מיקרוסקופ אלקטרונים של תאים נוזליים הוא טכניקה רבת עוצמה לחקור תכונות ננו ב- C2 במדיה נוזלית ברזולוציה גבוהה ומספק תובנות ייחודיות בזמן אמת על תהליכים דינמיים בסולם הננו. התא הנוזלי microwell הנתמך בגרפן משלב את היתרונות של ארכיטקטורות תאים מבוססות גרפן וסיליקון. זה מאפשר מתאם עם שיטות אנליטיות, כגון ספקטרוסקופיה EDX, על המראה.
הטכניקה מאפשרת לנו לעקוב ישירות אחר תהליכי החומר בנוזלים, בזמן שהם קורים. תצפית זו נמצאת בלב ליבה של קבוצת אימוני המחקר שלנו. במיקרוסקופיה במקום עם אלקטרונים, צילומי רנטגן ובדיקות סריקה במימון קרן המחקר הגרמנית.
הדגימה של ההליך תהיה דיפלום-כימאי, רוברט ברנשייד, איש צוות מהמעבדה שלי. כדי להתחיל, להעביר את גרפן על רשתות TEM, תחילה הרטבת הרקמה התומכת שש עד שמונה שכבות של גרפן CVD על PMMA. יש לדאוג כי המים אינו מוחל ישירות על קרום PMMA.
טובלים במלואם את גרפן מצופה PMMA בצלחת פטרי מלאה במים DI, ולאחר מכן להשתמש בנייר מסנן כדי לגרוף את שכבת גרפן. יש לדאוג כי הצד גרפן של מחסנית PMMA גרפן נשאר על גבי במהלך כל ההליך. חותכים את שכבת גרפן לחתיכות גדולות מספיק כדי לכסות את כל בארות מפוברק.
לאחר מכן, לטבול מחדש את החתיכות לחתוך לתוך צלחת פטרי. לאחר מכן, באמצעות זוג פינצטה אנטי נימית, להרים רשת TEM מצופה שכבת תמיכה של פחמן חורי. בזהירות לצלול את הרשת לתוך המים, ולתפוס את גרפן צף על פני השטח.
תן לסדינים להתייבש לכמה שעות. לאחר מכן, להסיר את שכבת ההגנה PMMA על ידי העברת אותו לתוך אמבטיה אצטון במשך 30 דקות. בעקבות אמבט אצטון, מיד לטבול את המדגם באתנול ו DI מים מבלי לייבש את המדגם בין פתרונות.
השתמש בכלי שטוח כדי להסיר בקלות את הדגימה לאחר מכן. בסיום, להסיר את המדגם מן המים DI, ולייבש אותו לאחר מכן במשך 30 דקות בתנאי הסביבה. צור תבנית תא נוזלי עם מיקרווולים בעלי תבנית זעירה על-ידי ביצוע פעולה זו בפרוטוקול הטקסט.
לשטוף את תבנית התא הנוזלי מפוברק עם אצטון, ואחריו אתנול. לאחר מכן, להחיל הסביבה 20%חמצן, 80% פלזמה חנקן במשך חמש דקות כדי לשפר את הרטוב של הממברנה. לוותר 0.5 microliters של פתרון הדגימה על התבנית או שכבת גרפן.
להבטיח הליך עבודה חלק כדי למזער את השינויים בריכוז עקב אידוי. לאחר מכן, מקם את רשת TEM על שכבת ניטריד סיליקון בדוגמת מיקרו עם גרפן מול התבנית. בזהירות ללחוץ על רשת TEM מצופה גרפן על התבנית, הקפד לא להרוס את קרום סיליקון ניטרייד התחתון.
הסר פתרון עודף עם רקמה כדי להאיץ את ייבוש התא ולהפחית את שינויי הריכוז. לאחר כשתיים עד שלוש דקות, לראות שינוי ניגודיות כמו סיליקון גרפן ניטרד ואן דר ואלס אינטראקציות לאטום את התא הנוזלי. לאחר מכן, מקם את הדגימה תחת מיקרוסקופ אופטי.
השתמש בזוג פינצטה כדי להסיר בזהירות את רשת TEM על-ידי דחיפת הקצה בין הרשת למסגרת התא הנוזלי microwell הנתמכת בגרפן. כדי לצמצם נזקי כוח, התחל מאתר הרשת במקביל לקצה החלון הקטן יותר. ודא כי לפחות קרום אחד של התאים הנוזליים microwell נתמך גרפן עדיין שלם.
באמצעות מחזיק TEM רגיל, טען את הדגימה למחזיק. מיד לאחר הכנתו, לטעון את המחזיק ולדגום לתוך מיקרוסקופ אלקטרונים שידור סריקה. תדמיין את הדגימה כראוי לגבי מאפייני המדגם והמיקרוסקופ.
השתמש במינון נמוך כדי למזער חפץ המושרה מראש, וזמן חשיפה קצר כדי למנוע טשטוש הקשור לתנועה. במשך זמן רב ניסויים, לחסום את הקרן כדי להפחית את נזקי הקרינה. לאחר רכישת תמונות, השתמש בפלטפורמת עיבוד תמונה מתאימה כדי לחלץ תכונות מעניינות.
למעקב וניתוח חלקיקים, השתמש בהפצת ImageJ בקוד פתוח, פיג'י. לאחר טעינת תמונה והמרתה לתמונה בינארית, השתמש בפונקציית חלקיקי הניתוח כדי לקבל מידע מדויק לגבי האזור המוקרן והמרכז של החלקיק עבור כל חלקיק בכל מסגרת. הפוך את התמונה המקורית כך שהחלקיקים יופיעו כנקודות בהירות.
לאחר מכן, לחבר את החלקיקים בין המסגרות בעזרת התוסף, TrackMate. כברירת מחדל, TrackMate מחפש חלקיקים בהירים על רקע כהה. לבסוף, לשלב את התוצאות של TrackMate ולנתח חלקיקים עם תסריט מתאים, ניצול המערכת האקולוגית קוד פתוח מבוסס פייתון, SciPy.
אנקפסולציה מוצלחת של פתרון הדגימה ניתן לאמת במהלך מיקרוסקופ אלקטרונים. וידאו זה מראה את פירוק של אנסמבל של ננו חלקיקים, ואת הצמיחה של מבנה דנדריטי. על מנת לקבל תובנות על צמיחת חלקיקים וקינטיקה פירוק, חשוב לחקור כל חלקיק בנפרד, ולא לנתח את התפתחות הפרמטרים הממוצעים.
על ידי הערכת מעריכי הצמיחה, אלפא, של וריאציית הרדיוס המקבילה של חלקיקים בודדים לאורך זמן, ניתן לקבל מידע על קינטיקה התגובה הבסיסית. כאן מוצגת התפלגות האלפא, המבוססת על 73 חלקיקים מתמוססים. רק חלקיקים שבהם מודל allometric מסביר את ירידה ברדיוס לפחות 50% נחשבים.
בסוף הסרטון מתגלה מבנה דנדריט. היווצרות דנדריט היא עוד תהליך טיפוסי, מתועד היטב בתאים נוזליים. כדי לכמת את צמיחת דנדריט, קווי המתאר המבניים מנותחים.
האבולוציה של רדיוס הקצה והמהירות לאורך זמן חושפת את מערכת היחסים ההיפרבולית הצפויה. צמיחת דנדריט נגרמת על ידי רוויה סופר מקומית של יוני זהב בשל תחריט החלקיק הנ"ל. בחלק זה של הווידאו, ניתן לראות בבירור כי חלקיקים עדיין מתמוססים, בעוד המערכת רוויה מדי מרגיע לתוך צמיחת דנדריט.
זה עלול להיגרם על ידי וריאציות ריכוז מקומיות הן של יוני הזהב והן של המינים החמצוניים. הטעינה הנוזלית וה-suhrf תלויים מאוד בדגימה של עניין מכיוון שהיתוך גרפן ותנאי הייבוש הנדרשים עשויים להשתנות אם יושמו פתרונות דגימה שונים. ארכיטקטורת התאים הנוזליים microwell הנתמכת על ידי גרפן מאפשרת גם משלימה בשיטות סיטו כגון תשואות ב- EDSX.
בנוסף, SEM במצב שידור וניסויי טומוגרפיה בוצעו בהצלחה. לאחר פיתוח טכניקה זו, ניתן היה לפענח את מנגנון הגדילה של זהב, כסף, קאוש-אן וחלקיקים אחרים עד לרזולוציה אטומית. התוצאות הן הסכם מצוין עם מדידות תהודה פלזמה שנרכשו על ידי עמיתינו במחלקת הפיזיקה שגם להשתתף בקבוצת אימון המחקר.
למרות שלא הוצג כאן, ייצור מסגרת המוביל מעסיק מאכלים ומינים רעילים. אנא היזהר במהלך הפעולה ונקוט באמצעי הזהירות הנדרשים.
