Kính hiển vi là một dụng cụ quang học có khả năng phóng đại các vật thể nhỏ đáng kinh ngạc.

Kể từ khi được phát minh, kính hiển vi đã đóng vai trò không thể thiếu trong nghiên cứu khoa học, chẩn đoán y khoa và sản xuất công nghiệp.

Sự ra đời của kính hiển vi không chỉ mở rộng đáng kể nhận thức của con người mà còn mang lại những thay đổi mang tính cách mạng trong lĩnh vực khoa học. Nó cho phép chúng ta khám phá và hiểu thế giới vi mô, vô hình đối với mắt thường.

Lịch sử của kính hiển vi có thể bắt nguồn từ thế kỷ 17. Các nhà quang học người Hà Lan là Hans Jansen và con trai ông, Zacharias Jansen, thường được coi là những người đầu tiên phát minh ra kính hiển vi. Tuy nhiên, Antonie van Leeuwenhoek thực sự đã phổ biến kính hiển vi và ứng dụng nó vào nghiên cứu khoa học.

Thông qua kính hiển vi một thấu kính mà ông tạo ra, Leeuwenhoek là người đầu tiên quan sát và mô tả các cấu trúc nhỏ như vi khuẩn, tế bào hồng cầu và tinh trùng. Công trình của ông đã hé lộ những bí ẩn của thế giới vi sinh vật, đánh dấu một cột mốc quan trọng trong lịch sử khoa học.

Nguyên lý cơ bản của kính hiển vi là sử dụng thấu kính hoặc một cụm thấu kính để phóng đại vật thể. Bằng cách thay đổi đường đi của ánh sáng, các thấu kính này tạo ra hình ảnh ảo được phóng đại của các vật thể nhỏ. Các kính hiển vi đầu tiên là kính hiển vi một thấu kính đơn giản, chỉ có thể phóng đại vật thể ở mức độ hạn chế.

Tuy nhiên, với sự phát triển của công nghệ quang học, kính hiển vi ghép dần thay thế kính hiển vi một thấu kính và trở nên phổ biến. Loại kính hiển vi này sử dụng hai bộ thấu kính—kính vật và thị kính—hoạt động cùng nhau để đạt được độ phóng đại cao hơn và hình ảnh rõ nét hơn.

Kính hiển vi quang học, loại kính hiển vi đầu tiên và được sử dụng phổ biến nhất, sử dụng ánh sáng khả kiến và một bộ thấu kính quang học để phóng đại hình ảnh của mẫu.

Độ phân giải của kính hiển vi quang học thường đạt khoảng 200 nanomet, đủ để nghiên cứu các cấu trúc vi mô lớn hơn như tế bào và hình thái vi khuẩn. Tuy nhiên, khi nghiên cứu khoa học tiến triển, nhu cầu về độ phân giải cao hơn tăng lên, dẫn đến việc phát minh ra kính hiển vi điện tử.

Kính hiển vi điện tử cung cấp độ phân giải vượt xa kính hiển vi quang học bằng cách sử dụng chùm tia điện tử thay vì chùm tia sáng để tạo hình ảnh. Kính hiển vi điện tử được phân loại thành hai loại: kính hiển vi điện tử truyền qua (TEM) và kính hiển vi điện tử quét (SEM).

Kính hiển vi điện tử truyền qua cho phép chùm tia điện tử xuyên qua mẫu, cung cấp hình ảnh chi tiết về cấu trúc bên trong của chúng với độ phân giải khoảng 0,1 nanomet.

Mặt khác, kính hiển vi điện tử quét tạo ra hình ảnh bề mặt ba chiều có độ phân giải cao bằng cách phát hiện các electron phản xạ hoặc phát ra từ bề mặt mẫu.

Hai loại kính hiển vi điện tử này đã được sử dụng rộng rãi trong các lĩnh vực như khoa học vật liệu, sinh học và công nghệ nano, cung cấp khả năng quan sát chưa từng có cho nghiên cứu khoa học.

Ngoài kính hiển vi quang học và điện tử, kính hiển vi quét thăm dò (SPM) được phát triển trong những năm gần đây cũng đã thu hút được sự chú ý rộng rãi trong cộng đồng khoa học.

Kính hiển vi quét thăm dò sử dụng đầu dò để quét bề mặt mẫu và đo lực tương tác giữa mẫu và đầu dò, do đó thu được thông tin về chiều cao trên bề mặt mẫu.

Kính hiển vi quét xuyên hầm (STM) và kính hiển vi lực nguyên tử (AFM) là những công nghệ tiêu biểu trong danh mục này có thể đạt được độ phân giải ở cấp độ nguyên tử. Những công cụ này chính xác đến mức chúng thậm chí có thể được sử dụng để thao tác với từng nguyên tử.

Với sự tiến bộ của các công nghệ kính hiển vi này, các nhà khoa học hiện không chỉ có thể quan sát sự sắp xếp của các nguyên tử và phân tử mà còn có thể thiết kế và thao tác với các vật liệu ở cấp độ nano. Khả năng này đã đặt nền tảng cho sự phát triển nhanh chóng của khoa học nano và công nghệ nano.

Sự tiến bộ của công nghệ kính hiển vi không chỉ thúc đẩy sự phát triển của nghiên cứu khoa học mà còn đóng vai trò không thể thay thế trong chẩn đoán y khoa.

Ví dụ, kính hiển vi quang học được sử dụng rộng rãi để kiểm tra các phần mô bệnh lý, hỗ trợ bác sĩ chẩn đoán các bệnh như ung thư và nhiễm trùng.

Kính hiển vi huỳnh quang, cho phép gắn các tế bào hoặc phân tử cụ thể bằng các dấu hiệu huỳnh quang, cho phép quan sát rõ hơn các cấu trúc hoặc quy trình cụ thể trong các mẫu sinh học.

Điều này có ý nghĩa to lớn trong việc nghiên cứu cơ chế sinh bệnh và phát triển các loại thuốc mới. Ngoài ra, kính hiển vi điện tử còn đóng vai trò quan trọng trong việc quan sát cấu trúc của vi-rút, một khả năng rất quan trọng đối với việc phát triển vắc-xin và nghiên cứu vi-rút học.

Là một công cụ mạnh mẽ cho nghiên cứu khoa học, kính hiển vi đã mở rộng đáng kể kiến thức của con người về thế giới vi mô. Khi công nghệ tiếp tục phát triển, kính hiển vi sẽ tiếp tục thúc đẩy ranh giới của khoa học, đưa chúng ta vào một thế giới vi mô và phức tạp hơn.