Trong bài viết sau, chúng ta sẽ cùng tìm hiểu kính hiển vi điện tử (SEM) tuyệt vời như thế nào trong việc nghiên cứu các vật thể có hình thái và kích thước cực kỳ nhỏ (PSD) tương đương nano.

 

Tầm quan trọng của hình thái học và phân tích PSD trong sợi nano

Sợi nano luôn được các nhà khoa quan tâm vì những ứng dụng khác nhau, chẳng hạn như màng ngăn và bộ lọc. Trong các ứng dụng y - sinh học, sợi nano đã được sử dụng trong hệ thống phân phối thuốc, giá đỡ trong chữa lành và truyền chất để nuôi cấy tế bào và cố định enzyme cho thực vật.

Cấu trúc bên trong của sợi nano khiến chúng rất phù hợp để làm vật liệu hỗ trợ trong liệu pháp tế bào, đây là phương pháp điều trị hiệu quả để chữa các bệnh khác nhau, bao gồm khiếm khuyết giác mạc và vết thương mãn tính. Tương tự, các khung sợi nano còn hỗ trợ các tế bào đã được gieo mầm trong nghiên cứu, trước khi cấy ghép in-vivo (tên của một loại thí nghiệm chuyên ngành sinh học) và được sử dụng làm chất mang nuôi cấy tế bào.

Những tiêu chuẩn cần đảm bảo của sợi nano bao gồm độ xốp, độ thấm, khả năng tương thích sinh học được kiểm soát và các đặc tính cơ học phù hợp có thể so sánh với mô tự nhiên. Ngoài ra, hình thái của nano đóng một vai trò quan trọng trong các ứng dụng y sinh như cấy ghép tế bào gốc.

Những thuộc tính của nano như diện tích bề mặt, kích thước và thể tích của sâu bên trong cấu trúc đều ảnh hưởng đáng kể đến sự phát triển, tăng sinh và bám dính của tế bào. Hơn nữa, việc giải phóng các hoạt chất sinh học kết hợp bị ảnh hưởng bởi cấu trúc bên trong của sợi nano cũng rất phải chú trọng. Các yếu tố này làm tăng tầm quan trọng của hình thái và phân tích PSD của sợi nano.

 

Ứng dụng SEM vào nghiên cứu và phân tích PSD

Hiện nay, các phương pháp soi vật như SEM được sử dụng rộng rãi để mô tả đặc tính cấu trúc và hình thái của một số vật thể, bao gồm cả sợi nano, vì chúng cho phép chúng ta phóng đại trực tiếp các cấu trúc nano để quan sát.

Do đó, hình ảnh thu được bởi SEM cung cấp đều là những thông tin quan trọng cần thiết, thông số được ghi nhận đem đi so sánh với cấu trúc cục bộ tiêu chuẩn của mẫu sợi nano, đây là một điều tuyệt vời mà kính hiển vi SEM đã đem lại cho chúng ta, như là một phương pháp không thể thiếu đối với các nhà khoa học...

Hơn nữa, SEM còn được sử dụng để kiểm tra các thí nghiệm y sinh trong ống nghiệm vì nó có thể mô tả quá trình nuôi cấy tế bào trên một số chất nền tổng hợp. Tuy nhiên, không thể thực hiện so sánh định lượng giữa các vật liệu sợi nano khác nhau bằng các kỹ thuật hình ảnh như SEM vì những kỹ thuật này không cung cấp các giá trị xác định.

Chính vì thế, SEM chỉ có thể được sử dụng để nghiên cứu các đặc tính cơ bản của sợi nano đã được chuẩn bị theo mẫu hoàn chỉnh từ trước, những mẫu này phải tuân thủ theo nguyên tắc chuẩn bị mẫu, chẳng hạn như đường kính sợi phải dài bao nhiêu... Ngoài ra, phương pháp này có thể bộc lộ sự không đồng nhất trong các cấu trúc sợi nano xuất hiện trong quá trình quay điện dưới độ dẫn điện của dung dịch quay điện và nồng độ polymer cụ thể.

Phải khẳng định lại là ứng dụng của SEM rất quan trọng để nghiên cứu các vật liệu sợi nano có cấu trúc tiên tiến, chẳng hạn như cấu trúc lõi-vỏ thu được bằng phương pháp quay điện đồng trục. SEM đã được sử dụng để đánh giá ảnh hưởng của các điều kiện quay điện đến sự hình thành cấu trúc cuộn dây nano.

SEM cũng là một phương pháp thiết yếu để đánh giá điều hướng của sợi nano, phương pháp này ảnh hưởng đến tính chất cơ học của sợi nano, không thể thiếu trong các ứng dụng sinh học.

Trong một nghiên cứu được công bố trên Tạp chí Vật liệu nano, các nhà khoa học đã sử dụng phương pháp SEM để xác định đường kính sợi và xác định tính không đồng nhất trong cấu trúc sợi nano. Các sợi nano được sử dụng trong nghiên cứu này được điều chế từ polyamit, gelatin, poly(ε-caprolactone) và polylactide bằng kỹ thuật quay điện không cần kim.

Giá trị trung bình của 30 phép đo trên ảnh SEM được sử dụng để xác định đường kính sợi ở độ phóng đại 5000x. Các sợi mỏng nhất thu được từ gelatin có giá trị trung bình là 110 nm.

Tính không đồng nhất đã được xác định trong các sợi nano được điều chế từ polylactide và poly(ε-caprolactone) trong điều kiện quay điện ban đầu. Trong cả hai trường hợp, việc tối ưu hóa các điều kiện/quy trình quay điện đã giúp ngăn chặn việc tạo ra sự không đồng nhất và tạo điều kiện thuận lợi cho việc hình thành các cấu trúc đồng nhất.

Ngoài ra, phân tích SEM cũng cho thấy sự không đồng nhất trong cấu trúc có thể tác động đáng kể đến hoạt động của vật liệu sợi nano trong các ứng dụng y học, chẳng hạn như giải phóng thuốc và nuôi cấy tế bào.

Tóm lại, việc ứng dụng kính hiển vi điện tử SEM đã trở nên quan trọng trong việc quan sát các cấu trúc sợi nano, đặc biệt là trong các ứng dụng y sinh học. Trong tương lai, nhu cầu sử dụng sợi nano ngày càng tăng trong các ứng dụng khác nhau, điều này làm tăng thêm tầm quan trọng của phương pháp soi vật SEM do sự cần thiết trong tiếp cận phức tạp các đặc tính, cấu trúc và hình thái của vật liệu sợi nano.