La microscopia elettronica a celle liquide è una tecnica potente per studiare le nano caratteristiche in C2 nei mezzi liquidi ad alta risoluzione e fornisce informazioni uniche e in tempo reale sui processi dinamici su scala nanometrica. La cella liquida microwell supportata dal grafene combina i vantaggi delle architetture cellulari basate sul grafene e sulla tecnologia del silicio. Consente la correlazione con metodi analitici, come la spettroscopia EDX, a vista.
La tecnica ci consente di seguire direttamente i processi di un materiale nei liquidi, mentre si verificano. Questa osservazione in situ è al centro del nostro gruppo di formazione alla ricerca. Microscopia in situ con elettroni, raggi X e sonde di scansione finanziate dalla Fondazione tedesca per la ricerca.
A dimostrare la procedura sarà Diplom-Chemist, Robert Branscheid, un membro dello staff del mio laboratorio. Per iniziare, trasferire il grafene sulle griglie TEM, bagnando prima il tessuto che supporta i sei-otto strati di grafene CVD su PMMA. Fare attenzione che l'acqua non sia applicata direttamente alla membrana PMMA.
Immergere completamente il grafene rivestito di PMMA in una piastra di Petri piena di acqua DI, quindi utilizzare carta da filtro per raccogliere lo strato di grafene. Fare attenzione che il lato grafene della pila pmma di grafene rimanga in cima durante l'intera procedura. Tagliare lo strato di grafene in pezzi abbastanza grandi da coprire tutti i pozzi fabbricati.
Quindi, immergere di nuovo i pezzi tagliati nella piastra di Petri. Successivamente, utilizzando un paio di pinzette anti-capillari, raccogliere una griglia TEM rivestita con uno strato di supporto di holey-carbon. Immergere con cura la griglia nell'acqua e catturare il grafene che galleggia sulla superficie.
Lasciare asciugare le lenzuola per alcune ore. Quindi, rimuovere lo strato di protezione PMMA trasfererlo in un bagno di acetone per 30 minuti. Dopo il bagno di acetone, immergere immediatamente il campione in etanolo e acqua DI senza essiccare il campione tra una soluzione e l'altro.
Utilizzare un recipiente piatto per rimuovere facilmente il campione in seguito. Al termine, rimuovere il campione dall'acqua DI e asciugarlo in seguito per 30 minuti in condizioni ambientali. Creare un modello di cella liquida con microlici a microcorrementi mediante la ricerca nel protocollo di testo.
Risciacquare il modello di cella liquida fabbricato con acetone, seguito da etanolo. Quindi, applicare un plasma ambientale 20% ossigeno, 80% azoto per cinque minuti per migliorare la wettability della membrana. Distribuire 0,5 microlitri della soluzione campione sul modello o sullo strato di grafene.
Garantire una procedura di lavoro fluida per ridurre al minimo i cambiamenti di concentrazione dovuti all'evaporazione. Quindi, posizionare la griglia TEM sullo strato di nitruro di silicio micro-modellato con il grafene rivolto verso il modello. Premere con cura la griglia TEM rivestita di grafene sul modello, assicurandosi di non distruggere la membrana inferiore in nitruro di silicio.
Rimuovere la soluzione in eccesso con un tessuto per accelerare l'essiccazione cellulare e mitigare i cambiamenti di concentrazione. Dopo circa due o tre minuti, osserva un cambiamento di contrasto mentre le interazioni con il nitruro di silicio di grafene Van der Waals sigillano la cellula liquida. Quindi, posizionare il campione al microscopio ottico.
Utilizzare un paio di pinzette per rimuovere con cura la griglia TEM spingendo la punta tra la griglia e il telaio a celle liquide a microwell supportato dal grafene. Per ridurre i danni da forza pura, inizia dal sito della griglia parallelo al bordo della finestra più piccolo. Assicurarsi che almeno una membrana delle celle liquide a microwell supportate dal grafene sia ancora intatta.
Utilizzando un supporto TEM standard, caricare il campione nel supporto. Subito dopo la sua preparazione, caricare il supporto e il campione nel microscopio elettronico a trasmissione a scansione. Immagini il campione in modo appropriato per quanto riguarda sia le caratteristiche del campione che del microscopio.
Utilizzare una dose bassa per ridurre al minimo l'artefatto pre-indotto e un breve tempo di esposizione per evitare sfocatura legata al movimento. Per esperimenti a lungo termine, bloccare il fascio per ridurre i danni da radiazioni. Dopo aver acquisito le immagini, utilizzare una piattaforma di elaborazione delle immagini adatta per estrarre le funzionalità di interesse.
Per il tracciamento e l'analisi delle particelle, usa la distribuzione Open Source ImageJ, Fiji. Dopo aver caricato un'immagine e averla convertita in un'immagine binaria, utilizzare la funzione analyze particles per ottenere informazioni precise sull'area proiettata e sul barycenter della particella per ogni particella in ogni fotogramma. Invertire l'immagine originale in modo che le particelle appaiano come punti luminosi.
Quindi, collega le particelle tra i fotogrammi con l'aiuto del plugin TrackMate. Per impostazione predefinita, TrackMate cerca particelle luminose su uno sfondo scuro. Infine, combina i risultati di TrackMate e analizza le particelle con uno script adatto, utilizzando l'ecosistema open source basato su Python, SciPy.
Un incapsulamento riuscito della soluzione del campione può essere verificato durante la microscopia elettronica. Questo video mostra la dissoluzione di un insieme di nanoparticelle e la crescita di una struttura dendritica. Al fine di ottenere informazioni sulla crescita delle particelle e sulla cinetica di dissoluzione, è importante indagare ogni particella individualmente, piuttosto che analizzare lo sviluppo di parametri medi.
Stimando l'esponente di crescita, alfa, della variazione di raggio equivalente delle singole particelle nel tempo, è possibile ottenere informazioni sulla cinetica di reazione sottostante. Qui viene visualizzata la distribuzione dell'alfa, basata su 73 particelle dissoluzione. Sono considerate solo le particelle in cui un modello allometrico spiega il declino del raggio ad almeno il 50%.
Alla fine del video, emerge una struttura dendrite. La formazione di dendrite è un altro processo tipico e ben documentato nelle cellule liquide. Per quantificare la crescita dei dendrite, vengono analizzati i contorni strutturali.
L'evoluzione del raggio della punta e della velocità nel tempo rivela la relazione iperbolica attesa. La crescita della dendrite è causata dalla super saturazione locale degli ioni d'oro a causa della suddetta incisione delle particelle. In questa parte del video, è chiaramente visibile che le particelle si stanno ancora dissolvendo, mentre il sistema sovrasaturato si rilassa nella crescita della dendrite.
Ciò può essere causato da variazioni di concentrazione locali sia negli ioni dorati che nelle specie ossidativi. Il carico liquido e il suhrf dipendono fortemente dal campione di interesse perché l'adesione al grafene e i tempi di essiccazione richiesti possono variare se vengono applicate diverse soluzioni di campione. L'architettura a celle liquide a microwell supportata dal grafene consente anche metodi in situ complementari come le rese in EDSX.
Inoltre, sem in modalità di trasmissione e gli esperimenti di tomografia sono stati eseguiti con successo. Dopo lo sviluppo di questa tecnica, divenne possibile svelare il meccanismo di crescita di oro, argento, kawsh-en e altre particelle fino alla risoluzione atomica. I risultati sono un ottimo accordo con le misurazioni della risonanza plasmatica acquisite dai nostri colleghi del dipartimento di fisica che partecipano anche al gruppo di formazione alla ricerca.
Sebbene non sia mostrata qui, la produzione di telaio portante impiega specie corrosive e tossiche. Si prega di fare attenzione durante il funzionamento e prendere le precauzioni richieste.
