Hien tuong phat quang la gi? Co gi khac voi hien tuong lan quang va huynh quang
Quá trình các mẫu vật (có thể là sinh vật hoặc không, vô cơ hay hữu cơ) hấp thụ và sau đó phát ra ánh sáng được gọi là sự phát quang. Hiện tượng lân quang là sự phát sáng này duy trì vài giây sau khi ngắt nguồn năng lượng kích thích (ánh sáng tới hay ánh sáng kích thích). Phát huỳnh quang là một hiện tượng mà ánh sáng chỉ phát ra khi có nguồn năng lượng kích thích, và sẽ tắt ngay sau khi ngắt nguồn ánh sáng tới. Khoảng thời gian để mẫu vật hấp thụ năng lượng kích thích và phát ra ánh sáng huỳnh quang thường cực kỳ ngắn, không đến một phần triệu giây. Nói cách khác, nếu ngắt nguồn sáng tới, thì chỉ trong một phần triệu giây, ánh sáng huỳnh quang sẽ tắt theo.
Hiện tượng phát huỳnh quang được biết đến từ giữa thế kỷ XIX, khi một nhà khoa học Anh, ngài Geogre G. Stokes lần đầu quan sát hiện tượng phát huỳnh quang của quặng Fluorspar sau khi được chiếu sáng bằng tia cực tím, và ông ấy đặt tên hiện tượng này là sự phát huỳnh quang (Phần đầu của chữ phát huỳnh quang- Fluorescence được lấy từ tên quặng Fluorspar). Stokes thấy rằng ánh sáng huỳnh quang phát ra có bước sóng dài hơn bước sóng của ánh sáng kích thích, hiện tượng này sau đó được gọi là dịch chuyển Stokes. Ở hình 1, một photon của tia cực tím (hạt màu tím) va chạm vào một electron của một nguyên tử đơn, kích thích và đẩy electron tới mức năng lượng cao hơn. Sau đó, các electron bị kích thích này trở về mức năng lượng thấp hơn và phát ra photon có mức năng lượng thấp hơn (hạt màu đỏ) và nằm ngoài trường ánh sáng nhìn thấy. Hình 2 là biểu đồ biểu diễn trường ánh sáng nhìn thấy của bức xạ điện từ, với dải bước sóng kéo dài từ 400 đến 700 nm. Hai đầu của dải ánh sáng nhìn thấy là vùng ánh sáng cực tím (năng lượng cao) và ánh sáng hồng ngoại (năng lượng thấp).
Kính hiển vi huỳnh quang là một công cụ hữu hiệu trong nghiên cứu vật liệu huỳnh quang cả ở dạng tự nhiên (gọi là dạng sơ cấp hay dạng tự phát huỳnh quang) và dạng đã được xử lý với hóa chất để có thể phát huỳnh quang (dạng phát huỳnh quang thứ cấp). Kính hiển vi huỳnh quang được phát minh vào nửa đầu của thế kỷ XX do August Kohler, Carl Reichert, và Heinrich Lahmann chế tạo. Mặc dù phát minh này đã bị bỏ quên nhiều năm sau đó nhưng ngày nay, nó đã trở thành một công cụ quan trọng trong nghiên cứu sinh học tế bào.
Ban đầu, đã có rất nhiều thí nghiệm được tiến hành trên các loại mẫu vật khác nhau để quan sát khả năng tự phát huỳnh quang của chúng khi được chiếu tia UV như các chất vi khoáng, tinh thể, nhựa cây, dược phẩm thô, bơ, chlorophyll, vitamin và các hợp chất vô cơ (dạng sơ cấp hay tự phát huỳnh quang). Đến năm 1930, một nhà sáng chế người Úc là Max Haitinger và các cộng sự đã phát triển công nghệ phát huỳnh quang thứ cấp, sử dụng fluorochrome để nhuộm đánh dấu các mô đặc biệt, vi khuẩn và các nguồn gây bệnh khác, giúp chúng có thể tự phát huỳnh quang (Dạng thứ cấp). Nhờ có sự ra đời của thuốc nhuộm fluorochrome, việc sử dụng kính hiển vi huỳnh quang dần trở nên phổ biến. Năm 1950 là cột mốc đánh dấu quan trọng trong việc sử dụng kính hiển vi huỳnh quang vào nghiên cứu khi Albert Coons và Nathan Kaplan chứng minh được sự cố định kháng nguyên trong các mô dựa trên phản ứng với kháng thể gắn chất phát huỳnh quang.
Nguyên lý của kính hiển vi huỳnh quang là cùng lúc chiếu được ánh sáng kích thích vào mẫu vật và đồng thời phải tách được ánh sáng huỳnh quang phát ra vốn yếu hơn rất nhiều so với ánh sáng kích thích. Do đó, cần một detector chỉ thu nhận ánh sáng huỳnh quang phát ra từ mẫu để không bị lẫn với ánh sáng kích thích ban đầu. Để nâng cao hiệu quả phát hiện ánh sáng huỳnh quang, vùng hiển thị ánh sáng huỳnh quang nên có nền màu đen phía sau mẫu vật với độ tương phản thích hợp để làm nổi được ánh sáng huỳnh quang phát ra.
Hình 3 mô tả quá trình quan sát ánh sáng huỳnh quang phát ra từ mẫu vật khi dụng kính hiển vi huỳnh quang. Tia UV có bước sóng cố định hoặc một dải bước sóng sẽ đi qua một bộ phận lọc (exciter filter) để trở thành ánh sáng kích thích. Ánh sáng này sẽ chiếu vào mẫu vật (ở đây có thể là quặng Fluorspar) để cung cấp năng lượng kích thích cho việc tự phát huỳnh quang. Ánh sáng do mẫu vật phát ra (như hình 3) được lọc thông qua bộ lọc (barrier fliter) để hạn chế sự nhiễu gây ra do ánh sáng kích thích. Cần chú ý, đây chỉ là mô hình để người đọc có thể hình dung được quá trình, trên thực tế, ánh sáng huỳnh quang sẽ được phát ra mọi phía, kể cả hướng ánh sáng kích thích đi vào.
Kể từ khi được phát minh, kính hiển vi huỳnh quang đã nhanh chóng cho thấy đây là một công cụ vô giá và có thể ứng dụng trên nhiều lĩnh vực. Đặc biệt, việc sử dụng fluochrome đã giúp các nhà khoa học quan sát được một cách rõ ràng tế bào và các cơ quan trong đó thậm chí là các cơ quan rất nhỏ, mà nếu không có công nghệ nhuộm-phát huỳnh quang thì sẽ phải cần các công cụ đặc biệt có độ đặc hiệu cao để phát hiện. Hơn nữa, kính hiển vi huỳnh quang có thể phát hiện sự phát huỳnh quang của các mẫu vật với độ nhạy cực cao, thậm chí một lượng phân tử phát huỳnh quang cực nhỏ (nhỏ hơn 50 phân tử/m3) cũng có thể được phát hiện. Đối với một số mẫu, thông qua việc nhuộm với nhiều loại thuốc nhuộm huỳnh quang khác nhau sẽ phát hiện được sự có mặt của từng phân tử đích cụ thể. Mặc dù kính hiển vi huỳnh quang không thể cho sử dụng cho các môi trường có ngưỡng nhiễu xạ quá thấp nhưng công cụ vẫn có thể phát hiện các phân tử phát huỳnh quang dưới ngưỡng này.
Công nghệ hiển vi huỳnh quang có thể được sử dụng trong các lĩnh vực như khoa học vật liệu hữu cơ, vật liệu vô cơ và vật liệu sinh học. Ngoài ra, có nhiều nghiên cứu sử dụng đầu dò huỳnh quang để phát hiện sự thay đổi đột ngột nồng độ ion như calci và magie, cũng như sự thay đổi pH trong tế bào.
Bên cạnh đó, có rất nhiều mô động thực vật có thể phát quang khi được chiếu ánh sáng có bước sóng ngắn (phát huỳnh quang sơ cấp hay tự phát huỳnh quang). Sự tự phát huỳnh quang này thật sự hữu dụng trong nghiên cứu thực vật, nghiên cứu khoáng chất, đá trầm tích và phục vụ công nghiệp bán dẫn. Trong nghiên cứu mô động vật hay nghiên cứu bệnh, sự tự phát huỳnh quang thường rất mờ nhạt hoặc không đủ đặc hiệu để tạo nên ngưỡng tự phát huỳnh quang tối thiểu.
Hiện tượng phát huỳnh quang được biết đến từ giữa thế kỷ XIX, khi một nhà khoa học Anh, ngài Geogre G. Stokes lần đầu quan sát hiện tượng phát huỳnh quang của quặng Fluorspar sau khi được chiếu sáng bằng tia cực tím, và ông ấy đặt tên hiện tượng này là sự phát huỳnh quang (Phần đầu của chữ phát huỳnh quang- Fluorescence được lấy từ tên quặng Fluorspar). Stokes thấy rằng ánh sáng huỳnh quang phát ra có bước sóng dài hơn bước sóng của ánh sáng kích thích, hiện tượng này sau đó được gọi là dịch chuyển Stokes. Ở hình 1, một photon của tia cực tím (hạt màu tím) va chạm vào một electron của một nguyên tử đơn, kích thích và đẩy electron tới mức năng lượng cao hơn. Sau đó, các electron bị kích thích này trở về mức năng lượng thấp hơn và phát ra photon có mức năng lượng thấp hơn (hạt màu đỏ) và nằm ngoài trường ánh sáng nhìn thấy. Hình 2 là biểu đồ biểu diễn trường ánh sáng nhìn thấy của bức xạ điện từ, với dải bước sóng kéo dài từ 400 đến 700 nm. Hai đầu của dải ánh sáng nhìn thấy là vùng ánh sáng cực tím (năng lượng cao) và ánh sáng hồng ngoại (năng lượng thấp).
Kính hiển vi huỳnh quang là một công cụ hữu hiệu trong nghiên cứu vật liệu huỳnh quang cả ở dạng tự nhiên (gọi là dạng sơ cấp hay dạng tự phát huỳnh quang) và dạng đã được xử lý với hóa chất để có thể phát huỳnh quang (dạng phát huỳnh quang thứ cấp). Kính hiển vi huỳnh quang được phát minh vào nửa đầu của thế kỷ XX do August Kohler, Carl Reichert, và Heinrich Lahmann chế tạo. Mặc dù phát minh này đã bị bỏ quên nhiều năm sau đó nhưng ngày nay, nó đã trở thành một công cụ quan trọng trong nghiên cứu sinh học tế bào.
Ban đầu, đã có rất nhiều thí nghiệm được tiến hành trên các loại mẫu vật khác nhau để quan sát khả năng tự phát huỳnh quang của chúng khi được chiếu tia UV như các chất vi khoáng, tinh thể, nhựa cây, dược phẩm thô, bơ, chlorophyll, vitamin và các hợp chất vô cơ (dạng sơ cấp hay tự phát huỳnh quang). Đến năm 1930, một nhà sáng chế người Úc là Max Haitinger và các cộng sự đã phát triển công nghệ phát huỳnh quang thứ cấp, sử dụng fluorochrome để nhuộm đánh dấu các mô đặc biệt, vi khuẩn và các nguồn gây bệnh khác, giúp chúng có thể tự phát huỳnh quang (Dạng thứ cấp). Nhờ có sự ra đời của thuốc nhuộm fluorochrome, việc sử dụng kính hiển vi huỳnh quang dần trở nên phổ biến. Năm 1950 là cột mốc đánh dấu quan trọng trong việc sử dụng kính hiển vi huỳnh quang vào nghiên cứu khi Albert Coons và Nathan Kaplan chứng minh được sự cố định kháng nguyên trong các mô dựa trên phản ứng với kháng thể gắn chất phát huỳnh quang.
Nguyên lý của kính hiển vi huỳnh quang là cùng lúc chiếu được ánh sáng kích thích vào mẫu vật và đồng thời phải tách được ánh sáng huỳnh quang phát ra vốn yếu hơn rất nhiều so với ánh sáng kích thích. Do đó, cần một detector chỉ thu nhận ánh sáng huỳnh quang phát ra từ mẫu để không bị lẫn với ánh sáng kích thích ban đầu. Để nâng cao hiệu quả phát hiện ánh sáng huỳnh quang, vùng hiển thị ánh sáng huỳnh quang nên có nền màu đen phía sau mẫu vật với độ tương phản thích hợp để làm nổi được ánh sáng huỳnh quang phát ra.
Hình 3 mô tả quá trình quan sát ánh sáng huỳnh quang phát ra từ mẫu vật khi dụng kính hiển vi huỳnh quang. Tia UV có bước sóng cố định hoặc một dải bước sóng sẽ đi qua một bộ phận lọc (exciter filter) để trở thành ánh sáng kích thích. Ánh sáng này sẽ chiếu vào mẫu vật (ở đây có thể là quặng Fluorspar) để cung cấp năng lượng kích thích cho việc tự phát huỳnh quang. Ánh sáng do mẫu vật phát ra (như hình 3) được lọc thông qua bộ lọc (barrier fliter) để hạn chế sự nhiễu gây ra do ánh sáng kích thích. Cần chú ý, đây chỉ là mô hình để người đọc có thể hình dung được quá trình, trên thực tế, ánh sáng huỳnh quang sẽ được phát ra mọi phía, kể cả hướng ánh sáng kích thích đi vào.
Kể từ khi được phát minh, kính hiển vi huỳnh quang đã nhanh chóng cho thấy đây là một công cụ vô giá và có thể ứng dụng trên nhiều lĩnh vực. Đặc biệt, việc sử dụng fluochrome đã giúp các nhà khoa học quan sát được một cách rõ ràng tế bào và các cơ quan trong đó thậm chí là các cơ quan rất nhỏ, mà nếu không có công nghệ nhuộm-phát huỳnh quang thì sẽ phải cần các công cụ đặc biệt có độ đặc hiệu cao để phát hiện. Hơn nữa, kính hiển vi huỳnh quang có thể phát hiện sự phát huỳnh quang của các mẫu vật với độ nhạy cực cao, thậm chí một lượng phân tử phát huỳnh quang cực nhỏ (nhỏ hơn 50 phân tử/m3) cũng có thể được phát hiện. Đối với một số mẫu, thông qua việc nhuộm với nhiều loại thuốc nhuộm huỳnh quang khác nhau sẽ phát hiện được sự có mặt của từng phân tử đích cụ thể. Mặc dù kính hiển vi huỳnh quang không thể cho sử dụng cho các môi trường có ngưỡng nhiễu xạ quá thấp nhưng công cụ vẫn có thể phát hiện các phân tử phát huỳnh quang dưới ngưỡng này.
Công nghệ hiển vi huỳnh quang có thể được sử dụng trong các lĩnh vực như khoa học vật liệu hữu cơ, vật liệu vô cơ và vật liệu sinh học. Ngoài ra, có nhiều nghiên cứu sử dụng đầu dò huỳnh quang để phát hiện sự thay đổi đột ngột nồng độ ion như calci và magie, cũng như sự thay đổi pH trong tế bào.
Bên cạnh đó, có rất nhiều mô động thực vật có thể phát quang khi được chiếu ánh sáng có bước sóng ngắn (phát huỳnh quang sơ cấp hay tự phát huỳnh quang). Sự tự phát huỳnh quang này thật sự hữu dụng trong nghiên cứu thực vật, nghiên cứu khoáng chất, đá trầm tích và phục vụ công nghiệp bán dẫn. Trong nghiên cứu mô động vật hay nghiên cứu bệnh, sự tự phát huỳnh quang thường rất mờ nhạt hoặc không đủ đặc hiệu để tạo nên ngưỡng tự phát huỳnh quang tối thiểu.
Nhận xét
Đăng nhận xét