So sánh vật kính 100X/0.90 Dry và 100X/1.25 Oil

Vật kính 100X/0.90 Dry và 100X/1.25 Oil khác nhau như thế nào?

Trong kính hiển vi sinh học, vật kính 100X thường được sử dụng khi cần quan sát các cấu trúc nhỏ của tế bào, mô hoặc vi sinh vật. Tuy nhiên, không phải tất cả vật kính 100X đều giống nhau. hãy cùng So sánh vật kính 100X/0.90 Dry và 100X/1.25 Oil trong bài viết này.

Hai loại đáng chú ý là 100X/0.90 Dry và 100X/1.25 Oil.

Cả hai đều có độ phóng đại danh nghĩa 100X nhưng có NA khác nhau đáng kể. Vật kính 100X/0.90 Dry không cần dùng dầu soi, trong khi 100X/1.25 Oil sử dụng dầu soi có chiết suất cao hơn.

Sự khác biệt này ảnh hưởng trực tiếp đến độ phân giải, khả năng thu sáng, độ sâu trường ảnh (DOF), độ tương phản và khả năng quan sát các cấu trúc rất nhỏ trong tế bào.

Điều đáng chú ý là 100X/0.90 Dry không hề là một vật kính yếu. NA 0.90 đã rất cao đối với vật kính sử dụng trong môi trường không khí. Trong nhiều ứng dụng sinh học thông thường, vật kính này có thể tạo ra hình ảnh tế bào rất rõ và sắc nét mà không cần sử dụng dầu.

Vậy giữa hai loại, loại nào tốt hơn?

Câu trả lời phụ thuộc vào mục đích sử dụng.

Bảng so sánh 100X/0.90 Dry và 100X/1.25 Oil

Tiêu chí	100X/0.90 Dry	100X/1.25 Oil
Độ phóng đại	100X	100X
Numerical Aperture NA	0.90	1.25
Môi trường truyền qua	Không khí	Dầu soi
Độ phân giải lý thuyết với λ=550 nm	~0,37 µm	~0,27 µm
Khả năng thu sáng theo NA²	0,81	1,56
Chênh lệch thu sáng lý thuyết	1X	~1,93X
Độ sâu trường ảnh	Lớn hơn	Nhỏ hơn
Quan sát chi tiết rất nhỏ	Tốt	Tốt hơn
Quan sát tế bào	Rất tốt	Xuất sắc
Fluorescence	Tốt	Tốt hơn
Lấy nét	Dễ hơn	Khó hơn
Sử dụng dầu	Không	Có
Vệ sinh sau khi sử dụng	Không cần	Cần vệ sinh
Tốc độ thao tác	Nhanh	Chậm hơn
Độ phân giải tối đa	Tốt	Cao
Tính tiện dụng	Rất cao	Cao

NA là gì và tại sao NA quan trọng?

Để hiểu tại sao 100X/1.25 Oil có thể phân giải tốt hơn 100X/0.90 Dry, trước hết cần hiểu NA – Numerical Aperture, hay khẩu độ số.

Công thức cơ bản:

NA = n × sin(θ)

Trong đó:

• n là chiết suất của môi trường giữa mẫu và vật kính.
• θ là nửa góc thu nhận ánh sáng của vật kính.

Đối với vật kính Dry, môi trường giữa lam kính và vật kính chủ yếu là không khí, có chiết suất xấp xỉ 1.

Vì vậy, việc nâng NA lên rất cao bằng vật kính khô bị giới hạn bởi chiết suất của không khí.

Trong khi đó, dầu soi có chiết suất cao hơn không khí rất nhiều. Nhờ vậy, nhà sản xuất có thể thiết kế vật kính có NA vượt quá 1.

Ví dụ, Nikon hiện có vật kính 100X Oil NA 1.25 và các dòng vật kính khác với NA cao hơn.

Đây là lý do tại sao:

100X/0.90 Dry → NA cao nhưng vẫn là hệ thống khô

trong khi:

100X/1.25 Oil → NA cao hơn nhờ sử dụng dầu soi.

Xem thêm bài viết Khẩu Độ NA Là Gì? Ảnh Hưởng Độ Sắc Nét Của Kính Hiển Vi tại đây

Độ phân giải: 100X/1.25 Oil có thực sự tốt hơn?

Có.

Đây là ưu thế quan trọng nhất của vật kính 100X/1.25 Oil.

Độ phân giải có thể ước tính gần đúng bằng công thức Rayleigh:

d ≈ 0,61λ / NA

Trong đó λ là bước sóng ánh sáng.

Giả sử sử dụng ánh sáng xanh lục với bước sóng khoảng 550 nm.

100X/0.90 Dry

d ≈ 0,61 × 550 / 0,90

≈ 373 nm

hay khoảng:

0,37 µm

100X/1.25 Oil

d ≈ 0,61 × 550 / 1,25

≈ 268 nm

hay khoảng:

0,27 µm

Như vậy, xét theo phép tính đơn giản này:

100X/1.25 Oil có giới hạn phân giải tốt hơn khoảng 28% so với 100X/0.90 Dry. Nếu xét các vật kính cao cấp FL, Apo thì sự khác biệt này càng lớn, vì các vật kính 100x Apo NA có thể đạt tới 1.5

Đây là sự khác biệt có ý nghĩa về mặt quang học.

Tuy nhiên, cần hiểu đúng rằng độ phân giải tốt hơn 28% không có nghĩa hình ảnh nhìn bằng mắt sẽ đẹp hơn 28%.

Nếu mẫu vật có cấu trúc lớn, tương phản cao và được nhuộm tốt, sự khác biệt có thể không quá rõ.

Ngược lại, khi quan sát những cấu trúc rất nhỏ và nằm sát nhau, ưu thế của NA 1.25 sẽ thể hiện rõ hơn.

Xem thêm tại sao vật kính 100x lại dùng dầu soi tại đây

Khi nào sự khác biệt về độ phân giải dễ nhận thấy?

Giả sử bạn quan sát một tế bào có các cấu trúc kích thước vài micromet.

Với những cấu trúc lớn, cả:

100X/0.90 Dry

và

100X/1.25 Oil

đều có thể cho hình ảnh rất tốt.

Nhưng khi khoảng cách giữa hai chi tiết giảm xuống vùng dưới micromet, vật kính 1.25 Oil bắt đầu có lợi thế.

Ví dụ đơn giản:

100X/0.90 Dry:

Hai cấu trúc rất gần nhau có thể bị hòa thành một vùng sáng hoặc tối.

100X/1.25 Oil:

Khả năng tách hai cấu trúc thành hai chi tiết riêng biệt tốt hơn.

Đây chính là ý nghĩa thực sự của độ phân giải.

Nó không phải là:

“Hình ảnh được phóng đại hơn.”

Mà là:

Có thể phân biệt được hai chi tiết nằm gần nhau hay không.

Độ sáng: 100X/1.25 Oil có lợi thế đáng kể

Một lợi ích khác của NA cao là khả năng thu nhận ánh sáng.

Nếu dùng NA² như một chỉ số gần đúng cho khả năng thu sáng:

100X/0.90 Dry

0,90² = 0,81

100X/1.25 Oil

1,25² = 1,5625

Tỷ lệ:

1,5625 / 0,81 ≈ 1,93

Về mặt lý thuyết, vật kính NA 1.25 có khả năng thu nhận ánh sáng cao hơn gần 1,93 lần so với NA 0.90 nếu các yếu tố khác giống nhau.

Tuy nhiên, đây không phải tuyên bố rằng hình ảnh 1.25 Oil chắc chắn sáng gần gấp đôi.

Độ sáng thực tế còn phụ thuộc:

• Thiết kế vật kính;
• Độ truyền sáng;
• Coating;
• Condenser;
• Nguồn sáng;
• Khẩu độ condenser;
• Chất lượng tiêu bản;
• Camera;
• Thời gian phơi sáng;
• Chế độ quan sát.

Vì vậy, NA² nên được xem là cách so sánh tiềm năng thu sáng, không phải phép đo trực tiếp độ sáng của ảnh.

Tại sao độ sáng quan trọng khi quan sát tế bào?

Với tế bào có độ tương phản cao, sự khác biệt về thu sáng đôi khi không quá quan trọng.

Nhưng khi mẫu có tín hiệu yếu, lợi thế của NA cao trở nên đáng giá.

Ví dụ:

• Tế bào ít nhuộm;
• Cấu trúc có tương phản thấp;
• Mẫu fluorescence;
• Các cấu trúc nhỏ;
• Hình ảnh cần exposure ngắn.

Trong những trường hợp này, 100X/1.25 Oil có thể cho tín hiệu mạnh hơn và giúp hệ thống ghi nhận nhiều thông tin hơn.

DOF – độ sâu trường ảnh: 100X/0.90 Dry lại có ưu điểm

Đây là điểm rất thú vị.

Nhiều người chỉ nghĩ:

NA càng cao = càng tốt.

Không hoàn toàn.

Khi NA tăng, độ sâu trường ảnh thường giảm.

Nói đơn giản:

NA cao → vùng nét mỏng hơn.

NA thấp hơn → vùng nét rộng hơn.

Do đó, 100X/0.90 Dry thường dễ quan sát hơn trong những trường hợp mà mẫu có độ dày hoặc cấu trúc nằm ở nhiều mặt phẳng khác nhau.

Vật kính 100X/0.90 Dry dễ lấy nét hơn như thế nào?

Với vật kính 100X/0.90 Dry:

Bạn có một vùng nét tương đối rộng.

Khi điều chỉnh núm focus một chút, hình ảnh vẫn có thể giữ được độ rõ chấp nhận được.

Trong khi đó, với 100X/1.25 Oil:

Vùng nét mỏng hơn.

Chỉ cần thay đổi focus một lượng nhỏ, một lớp của tế bào có thể rõ lên trong khi lớp khác bắt đầu mờ.

Điều này không hoàn toàn là nhược điểm.

Trong nghiên cứu tế bào, khả năng kiểm soát mặt phẳng lấy nét rất mỏng lại là một lợi thế.

Vì sao DOF thấp lại hữu ích trong nghiên cứu tế bào?

Giả sử một tế bào có nhiều cấu trúc nằm ở những độ cao khác nhau.

Với 100X/0.90 Dry, một số cấu trúc ở các lớp khác nhau có thể cùng nằm trong vùng tương đối rõ.

Với 100X/1.25 Oil, vùng nét mỏng hơn giúp người quan sát có thể tập trung vào từng mặt phẳng.

Điều này đặc biệt hữu ích khi:

• Phân tích cấu trúc tế bào;
• Quan sát fluorescence;
• Imaging;
• Nghiên cứu mô;
• Quan sát các cấu trúc nằm theo trục Z.

Vì vậy:

DOF lớn không phải lúc nào cũng tốt hơn.

Nó phụ thuộc vào mục đích quan sát.

Hình ảnh tế bào: 100X/0.90 Dry có đẹp không?

Câu trả lời là có.

Đây là điều rất quan trọng.

Không nên nghĩ:

100X Dry = hình ảnh trung bình

và:

100X Oil = hình ảnh đẹp.

Thực tế hoàn toàn không đơn giản như vậy.

Một vật kính 100X/0.90 Dry chất lượng tốt, kết hợp với:

• Kính hiển vi tốt;
• Condenser phù hợp;
• Chiếu sáng Köhler;
• Tiêu bản tốt;
• Cover glass đúng;
• Camera phù hợp;

có thể tạo ra hình ảnh tế bào rất sắc nét.

Hình ảnh tế bào với vật kính 100X/1.25 Oil

Với vật kính 100X/1.25 Oil, ưu thế thường thể hiện ở:

• Chi tiết nhỏ;
• Đường biên cấu trúc;
• Khả năng tách hai chi tiết gần nhau;
• Khả năng thu tín hiệu;
• Cấu trúc có độ tương phản thấp;
• Khả năng phân giải theo chiều sâu.

Nikon công bố một số vật kính Plan Achromat 100X Oil NA 1.25 có độ sâu lấy nét vật lý khoảng 0,27 µm, cho thấy đây là hệ thống có vùng nét rất mỏng.

Do đó, hình ảnh có thể rất sắc nét tại đúng mặt phẳng focus.

Nhưng nếu tiêu bản hoặc hệ thống quang học không được thiết lập tốt, ưu thế của vật kính NA cao có thể không được khai thác hết.

Ví dụ thực tế: quan sát hồng cầu

Hồng cầu có kích thước khoảng vài micromet, lớn hơn nhiều so với giới hạn phân giải của cả hai vật kính.

Nếu mục tiêu chỉ là:

• Quan sát hình thái;
• Đánh giá kích thước;
• Xem sự phân bố;
• Quan sát vùng trung tâm;

thì 100X/0.90 Dry đã hoàn toàn có khả năng đáp ứng tốt.

Chuyển sang 100X/1.25 Oil vẫn có thể cho hình ảnh tốt hơn, nhưng sự khác biệt đối với mắt người có thể không quá lớn.

Đây là lý do không nên mặc định:

“Quan sát tế bào thì nhất thiết phải dùng vật kính 100X Oil.”

Không đúng.

Khi nào 100X/1.25 Oil đáng giá hơn?

Vật kính 100X/1.25 Oil trở nên đáng giá khi bạn thực sự cần:

Độ phân giải cao

Khi các cấu trúc cần phân biệt có kích thước rất nhỏ.

Thu sáng cao

Khi tín hiệu của mẫu yếu.

Fluorescence

Khi cần thu càng nhiều photon từ mẫu càng tốt.

Phân tích hình ảnh

Khi cần dữ liệu hình ảnh chi tiết hơn thay vì chỉ quan sát bằng mắt.

Nghiên cứu chuyên sâu

Khi giới hạn quang học của 0.90 bắt đầu ảnh hưởng đến kết quả.

Trong những trường hợp này, dầu soi không còn là một sự bất tiện đơn thuần mà là một phần quan trọng của hệ thống quang học.

Khi nào 100X/0.90 Dry lại là lựa chọn thông minh hơn?

Nếu công việc chủ yếu là:

• Kiểm tra tiêu bản bình thường
• Quan sát tế bào;
• Mô học;
• Giáo dục;
• Phòng thí nghiệm cần thao tác nhanh;
• Kiểm tra nhiều mẫu;
• Không cần độ phân giải tối đa;

thì 100X/0.90 Dry có một lợi thế rất lớn:

sự tiện dụng.

Bạn không phải:

1. Nhỏ dầu.
2. Điều chỉnh lượng dầu.
3. Quan sát.
4. Lau dầu.
5. Vệ sinh vật kính.
6. Kiểm tra lại bề mặt vật kính.

Điều này đặc biệt quan trọng nếu mỗi ngày phải kiểm tra nhiều tiêu bản.

Chất lượng vật kính quan trọng không kém NA

Đây là vấn đề thường bị bỏ qua khi so sánh vật kính.

Không nên chỉ nhìn:

NA 0.90 < NA 1.25

rồi kết luận:

1.25 chắc chắn cho hình ảnh đẹp hơn rất nhiều.

Một vật kính còn phụ thuộc vào:

• Achromat;
• Plan Achromat;
• Fluor;
• Plan Fluor;
• APO
• Coating;
• Thiết kế quang học…

Vì vậy:

100X/0.90 Dry cao cấp

có thể cho hình ảnh thực tế tốt hơn:

100X/1.25 Oil giá rẻ, chất lượng quang học thấp

Cover glass cũng ảnh hưởng rất lớn

Vật kính sinh học thường được thiết kế để làm việc với một độ dày cover glass nhất định.

Một ví dụ điển hình là 0,17 mm. Nikon công bố vật kính Plan Achromat 100X Oil NA 1.25 với cover glass 0,17 mm.

Nếu sử dụng sai cover glass, đặc biệt với vật kính NA cao, quang sai có thể tăng lên và làm giảm chất lượng hình ảnh.

Do đó, một vật kính 1.25 Oil tốt nhưng dùng với tiêu bản không phù hợp chưa chắc cho hình ảnh tốt như kỳ vọng.

Xem bài viết có cần đặt lamen lên lam kính không tại đây

Tụ quang cũng quyết định khả năng khai thác vật kính

Đây là một trong những yếu tố quan trọng nhất khi sử dụng vật kính 100X.

Ví dụ:

100X/0.90 Dry + condenser NA 1.25

là một cấu hình rất hợp lý.

Condenser có khả năng cung cấp chùm sáng với NA cao hơn NA của vật kính, giúp hệ thống có điều kiện khai thác tốt khả năng của vật kính.

Ngược lại, nếu sử dụng:

100X/0.90 + condenser NA thấp

thì toàn hệ thống có thể không tận dụng được hết ưu thế của vật kính.

Vì vậy, đánh giá vật kính phải đặt trong toàn bộ hệ thống:

Nguồn sáng → condenser → tiêu bản → objective → tube optics → camera/mắt quan sát.

100X/0.90 Dry có phải “gần bằng” 100X/1.25 Oil?

Câu trả lời chính xác là:

Trong một số ứng dụng: khá gần.

Về giới hạn quang học: không bằng.

Đây là hai nhận định hoàn toàn có thể cùng đúng.

Nếu bạn quan sát một tế bào có cấu trúc lớn và tương phản cao, hai vật kính có thể đều cho hình ảnh rất đẹp.

Nhưng nếu cần phân giải các cấu trúc cực nhỏ, 1.25 Oil sẽ có lợi thế.

Có thể hình dung:

100X/0.90 Dry

→ “Đủ mạnh cho phần lớn công việc thường quy.”

100X/1.25 Oil

→ “Tối ưu hơn khi cần khai thác giới hạn độ phân giải của kính hiển vi.”

Vậy nên chọn 100X/0.90 Dry hay 100X/1.25 Oil?

Chọn 100X/0.90 Dry nếu:

• Bạn quan sát tế bào thường xuyên.
• Chủ yếu làm brightfield.
• Muốn thao tác nhanh.
• Không muốn sử dụng dầu.
• Phải kiểm tra nhiều tiêu bản.
• Ưu tiên dễ sử dụng.
• Không cần độ phân giải tối đa.
• Lưu ý giá thành rất cao, khó tìm

Chọn 100X/1.25 Oil nếu:

• Bạn cần độ phân giải cao hơn.
• Cần quan sát cấu trúc rất nhỏ.
• Làm fluorescence.
• Cần thu tín hiệu yếu.
• Làm nghiên cứu tế bào chuyên sâu.
• Cần khai thác tối đa hệ thống quang học.
• Giá rẻ, dễ tìm nếu hư hỏng

Kết luận: 100X/0.90 Dry không hề “thua xa” 100X/1.25 Oil

Nếu chỉ nhìn thông số:

NA 0.90 vs NA 1.25

người dùng có thể nghĩ rằng 1.25 Oil vượt trội hoàn toàn.

Nhưng thực tế phức tạp hơn.

Về độ phân giải lý thuyết ở bước sóng 550 nm:

 NA 0.90 → ~0,37 µm

NA 1.25 → ~0,27 µm

Tức NA 1.25 Oil có độ phân giải tốt hơn khoảng 28% về giới hạn phân giải theo công thức đơn giản.

Về khả năng thu sáng theo NA²:

1.25 Oil có lợi thế khoảng 1,93 lần về mặt chỉ số lý thuyết.

Nhưng đổi lại:

• DOF nhỏ hơn;
• Lấy nét khó hơn;
• Phải dùng dầu;
• Phải vệ sinh vật kính;
• Yêu cầu tiêu bản tốt;
• Yêu cầu hệ thống quang học được căn chỉnh tốt.

Trong khi đó, 100X/0.90 Dry có thể cung cấp hình ảnh tế bào rất đẹp, độ phân giải cao và đặc biệt tiện dụng.

Kết luận ngắn gọn

100X/0.90 Dry: lựa chọn rất tốt cho sinh học và quan sát tế bào thường quy.

100X/1.25 Oil: lựa chọn tốt hơn khi cần độ phân giải, khả năng thu sáng và khả năng phân tích cấu trúc nhỏ ở mức cao.

Nếu chỉ để quan sát tế bào thông thường, không nhất thiết phải mua 100X Oil. Một vật kính 100X/0.90 Dry chất lượng cao + condenser NA 1.25 + chiếu sáng Köhler chuẩn có thể đáp ứng rất tốt.

Ngược lại, nếu mục tiêu là nghiên cứu chuyên sâu, fluorescence hoặc cần phân biệt các cấu trúc rất nhỏ, 100X/1.25 Oil là lựa chọn đáng ưu tiên.

Quan trọng nhất: đừng đánh giá vật kính chỉ bằng NA. Chất lượng thiết kế quang học, Plan/Fluor/APO, cover glass, condenser, chiếu sáng và chất lượng tiêu bản đều quyết định hình ảnh cuối cùng.

Bài viết này được thực hiện bởi Kỹ sư của Hnmicro, vui lòng không copy dưới mọi hình thức, nếu có thắc mắc về bài viết hoặc bất kỳ sản phẩm nào trên web vui lòng liên hệ hotline 0969.056.234