El control de temperatura es un desarrollo reciente que proporciona un grado adicional de libertad en el estudio de la nanoquímica mediante microscopía electrónica de transmisión de células líquidas, en particular la formación de nanopartículas de oro en solución. Esta metodología permite obtener imágenes de la dinámica de nanoestructuras individuales en líquido con un gran control sobre la composición y temperatura del medio ambiente en condiciones sintéticas realistas. Curiosamente, este método se puede utilizar para estudiar los efectos de la temperatura en la evolución estructural de nanoobjetos blandos o biológicos en ambientes líquidos imitando su formación o medio de aplicación.
Los factores clave de éxito para los experimentos tem líquidos son una preparación de muestra limpia y una consideración de los efectos del haz de electrones en la dinámica de nanopartículas. Para la preparación de células líquidas, primero llene una placa de Petri de vidrio con acetona y otra con metanol en una campana extractora de humos. Coloque un E-Chip pequeño y uno grande en la acetona durante dos minutos antes de mover ambos chips al metanol durante dos minutos.
Después del lavado de metanol, use una pistola de aire y pinzas para secar las células y use una lupa binocular o un microscopio óptico para verificar la integridad de la ventana de nitruro de silicio. Si los chips están intactos, limpie por plasma los E-Chips con una mezcla de argón y gas oxígeno durante dos minutos y cargue las juntas tóricas de la junta en el soporte de la célula líquida. Coloque el pequeño E-Chip en el soporte de la celda líquida y deje caer aproximadamente dos microlitros de la muestra líquida de interés en el chip.
Usando un pedazo de papel de filtro cortado bruscamente, retire cualquier exceso de líquido del chip hasta que la gota de líquido forme un domo plano y coloque el E-Chip grande en el pequeño lado frontal del E-Chip mirando hacia abajo. Deslice la tapa de nuevo sobre el soporte de la celda líquida y apriete gradualmente cada tornillo. Use papel de filtro para eliminar cualquier exceso de líquido de las virutas, girando el soporte de celda líquida alrededor de su eje para asegurarse de que todo el líquido se capture.
Pruebe el sellado al vacío de la celda líquida en una estación de bombeo. Si el nivel de vacío de la bomba alcanza cinco veces 10 a los dos pascales negativos, verifique la integridad de la ventana de nitruro de silicio una última vez y cargue el soporte de celda líquida en el microscopio. Para configurar el modo de flujo, cargue una jeringa con la solución de interés y conecte dos tubos de pico externos a la jeringa.
Coloque la jeringa en la bomba de la jeringa e inserte los tubos de pico externos en las entradas del soporte de células líquidas. Inserte un tubo de pico externo adicional para la salida del soporte de celda líquida. Luego inyecte la solución en cada entrada a una velocidad de flujo de cinco microlitros por minuto.
Para calentar el ambiente líquido, abra el software de calefacción y enciriendo la fuente de alimentación. Haga clic en el botón Comprobación del dispositivo y abra la pestaña Experimento. Haga clic en Manual para activar el modo de calentamiento manual y seleccione la temperatura objetivo para cambiar la velocidad de temperatura según corresponda al experimento.
A continuación, haga clic en Aplicar para calentar los E-Chips a la temperatura objetivo. Para obtener imágenes de la formación impulsada por radiólisis de nanopartículas de oro con una buena relación señal-ruido, en modo STEM-HAADF, identifique un área prístina de la muestra cerca de una esquina de la ventana de observación en la que el espesor del líquido está en un mínimo. Tenga en cuenta las condiciones de imagen, incluido el tamaño del punto, el tamaño de la apertura del condensador y la ampliación para permitir la calibración posterior de la tasa de dosis de electrones y la dosis acumulativa de electrones que irradia el área analizada.
A continuación, adquiera videos del crecimiento de nanopartículas a diferentes temperaturas utilizando las mismas condiciones de imagen. Para una sola nanopartícula nanodiffraction, adquiera una imagen STEM-HAADF de varios nanoobjetos y utilice el software STEMx para adquirir el patrón de difracción de nanopartículas individuales dentro de la imagen. Como se observa en estas dos series de imágenes STEM-HAADF, el crecimiento de un conjunto muy denso de pequeñas nanopartículas se puede observar a bajas temperaturas.
Mientras que a altas temperaturas, se obtienen unas pocas nanoestructuras grandes y bien facetadas. Como el contraste de las imágenes STEM-HAADF es proporcional al espesor de las nanopartículas de oro, se pueden observar dos poblaciones de objetos formados durante estos experimentos de crecimiento: nanopartículas 3D altamente contrastadas y grandes nanoestructuras 2D con una forma triangular o hexagonal y un contraste más bajo. El procesamiento automatizado de vídeo, como se demuestra en este método, permite medir las tasas de nucleación y crecimiento de las nanopartículas.
A bajas temperaturas, se forman más de 800 nanopartículas en unas pocas decenas de segundos de observación, mientras que solo se forman 30 nanopartículas en la misma cantidad de tiempo a una temperatura alta. Por el contrario, el área media de superficie de las nanopartículas aumenta 40 veces más rápido a 85 grados Centígrados que a 25. Aquí, se puede observar el patrón de difracción de dos nanopartículas de oro que se han seleccionado directamente de una imagen STEM típica.
Se puede identificar la estructura cúbica centrada en la cara de los ejes de zona 001 y 112 de vista larga orientada al oro. El estudio de los efectos de la temperatura sobre la nucleación y el crecimiento de nanopartículas por TEM de células líquidas requiere una comparación de los vídeos adquiridos con la misma tasa de dosis de electrones porque la radiólisis también tiene un impacto en la formación de nanopartículas. Las caracterizaciones ex situ sem o TEM se pueden realizar después de desprenstembrar la celda líquida para analizar más a fondo las estructuras de nanoobjetos.
La temperatura controlada de células líquidas TEM proporciona una oportunidad para investigar el efecto de la temperatura en las muchas otras reacciones químicas que ocurren en la interfaz entre sólidos y líquidos, abriendo muchas vías en materiales, vida y ciencias de la Tierra.
