Các chuyên gia thuộc Viện Vật lý ứng dụng và thiết bị khoa học đã chế tạo thành công kính hiển vi quét đầu dò (Scanning Probe Microscope - SPM). Đây là một trong những loại thiết bị tiên tiến nhất trên thế giới hiện nay, có nhiều ứng dụng, đặc biệt là trong công nghệ nano và sinh học phân tử.

Từ máy STM

GS, TSKH Trần Xuân Hoài, Viện trưởng Viện Vật lý ứng dụng và thiết bị khoa học, chủ trì đề tài nghiên cứu chế tạo này, cho biết SPM là tên gọi chung cho một họ kính hiển vi mới được các nhà vật lý trên thế giới phát minh trong thời gian gần đây (mỗi loại SPM được sử dụng cho một mục đích nhất đích, tạo thành một họ). Họ kính này dùng nguyên lý quét một mũi dò có kích cỡ nguyên tử trên bề mặt mẫu vật để hiển thị hình ảnh của mẫu. Hình ảnh với hệ số phóng đại lớn sẽ được hiển thị trên màn hình máy tính ở dạng một chiều, hai chiều hoặc ba chiều. Tại phòng thí nghiệm, phải căng mắt lắm mới có thể nhìn thấy lờ mờ một số đầu dò tí hon nằm trên một miếng kim loại có kích cỡ vài milimet vuông.

Kính hiển vi quang học không thể phóng đại các mẫu vật có kích thước tí hon nhỏ hơn 1 phần triệu met, chẳng hạn như virút và phân tử. Kính hiển vi điện tử, sử dụng chùm electron, có thể khắc phục những nhược điểm của hiển vi quang học song rất ''khó tính'', cồng kềnh và cũng rất đắt tiền. Mọi mẫu vật đều phải được đặt trong điều kiện chân không, chẳng hạn muốn nhìn ảnh virus thì trước tiên phải làm chết virus, sấy khô rồi phủ lên virus một loại màng để dễ dàng hiện được ảnh. Do vậy, với kính hiển vi điện tử con người chỉ nhìn thấy hình ảnh của mẫu vật “không còn nguyên dạng” mà thôi. Còn kính hiển vi quét đầu dò phóng đại mẫu vật trong môi trường không khí mà không cần xử lý trước như phủ, mạ...

Theo ông Hoài, tiền thân của SPM chính là kính kính hiển vi STM (Scanning Tuneling Microscope ) mà các cán bộ khoa học của Viện hợp tác với các nhà khoa học Đức chế tạo năm 2000 nhằm mục đích học tập cũng như nghiên cứu. Nguyên lý của Máy STM này do hai nhà khoa học Đức Binnig và Rohrer phát minh năm 1981 và đoạt giải Nobel năm 1986. Tuy nhiên, STM chỉ hữu ích đối với các nhà nghiên cứu vật lý cơ bản và chỉ phóng đại được mẫu vật là chất dẫn điện. Chính vì lý do này mà các nhà khoa học thế giới phát triển họ kính hiển vi quét đầu dò (SPM), có phạm vi ứng dụng rộng lớn hơn, dựa trên nguyên lý của STM. Kỹ thuật SPM là một trong những công cụ mới và mạnh nhất giúp con người nhìn và xử lý mẫu vật ở kích thước nano (1 nano bằng một phần tỷ của một mét).

Bắt đầu từ thập kỷ 90, các công ty lớn như VEECO,SEIKO, JEOL... đã cho ra các sản phẩm SPM thương mại. Từ năm 2000 tới nay, các phòng thí nghiệm tiếp tục phát triển họ các SPM mới, ứng dụng cho công nghệ nano, sinh học phân tử. Tuy nhiên, giá thành của SPM thường quá cao, từ hàng trăm ngàn tới hàng triệu đôla/thiết bị, không phải phòng thí nghiệm nào cũng mua được, nhất là đối với các nước nghèo như Việt Nam. Ngoài ra, thiết bị nhanh chóng lạc hậu và người dùng không thể can thiệp để nâng cấp do nó là hệ kín, được bảo hộ bản quyền.Tuy nhiên, nếu không có những công cụ như vậy thì khó có thể phát triển công nghệ nano và sinh học phân tử. Đón đầu nhu cầu trang bị SPM cho các phòng thí nghiệm ở Việt Nam, cuối năm 2001 Bộ Khoa học công nghệ đã ký hợp đồng đặt hàng với Viện để nghiên cứu chế tạo SPM trong khuôn khổ các đề tài trọng điểm cấp nhà nước.

Tới việc làm chủ công nghệ SPM

Thế là từ năm 2002, các nhà khoa học do TSKH Trần Xuân Hoài đứng đầu bắt tay vào chế tạo kính hiển vi quét đầu dò, dựa trên kinh nghiệm chế tạo máy STM mà họ đã làm năm 2000. Để thực hiện đề tài cấp nhà nước này, nhóm đã phát triển nhiều loại công nghệ cao như đo lường tín hiệu cực nhỏ, dịch chuyển và định vị các khoảng cách cỡ một phần tỷ met, kỹ thuật chính xác quang học v.v... Vì nhiều công nghệ này chưa từng có ở Việt Nam nên nhóm vừa nghiên cứu vừa đào tạo cán bộ.

Âm thầm vượt qua nhiều khó khăn, cuối cùng họ đã làm chủ được công nghệ, cho ra đời máy SPM sau 24 tháng. Đây là một tổ hợp kính hiển vi lực nguyên tử AFM và kính hiển vi dòng điện ngầm STM, phù hợp với điều kiện Việt Nam. Đặc tính của SPM này là giúp con người dễ dàng quan sát mẫu vật với độ phóng đại cao trong môi trường bình thường, kể cả mẫu dẫn điện và không dẫn điện. Hình ảnh bề mặt được quan sát với độ phóng đại từ hàng ngàn cho tới vài triệu lần đối với mọi chất liệu như kim loại, bán dẫn, sứ, hữu cơ, đại phân tử và sinh học...

Có thể nói sản phẩm SPM dùng trong công nghệ nano và phân tử sinh học này là thiết bị thí nghiệm cao cấp, rất đắt tiền, lần đầu tiên được chế tạo tại Việt Nam, với giá thành chỉ bằng một phần nhỏ thiết bị ngoại nhập cùng loại. Hôm 4/3/2005, Hội đồng nghiệm thu cấp nhà nước đã đánh giá thành công này sẽ làm cơ sở cho sự phát triển các ngành khoa học then chốt của nước ta. GS.TSKH Vũ Đình Cự, Chủ tịch Hội đồng nghiệm thu cấp nhà nước, nhận xét: ''Chúng tôi rất phấn khởi vì chúng ta có những chuyên gia làm được những việc như thế này. Nếu như các chuyên gia chỉ thích có nhiều tiền thì họ không làm tỉ mỉ những cái máy tinh vi như thế. Đây là thiết bị của thế kỷ 21 và là thành công đáng nhớ trong nền khoa học công nghệ Việt Nam''.

Hiện các máy SPM nói trên đang được đưa vào sử dụng ở phòng thí nghiệm, chẳng hạn đã chụp được hình ảnh của một số mẫu virus gây bệnh trên cây trồng tại Viện công nghệ sinh học. Ông Hoài cho biết do đã làm chủ được bí quyết chế tạo SPM nên Viện có điều kiện chế tạo các kính hiển vi quét đầu dò rẻ tiền dành cho nhiều đối tượng, có thể cả sinh viên cũng có điều kiện tiếp cận. Hiện ở Việt Nam chỉ có một máy SPM duy nhất mua của Mỹ. Do đắt tiền quá nên sinh viên không có cơ hội trực tiếp sử dụng mặc dù họ cần phải biết hình dạng con virus ra sao, cấu trúc vật liệu như thế nào. Ông cũng hy vọng từ công nghệ này có thể chế tạo máy siêu âm dùng trong y tế ở Việt Nam.

V.A. (Theo VietnamNet, 11/03/2005)