La microscopía electrónica de células líquidas es una técnica poderosa para investigar nano características en C2 en medios líquidos a alta resolución y proporciona información única y en tiempo real sobre procesos dinámicos a escala nanométrica. La célula líquida micropocillos soportada por el grafeno combina las ventajas de las arquitecturas celulares basadas en la tecnología de grafeno y silicio. Permite la correlación con métodos analíticos, como la espectroscopia EDX, a la vista.
La técnica nos permite seguir directamente los procesos de un material en líquidos, mientras ocurren. Esta observación in situ es el núcleo de nuestro grupo de formación en investigación. Microscopía in situ con electrones, rayos X y sondas de escaneo financiadas por la Fundación Alemana de Investigación.
Demostrando el procedimiento será Diplom-Chemist, Robert Branscheid, un miembro del personal de mi laboratorio. Para comenzar, transfiera el grafeno a las rejillas TEM, primero humedeciendo el tejido que soporta las seis a ocho capas de grafeno CVD en PMMA. Tenga cuidado de que el agua no se aplique directamente a la membrana PMMA.
Sumerja completamente el grafeno recubierto de PMMA en un plato de Petri lleno de agua DI, y luego use papel de filtro para recoger la capa de grafeno. Tenga cuidado de que el lado del grafeno de la pila de PMMA de grafeno se mantenga en la parte superior durante todo el procedimiento. Corte la capa de grafeno en trozos lo suficientemente grandes como para cubrir todos los pozos fabricados.
Luego, vuelva a sumergir las piezas cortadas en el plato de Petri. A continuación, utilizando un par de pinzas anti-capilares, recoger una rejilla TEM recubierto con una capa de soporte de carbono agujero. Sumerja cuidadosamente la rejilla en el agua, y coja el grafeno flotando en la superficie.
Deje que las sábanas se sequen durante unas horas. A continuación, retire la capa de protección contra PMMA transfiriéndola a un baño de acetona durante 30 minutos. Después del baño de acetona, sumerja inmediatamente la muestra en etanol y agua DI sin secar la muestra entre soluciones.
Utilice un recipiente plano para retirar fácilmente la muestra después. Cuando haya terminado, retire la muestra del agua DI y séquela después durante 30 minutos en condiciones ambientales. Cree una plantilla de celda líquida líquida con micropocillos micro-patrones siguiendo el protocolo de texto.
Enjuague la plantilla de celda líquida fabricada con acetona, seguida de etanol. A continuación, aplicar un plasma ambiente 20%oxígeno, 80%nitrógeno durante cinco minutos para mejorar la humectabilidad de la membrana. Dispensar 0,5 microlitros de la solución de muestra en la plantilla o en la capa de grafeno.
Asegurar un procedimiento de trabajo suave para minimizar los cambios en la concentración debido a la evaporación. A continuación, coloque la cuadrícula TEM en la capa de nitruro de silicio micro-patrón con el grafeno orientado a la plantilla. Presione cuidadosamente la rejilla TEM recubierta de grafeno sobre la plantilla, asegurándose de no destruir la membrana inferior del nitruro de silicio.
Retire el exceso de solución con un tejido para acelerar el secado celular y mitigar los cambios de concentración. Después de aproximadamente dos a tres minutos, observe un cambio de contraste mientras las interacciones del nitruro de silicio de grafeno Van der Waals sellan la célula líquida. A continuación, coloque la muestra bajo un microscopio óptico.
Utilice un par de pinzas para eliminar cuidadosamente la rejilla TEM empujando la punta entre la rejilla y el marco de celda líquida de micropocillos compatible con grafeno. Para reducir el daño por fuerza, comience desde el sitio de la cuadrícula paralelo al borde más pequeño de la ventana. Asegúrese de que al menos una membrana de las células líquidas de micropocillos soportadas con grafeno siga intacta.
Con un soporte TEM estándar, cargue la muestra en el soporte. Inmediatamente después de su preparación, cargue el soporte y la muestra en el microscopio electrónico de transmisión de barrido. I imagen de la muestra adecuadamente con respecto a las características de la muestra y del microscopio.
Utilice una dosis baja para minimizar el artefacto preinducido y un breve tiempo de exposición para evitar el desenfoque relacionado con el movimiento. Para experimentos prolongados, bloquee el haz para reducir el daño por radiación. Después de adquirir imágenes, utilice una plataforma de procesamiento de imágenes adecuada para extraer características de interés.
Para el seguimiento y análisis de partículas, utilice la distribución de código abierto ImageJ, Fiji. Después de cargar una imagen y convertirla en una imagen binaria, utilice la función analizar partículas para obtener información precisa sobre el área proyectada y el barincentro de la partícula para cada partícula en cada fotograma. Invierta la imagen original para que las partículas aparezcan como puntos brillantes.
A continuación, conecte las partículas entre los fotogramas con la ayuda del plugin TrackMate. De forma predeterminada, TrackMate busca partículas brillantes sobre un fondo oscuro. Por último, combine los resultados de TrackMate y analice partículas con un script adecuado, utilizando el ecosistema de código abierto basado en Python, SciPy.
Una encapsulación exitosa de la solución de muestra se puede verificar durante la microscopía electrónica. Este video muestra la disolución de un conjunto de nanopartículas, y el crecimiento de una estructura dendrítica. Con el fin de obtener información sobre el crecimiento de partículas y la cinética de disolución, es importante investigar cada partícula individualmente, en lugar de analizar el desarrollo de parámetros promedio.
Mediante la estimación del exponente de crecimiento, alfa, de la variación de radio equivalente de partículas individuales a lo largo del tiempo, se puede obtener información de la cinética de reacción subyacente. Aquí se muestra la distribución de alfa, basada en 73 partículas de disolución. Solo se consideran las partículas en las que un modelo alométrico explica la disminución del radio al menos al 50%.
Al final del video, emerge una estructura de dendrita. La formación de dendrita es otro proceso típico y bien documentado en células líquidas. Para cuantificar el crecimiento de la dendrita, se analizan los contornos estructurales.
La evolución del radio de la punta y la velocidad a lo largo del tiempo revela la relación hiperbólica esperada. El crecimiento de la dendrita es causado por la supersaturación local de iones de oro debido al grabado de partículas antes mencionado. En esta parte del video, es claramente visible que las partículas todavía se están disolviendo, mientras que el sistema sobresaturado se relaja en el crecimiento de la dendrita.
Esto puede ser causado por variaciones de concentración local tanto en los iones de oro como en las especies oxidativas. La carga líquida y el suhrf dependen en gran medida de la muestra de interés, ya que la adhesión al grafeno y los tiempos de secado requeridos pueden variar si se aplican diferentes soluciones de muestras. La arquitectura de células líquidas de micropocillos soportadas por el grafeno también permite métodos in situ complementarios como los rendimientos en EDSX.
Además, el SEM en modo de transmisión y los experimentos de tomografía se han realizado con éxito. Después del desarrollo de esta técnica, se hizo posible desentrañar el mecanismo de crecimiento de oro, plata, kawsh-en, y otras partículas hasta la resolución atómica. Los resultados son un excelente acuerdo con las mediciones de resonancia plasmática adquiridas por nuestros colegas del departamento de física que también participan en el grupo de formación en investigación.
Aunque no se muestra aquí, la producción del bastidor portador emplea especies corrosivas y tóxicas. Tenga cuidado durante el funcionamiento y tome las precauciones necesarias.
