Các loại
Các loại kính hiển vi được minh họa bằng các nguyên tắc của các chùm tia của chúng
Sự phát triển của độ phân giải không gian đạt được bằng kính hiển vi điện tử quang học, truyền dẫn (TEM) và quang phổ điện tử đã được điều chỉnh sai lệch (ACTEM).
Kính hiển vi có thể được tách thành nhiều lớp khác nhau. Một nhóm dựa trên những gì tương tác với mẫu để tạo ra hình ảnh, tức là ánh sáng hoặc photon (kính hiển vi quang học), điện tử (kính hiển vi điện tử) hoặc đầu dò (kính hiển vi thăm dò). Ngoài ra, kính hiển vi có thể được phân loại dựa trên việc liệu chúng có phân tích mẫu qua một điểm quét (kính hiển vi quang học confocal, kính hiển vi điện tử quét và kính hiển vi thăm dò) hoặc phân tích mẫu tất cả cùng một lúc (kính hiển vi quang phổ trường rộng và kính hiển vi điện tử truyền).
Các kính hiển vi quang phổ trường rộng và kính hiển vi điện tử truyền qua sử dụng lý thuyết thấu kính (kính hiển vi dùng cho kính hiển vi ánh sáng và ống kính điện từ dùng cho kính hiển vi điện tử) để phóng to hình ảnh được tạo ra bởi sự truyền qua sóng truyền qua mẫu hoặc phản xạ qua mẫu. Những con sóng được sử dụng là điện từ (trong kính hiển vi quang học) hoặc chùm điện tử (trong kính hiển vi điện tử). Độ phân giải trong các kính hiển vi này bị giới hạn bởi bước sóng của bức xạ được sử dụng để hình ảnh mẫu, ở đó các bước sóng ngắn cho phép có độ phân giải cao hơn.
Việc quét kính hiển vi quang học và điện tử, như kính hiển vi mặt nạ và kính hiển vi điện tử quét, sử dụng các ống kính để tập trung một điểm sáng hoặc điện tử vào mẫu sau đó phân tích các tín hiệu được tạo ra bởi chùm tương tác với mẫu. Điểm này sau đó được quét qua mẫu để phân tích một vùng hình chữ nhật. Việc phóng đại hình ảnh đạt được bằng cách hiển thị dữ liệu từ việc quét một vùng mẫu vật lý nhỏ trên một màn hình tương đối lớn. Các kính hiển vi này có cùng độ phân giải như kính hiển vi quang học, thăm dò và kính hiển vi điện tử trường rộng.
Các kính hiển vi thăm dò quét cũng phân tích một điểm duy nhất trong mẫu và sau đó quét dò trên một vùng mẫu hình chữ nhật để tạo một hình ảnh. Vì những kính hiển vi này không sử dụng bức xạ điện từ hoặc điện tử để chụp ảnh, chúng không phải tuân theo cùng độ phân giải như kính hiển vi quang học và kính hiển vi điện tử được mô tả ở trên.
Quang học
Bài chi tiết: Kính hiển vi quang học
Loại kính hiển vi phổ biến nhất (và được phát minh đầu tiên) là kính hiển vi quang học. Đây là dụng cụ quang học có chứa một hoặc nhiều ống kính tạo ra một hình ảnh phóng to của một mẫu được đặt trong mặt phẳng tiêu. Kính hiển vi quang học có thủy tinh khúc xạ và đôi khi bằng plastic hoặc thạch anh, để tập trung ánh sáng vào mắt hoặc một máy dò ánh sáng khác. Kính hiển vi quang học dựa trên gương hoạt động theo cùng một cách. Độ phóng đại điển hình của kính hiển vi ánh sáng, giả sử ánh sáng có thể nhìn thấy, lên đến 1250x với độ phân giải lý thuyết khoảng 0.250 micromet hoặc 250 nanomet. Điều này hạn chế giới hạn phóng to thực tế đến ~ 1500x. Các kỹ thuật chuyên biệt (ví dụ, quét kính hiển vi đồng vị, Vertico SMI) có thể vượt quá độ phóng đại này nhưng độ phân giải bị hạn chế nhiễu xạ. Việc sử dụng các bước sóng ngắn hơn của ánh sáng, chẳng hạn như tia cực tím, là một cách để cải thiện độ phân giải không gian của kính hiển vi quang học, cũng như các thiết bị như kính hiển vi quét trường gần trường học.
Sarfus, một kỹ thuật quang học gần đây làm tăng độ nhạy của kính hiển vi quang học tiêu chuẩn đến một điểm mà nó có thể trực tiếp hình dung được các màng nanomet (xuống 0,3 nanomet) và các vật nano bị cô lập (đường kính 2 nm). Kỹ thuật này dựa trên việc sử dụng chất nền không phản chiếu đối với kính hiển vi phân cực chéo phân cực.
Ánh sáng cực tím cho phép giải quyết các tính năng cực nhỏ, cũng như để hình ảnh các mẫu được minh bạch cho mắt. Gần ánh sáng hồng ngoại có thể được sử dụng để hình dung các mạch được nhúng trong các thiết bị silicon bị kẹp, vì silic trong suốt ở vùng này có bước sóng.
Trong kính hiển vi huỳnh quang, nhiều bước sóng ánh sáng, từ tia cực tím đến nhìn thấy được có thể được sử dụng để làm cho các mẫu phát huỳnh quang để cho phép xem bằng mắt hoặc với việc sử dụng các máy ảnh nhạy cảm.
Kính hiển vi tương phản pha là kỹ thuật chiếu sáng bằng kính hiển vi quang học, trong đó các bước nhỏ chuyển ánh sáng đi qua một mẫu trong suốt được chuyển đổi thành biên độ hoặc tương phản thay đổi trong hình ảnh. Việc sử dụng độ tương phản pha không đòi hỏi nhuộm để xem slide. Kỹ thuật kính hiển vi này cho phép nghiên cứu chu trình tế bào trong các tế bào sống.
Kính hiển vi quang học truyền thống gần đây đã phát triển thành kính hiển vi số. Ngoài ra, thay vào đó, trực tiếp quan sát đối tượng qua kính hiển thị, một loại cảm biến tương tự như sử dụng trong máy ảnh kỹ thuật số được sử dụng để lấy một hình ảnh, sau đó được hiển thị trên màn hình máy tính. Những cảm biến này có thể sử dụng công nghệ CMOS hoặc công nghệ tích hợp điện tích (CCD), tùy thuộc vào ứng dụng.
Kỹ thuật số kính hiển vi với mức độ ánh sáng rất thấp để tránh thiệt hại cho các mẫu sinh học dễ bị tổn thương có sẵn bằng cách sử dụng các máy ảnh số nhạy sáng photon. Nó đã được chứng minh rằng một nguồn ánh sáng cung cấp các cặp photon vướng có thể giảm thiểu nguy cơ thiệt hại cho hầu hết các mẫu nhạy cảm với ánh sáng. Trong ứng dụng hình ảnh ma để kính hiển vi photon thưa thớt, mẫu được chiếu sáng bằng các photon hồng ngoại, mỗi trong số đó có mối tương quan không gian với một đối tác vướng vào dải nhìn thấy được để tạo ảnh hiệu quả bằng máy ảnh đếm photon.