực đo lường kích thước.
Với khả năng chụp ảnh có độ phân giải cao của cả những cấu trúc nhỏ nhất, kính hiển vi đồng tiêu đang thay đổi cuộc chơi khi nói đến phép đo quang học.
Trong bài viết này, tôi sẽ xem xét kỹ hơn công nghệ hấp dẫn này và khám phá cách nó nâng cao hiểu biết của chúng ta về thế giới vi mô.
Chìa khóa rút ra
- Kính hiển vi đồng tiêu cung cấp một số lợi thế so với kính hiển vi quang học thông thường để đo kích thước.
- Một số lợi ích của kính hiển vi đồng tiêu bao gồm phân vùng quang học, kiểm soát độ sâu trường ảnh, mức độ chi tiết cao, hình ảnh ba chiều, độ phân giải và độ tương phản không gian cao hơn.
- Kính hiển vi đồng tiêu có thể được sử dụng để đo bề mặt, đo cấu trúc bên trong của các mô sinh học và thực hiện các phép đo sâu.
- Kính hiển vi đồng tiêu có những hạn chế như yêu cầu căn chỉnh, độ chính xác thấp hơn so với các kính hiển vi khác, giới hạn tốc độ, hiện vật và mất mô hình lưới đối với mẫu vật dày hơn.
- Những phát triển trong tương lai của kính hiển vi đồng tiêu để đo kích thước bao gồm những cải tiến trong công nghệ tính toán, tự động hóa và phát triển các kỹ thuật và hệ thống laser mới.
Giới thiệu
Kính hiển vi đồng tiêu là một kỹ thuật hình ảnh quang học sử dụng tia laser để quét một vật thể, cung cấp hình ảnh 3D của mẫu vật. Nó là một công cụ mạnh mẽ tạo ra hình ảnh sắc nét của các tế bào và mô cố định hoặc sống và có thể làm tăng đáng kể độ phân giải quang học và độ tương phản của một vi ảnh.
Kính hiển vi đồng tiêu mang lại một số ưu điểm so với kính hiển vi quang học thông thường, bao gồm độ sâu trường ảnh nông, loại bỏ ánh sáng lóa ngoài tiêu điểm và khả năng thu được hình ảnh ba chiều của vật thể đang được nghiên cứu.
Công nghệ này hoạt động bằng cách tạo ra một lát mỏng của mẫu vật và quét từng dòng một.
Bằng cách này, kính hiển vi đồng tiêu có thể tạo ra hình ảnh ba chiều của đối tượng đang được nghiên cứu.
Ưu điểm của kính hiển vi đồng tiêu để đo kích thước
Kính hiển vi đồng tiêu cung cấp một số ưu điểm so với kính hiển vi quang học thông thường để đo kích thước:
- Mặt cắt quang học:Một lợi thế đáng kể của kính hiển vi đồng tiêu là mặt cắt quang học được cung cấp, cho phép tái tạo mẫu 3D từ hình ảnh có độ phân giải cao.
- Kiểm soát độ sâu trường ảnh:Kính hiển vi đồng tiêu cung cấp khả năng kiểm soát độ sâu trường ảnh, giúp loại bỏ hoặc giảm thông tin nền khỏi mặt phẳng tiêu điểm dẫn đến giảm chất lượng hình ảnh.
- Mức độ chi tiết cao:Kính hiển vi đồng tiêu có thể tạo ra hình ảnh có độ phân giải cao với độ phân giải ngang 0,2 micron và độ phân giải dọc 0,5 micron, tốt hơn đáng kể so với kính hiển vi quang học thông thường.
- Hình ảnh ba chiều:Kính hiển vi đồng tiêu có thể tạo ra hình ảnh 3D của mẫu, có thể được sử dụng để tạo đồ họa cấu trúc chi tiết.
- Độ sâu trường ảnh hẹp:Kính hiển vi đồng tiêu chỉ chụp ảnh một lát cắt hẹp của mẫu, cho phép người vận hành chụp một ảnh duy nhất từ sâu bên trong mẫu. Điều này cho phép điều tra viên xem mẫu của họ ở chế độ 3D và thao tác cũng như đo lường các cấu trúc ở 3 chiều đó.
Kính hiển vi huỳnh quang tăng cường phép đo kích thước bằng kính hiển vi đồng tiêu như thế nào
Khi nói đến phép đo kích thước, kính hiển vi đồng tiêu là một công cụ mạnh mẽ. Nhưng nếu bạn muốn xem nhiều thứ hơn là bề mặt của mẫu thì sao? Đó là nơi kính hiển vi huỳnh quang xuất hiện.
Bằng cách dán nhãn các cấu trúc hoặc phân tử cụ thể bằng thuốc nhuộm huỳnh quang, bạn có thể hình dung chúng ở dạng 3D bằng kính hiển vi đồng tiêu.
Kỹ thuật này cho phép đo chính xác không chỉ bề mặt mà cả phần bên trong mẫu của bạn.
Ngoài ra, kính hiển vi huỳnh quang có thể cung cấp thông tin về sự phân bố không gian và động lực học của các phân tử trong mẫu của bạn.
Vì vậy, nếu bạn quan tâm đến phép đo kích thước, việc kết hợp kính hiển vi huỳnh quang vào quy trình chụp ảnh đồng tiêu có thể cung cấp cho bạn bức tranh hoàn chỉnh hơn về mẫu của bạn.
Để biết thêm thông tin:
Kính hiển vi đồng tiêu so với các kỹ thuật đo lường quang học khác
Kính hiển vi đồng tiêu mang lại những lợi thế so với các kỹ thuật đo quang học khác:
Kính hiển vi đồng tiêu so với phép đo cấu hình bút stylus và phép đo giao thoa ánh sáng trắng
- Kính hiển vi đồng tiêu là một kỹ thuật được sử dụng để đo lường bề mặt, giống như phép đo cấu hình bút stylus và phép đo giao thoa ánh sáng trắng.
- Kính hiển vi đồng tiêu cung cấp khả năng kiểm soát độ sâu trường ảnh, loại bỏ hoặc giảm thông tin nền khỏi mặt phẳng tiêu cự và khả năng thu thập các phần quang học nối tiếp từ các mẫu vật dày.
- Phép đo cấu hình bút stylus và phép đo giao thoa ánh sáng trắng là các phương pháp tiếp xúc, có nghĩa là chúng có thể làm hỏng mẫu được đo.
- Kính hiển vi đồng tiêu là một phương pháp không tiếp xúc, có nghĩa là nó có thể đo các mẫu mà không làm hỏng chúng.
Kính hiển vi đồng tiêu so với Chụp cắt lớp mạch lạc quang học (OCT)
- Kính hiển vi đồng tiêu và OCT cung cấp thông tin khác nhau trên da.
- Kính hiển vi đồng tiêu cung cấp khả năng phân cắt quang học trực tiếp, không xâm lấn, nối tiếp các mẫu vật sống, dày, nguyên vẹn với việc chuẩn bị mẫu tối thiểu cũng như cải thiện biên độ phân giải bên so với kính hiển vi trường rộng.
- OCT cung cấp hình ảnh có độ phân giải cao về cấu trúc bên trong của các mô sinh học.
Các ứng dụng của kính hiển vi đồng tiêu trong phép đo kích thước
Kính hiển vi đồng tiêu có thể được sử dụng trong cả công nghiệp và nghiên cứu để đo kích thước:
Trong Công nghiệp:
- Đặc tính bề mặt của vật liệu cấu trúc vi mô, chẳng hạn như tấm silicon được sử dụng trong sản xuất pin mặt trời.
- Quan sát trạng thái của bề mặt thu được ở cấp độ micromet.
- Các cuộc điều tra định kỳ về phân tử, tế bào và mô sống không thể thực hiện được chỉ cách đây vài năm.
Trong nghiên cứu:
- Đo kích thước và hình dạng ba chiều của tế bào nhu mô thực vật trong mô quả đang phát triển.
- Các phép đo ba chiều với sự kết hợp kỹ thuật mới của sự thay đổi tiêu cự và tiêu cự với một lần quét đồng thời.
- Phép đo ba chiều màu tốc độ cao dựa trên phát hiện tiêu điểm song song với thấu kính điều chỉnh tiêu cự.
- Cung cấp nhiều loại thông tin về cấu trúc của vật liệu, bao gồm các chế độ hình ảnh phản xạ, huỳnh quang hoặc phát quang.
Hạn chế của kính hiển vi đồng tiêu để đo kích thước
Kính hiển vi đồng tiêu có một số hạn chế đối với phép đo kích thước:
- Căn chỉnh: Tất cả các phép đo yêu cầu kính hiển vi phải được căn chỉnh chính xác nhất có thể.
- Độ chính xác: Kính hiển vi đồng tiêu cung cấp độ chính xác kém hơn so với kính hiển vi quét đầu dò (lực nguyên tử) và kính hiển vi giao thoa kế.
- Tốc độ: Một trong những hạn chế của kính hiển vi đồng tiêu cho phép đo bề mặt 3D là tốc độ của nó. Cả quét ngang và quét dọc trục đều cần thiết để có được thông tin 3D, việc này có thể tốn thời gian.
- Hiện vật: Giống như bất kỳ kỹ thuật đo lường nào, kỹ thuật đồng tiêu không có hiện vật.
- Lỗi hình ảnh: Các đĩa quay được sử dụng làm lỗ kim trong kính hiển vi đồng tiêu đĩa quay dẫn đến các lỗi hình ảnh, khiến không thể đo vi hình học.
- Mất mẫu lưới: Đối với các mẫu dày hơn, mẫu lưới bị mất trong sương mù và phép đo trở nên kém chính xác hơn.
Các thành phần của kính hiển vi đồng tiêu
Các thành phần chính của kính hiển vi đồng tiêu là:
- Lỗ kim: Kính hiển vi đồng tiêu sử dụng lỗ kim trong mặt phẳng liên hợp quang học ở phía trước máy dò để loại bỏ tín hiệu ngoài tiêu điểm.
- Vật kính: Vật kính có nhiệm vụ hội tụ ánh sáng laser vào mẫu và thu huỳnh quang phát ra.
- Máy dò có độ ồn thấp: Máy dò có nhiệm vụ thu được huỳnh quang phát ra từ mẫu.
- Bộ phận quét: Bộ phận quét chịu trách nhiệm quét chùm tia laze trên mẫu một cách có kiểm soát.
- Phần mềm: Hầu hết các kính hiển vi đồng tiêu đều có nhiều phương tiện phân tích hình ảnh được tích hợp trong phần mềm của chúng.
Kính hiển vi đồng tiêu để đo độ nhám bề mặt
Kính hiển vi đồng tiêu có thể được sử dụng để đo độ nhám bề mặt theo các cách sau:
- Định vị chính xác: Với kính hiển vi đồng tiêu laser, định vị có thể được xác định chính xác, giúp dễ dàng thực hiện phép đo độ nhám khu vực cho một mục tiêu nhỏ.
- Cắt quang học: Kính hiển vi đồng tiêu cắt bề mặt một cách quang học, cho phép máy tính phân tích độ nhám bề mặt.
- Tính toán độ nhám bề mặt: Độ nhám bề mặt ở cấp độ vi mô có thể được tính toán bằng kính hiển vi đồng tiêu.
- Đo lường tại chỗ: Một hệ thống đo lường bề mặt được phát triển nội bộ sử dụng cảm biến tiêu điểm màu được tích hợp vào một tế bào hoàn thiện khối lượng để thực hiện phép đo độ nhám bề mặt tại chỗ.
- Đặc điểm của địa hình bề mặt: Kính hiển vi đồng tiêu có thể được sử dụng để đo độ nhám bề mặt hai chiều bằng cách sử dụng cả cường độ và phương pháp lấy nét tự động.
Những phát triển trong tương lai của kính hiển vi đồng tiêu để đo kích thước
Những phát triển trong tương lai của kính hiển vi đồng tiêu để đo kích thước bao gồm:
- Những cải tiến hơn nữa về mặt tính toán của kính hiển vi huỳnh quang đồng tiêu.
- Giới thiệu nhiều công nghệ tự động hơn.
- Phát triển các kỹ thuật mới để nghiên cứu chi tiết về hình thái và tổ chức tế bào thực vật.
- Sự kết hợp của sự thay đổi tiêu cự và tiêu cự với một lần quét đồng thời để đo ba chiều.
- Phép đo ba chiều màu tốc độ cao dựa trên phát hiện tiêu điểm song song với thấu kính điều chỉnh tiêu cự.
- Phát triển các hệ thống laser mới cho kính hiển vi đồng tiêu đa chiều.
- Sự kết hợp của công nghệ chuyển gen, kính hiển vi huỳnh quang đồng tiêu đa điểm, hình ảnh tế bào sống và hình ảnh bốn chiều cho hình ảnh tế bào.
Ngoài ra, kính hiển vi đồng tiêu có thể được coi là cầu nối giữa các kỹ thuật trường rộng thông thường và kính hiển vi điện tử truyền qua, và có khả năng những phát triển trong tương lai sẽ tiếp tục nâng cao khả năng và độ phân giải của nó.
suy nghĩ kết luận
Ồ, kính hiển vi đồng tiêu thực sự tuyệt vời! Sau khi đi sâu vào thế giới của phép đo quang học, tôi bị bỏ lại với sự pha trộn khó hiểu giữa sự sợ hãi và bối rối. Các ứng dụng của kính hiển vi đồng tiêu là rất lớn, từ nghiên cứu cấu trúc tế bào đến phân tích các mẫu địa chất. Nhưng điều thực sự thu hút sự chú ý của tôi là các phép đo kích thước có thể được thực hiện bằng công nghệ này.
Khả năng chụp ảnh ở các độ sâu khác nhau trong một mẫu thực sự đáng chú ý. Nó cho phép tạo các mô hình 3D và khả năng đo chiều cao, chiều rộng và chiều sâu của các cấu trúc với độ chính xác đáng kinh ngạc. Điều này đã mở ra một thế giới hoàn toàn mới về khả năng trong các lĩnh vực như y học, nơi mà khả năng đo kích thước của khối u hoặc độ dày của các lớp da có thể cứu được mạng sống.
Nhưng như với bất kỳ công nghệ nào, có những hạn chế. Kính hiển vi đồng tiêu bị giới hạn bởi kích thước của mẫu có thể được phân tích và chi phí của thiết bị có thể quá cao đối với nhiều nhà nghiên cứu. Ngoài ra, việc sử dụng thuốc nhuộm huỳnh quang có thể làm thay đổi trạng thái tự nhiên của mẫu, điều này có thể gây ra vấn đề trong một số ứng dụng.
Bất chấp những hạn chế này, tiềm năng của kính hiển vi đồng tiêu thực sự là vô hạn. Với những tiến bộ trong công nghệ, chúng ta có thể sớm phân tích các mẫu lớn hơn và chụp được những hình ảnh chi tiết hơn nữa. Và ai biết chúng ta có thể khám phá những ứng dụng nào khác trong tương lai?
Tóm lại, kính hiển vi đồng tiêu là một lĩnh vực hấp dẫn mang đến một góc nhìn độc đáo về phép đo kích thước. Mặc dù có những hạn chế nhưng tiềm năng của công nghệ này thực sự rất thú vị. Khi chúng tôi tiếp tục vượt qua ranh giới của những gì có thể, ai biết được những bí ẩn nào khác mà chúng tôi có thể khám phá?
Tìm hiểu các đơn vị đo lường đo lường
Mẹo: Bật nút phụ đề nếu bạn cần. Chọn 'dịch tự động' trong nút cài đặt nếu bạn không quen với ngôn ngữ tiếng Anh. Bạn có thể cần nhấp vào ngôn ngữ của video trước khi ngôn ngữ yêu thích của bạn có sẵn để dịch.
Liên kết và tài liệu tham khảo
Bài viết của tôi về chủ đề:
Tự nhắc nhở: (Tình trạng bài viết: ký họa)
Chia sẻ…
