วันอาทิตย์ที่ 27 ธันวาคม พ.ศ. 2552

คำถาม

ทำไม Transmission electron microscope (TEM) จึงมีกำลังขยายมากกว่ากล้อง electron แบบอื่นๆ




เราจะศึกษาถึงหลักการทำงานขอ Transmission electron microscope (TEM) Scanning electron microscope (SEM) และ Analytical electron microscope (AEM) เพื่อนำมาเปรียบเทียบกัน ว่าเพราะอะไร ..?





คำถาม

สรุป

TEM

SEM

การทำงานของเครื่อง TEM ลำอนุภาคอิเล็กตรอนจะทะลุผ่านสิ่งที่ศึกษา แต่การทำงานของเครื่อง SEM ลำอนุภาคอิเล็กตรอนจะสะท้อนที่ผิวหน้า และสร้างภาพการตรวจวัดอิเล็กตรอน จะทราบว่า TEM สามารถใช้ศึกษาได้ละเอียดมากกว่า SEM และ AEM

AEM


Analytical electron microscope (AEM) เป็นเครื่องมือที่คล้ายกับ TEM นำไปใช้ในการ x-ray การฉายรังสีเพื่อดูโครงสร้าง ข้อมูลที่วัดได้เป้นองค์ประกอบระดับ atom และ molecule พันธะทางเคมี และการนำไฟฟ้า
โดยเครื่องมือชนิดนี้ จะนำไปใช้เกียวกับการแพทย์ และศึกษาโครงสร้างระดับ atom ของวัสดุนาโน

TEM

Transmission electron microscope (TEM) เป็นกล้องจุลทรรศน์อิเล็กตรอนที่ใช้ศึกษาตัวอย่างชนิดบาง ซึ่งเตรียมขึ้นโดยวิธีพิเศษเพื่อให้ลำอนุภาคอิเล็กตรอนผ่านทะลุได้ การสร้างภาพจากกล้องประเภทนี้จะทำได้โดยการตรวจวัดอิเล็กตรอนที่ทะลุผ่านตัวอย่างนั่นเอง เครื่อง TEM เหมาะสำหรับศึกษารายละเอียดขององค์ประกอบภายในของตัวอย่าง เช่น องค์ประกอบภายในเซลล์ ลักษณะของเยื่อหุ้มเซลล์ ผนังเซลล์ เป็นต้น ซึ่งจะให้รายละเอียดสูงกว่ากล้องจุลทรรศน์ชนิดอื่นๆ เนื่องจากมีกำลังขยายและประสิทธิภาพในการแจกแจงรายละเอียดสูงมาก (กำลังขยายสูงสุดประมาณ 0.1นาโนเมตร)




หลักการทำงานของเครื่อง TEM จะประกอบด้วยแหล่งกำเนิดอิเล็กตรอนซึ่งทำหน้าที่ผลิตอิเล็กตรอนเพื่อป้อนให้กับระบบ โดยกลุ่มอิเล็กตรอนที่ได้จากแหล่งกำเนิดจะถูกเร่งด้วยสนามไฟฟ้า จากนั้นกลุ่มอิเล็กตรอนจะผ่านเลนส์รวบรวมรังสี (condenser lens) เพื่อทำให้กลุ่มอิเล็กตรอนกลายเป็นลำอิเล็กตรอน ซึ่งสามารถปรับให้ขนาดของลำอิเล็กตรอนใหญ่หรือเล็กได้ตามต้องการ จากนั้นลำอิเล็กตรอนจะเคลื่อนที่ผ่านตัวอย่างที่จะศึกษา (specimen) ไป ซึ่งตัวอย่างที่จะศึกษาจะต้องมีลักษณะที่แบนและบางมาก (บ่อยครั้งที่พบว่าอยู่ในช่วงระหว่าง 1 - 100 นาโนเมตร) จากนั้นจะเกิดการกระเจิงอนุภาคขึ้นเมื่ออิเล็กตรอนทะลุผ่านตัวอย่างไป และอิเล็กตรอนที่ทะลุผ่านตัวอย่างนี้ก็จะถูกปรับโฟกัสของภาพโดยเลนส์ใกล้วัตถุ (objectivr lens)ุ ซึ่งเป็นเลนส์ที่ทำหน้าที่ขยายภาพให้ได้รายละเอียดมากที่สุด จากนั้นจะได้รับการขยายด้วยเลนส์ทอดภาพไปสู่จอรับ (projector lens) และปรับโฟกัสของลำอนุภาคอิเล็กตรอนให้ยาวพอดีที่จะปรากฏบนฉากเรืองแสง สุดท้ายจะเกิดการสร้างภาพขึ้นมาได้


อนุภาคนาโนออกไซด์ของสังกะสีหรือซิงค์ออกไซด์ (ZnO) ที่ได้จากการศึกษาโดยใช้เครื่อง TEM









SEM

scanning electron microscope (SEM) เป็นกล้องจุลทรรศน์อิเล็กตรอนที่มีกำลังขยายไม่สูงเท่ากับเครื่อง TEM (เครื่อง SEM มีกำลังขยายสูงสุดประมาณ 10 นาโนเมตร) การเตรียมตัวอย่างเพื่อที่จะดูด้วยเครื่อง SEM นี้ไม่จำเป็นต้องที่ตัวอย่างจะต้องมีขนาดบางเท่ากับเมื่อดูด้วยเครื่อง TEM ก็ได้ (เพราะไม่ได้ตรวจวัดจากการที่อิเล็กตรอนเคลื่อนที่ทะลุผ่านตัวอย่าง) การสร้างภาพทำได้โดยการตรวจวัดอิเล็กตรอนที่สะท้อนจากพื้นผิวหน้าของตัวอย่างที่ทำการสำรวจ ซึ่งภาพที่ได้จากเครื่อง SEM นี้จะเป็นภาพลักษณะของ 3 มิติ ดังนั้นเครื่อง SEM จึงถูกนำมาใช้ในการศึกษาสัณฐานและรายละเอียดของลักษณะพื้นผิวของตัวอย่าง เช่น ลักษณะพื้นผิวด้านนอกของเนื้อเยื่อและเซลล์ หน้าตัดของโลหะและวัสดุ เป็นต้น


ข้อดีของเครื่อง SEM เมื่อเปรียบเทียบกับเครื่อง TEM คือ ภาพโครงสร้างที่เห็นจากเครื่อง SEM จะเป็นภาพลักษณะ 3 มิติ ในขณะที่ภาพจากเครื่อง TEM จะให้ภาพลักษณะ 2 มิติ อีกทั้งวิธีการใช้งานเครื่อง SEM จะมีความรวดเร็วและใช้งานง่ายกว่าเครื่อง TEM มาก






หลักการทำงานของเครื่อง SEM จะประกอบด้วยแหล่งกำเนิดอิเล็กตรอนซึ่งทำหน้าที่ผลิตอิเล็กตรอนเพื่อป้อนให้กับระบบ โดยกลุ่มอิเล็กตรอนที่ได้จากแหล่งกำเนิดจะถูกเร่งด้วยสนามไฟฟ้า จากนั้นกลุ่มอิเล็กตรอนจะผ่านเลนส์รวบรวมรังสี (condenser lens) เพื่อทำให้กลุ่มอิเล็กตรอนกลายเป็นลำอิเล็กตรอน ซึ่งสามารถปรับให้ขนาดของลำอิเล็กตรอนใหญ่หรือเล็กได้ตามต้องการ หากต้องการภาพที่มีความคมชัดจะปรับให้ลำอิเล็กตรอนมีขนาดเล็ก หลังจากนั้นลำอิเล็กตรอนจะถูกปรับระยะโฟกัสโดยเลนส์ใกล้วัตถุ (objective lens) ลงไปบนผิวชิ้นงานที่ต้องการศึกษา หลังจากลำอิเล็กตรอนถูกกราดลงบนชิ้นงานจะทำให้เกิดอิเล็กตรอนทุติยภูมิ (secondary electron) ขึ้น ซึ่งสัญญาณจากอิเล็กตรอนทุติยภูมินี้จะถูกบันทึก และแปลงไปเป็นสัญญาณทางอิเล็กทรอกนิกส์และ ถูกนำไปสร้างเป็นภาพบนจอโทรทัศน์ต่อไป และสามารถบันทึกภาพจากหน้าจอโทรทัศน์ได้เลย





คลิปแสดงถึงส่วนประกอบต่างๆ ของเครื่อง SEM และการนำเครื่อง SEM ไปใช้ศึกษาในเรื่องต่างๆ


รูป แสดงพื้นผิวที่ได้จากการวิเคราะห์ด้วยเครื่อง SEM

วันจันทร์ที่ 7 ธันวาคม พ.ศ. 2552

ลักษณะของอะตอม


การเกิด nanoshell โครงสร้างเปลือกของไดอะตอมประกอบด้วยช่องระดับนาโนเมตรที่ประกอบขึ้นจาก อะตอมของซิลิกาที่มีเส้นผ่านศูนย์กลางอนุภาคประมาณ 10 นาโนเมตร และมีขนาดโครงสร้างประมาณ 100 นาโนเมตร ถึง 1 ไมโครเมตร โครงสร้างเหล่านี้ มีลักษณะทั้งส่วนที่ เป็นสันนูน และ ส่วนที่เป็นรูพรุน ไดอะตอมมีมากมายหลายขนาด ตั้งแต่ขนาดเล็กกว่า 1 ไมโครเมตรไปจนถึง ขนาดใหญ่กว่า 100 ไมโครเมตร ซึ่งแต่ละสายพันธุ์จะมีลักษณะโครงสร้าง และลวดลาย ที่แตกต่างกัน


การสังเคราะห์


nanoshell (เปลือกนาโน) มีลักษณะเป็นอนุภาคทรงกลม ที่มีเปลือกนอกเป็นชั้นทองคำ ห่อหุ้มแกนกลางที่เป็นสารไดอิเล็กทริก (dielectric) เช่น ซิลิคอนไดออกไซด์ (SiO2) ซึ่งจะทำให้สมบัติเชิงแสงของอนุภาคนาโนดังกล่าวเปลี่ยนแปลงไปจากเดิมอย่างสิ้นเชิง คือสามารถดูดกลืนคลื่นในช่วงใกล้อินฟราเรด (near infra-red) แทนที่จะดูดกลืนคลื่นในช่วงแสงที่มองเห็น ทำให้สามารถนำเปลือกนาโนไปพัฒนาเป็นวิธีการทำลายเซลล์มะเร็งโดยการใช้ความร้อนได้


การนำไปใช้


ทางการแพทย์

โดยที่เปลือกนาโนนี้จะทำหน้าที่เหมือนเปลือกนอกของยาแคปซูลที่เราพบเห็นโดยทั่วไป ภายในสามารถบรรจุตัวยาหรือแอนติบอดีได้ โดยที่อนุภาคภายในประกอบด้วยแกนที่ทำจากซิลิกาและมีเปลือกทำจากทอง การที่มีทองเป็นส่วนประกอบมีข้อดีคือ มีความเป็นพิษต่ำ ทำให้เปลือกนาโนสามารถนำความร้อนได้ดี ไวต่อการกระตุ้นด้วยแสงอินฟราเรดซึ่งใช้ในการรักษาโรคมะเร็งได้ดี



เป้าหมายในการนำเปลือกนาโนมาใช้ในการรักษามะเร็ง คือการนำเข้าสู่กระแสเลือดเพื่อเดินทางไปสู่เซลล์มะเร็งเป้าหมายด้วยตัวนำที่ติดอยู่ที่เปลือก เมื่อไปถึงเป้าหมาย แพทย์จะทำการฉายแสงอินฟราเรด ซึ่งแสงจะไปกระตุ้นให้เปลือกนาโนดูดกลืนแสงและเปลี่ยนรูปไปเป็นความร้อน ทำให้เซลล์มะเร็งมีอุณหภูมิที่สูงขึ้นจนถึง 55 องศาเซลเซียสและร้อนจนเกิดการแตกออกในที่สุด ซึ่งสามารถแสดงให้เห็นขนาด รูปร่างและตำแหน่งของเซลล์มะเร็งนั้นได้ นอกจากนี้หากบรรจุตัวยาไว้ภายในด้วย เมื่อเปลือกนาโนได้รับการกระตุ้นจากแสงอินฟราเรด จะทำให้เกิดการเปลี่ยนแปลงรูปร่างบนเปลือกและขับยาออกสู่เซลล์มะเร็งรอบๆ ได้ ปัจจุบันนักวิทยาศาสตร์ได้ทดลองใช้เปลือกนาโนในผู้ป่วยมะเร็งเต้านมและในหนูทดลอง พบว่าประสบความสำเร็จในระดับที่น่าพอใจ ข้อดีของเปลือกนาโนที่เหนือกว่าการใช้เคมีบำบัดคือ มีความเฉพาะเจาะจงต่อเซลล์มะเร็งมากกว่า นอกจากนี้การใส่ตัวพาบนผิวเปลือกทำให้ไม่เกิดการทำลายเซลล์ปรกติข้างเคียง ซึ่งหากใช้เคมีบำบัดแล้วจะทำลายทั้งเซลล์มะเร็งและเซลล์ปรกติ ส่งผลให้ผู้ป่วยได้รับผลจากอาการข้างเคียง คือ อ่อนเพลียและผมร่วง จะเห็นได้ว่าเปลือกนาโนเป็นอีกแนวทางที่น่าสนใจ