Bạn cần tìm một kính hiển vi phù hợp cho công việc nghiên cứu của mình? Bài viết dưới đây sẽ giới thiệu một cách ngắn gọn tổng quan về các yếu tố cần cân nhắc khi chọn mua một kính hiển vi quang học cho nghiên cứu khoa học sự sống.
Các kính hiển vi quang học thường có vai trò trung tâm trong các phòng thí nghiệm nghiên cứu khoa học sự sống. Chúng được sử dụng cho nhiều mục đích ứng dụng khác nhau và giúp lý giải rất nhiều câu hỏi khoa học. Cấu hình và các đặc tính của kính hiển vi sẽ quyết định lĩnh vực ứng dụng của nó, sử dụng kết hợp một hoặc nhiều kỹ thuật tương phản khác nhau: từ trường sáng, trường tối, phân cực, phản pha cho tới các kỹ thuật huỳnh quang để quan sát tế bào sống.
Bài viết này cung cấp một cách tổng quan ngắn gọn về các yếu tố liên quan, đồng thời tóm gọn lại các câu hỏi cần phải cân nhắc khi xây dựng cấu hình cho một kính hiển vi nghiên cứu.
Yếu tố đầu tiên phải cân nhắc khi chọn kính hiển vi đó là mẫu bạn muốn quan sát là gì. Ví dụ với mẫu lát mỏng cố định trên lam kính, bạn có thể lựa chọn kính hiển vi soi ngược. Trong khi, các mẫu tế bào sống lại có các yêu cầu đặc biệt khác, bởi chúng thường được giữ trong các dụng cụ nuôi cấy khá lớn đổ đầy môi trường.
Chỉ có các kính hiển vi đảo ngược, với vật kính ở bên dưới và tụ quan bên trên, mới có thể cung cấp đồng thời sự tự do điều chỉnh khoảng cách giữa mẫu và vật kính với các thao tác tiếp cận mẫu một cách thoải mái. Kính hiển vi đảo ngược cho phép dễ dàng thao tác với các tế bào trong quá trình quan sát bằng cách tích hợp thêm các bộ vi thao tác.
Hình 1: Trái: Lam kính để giữ các mẫu đã được cố định - ví dụ mẫu mô lát mỏng | Phải: Đĩa Petri cho nuối cấy tế bào.
Thêm vào đó, các tế bào sống cần có môi trường để tồn tại. Nhiệt độ và nồng độ CO2 cần được duy trì ổn định tại một điều kiện phù hợp. Một tủ khí hậu với các kiểm soát tương ứng sẽ cần thiết trong các công việc như vậy.
Thông thường các mẫu quan sát sẽ có kích thước 3 chiều là dài, rộng và chiều cao. Một số mẫu, ví dụ các mẫu lát mỏng, chỉ được quan sát theo 2 chiều x-y. Các loại mẫu này sẽ có các yêu cầu ứng dụng khác nhau. Để quan sát ảnh 3D, ví dụ với mẫu tế bào sống, một hệ thống điều khiển chuyển động bàn mẫu bằng mô-tơ được trang bị cho phép nâng hạ bàn mẫu, để thay đổi tự động vị trí lấy nét. Phần mềm xử lý ảnh sẽ tự động xây dựng lại thành một hình ảnh 3D sắc nét của mẫu ở các độ cao khác nhau.
Đối với các tế bào sống chúng ta phải quan tâm đến một yêu cầu nữa, do sự thay đổi mẫu theo thời gian. Trong trường hợp này, sự ổn định của hệ thống là một thông số quan trọng. Xuất phát từ thực tế là nhiệt độ thay đổi có thể làm ảnh hướng đến hệ thống trong quá trình thu ảnh, do đó một hệ thống đo hiệu quả cơ bản sẽ phải bù trừ được thay đổi này. Các hệ thống điều chỉnh lấy nét tự động như Adaptive Focus Control (AFC – Hệ thống lấy nét có khả năng thích ứng) sẽ làm trung hòa hiệu ứng nhiệt và luôn xác định trước vị trí hội tụ.
Hình 3: Hệ thống lấy nét có khả năng thích ứng - Adaptive Focus Control (AFC) tự động ổn định trạng thái hội tụ của kính hiển vi, ngay cả với các quá trình quan sát kéo dài. Trong đó một cảm biến được sử dụng để phát hiện các di chuyển của chùm sáng LED (850nm) xảy ra khi có sự thay đổi vị trí ở lớp kính lamen phủ mẫu do hiệu ứng nhiệt.
Phần lớn các mẫu tế bào, đặc biệt tế bào động vật khi quan sát với kính hiển vi sẽ không có đủ sẵn độ tương phản cần thiết để có thể thấy rõ một cách chi tiết. Các nhà nghiên cứu sẽ cần sử dụng thêm các kỹ thuật tương phản để giải quyết vấn đề này. Trong đó kỹ thuật tương phản pha (Phase contract – PH) và tương phản giao thoa khác biệt (DIC) vận dụng các các chùm sáng đi qua mẫu theo các cách khác nhau để làm tăng độ tương phản. Để tăng thêm độ tương phản bạn cũng có thể nhuộm mẫu, với thuốc nhuộm huỳnh quang tương ứng (miễn dịch huỳnh quang) trong kỹ thuật huỳnh quang protein.
Tùy theo các phương pháp tương phản, kính hiển vi cần được trang bị thêm các thiết bị tương ứng, ví dụ kỹ thuật tương phản pha sẽ cần sử dụng vật kính đặc biệt (vật kính phản pha) trong khi kỹ thuật tương phản giao thoa khác biệt DIC cần trang bị thêm vài năng kính đặt trên đường đi của tia sáng. Trong kỹ thuật hiển vi huỳnh quang bạn sẽ cần các khối kính lọc đặc biệt chỉ cho phép các bước sóng cần thiết chiếu vào và đi ra khỏi mẫu.
Hình 4: Hình ảnh minh họa một mẫu tế bào thần kinh được quan sát với các kỹ thuật tương phản khác nhau. Từ trái qua phải ta có: Trường sáng, DIC, phản pha, huỳnh quang
Các kỹ thuật tương phản được lựa chọn cũng sẽ quyết định loại nguồn sáng. Các nguồn sáng truyền qua thường được sử dụng với kính hiển vi trường sáng thông thường, kỹ thuật phản pha có thể thực hiển với nguồn sáng LED hoặc Halogen. Kỹ thuật huỳnh quang có thể sử dụng nguồn sáng LED hoặc với sự trợ giúp của các loại đèn bước sóng ngắn như Đèn thủy ngân, đèn Xenon, hoặc đèn halogenua kim loại thủy ngân.
Nếu bạn cần chụp ảnh mẫu, bạn sẽ cần đến một hệ thống có gắn Camera. Đặc biệt để thu được hình ảnh của các tế bào sống bằng kỹ thuật huỳnh quang, bạn sẽ cần sử dung các camera có độ nhạy cao, điều này giúp giảm tối đa cường độ ánh sáng kích thích nhằm tránh làm hư các tế bào. Các loại Camera phổ biến trước đây sử dụng CCD hoặc EMDDC, ngày nay các camera sử dụng cảm biến sCMOS cũng được sử dụng nhờ hiệu suất lượng tử cao và tốc tộ chụp ảnh nhanh của chúng. Để biết thêm thông tin về các loại camera vui lòng đọc thêm bài viết Introduction to Digital Camera Technology.
Hơn nữa, việc sử dụng các camera trường quan sát lớn - Field of View (FOV) sẽ giúp ta dễ dàng trong việc tìm ra vị trí quan tâm và chụp được nhiều tế bào hơn trong một ảnh. Các kính hiển vi nghiên cứu hiện đại trang bị cổng camera với hệ số trường nhìn FOV 19 mm tương thích với cảm biến sCMOS 19 mm của camera.
Trong nhiều trường hợp, sẽ là không đủ nếu bạn chỉ chụp ảnh mẫu, mà bỏ qua không phân tích dữ liệu. Để đáp ứng cho mục đích này các phần mềm chụp và phân tích ảnh dễ sử dụng sẽ giúp bạn thực hiện phân tích định lượng và tạo báo cáo.
Trong năm vừa qua, việc thao tác quang học trên mẫu trở lên phổ biến. Điều này có nghĩa rằng các nhà nghiên cứu không chỉ quan sát thế bào sống mà còn thao tác với chúng nhờ sự trợ giúp của ánh sáng. Sự phục hồi huỳnh quang sau khi khử màu quang học (FRAP) là một ví dụ, nó giúp cho quá trình tháo gỡ động học tế bào. Với các kỹ thuật thao tác này thông thường đòi hỏi một nguồn sáng phụ tích hợp thêm vào đường truyền sáng của kính hiển vi.
Cổng kết nối Infinity của Leica là một giải pháp đa năng cho kết nối nguồn sáng phụ vào đường dẫn sáng và không làm ảnh hưởng đến chất lượng hình ảnh khi thực hiện các kỹ thuật này; ví dụ FREP, photo-switching, ablation, hoặc optogenetics. Với các bộ chuyển đổi thích hợp tại tay điều khiển, người sử dụng thậm trí có thể kết nối các thiết bị do họ tự làm tại nhà.
Hình 5: Mô-đun Leica WF FRAP (hộp màu đen bên trái) có thể kết nối với kính hiển vi đảo ngược cho nghiên cứu Leica DMi8 qua công kết nối Infinity.
Một câu hỏi cực kỳ quan trọng là bạn có bao nhiêu tiền. Một số nhà cung cấp kính hiển vi giới thiệu các model với cấu hình sẵn, thích hợp cho một số ứng dụng cụ thể. Nhưng trong trường hợp bạn không sử dụng đến tất cả các tính năng tích hợp sẵn tại sao bạn phải trả tiền để mua chúng? Đó là lí do vì sao cấu hình tùy chọn với các thành phần cần thiết sẽ có mức giá hợp lý hơn các cấu hình định sẵn.
Thêm vào đó, các yêu cầu có thể sẽ thay đổi theo thời gian. Khi đó các hệ thống cho phép nâng cấp sẽ có nhiều ưu điểm. Với các cấu hình dựng sẵn hoặc cấu hình cố định, bạn cần tìm hiểu trước về giới hạn ứng dụng trong khi khả năng nâng cấp sẽ giúp bạn tự do xây dựng và tùy biến theo nhu cầu.
Tập hợp các điểm này lại, một hệ thống kính hiển vi thiết kế mô-đun, như Leica DMi8, sẽ cho phép các nhà nghiên cứu bắt đầu công việc với một hệ thống kính hiển vi giá cả phải chăng mà sau đó có thể nâng cấp và phát triển tùy theo nhu cầu của mình.
Hình 6: Nhờ thiết kế mô-đun, kính hiển vi Leica DMi8 có thể cấu hình theo yêu cầu của người sử dụng. Hơn nữa còn cho phép nâng cấp về sau, nếu có các thay đổi.
Có nhiều đối tượng sử dụng kính hiển vi. Đặc biệt là ở các trường đại học, có những người đã có rất nhiều kinh nghiệm ngược lại cũng có những người sử sụng lần đầu. Do đó, một cấu hình kính hiển vi dễ sử dụng kết hợp với một phần mềm trực quan, ví dụ Leica Application Suite X (LAS X), sẽ giúp tất cả mọi người có thể bắt đầu một cách nhanh chóng và thu được kết quả dễ dàng. Ví dụ với một mẫu được thiết kế theo định hướng công việc, trình tự phân tích với các bước, các thiết bị ngoại vị được tích hợp liền mạch vào hệ thống sẽ giúp đơn giản hóa công việc của bạn.
Bên cạch dải kính hiển vi nghiên cứu rất đa dạng, kính hiển soi nổi cũng thường được sử dụng trong các phòng thí nghiệm nghiên cứu khoa học sự sống. Xin vui lòng tìm thêm thông tin trong bài viết "Các yếu tố cần xem xét khi lựa chọn một kính hiển vi soi nổi".
