KÍNH HIỂN VI TƯƠNG PHẢN PHA
Kính hiển vi tương phản pha là kính hiển vi quang học có thể chuyển đổi lệch pha trong ánh sáng truyền qua một mẫu vật trong suốt để thay đổi
độ sáng trên hình ảnh. Bản
thân sự chuyển đổi lệch pha là vô hình, nhưng nó sẽ trở thành hữu hình khi thể
hiện qua độ sáng khác nhau.
Khi
sóng ánh sáng truyền qua một môi trường không phải chân không , tương tác với môi trường làm cho biên độ và pha của sóng thay đổi, phụ thuộc vào tính chất của môi trường. Thay
đổi trong biên độ (độ sáng) phát sinh từ việc phân tán và hấp thụ ánh sáng, thường
phụ thuộc vào bước sóng và có thể làm tăng màu sắc. Thiết
bị chụp ảnh và mắt người chỉ nhạy cảm với sự thay đổi biên độ. Nếu
không có sự sắp xếp đặc biệt, thay đổi pha sẽ là vô hình. Tuy
nhiên, sự thay đổi về pha thường chứa những thông tin quan trọng.
 |
| Hình 1: Ảnh chụp tế bào với kính hiển vi trường sáng truyền thống (trái) và với kính hiển vi tương phản pha (bên phải). |
Kính
hiển vi tương phản pha đặc biệt quan trọng trong sinh học. Giúp
nhìn thấy nhiều cấu trúc tế bào không nhìn thấy được bằng kính hiển vi
ánh sáng đơn giản, như minh họa trong hình 1. Những cấu trúc này có thể được
nhìn thấy bằng cách nhuộm , nhưng phải cần những bước chuẩn bị thêm và làm tế bào
bị chết. Bằng cách sử dụng kính hiển vi tương phản pha các nhà sinh học có thể nghiên
cứu các tế bào sống và cách thức chúng sinh sôi nảy nở thông qua phân chia tế bào. Sau khi được phát minh vào đầu những năm 1930, kính hiển vi tương phản pha được công nhận là một sự
tiến bộ trong kính hiển vi, và với phát minh của mình Frits Zernike đã được trao giải Nobel (vật lý) vào năm 1953.
Nguyên
tắc hoạt động
Nguyên
lý cơ bản để thay đổi pha có thể nhìn thấy trong kính hiển vi tương phản pha là
tách ánh sáng chiếu sáng nền sau khỏi ánh sáng phân tán từ mẫu, tạo nên các chi
tiết nền trước, và điều khiển các ánh sáng này theo cách khác nhau.
 |
| Nguyên tắc hoạt động kính hiển vi tương phản pha |
Ánh
sáng chiếu hình vòng (màu xanh lá) đi qua vòng khuyên tụ quang và tập trung vào
mẫu qua tụ quang. Một số ánh sáng tới bị phân tán bởi mẫu (màu
vàng). Ánh sáng còn lại không bị ảnh hưởng bởi mẫu và tạo ánh sáng nền sau (màu
đỏ). Khi quan sát mẫu sinh học không nhuộm, ánh sáng tán xạ yếu và thường biến đổi pha bằng -90 ° -
liên quan đến ánh sáng nền sau. Điều này dẫn đến nền trước (vector màu
xanh dương) và nền sau (vector màu đỏ) gần có cường độ như nhau, dẫn đến độ
tương phản hình ảnh thấp (a).
Trong
kính hiển vi tương phản pha, độ tương phản hình ảnh được cải thiện trong hai bước. Ánh
sáng nền sau có thay đổi pha là -90 ° bằng cách đi qua một vòng đổi pha. Điều này giúp loại bỏ sự lệch
pha giữa nền sau và ánh sáng phân tán, làm tăng sự khác biệt về cường độ giữa nền
trước và nền sau (b). Để tăng thêm độ tương phản, nền sau bị làm mờ bởi một vòng
lọc màu xám (c). Một số ánh sáng tán xạ sẽ bị lệch pha và mờ đi bởi các
vòng. Tuy nhiên, ánh sáng nền sau ảnh hưởng ở mức độ lớn hơn nhiều, tạo ra
các hiệu ứng tương phản pha.
Mô tả
trên là loại tương phản pha âm. Trong tương phản pha dương, ánh sáng nền
sau thay đổi pha là +90 °. Do đó ánh sáng nền sau sẽ lệch pha 180 ° so với
ánh sáng tán xạ. Điều này dẫn đến là ánh sáng tán xạ sẽ bị giảm từ ánh
sáng nền sau (b) để tạo thành một hình ảnh có nền trước tối hơn nền sau,
như thể hiện trên hình.