Kính hiển vi nghiên cứu nào phù hợp với bạn? Bài viết này sẽ mang đến một cái nhìn tổng quan ngắn gọn về những tính năng quan trọng cần lưu ý khi lựa chọn kính hiển vi quang học dành cho nghiên cứu.
Trong lĩnh vực khoa học sự sống, kính hiển vi quang học thường là thiết bị trung tâm của phòng thí nghiệm. Với khả năng hỗ trợ nhiều ứng dụng đa dạng, kính hiển vi đóng vai trò then chốt trong việc giải đáp các câu hỏi khoa học, từ quan sát trường sáng, huỳnh quang cho đến ghi hình tế bào sống. Chính vì vậy, cấu hình và các tính năng của kính hiển vi có ảnh hưởng trực tiếp đến phạm vi ứng dụng của nó.
Bạn sử dụng loại mẫu vật nào?
Một trong những bước đầu tiên cần cân nhắc khi lựa chọn kính hiển vi nghiên cứu là loại mẫu vật. Đối với các mẫu cố định được gắn trên một lam kính mỏng, bạn có thể sử dụng kính hiển vi soi thẳng. Các tế bào sống đòi hỏi các đặc điểm đặc biệt của kính hiển vi vì chúng được giữ trong các bình nuôi cấy tế bào tương đối lớn chứa đầy môi trường nuôi cấy tế bào.
Chỉ có cấu hình đảo ngược, với vật kính bên dưới và tụ quang ở trên mẫu vật, mới tạo điều kiện cho không gian tự do cần thiết và khoảng cách cần thiết giữa vật kính và mẫu vật. Đồng thời, kính hiển vi soi ngược vẫn duy trì khả năng tiếp cận tốt với các tế bào, ví dụ để thêm các bộ vi điều khiển.
Ngoài ra, các tế bào sống cần một môi trường thích hợp để tồn tại. Nhiệt độ và nồng độ CO 2 phải được giữ ở mức nhất định. Một buồng khí với các bộ điều khiển tương ứng là cần thiết để thực hiện nhiệm vụ này.
Theo những khía cạnh nào?
Mẫu vật hiển vi được trải ra theo ba chiều: chiều dài, chiều rộng và chiều cao. Trong khi một số mẫu vật như lát cắt mô học chỉ được ghi hình theo mặt phẳng xy, thì có những ứng dụng khác đòi hỏi phải thu nhận hình ảnh cả theo chiều z. Để ghi hình thể tích 3D, ví dụ như các tế bào sống, nên sử dụng một mâm soi khách quan có động cơ (motorized objective revolver), cho phép đưa mẫu qua tiêu điểm một cách tuần tự theo từng bước. Phần mềm ghi hình cũng cần có khả năng tái cấu trúc các ảnh đơn lẻ để tạo ra hình ảnh 3D trực quan.
Với các tế bào sống, bạn còn cần bổ sung thêm chiều thời gian. Trong trường hợp này, độ ổn định của hệ thống là một yếu tố đặc biệt quan trọng. Do sự thay đổi nhiệt độ có thể ảnh hưởng đến hệ thống ghi hình trong quá trình chụp, các biện pháp khắc phục hiệu quả là rất cần thiết. Một chức năng tự động điều chỉnh tiêu cự như Adaptive Focus Control (AFC) sẽ giúp chống lại các ảnh hưởng nhiệt này và luôn giữ đúng tiêu điểm đã được thiết lập trước.
Phương pháp tương phản nào phù hợp nhất với mẫu?
Phần lớn các tế bào – đặc biệt là tế bào động vật – được nghiên cứu bằng kính hiển vi không có đủ độ tương phản nội tại để nhìn thấy các chi tiết nhỏ. Các nhà nghiên cứu sử dụng các phương pháp tương phản để khắc phục vấn đề này. Trong khi độ tương phản pha (PH) và độ tương phản giao thoa vi sai (DIC) điều khiển ánh sáng đi qua mẫu vật để tăng độ tương phản, bạn cũng có thể nhuộm mẫu vật bằng thuốc nhuộm huỳnh quang (Cách chuẩn bị mẫu vật cho kính hiển vi miễn dịch huỳnh quang ) tương ứng sử dụng protein huỳnh quang .
Theo phương pháp tương phản, kính hiển vi cần thiết bị cụ thể; ví dụ, độ tương phản pha cần vật kính đặc biệt trong khi DIC sử dụng một số lăng kính nhất định phải được chuyển vào đường dẫn ánh sáng. Đối với kính hiển vi huỳnh quang, cần các khối lọc đặc biệt cho phép các bước sóng ánh sáng chính xác đi vào và ra khỏi mẫu vật.
Về nguồn sáng
Lựa chọn phương pháp tương phản cũng quyết định nguồn sáng. Chiếu sáng bằng ánh sáng truyền qua cho kính hiển vi nền trắng thông thường, độ tương phản pha và DIC có thể được thực hiện bằng đèn halogen hoặc đèn LED. Kính hiển vi huỳnh quang có thể được thực hiện bằng đèn LED hoặc với sự trợ giúp của đèn thủy ngân , xenon hoặc đèn halogen kim loại thủy ngân.
Lưu trữ kết quả
Nếu muốn chụp ảnh mẫu vật hoặc thực hiện ghi hình tế bào sống, sẽ cần một camera kỹ thuật số cho kính hiển vi. Đặc biệt đối với ứng dụng ghi hình huỳnh quang tế bào sống, nên sử dụng camera có độ nhạy cao để giảm thiểu lượng ánh sáng kích thích – vốn có thể gây hại cho tế bào. Bên cạnh các dòng camera CCD và EMCCD vốn đã được sử dụng phổ biến, ngày nay camera sCMOS ngày càng được ưa chuộng nhờ hiệu suất lượng tử cao và tốc độ thu nhận hình ảnh nhanh.
Ngoài ra, một trường quan sát rộng (Field of View – FOV) sẽ giúp bạn dễ dàng tìm được các vùng quan sát quan trọng và chụp được nhiều tế bào hơn trong cùng một ảnh. Các kính hiển vi nghiên cứu hiện đại thường được trang bị FOV 19 mm tại cổng camera, hoàn toàn phù hợp với kích thước chip của camera sCMOS 19 mm.
Thông tin (3D) từ mẫu dày
Các mẫu dày là một thách thức đối với kính hiển vi. Đặc biệt là trong kính hiển vi trường rộng, khi toàn bộ mẫu được chiếu sáng cùng một lúc, việc xác định các đặc điểm của mẫu đang được lấy nét có thể giảm đáng kể do có thêm ánh sáng từ các vùng không lấy nét.
Computational Clearing có thể giúp thu được hình ảnh không có ánh sáng ngoài tiêu điểm. Kỹ thuật này có thể được áp dụng trên một mặt phẳng hình ảnh duy nhất để có kết quả tức thời (ICC: Instant Computational Clearing) hoặc có thể kết hợp với một bước giải tích bổ sung (SVCC: Small Volume Computational Clearing; LVCC: Large Volume Computational Clearing) để có kết quả thậm chí còn tốt hơn. Deconvolution chỉ định lại thông tin photon cho nguồn gốc của chúng và do đó cung cấp độ tương phản tốt hơn của các cấu trúc mong muốn trong mặt phẳng tiêu điểm. Điều này có thể cho phép người dùng phân biệt các cấu trúc quan tâm với nền dễ dàng hơn so với các hình ảnh trường rộng truyền thống.
Bạn có muốn thao tác tế bào trên kính hiển vi không?
Trong những năm gần đây, thao tác mẫu vật bằng ánh sáng (photo-manipulation) đã trở nên phổ biến. Điều này có nghĩa là các nhà nghiên cứu không chỉ quan sát tế bào sống mà còn có thể tác động đến chúng thông qua ánh sáng. Một ví dụ điển hình là kỹ thuật phục hồi huỳnh quang sau tẩy trắng (FRAP), giúp làm sáng tỏ các quá trình động học phức tạp bên trong tế bào. Để thực hiện các kỹ thuật thao tác như vậy, thường cần có thêm các nguồn sáng phụ trợ, được tích hợp vào đường truyền ánh sáng của kính hiển vi.
Tuy nhiên, đây không phải là một việc đơn giản. Leica Infinity Port là một giải pháp toàn diện, cho phép tích hợp các nguồn sáng bổ sung vào đường dẫn quang của kính hiển vi mà không làm ảnh hưởng đến chất lượng hình ảnh. Giải pháp này hỗ trợ thực hiện các kỹ thuật như FRAP, chuyển đổi quang học (photo-switching), phá huỷ chọn lọc (ablation) hoặc điều khiển tế bào bằng ánh sáng (optogenetics). Với bộ chuyển đổi phù hợp, các nhà nghiên cứu thậm chí có thể tích hợp cả thiết bị tự chế vào hệ thống.
Ngân sách dự kiến
Chi phí cũng là một yêu cầu quan trọng. Một số nhà cung cấp kính hiển vi đưa ra các cấu hình được thiết kế sẵn phù hợp với những ứng dụng cụ thể. Tuy nhiên, nếu không thực sự cần tất cả các thành phần trong cấu hình đó, thì người dùng vẫn sẽ phải trả tiền cho những thứ không sử dụng. Vì lý do này, việc lựa chọn cấu hình linh hoạt theo nhu cầu thực tế có thể tiết kiệm chi phí hơn so với mua một hệ thống kính hiển vi được định sẵn.
Ngoài ra, yêu cầu sử dụng kính hiển vi có thể thay đổi theo thời gian. Trong trường hợp này, một hệ thống có khả năng nâng cấp sẽ mang lại nhiều lợi thế. Nếu sử dụng một cấu hình cố định, bạn có thể bị giới hạn trong một số ứng dụng nhất định. Khả năng nâng cấp cho phép bạn thích nghi và phát triển cùng với nhu cầu thay đổi.
Xét trên các yếu tố đó, một hệ thống kính hiển vi mô-đun như Leica DMi8 cho phép các nhà nghiên cứu bắt đầu với một hệ thống có chi phí hợp lý, đồng thời có thể nâng cấp và mở rộng trong tương lai theo nhu cầu sử dụng.
Đối tượng sử dụng
Phạm vi người dùng kính hiển vi có thể rất không đồng nhất. Đặc biệt là ở trường đại học, người dùng có thể là người rất có kinh nghiệm hoặc người mới bắt đầu. Do đó, một hệ thống kính hiển vi dễ sử dụng được điều hành bởi một phần mềm trực quan, chẳng hạn như Leica Application Suite X, giúp mọi người bắt đầu nhanh chóng và thu thập dữ liệu nhanh chóng. Ví dụ, thiết kế theo quy trình làm việc, trình hướng dẫn phân tích hình ảnh và tích hợp liền mạch các thiết bị ngoại vi vào hệ thống giúp đơn giản hóa công việc
Minh Khang là nhà nhập khẩu và phân phối trực tiếp các dòng Kính hiển vi từ hãng Leica Microsystems.
EN