Một trong những chức năng của kính hiển vi điện tử quét là nghiên cứu hình thái bề mặt mẫu sinh học, ứng dụng này đòi hỏi phải duy trì được các chi tiết bề mẫu từ được tự nhiên. Các loại mẫu được chụp ảnh hiển vi điện tử cần được làm khô để tương thích với môi trường chân không trong buồng mẫu của kính hiển vi điện tử quét. Sự hiện diện của các phân tử nước sẽ phá vỡ mỗi trường chân không. Quá trình này cũng làm biến dạng hoặc phá hủy các cấu trúc mẫu (xem so sánh giữa phương pháp sấy khô tới hạn và sấy khô không khí”). Nước có sức căng bề mặt lớn trong không khí. Các mặt liên kết từ chất lỏng sang pha thể khí trong quá trình bốc bay (sấy khô bằng khí), lực tiếp tuyến sinh ra bởi sức căng bề mặt sẽ tác động lên các cấu trúc micrô, nano trên mẫu vật.
Để duy trì được hình thái mẫu thì sây khô tới hạn là một phương pháp hiệu quả (xem biểu đồ pha áp suất/nhiệt độ đối với CO2). Tại điểm tới hạn, sẽ không phân biệt được đặc tính vật lý của chất lỏng và khí. Các hợp chất tại điểm tới hạn có thể chuyển đổi thành chất lỏng hoặc pha khí mà không phải trải qua mặt liên kết giữa chất lỏng và khí, do đó sẽ tránh không làm phá hỏng cấu trúc mẫu. Quá trình khử nước trên mẫu vật bằng phương pháp điểm tới hạn của nước không khả thi vì nước có điểm tới hạn là 370 °C và 229 bar, tại điều kiện này thì bất kỳ mẫu sinh học nào cũng bị phá hủy. Để giải quyết vấn đề này, nước có thể thay thế bằng chất lỏng carbon đioxyt CO2 có điểm tới hạn là 31 oC và 74 bar, đây là điều kiện phù hợp với các loại mẫu sinh học và tương đối dễ duy trì về mặt kỹ thuật.
Tuy nhiên, CO2 có một điểm hạn chế vì là hợp chất lỏng chuyển tiếp; không thể trộn lẫn được với nước. Do đó, nước phải được thay thế bằng loại chất lỏng khác như ethanol hoặc axeton, đây là hai loại chất lỏng có thể trộn lẫn với nước và CO2 lỏng. Cả hai loại chất lỏng thay thế này đều không thể sử dụng đượng cho phương pháp sấy khô tới hạn vì nhiệt độ tới hạn của chúng rất cao (Ethanol: Pc 60 bar / Tc 241 oC; Acetone: Pc 46 bar / Tc 235 oC). Sau khi thay thế nước bằng chất một trong hai loại chất lỏng trên trong công đoạn sây khô tiền tới hạn, tiếp tục thay thế chất lỏng này bằng CO2 lỏng, CO2 lỏng được chuyển đến điểm tới hạn và chuyển đổi thành pha khí khi giảm áp suất tại nhiệt độ tới hạn liên tục.
|
Phương pháp sấy khô: Không khí |
Phương pháp sấy khô: Điểm tới hạn |
Quy trình chuẩn bị cơ học:
Quy trình chuẩn bị tự động
Cố định mẫu (fixation): Liến kết chéo các protein để làm gia tăng độ ổn định nhiệt và cơ học. Khử nước (dehydration): Làm giảm nồng độ của chất lỏng thay thế cho nước hiện hữu trong mẫu. Sấy khô tới hạn (critical point drying): Thay chất lỏng thay thế cho nước bằng CO2 lỏng trong mẫu, rồi tiến hành sấy khô tới hạn cho mẫu. Phủ mẫu (coating): Tạo chất dẫn điện cho mẫu để phân tích SEM.
Máy sấy khô tới hạn tự động Leica EM CPD300
Leica EM CPD300 là loại thiết bị thế hệ mới có chức năng sấy khô mẫu như phấn hoa, mô, thực vật, sâu bọ… hay các loại mẫu công nghiệp như MEMS trên một quá trình tự động hoàn toàn. Kỹ thuật điều khiển tự động này giúp đảm bảo đạt được kết quả xử lý chất lượng cao và độ lặp lại đồng nhất giữa các lần thực hiện.
