Nghiên cứu công nghệ chế tạo kìm quang học, ứng dụng để nghiên cứu các hạt kích thước nano mét

Năm 2015, PGS. TS. Nguyễn Huy Bằng, Trưởng Khoa Vật lí và Công nghệ, và các cộng sự thuộc Đại học Vinh (Bộ Giáo dục và Đào tạo) đã xây dựng thành công hệ kìm quang học đầu tiên ở Việt Nam. Đây là hệ kìm quang học, một chùm tia rất hiện đại có thể áp dụng cho nghiên cứu các đối tượng y sinh học (như tế bào, vi khuẩn, các ADN) nhờ được phát triển tích hợp thêm mô-đun galvo và mô-đun huỳnh quang.
 

Hệ kìm quang học gồm các bộ phận chính như sau:
Laser: dùng để bẫy (giữ) các hạt thông qua hệ vật kính tạo gradient cường độ sáng. Các vi hạt nằm trong miền không gian của chùm sáng phân bố dạng gradient cường độ sẽ chịu tác động của quang lực. Thông thường laser được sử dụng là Nd: YAG với bước sóng cỡ 1.064 nm hoặc laser bán dẫn bước sóng trong lân cận miền 1.000 nm. Đây là miền bước sóng trong suốt đối với nhiều mẫu sinh học. Nhờ đó mà các mẫu sinh học không hấp thụ hoặc hấp thụ rất yếu nên chúng không bị phá hỏng.

Hệ mở rộng chùm tia: Hệ quang học có khả năng mở rộng chùm tia có tác dụng tăng kích thước chùm tia laser trước khi vào vật kính để tạo gradient cường độ sáng một cách tối đa trong miền chứa mẫu cần bẫy. Điều quan trọng cần lưu ý trong quá trình thiết kế kìm quang học là lựa chọn vật kính phù hợp. Một kìm quang học làm việc ổn định cần có lực gradient đáng kể. Lực này phải lớn hơn nhiều so với lực tán xạ. Lực gradient phụ thuộc nhiều vào khẩu độ số NA của vật kính. Tính toán chi tiết cho thấy vật kính vật phù hợp nhất cho kìm quang học thường có khẩu độ số nằm trong khoảng từ 1,2 đến 1,4.

Giá đỡ mẫu: được dùng để kẹp và điều chỉnh tiêu bản mẫu (chỉnh thô và vi chỉnh) theo ba chiều X, Y, Z. Để điều chỉnh thô ta vặn các núm theo kí hiệu trên giá đỡ, tiếp đó là vi chỉnh. Chúng ta có thể vi chỉnh bản mẫu bằng cách vặn núm vi chỉnh có trên bản mẫu (dịch chuyển cỡ mm) và vi chỉnh bằng điện áp (dịch chuyển cỡ μm) bằng các khối điều khiển điện áp theo các trục X, Y, Z tương ứng.

Thiết bị dò vị trí hạt: được thiết kế dựa trên photodiode quadrant (bốn mắt). Nhờ photodiode này mà chúng ta ghi nhận được vết của hạt trên mặt mẫu. Việc quan sát mặt phẳng mẫu được thực hiện nhờ một nguồn sáng khác. Chùm sáng này cùng chung đường truyền chùm laser bẫy. Bằng các bản lưỡng sắc nguồn sáng này sau khi đi qua mẫu sẽ được hội tụ vào camera CCD. Nhờ hệ thống này mà hạt luôn luôn được theo dõi và quan sát trên máy tính.
 

Hệ thiết bị này có kinh phí giảm khoảng 50% so với mua trọn bộ trên thị trường. Đặc biệt, vấn đề quan trọng là việc lắp ráp và xây dựng thiết bị cho phép nâng cấp hoặc mở rộng cho các mục đích nghiên cứu khác nhau trong khi các các kìm quang học có bán trên thị trường rất khó đáp ứng được.