Nanocrystal 에칭 제자리에서 공부를 그래 액체 셀 전송 전자 현미경 검사 법을 사용 하 여

요약

그래 액체 셀 전자 현미경 nanocrystal 역학 다른 액체 휴대 전자 현미경 검사 법 기술 보다 더 큰 공간 해상도와 액체 환경에서 관찰을 사용할 수 있습니다. 에칭 들어찬 나노와 그래 액체 셀 전송 전자 현미경 검사 법을 사용 하 여 그들의 모양을 얻을 수 있습니다 다음 나노 변환에 대 한 중요 한 기계 정보.

초록

그래 액체 셀 전자 현미경 관찰 나노 화학 변환 하는 기능을 제공 하 고 액체 환경에서 발생 하는 반응으로 역학. 이 원고는 그래 그래 액체 셀 전송 전자 현미경 검사 법의 예를 통해 액체 셀 골드 nanocrystal 에칭의 (가장) 실험을 만들기 위한 프로세스를 설명 합니다. 액체 셀 그래 핀을 만들기 위한 프로토콜 화학 증기 증 착 그래 핀과 금, 홀리 탄소 가장 격자 코팅 다음 그 그래 핀 코팅 격자를 사용 하 여 두 개의 그래 핀 표면 사이 액체 캡슐 포함. 관심, 접한와 액체,이 주머니는 볼이 경우 나노 공정의 역학 골드 nanorods의 산화 에칭 전자 현미경에서 몇 군데. 액체 셀에 에칭 종, 변조는 전자 빔 복용량 속도 제어 하 여 어떻게 원자는에서 제거 다른 면 및 모양을 형성 하는 나노의 기본 메커니즘은 더 나은 이해할 수 있습니다. 그래 액체 셀 가장 높은 공간 해상도, 전통적인 가장 홀더, 및 낮은 개시 비용 연구 그룹에 대 한 호환성의 이점이 있다. 현재 한계는 섬세 한 샘플 준비, 반응 유도 흐름 기능, 전자 빔 생성 radiolysis 제품에 대 한 신뢰의 부족을 포함 합니다. 추가 개발 및 제어, 그래 액체 셀 나노 소재 및 생물학, 유비 쿼터 스 기술 될 수 있습니다 그리고는 이미 메커니즘을 연구 하는 데 사용 되 고, 에칭, 성장과 자기 조립 나노 액체에서의 프로세스에 대 한 관리는 단일 입자 수준입니다.

서문

Controllably 나노¹ 을 합성 하 고 더 큰 구조^2,3 나노 입자 조립 필요 어떻게 원자 및 나노 입자 상호 작용 및 바인딩 적용 되는 기본 메커니즘의 이해 함께. 이상적으로, 이러한 나노 프로세스의 연구 관심의 현상을 관찰 하는 데 필요한 해당 공간 해상도와 그들의 네이티브 액체 환경에서 수행 것 이라고 하지만 이러한 요구 사항을 나노미터 길이 때문에 도전 포즈 규모는 이러한 시스템 운영입니다. 연구팀은 전자 현미경의 공간 해상도 사용 하 여 이러한 프로세스를 이미지를 원하는 긴는 하지만 전자 현미경 열의 높은 진공 캡슐화 액체 솔루션⁴의. 일부 초기 액체 셀 전자 현미경 실험 두 실리콘 질 화 막^5,6,7,8, 사이 액체를 캡슐화 하 고이 방법은 상업적으로 이용 가능한 되고있다 지금 동적 나노 프로세스를 공부에 대 한 기술입니다.

상업적으로 사용할 수 있는 실리콘 질 화물 액체 셀 편 홀더 보고 하 고 나노 스케일^9,10,,1112 에 흥미로운 현상의 다양 한 이해 필요한 해상도 제공 ^{, 13 , 14 , 15 , 16}. 일부 상업 액체 셀 편 홀더 난방, 흐름, 추가 기능 그리고 추가 하는 전기 연결 조사 될 수 있는 나노 프로세스의 영역 확장. 그러나, 모든이 기능, 상용 시스템은 하지 최적화 높은 공간적 해상도 달성 하는 주위. 향상 된 공간 해상도 필요로 하는 연구자, 창 두께 감소 하 고 액체 두께 감소는 적은 전자 빔 산란을 더 나은 해상도¹⁷두 잠재적인 경로. 실리콘 나이트 라 이드 액체 셀을 사용 하는 일부 그룹 제어 창과 액체 두께 이며 그들의 자신의 창을 조작. ¹⁸ 이 집에서 만든 액체 세포의 감소 산란 원자 해상도 연구^19,,2021를 포함 하 여 큰 공간 분해능 전자 현미경 연구 활성화.

캡슐화 재료의 두께 액체 세포 실험의 공간 해상도 영향을 미치는 부정적인 한 측면 이기 때문에, 그래 핀 등 개별적으로 얇은, 낮은 Z 자료 자료^22, 를 캡슐화 이상적인 것 ²³. 그래 핀 시트는 열 압력 차이에서 액체 주머니를 보호 하기에 충분히 강한. 또한, 이러한 그래 핀 액체 휴대 주머니는 일반적으로 추가 달성 공간적 해상도 강화 하는 액체의 얇은 레이어를 포함. 그래 액체 셀 나노 면 궤도 및 원자 해상도^{23,24,25 나노 역학 연구를 포함 하 여 많은 재미 있는 나노 프로세스 조사 되었습니다. ,,2627}. 그래 액체 셀 기술의 의도 하지 않은 장점은 다른 편 홀더 또는 특수 실리콘 제조의 구입을 요구 하지 않고이 높은 공간적 해상도 달성 될 수 있다. 또한 높은 해상도 달성 하는 실리콘 질 화물 셀을 사용 하 여 실험 그래 액체 셀에 의해 얻은 해상도 하위 2 nm 나노²⁵원자 해상도 제공할 수 있는 반면 큰 나노 입자 무거운 원자의 구성 필요 합니다. 또한, 그래 핀 액체 셀 생물 학적 샘플 전자 현미경 캡슐화^28,29 에 대 한 그래 핀의 유연한 특성 및 완화 하는 그래 핀의 기능을 공부에 대 한 기회를 열었습니다. 일부 전자의 손상 효과³⁰빔. 이러한 장점으로 인해 그래 핀 액체 셀 전자 현미경 nanoscience 커뮤니티에 표준 기술 연구원의 큰 숫자가이 기술은 그들의 연구 및 적용 하는 방법 도움이 더 잘 이해 될 가능성이 있다 이 기법.

화학, 접한, 생물학, 그리고 현장에서 변환의 공간 해상도 희망 하는 다른 분야에 있는 연구원은 그래 액체 셀 전자 현미경 검사 법 기술 채택에서 활용할 수 있습니다. 이 현장에서 메서드는 변환 하는 동안 시각화를 필요로 하는 비 평형 과정을 위해 특히 귀중 한. 액 셀 편 기술의 1 개의 중요 한 결점 perturbative 전자 빔³¹, 섬세 한 샘플에 바람직하지 않은 변화를 일으킬 수 있는 radiolysis 종족의 발생 이다. 연구원은 빔 기반 화학^31,32, 계량 하려고 하는 모델을 개발 했다 그리고 전략은 이러한 효과^30,32를 완화 하기 위해 개발 되 고 있다. 그래 액체 셀 가장 연약한 고 종종 어려운, 특히 새로운 기술 연구에 대 한 추가 챌린지를 있다. 이 문서의 목적은 어떻게 그래 액체 셀 편 실험의 세부 정보를 공유 하는 실시 될 수 있습니다 (그림 1), 나노의 단일 입자 에칭 관찰 실험 예를 사용 하 고 잘하면 그 그래 액체 셀 표시 실험은 전자 현미경에 액세스할 수 있는 거의 모든 그룹에 대 한 가능 합니다. 프로토콜은 격자, 액체 셀 그래 액체 세포 실험, 및 이미지 분석 기법을 에칭에 대 한 가장 사용의 그래 핀 코팅을 다룰 것입니다. 중요 한 단계는 작은 물방울의 크기와 같은 액체 셀 캡슐, 액체 솔루션 내용, 심사 및만 직접 전송 그래 핀의 사용의 함정을 반복 하지 않도록 하는 방법에 대 한 추가 조언을 덮여 이전 연구원입니다. 그래 액체 셀 편 나노 연구, 신흥 기술 이며이 기사가이 기술을 활용 하려면 새로운 이민자 수 있도록.

프로토콜

1. 그래 핀 코팅 가장 격자 만들기

1. 잘라는 대략 2 cm² 조각의 들어찬 그래 핀에 구리는 약 6 ~ 8 편 격자를 맞는 ( 재료의 표참조).
   참고: 사용 하 여 3-5 층 그래 핀 단일 층 그래 핀 대신 해상도 손실 없이 높은 성공률 액체 주머니를 캡슐화 합니다. 그래 원자적 얇은, 낮은 Z 소재 이기 때문에, 대부분 해상도 손실 그래 액체 셀에 대 한 액체 두께입니다.
2. 아세톤 세척 (그림 2A)를 사용 하 여 그래 핀을 청소 하십시오.
   참고:이 단계는 증 착 과정에서 그래 핀 표면에 남아 어떤 잔여 PMMA [poly(methyl methacrylate)]를 제거 하도록 설계 되었습니다. 사용자가 그들의 그래 핀 깨끗 한 확신 하는 경우이 단계가 필요 하지 않습니다.
   1. 유리 페 트리 접시에 아세톤으로 채우기 구리에 그래 핀 조각을 놓습니다.
      참고: 때문에 PMMA 아세톤에 녹이 고 아세톤 사용 됩니다.
   2. 부드럽게 5 분, 솔루션을 주기적으로 소용돌이 아세톤 솔루션 (~ 50 ° C)가 열.
      참고: 아세톤 및 화재를 피하기 위해 온도 볼 수 있는지 확인 합니다. 이것은 증기 두건에서 행해져야 한다.
   3. 핀셋으로 아세톤 세척에서 구리에 그래 핀 조각을 제거 하 고 새로운, 깨끗 한 아세톤 아세톤을 바꿉니다.
      참고: 수 긁어 또는 그렇지 않으면 핀셋으로 그래 핀 표면 손상 하지 않도록 주의 하십시오.
   4. 총 3 번의 세척 과정을 반복 합니다.
   5. 다음 단계에는 그래 핀-에-구리 공기 건조 전에 철저 하 게 하자.
3. 그래 핀에 구리 조각을 모든 거시적인 주름 (그림 2B)을 제거 밖으로 부드럽게.
   참고:이 부드럽게 프로세스 ( 테이블의 자료를 참조) 천공된 지원 포 편 격자 제대로 그래 핀 표면에 접착 수 되도록 수행 됩니다. 범프 및 구리에 그래 핀 주름 어렵게 좋은 접촉을 유지 하.
   1. 두 깨끗 한 유리 슬라이드 하 고 접힌된 닦아 장소 ( 테이블의 자료를 참조) 하단 유리 슬라이드에. 지우기, 위에 그래 핀에 구리 조각을 놓습니다. 마지막으로, 위에 두 번째 유리 슬라이드를 놓습니다.
      참고: 조직 닦기에서 긁힘 방지 하기 위해 (감동 유리 슬라이드)을 그래 핀 면 그래 핀에 구리 조각을 놓습니다. 접힌된 조직 점차적으로 주름을 밖으로 밀어 접는 새로운 주름을 방지 하는 데 사용 됩니다.
   2. 최고의 슬라이드, 점차적으로 그래 핀에 구리 조각에 있는 주름을 밖으로 부드럽게 눌러. 조직에 접기 수를 줄이기를 눌러 프로세스를 반복 합니다. 아니 조직 삭제 기능으로 두 개의 유리 슬라이드 사이 마지막 눌러까지 프로세스를 계속 합니다.
4. 가장 격자 그래 핀에 구리 조각 (그림 2C)에 누워.
   1. 장소 홀리 비정 질 탄소는 그래 핀 접촉 비정 질 탄소와 그래 핀에 내려 호 일 편 격자 ( 재료의 표참조)를 지원 합니다.
      참고: 구 부 또는 가장 격자를 변형 하는 핀셋으로 그들을 따기 때 주의 해야 합니다. 벤 트 편 격자 할 하지 바인딩할 제대로 그래. 격자의 가장자리에 의해 격자를 따기는 격자의 변형을 방지 합니다. 여기, 금 편 격자 격자 그래 핀에 구리에서 구리를 제거 하는 단계 동안 에칭을 방지 하는 데 사용 됩니다.
   2. 격자에 소 프로 파 놀의 몇 방울을 배치 합니다.
      참고: 어떤 격자 중첩 될 경우 부드럽게 이동는 핀셋의 끝을 가진 격자에 소 프로 파 놀 후 합니다. 하지 그래 핀 표면 손상에 주의 해야 합니다.
   3. 2 + h 있는지 격자 수 있도록 제대로 결합에 대 한 건조 보자. 이 건조 과정에서 그래 더 나은 접촉으로 홀리 비정 질 탄소를 제공합니다.
      참고:는 그래 핀 격자는 준수 여부를 확인 하려면 부드럽게 그래 핀에 구리의 조각을 데리 러와 거꾸로 차례. 중력 격자를 제거 하지 않습니다, 그들은 해야 될 제대로 보 세.
5. 나트륨 persulfate 솔루션 (그림 2D)를 사용 하 여 구리 에칭.
   1. 이온을 제거 된 물 10 mL에 1 g 나트륨 persulfate의 솔루션을 확인 합니다.
   2. 구리 면 나트륨 persulfate 솔루션에 구리에 그래 핀 조각을 아래로 장소 신중 하 게 핀셋을 사용 하 여 합니다. 나트륨 persulfate 솔루션 (그림 2D) 위에 조각 플 로트 보자.
   3. 밤새 앉아 그래 핀 코팅 그리드와 함께 솔루션을 유지. Note로 구리 파 놓 았, 그리고 에칭 (그림 2E) 완료 되 면 그래 핀 시트 뒤에 보이는 구리 아무 것 솔루션 파란색 될 것입니다.
6. 나트륨 persulfate 떨어져 청소 격자를 씻어.
   1. 솔루션에서 부동 표를 제거 하 고 배치의 위에 깨끗 한, 이온 물 (필터 재료의 표 참조) 두 번째 페 트리 접시에.
      참고: 격자를 전송 하는 가장 쉬운 방법은 유리 슬라이드를 사용 하 여 격자를 선택 하 고 물으로 채워진 다음 아래로 두 번째 페 트리 접시에 그들을 배치. 일부 그리드 전송 과정에서 페 트리 접시의 바닥에 떨어질 것 이다. 이것은 일반적으로 그래 핀에 금이 또는 그렇지 않으면 손상 된 징조입니다.
   2. 3 번 그래 핀 코팅 그리드에서 모든 나트륨 persulfate 잔류물을 제거 하려면이 프로세스를 반복 합니다.
   3. 핀셋으로 격자를 선택 하십시오, 격자 그래 핀 쪽을 필터 종이에 놓고 그들이 말리 면.
      참고:이 최종 전송 물 세척에서 어려울 수 있습니다로 격자 종종 잔여 물에서 모 세관 힘 때문에 핀셋에 충실.

2. 만들기 액체 휴대 주머니

1. 두 개의 그래 핀 코팅 가장 격자 고 그래 측면을에 넣어 유리 슬라이드. 그래 핀 코팅 가장 격자, 약 1/4 ~ 1/8의 격자 (그림 3A)의 영역 중 하나의 가장자리를 잘라 작은 수술 메스 블레이드를 사용 하 여.
   참고: 양식 주머니 더 그래 그래 상호 제공 하기 더 가까운 접촉에서 2 개의 격자에는 그래 핀을가지고 가설는 격자 중 하나를 절단.
2. 캡슐화에 대 한 해결책을 준비 합니다.
   참고:이 솔루션은 nanocrystal 실험 에칭에.
   1. 10-100 m m 사이 농도에 Tris 버퍼 HCl 솔루션 이온된 수를 확인 합니다.
      참고: 우리는 수성 금속 나노 솔루션을 준비, 비록 더 많은 연구가 Tris HCl를 버퍼링 하는 이유를 이해 하는 데 필요한 안정적인 주머니의 높은 성공률을 HCl 리드 Tris 버퍼 만들 수 안정 주머니를 발견 했다. Tris 버퍼 자료 또는 둘 다이 경우 포켓 형성의 훨씬 더 낮은 성공률을 갖고 있는 것 같다 없음 Tris 버퍼를 사용 합니다. 모든 용 매 및 샘플 가능성이 최적화는 안정적인 조건 하지 화학 공부를 방해 하는 동안 주머니를 찾이 필요 합니다. 문학의 간략 한 조사 직-dichlorobenzene/oleylamine (9:1 비율), 트리 스-borate-EDTA (TBE) 및 200 m m NaCl 솔루션,³³ 및 수성 0.15 M NaCl 솔루션³⁰ 뿐만 아니라 수성 Tris 버퍼 HCl x²³ 0.5와 성공이 표시 여기에 제시 하는 시스템.
   2. 물 당 HCl의 1.8 µ L으로 이온된 수의 솔루션에서 40mm FeCl₃ 솔루션을 확인 합니다.
      참고: FeCl₃ 이 에칭 실험에 대 한 현상입니다. 다른 실험 수행 되는 실험에 따라 서로 다른 솔루션을 추가할 수 있습니다.
   3. 골드 nanorods 만들고^1,34청소 후 하이퍼 샘플을 집중.
   4. 0.01-0.1 0.15 mL를 혼합 mM Tris 버퍼 HCl, 40mm FeCl₃ 에 HCl, 0.1 mL 그리고 nanorods의 10 µ L.
3. ~0.5 µ L 방울 비 컷 그래 핀 코팅 가장 격자에 캡슐화 될 솔루션의 장소. 족집게를 사용 하 여 모 세관 힘 가장 그리드 (그림 3B)를 선택 하지는 방울을 배치 하는 동안 가장 격자의 가장자리를.
   참고: 하는 방울을 가능한 작게 만들기로 가능한 그리드 옆 주의 해야 합니다.
4. 신속 하 고 신중 하 게 장소 작은 물방울; 위에 컷된 코너와 그래 핀 코팅 가장 그리드 목표 없는 액체 (그림 3C) 압박을 받고 첫 번째 그리드 위에 휴식에 서 두 번째 표는 것입니다.
   참고: 빠르고 쉽게이 과정 만들 수 있습니다 두 번째 그리드 이미 자체 닫는 핀셋에 배치 하는 데. 이것은 틀림 없이 발생할 수 있는 여러 잠재적인 오류와 액체 세포 형성 과정의 까다로운 단계입니다. 핀셋을 제거 하는 동안 상위 그리드를 설정 핀셋 두 격자 사이 붙어 얻을 수 있는 도전 이다. 일반적으로, 아래로 가기 가장 격자의 한 모서리를 배치 하 고 다음 점차적으로 보내지 격자의 최고의 작동 합니다. 참고는 액체 유리 슬라이드에 볼 경우 다음 주머니 아마 않았다 하지 도장 제대로.
5. 그래 액체 휴대 주머니 형태를 5 분 기다립니다.
   참고: 일부 증발 액체의 주머니를 형성 하지만 밀폐 형성 되 면 추가 액체 손실 가능성이 발생할 수 있습니다. 솔루션에서 각 종족의 상대 농도 일정 유지 됩니다.
6. 이미징에 대 한 샘플은 가장가지고.
   참고: 시간 씰링에 마련해 연구원 연구원에서 다릅니다. 실험, 에칭에 대 한는 가장을 액체 휴대 하기 전에 시간을 피하기 위해 사전 에칭 바람직합니다.

3. 로드 및 그래 핀 액체 세포 이미징

참고: 작업 전송 전자 현미경의 표준 절차 사용자 설명서에 따라. 모든 가장 다른 정렬 절차를 할 것 이다.

1. 장소는 전통적인 가장 단일 그래 액체 셀 기울기 홀더 (그림 4).
   참고: 더블 같은 다른 표준 홀더 기울기 홀더 또는 홀더를 난방으로 사용할 수 있습니다. 가장 표를 확보 하는 나사와 같은 메커니즘을 사용 하는 홀더 그래 액체 셀 파괴 전단 힘을 부과할 수 있습니다.
2. 가장 열에 가장 홀더를 로드 합니다.
   참고: 그래 액체 셀 액체 없는 저수지와 같은 소량 포함 되어 있기 때문에 별도 주머니, 누수 실리콘 나이트 라 이드 액체 세포 실험 처럼 엄격 하 게 확인 필요가 없습니다입니다. 그래 액체 휴대 주머니 파열 하는 경우에 매우 작은 양의 액체만 출시 하 고 따라서 가장 진공 시스템 충돌 하지 것 이다.
3. 사용 하 여 나노 입자와 비정 질 탄소 샘플에서 제대로 정렬 가장 빔 (총 기울기, 콘덴서 조리개 맞춤 및 콘덴서 stigmation), 이미지 (Z 높이 조정, 객관적인 stigmation, 회전 센터 정렬 및 수 차 교정기에 해당 하는 경우 튜닝)입니다. 그런 다음 빔 경로에서 소유자를 제거 하 고 전자 빔 복용량 비율을 보정.
   1. 재현할 수 복용량 속도; 안정 수 있도록 교정 전에 적어도 20 분 편 필 라 멘 트 설정 이 대기 시간이 가장 시스템와 전자 총 종류에 따라 달라질 수 있습니다.
      참고: 선거 microscopists 종종 사용 복용량 비율 (e^-/Ųs) 단위 시간 당 단위 넓이 당 전달 하는 전자의 수를 참조 합니다. 방사선 화학 커뮤니티에이 플럭스 밀도 라고 하 고 복용량 비율 단위 시간 당 단위 넓이 당 흡수 에너지의 값으로 정의 됩니다. 계산부터 샘플에 의해 흡수 에너지의 양을 액체 셀에서 발견 하는 복잡 한 형상의 어렵습니다 그리고 가장 커뮤니티와 일관성을 유지, 우리는 선택 복용량 비율을 사용 하 여 단위 시간 당 단위 넓이 당 전자를 참조 하.
   2. 가장 압축 된 금액, 높은 복용량 비율, 보기 화면 (그림 5A)를 사용 하 여 실험에 필요한 빔 응축 렌즈 압축 된 빔에 대 한 현재 저장 읽기.
      참고: 3.3.2 3.3.5 단계, 사용자 지정 디지털 현미경 사진 스크립트 작성 되었습니다 어떤 전달된 전자 복용량 비율으로 현재 두 번째 콘덴서 (C2) 렌즈 보정을 가장의 콘덴서 시스템의 제어 걸립니다. 실험 기간 동안 reproducibly 전자 복용량 비율을 임의의 값을 설정 하는 연구원 수 있습니다.
   3. 대부분 확산 금액에, 낮은 복용량 비율, 보기 화면 (그림 5B)를 사용 하 여 실험에 필요한 빔 확산. 확산 빔에 대 한 현재 렌즈 저장 읽기.
   4. 10 동등 하 게 간격된 값으로 콘덴서 렌즈의 범위를 분할 하 고 CCD 카메라와 함께 각 콘덴서 렌즈 값에 대 한 이미지를 수집.
   5. CCD 수 복용량 비율 CCD 감도 및 배율 보정을 사용 하 여 현재 각 렌즈에 대 한 변환 합니다.
   6. 보정 곡선을 다른 렌즈 전류에서 전자 플럭스의 데이터를 사용 합니다. 실험의 나머지 부분에 대 한 교정 곡선을 사용 하 여 원하는 유량을 전자 빔 제어.
   7. 다시 빔 경로에 샘플을 삽입 합니다.
4. 복용량 비율 낮은 (보통 약 20 e^-/Ųs)를 유지 하면서 액체 주머니에서 나노 입자에 대 한 검색을 시작 합니다.
   참고: 나노 입자에 대 한 검색 하는 동안 에칭에서는 나노 입자를 방지 낮은 복용량 비율을 유지 합니다.
5. 나노 액체 주머니에서 발견 되는 때, 낮은 복용량 비율을 유지 하면서는 나노에 초점을 미세 조정 합니다.
   참고: 액체 주머니에는 나노 결정 힘들 수 있습니다, 하지만 거품의 존재 또는 입자의 움직임은 종종 안정적인 액체 주머니의 좋은 징조. 가끔, 액체, 대신 주머니는 매우 천천히 이동 하는 거품과 함께 매우 조밀한 젤을 닮은. 이 경우 봉인 되지 않은 주머니 나는 그래 핀에 있는 균열 때문에 잠재적으로 액체의 증발에 의해 발생 합니다. 젤 거품 급속 하 게 이동 및 모양 변경 없이 운동 및 액체 환경으로 구분 하기 상당히 쉽습니다. 좋은 액체 휴대 주머니의 형성 동안 일부 증발 수 있습니다 하지만 반응 물 사이 상대 농도 일정 유지 됩니다.
6. 보정 곡선 (이 단계 3.3 참조) 콘덴서 렌즈를 원하는 복용량 비율 (그림 5D)에 대 한 현재 설정에 사용 합니다.
   참고: 현재 콘덴서 렌즈와 이미지 수집 매개 변수를 설정 하는 내부 스크립트 사용
7. 시간 일련의 TEM 이미지의 복용량 비율 및 시간 스탬프 이미지 파일에 포함 된 메타 데이터를 수집 시작 합니다.
8. 입자 완료 된 후 에칭, 빔을 확산 하 고 액체 주머니에 다른 나노 입자에 대 한 찾고 시작 합니다.
9. 충분 한 양의 동영상 에칭 나노가 수집 하는 때 가장 표준 가장 절차에서 가장 홀더를 제거 합니다. 가장 홀더 중 그래 핀 액체 셀을 가져가 라.
   참고: 일반적인 이미징 세션 약 30 동영상 촬영으로 약 2-3 h를 지속 한다. 사용 가능한 데이터와 비디오 수 주머니의 품질 및 에칭 실험의 종류에 따라 다릅니다.

4. 이미지 계산 소프트웨어를 사용 하 여 가장 비디오의 분석

참고: 가장 동영상 3 차원 셰이프를 2 차원 예측 이기 때문에, 주의 이미지 분석 에칭 속도 추출 하거나 모양을 변경 해야 할 필요 합니다.

1. 네이티브 DM3 avi 비디오 파일 ImageJ를 사용 하 여 포맷 하 고 계산 소프트웨어에 avi 비디오를 가져올를 변환 ( 재료의 표참조).
2. 비디오의 각 프레임에 각 하이퍼 분석.
   1. 임계 (그림 7A) 이미지 처리에 의해는 하이퍼의 개요를 확인 합니다.
      참고: 고대비 금속 나노 입자의 쉽게 이미지 분석. 콘트라스트가 낮은 시스템, 공부에 대 한 추가 필터는 임계 처리 하기 전에 필요할 수 있습니다.
   2. 하이퍼의 개요에서 가장 가까운 적합된 타원 (그림 7B)의 주요 하 고 작은 축을 결정 합니다.
      참고: 기본 제공 이미지 분석 소프트웨어 결정 중요 하 고 작은 축 하 형태는 타원 가정 합니다. 타원은, 하이퍼에 대 한이 값 하지 수 사용 해야 나노 입자의 크기를 조정 합니다.
   3. 사용 하 여 주요 축 2 개 반 (그림 ℃)으로 하이퍼 개요를 잘라.
   4. 이러한 반쪽의 각, 볼륨 및 그 개요 주요 축 주위를 회전 하 여 포함 하는 도형의 면적을 결정 합니다.
      참고:이 계산 방법은 때때로 불린다 링의 방법으로. 분석의이 메서드는 하이퍼 주요 축을 대칭 경우에 작동 합니다. 두 반쪽 볼륨 및 표면 비교 제공 한다 일부 답습은 하이퍼는 진정으로 회전 대칭.
3. 볼륨 및 비디오의 각 프레임에 대 한 하이퍼의 표면 영역을 추출 후 컴파일 하 고 데이터를 해석 합니다.
   참고:이 개요 메서드 정의 형태와 나노의 측면의 분석에 대 한 또한 수 있습니다.

결과

하이퍼 800의 전자 빔 복용량 비율에 따라 에칭의 대표적인 비디오에서 프레임 e^-/ Ųs는 그림 6에 나와 있습니다. 약 20에서는 빔 조명은 하이퍼 산화 에칭을 겪고 시작 하기 전에의 s. 하이퍼 에칭, 시작 후 원자의 제거 속도 하이퍼 또한 일정 한 가로 세로 비율을 유지 하면서 꾸준한 유지 합니다. nanorods 일반적으로 필요가 없습니다이 크기²⁴의 나노 입자를 사용 하 여 이전 액체 셀 편 작업과 일치 하는 동영상 중 중요 한 운동. 나노 입자는 많이 이동 하지 않습니다, 이후 거품 생성 및 거품 운동 있습니다 일반적으로 나노 액체 주머니에 있는지 확인 하는 최선의 방법. 하이퍼 작은 되면서는 하이퍼 회전을 시작 하 고 액체 환경에는 하이퍼 초점 비행기, 그 확인의 밖으로 이동.

그래 액체 세포의 가장 일반적인 실패 액체의 안정 된 주머니를 캡슐화 하는 무 능력 이다. 때로는이 완전히 건조 주머니 특징 없는 거품 및 나노 운동 또는 크기 변경으로 이어질 수 있습니다. 또한, 주머니 액체와 거품으로 시작 수 있지만 나중에 나노 완전히 파 놓 았 하기 전에 건조 합니다. 일반적으로 좋은 액체 셀에 대 한 각 포켓 에칭 복용량 비율, 약 2-3 분에 대 한 안정적 이며 포켓 건조만 큰 나노 입자 또는 느린 에칭 프로세스에 대 한 문제가 된다. 가끔, 액체는 주머니에서 증발 하 고 매우 높은 소금 농도와 젤 같은 솔루션 뒤에 떠날 수 있습니다. 이 젤 보통 예가 때 이미징 솔루션의 고대비 때문 이며 매우 거품과 입자의 움직임을 느리게. 이 젤 같은 솔루션에 수집 된 데이터는 신뢰할 수 없습니다.

액 셀 편 데이터를 수집한 후 나노 에칭과 비디오 분석 된다. 볼륨, 표면 지역, 및 (해당 되는 경우) 면 추출 될 수 있다 고 평가 추가 (그림 7). 1 개의 표시는 건조 주머니의 상당한 플롯 시간에 대 한 볼륨 주머니의 안정성과 데이터의 안정성을 확인 하기 위한 효과적인 방법 수 시간이 지남에, 에칭 속도의 감속입니다. 다른 차선의 결과는 휘도가 포켓 내용의 비 대칭 에칭 지표 및 바람직하지 않은 강 수 철의 수산화 철 염화 현상에서 포함 됩니다. 전반적으로, 성공적인 그래 액체 셀에 대 한 가장 중요 한 열쇠는 안정적인 액체 환경 여러 나노 입자와 액체 주머니 재현 nanocrystal 역학에 이르게.

그림 1 . 그래 액체 셀 편 기술의 회로도 (A) 그래 액체 셀 조립, 솔루션의 물방울 홀리 탄소 그래 핀 코팅 가장 격자에 배치 됩니다. 두 번째 그래 핀 코팅 그리드 주머니를 형성 하기 위하여 작은 물방울의 위에 배치 됩니다. 하이 이미지 아니다 규모 액체 작은 물방울은 약 33%가 너무 커서. (B) Zoomed에 회로도 골드 nanorods의 가장 이미징 동안 액체 주머니의 이 만화를 안 이기도 합니다. 이 그림의 더 큰 버전을 보려면 여기를 클릭 하십시오.

그림 2 . 그래 핀을 만들기 위한 프로세스 코팅 가장 격자 두 개의 유리 슬라이드 사이 구리에 그래 핀을 병합 하 여 제거 거시적인 주름 따뜻한 아세톤 (B) 에 조각 (A) 그래 핀에 구리를 세척. 휴지는 새로운 주름에 이동 하지 수 있도록 그래 핀에 구리 조각 아래 배치 됩니다. (C)는 그래 핀을만 지 가장 격자의 비정 질 탄소 쪽과 그래 핀에 구리에 홀리 비정 질 탄소 가장 격자 배치. (D) 나트륨 persulfate 현상에 구리/그래/가장 격자 부동. 이 격자에서 구리를 제거합니다. (E) 그래 핀은 구리에서 에칭 후 가장 격자 코팅. 솔루션은 파란색 이며 아무 구리 왼쪽 그래 핀 코팅 격자에. 크기 기준에 대 한 유리 페 트리 접시의 직경은 약 6 cm 유리 슬라이드 이며 7.5 cm 2.5 cm. 이 그림의 더 큰 버전을 보려면 여기를 클릭 하십시오.

그림 3 . 액 셀 (A) 그래 핀을 만들기 위한 프로세스 두 개의 그래 핀 코팅 가장 표가 가장자리와 유리 슬라이드에 준비는 그들 중 하나를 잘라. 그리드를 사용 하는 수술 메스는 상단에 있는 이미지의 오른쪽. (B)는 그래 핀에 대 한 솔루션을 캡슐화의 물방울 코팅 그리드. 최상위 표의에 물방울 적당 한 크기 이며는 그래 좋은 구슬을 했다. 하단에 작은 물방울이는 그래 핀에 균열으로 인해 그래 핀을 통해 없어져야 합니다. (C) 두 번째 그래 핀 코팅 그리드 솔루션의 작은 물방울으로 첫 번째 그리드 위에 배치. 이 그래 핀 액체 셀 이제는 편으로 로드할 준비가 되어 있습니다. 크기 기준, 유리 슬라이드는 7.5 cm 2.5 cm. 이 그림의 더 큰 버전을 보려면 여기를 클릭 하십시오.

그림 4 . 표준 단일 기울기 가장 홀더로 그래 액체 휴대 로드. 그래 액체 셀 같은 방식으로 일반 편 표 홀더에 맞는 표준 단일 기울기 가장 보유자에 맞는. 크기 기준에 대 한 가장 그리드는 직경 3 m m.의 이 그림의 더 큰 버전을 보려면 여기를 클릭 하십시오.

그림 5 . 가장 빔 제어 합니다. (A) 좁게 전자 빔 복용량 비율 교정 형광 스크린을 사용 하 여. (B) 복용량 비율 교정에 대 한 확장 된 전자 빔 형광 스크린을 사용 하 여 볼 수 있습니다. 강도으로 시간 당 영역 당 전자 전자 빔은 매우 희미 한 이유 감소 감소 합니다. (C) 교정 곡선 전자 빔 복용량 비율 현재 콘덴서 렌즈에 관련 된. 이 교정 곡선 이미징 동안 빔 복용량 속도 제어에 사용 됩니다. (D) 매개 변수 사용 그래 액체 셀 나노 입자의 편 동영상을 수집 하는 때. 각 매개 변수에 대해 사용 하는 특정 값 몇 군데 되는 재료에 따라 변경 될 수 있습니다 그리고 해상도 필요 합니다. 이 그림의 더 큰 버전을 보려면 여기를 클릭 하십시오.

그림 6 . 골드 하이퍼 그래 액체 휴대 주머니에 에칭. 800의 복용량 비율에서 에칭 골드 nanorod의 대표적인 편 비디오의 프레임 e^-/ Ųs. 아무 에칭의 초기 기간 후에 하이퍼 일정 한 속도로 파 놓 았. 이 그림의 더 큰 버전을 보려면 여기를 클릭 하십시오.

그림 7 . 비디오의 프레임을 분석 하기 위한 방법 (A) 이미지 분석 소프트웨어에 임계 처리를 사용 하 여 하이퍼 개요. ( 재료의 표참조) 이 나노를 배경에서 분리 하 고 정량 분석에 대 한 셰이프를 제공 합니다. (B) 결정은 nanorod의 주 및 부 축 하 고. (C) 각 추출 2 차원 개요의 주요 축 따라 자릅니다. 이러한 윤곽선을 사용 하 여 개요 x 축 주위를 회전 하 여 3 차원 형태를 재구성 합니다. 이 그림의 더 큰 버전을 보려면 여기를 클릭 하십시오.

토론

그래 액체 셀 전자 현미경 nanocrystal 성장에 대 한 기계적 정보를 제공할 수 있습니다 및 높은 공간 해상도, 하지만 그래 액체 셀 수 있습니다 어렵고 섬세 한 에칭, 기술에 세부 사항에 주의가 필요 합니다. 사용 가능한 데이터를 추출 합니다. 성공적으로 만든된 액체 셀의 4 분의 1로 절반 정도 밖에 액체 셀 그래 핀을 만드는 광범위 한 연습 후에 액체 솔루션을 캡슐화 합니다. 액체 세포 형성에 중요 한 단계는 액체의 작은 물방울의 위에 두 번째 그리드를 두고 있다. 일반적인 오류는 너무 멀리 떨어져-센터, 그리고 너무 큰 작은 물방울으로 시작 두 번째 그리드 삭제 두 격자 사이 핀셋을 지 고 포함 됩니다. 그래 액체 셀 조립 섬세 하 고 있기 때문에 정밀한 모터 기술을 필요로 한다, 그것은 일반적으로 성공적으로 액체 주머니를 만들기 위해 연습을 걸립니다. 가장 격자 그래 핀 코팅의 비용으로 인해 새로운 그래 액체 셀 사용자 첫 연습 액체 셀 돈을 저축 하기 위해 전통적인 구리, 비정 질 탄소 가장 격자에 프로세스를 만드는 것이 좋습니다.

액체 셀에 대 한 실패의 원인을 결정 연구원 각 단계는 끝에 샘플 영상까지 성공 했다 고 그래, 긁힘 같은 실수 들 키 지 알 수 있기 때문에 도전적 될 수 있다. 식별 하는 가장 쉬운 오류는 연구원 바로 그래 액체 셀에서 액체 새 볼 때문에 부적 절 한 어셈블리입니다. 문제는 그래 핀의 크래킹 같은 구리 격자에는 그래 핀을 만들기와 정확 하 게 험악 하 게 될 수 있습니다. 전후 라만 분광학을 사용 하 여 가장 격자 코팅은 그래 핀의 품질을 확인할 수 있습니다 하지만 그래 핀은 일반적으로 사용할 수 없습니다이 테스트 후. 또한, 그것은 함께 넣어 되 고 그래 핀의 두 얼굴 제대로 반 데르 발스 힘을 통해 물개를 형성 하기 위하여 깨끗 하 게 하기 때문에 직접 전송 그래 핀을 사용 하는 것이 중요. 폴리머 전송 방법을 통해 그래 핀 코팅 격자를 만드는 함께 붙을 것으로 예상 되는 그래 핀의 측면에 폴리머 잔류물을 떠날 수 있습니다. 올바른 프로시저 올바른 가장 격자를 사용 하 여 다음, 그래 액체 셀과 성공의 부족 대부분 어셈블리 및 제조 중 그래 핀 격자의 실패 때문입니다.

그래 액체 셀 가장 많은 얇은 캡슐화 재료 수를 사용 하 여 기존 액체 셀 가장 기술 발전에 어떤 전통적인 가장 홀더, 높은 해상도 면 궤적 추적 실험 훨씬 쉽게 사용. 상업 실리콘 질 화 막 액체 셀의 해상도, 패싯 및 그래 핀 액체 셀에서 나노 에칭에 의해 달성 될 수 있다 운동 정보 많이 손실 될 것 이다. 그래 액체 셀 편 실험 또한 기존 단일에서 수행할 수 있습니다 가장 홀더 비싼 새로운 전문된 보유자에 대 한 필요성을 negating 기울기. 또한, 그래 핀 액체 셀 어떤 홀더를 표준 편 그리드 샘플에서 액체 세포 실험에 대 한 수 있도록 고급 홀더 (난방, 이중 기울기, 냉각, 크라이 오, cathodoluminescence) 어디에 있을 수 있다 실리콘 나이트 라 이드 액체 셀 하지 설계 되었습니다. 또한, 그래 액체 셀 편 열 진공 주머니 다른 액체 셀 편 기법 처럼 파열 하는 경우 충돌의 위험을 포즈를 하지 않습니다. 그래 액체 셀이 아직 nanocrystal 분야에서 유비 쿼터 스 기술을, 비록 그것의 사용의 용이성과 공간 해상도 훨씬 더 널리 이용 되는 미래에 그것을 만들 것입니다.

그것의 많은 장점을가지고 그래 액체 셀 편 수행할 수 있는 실험의 종류에 한계는. 액체 일부 양식, 그래서 그것은 정확 하 게 전자 빔 효과 고려 하지 않고 심지어 솔루션, 종의 농도 결정 하기 어려운 주머니로 증발지 않습니다. 그래서 실리콘 질 화물 흐름 세포 더 많은 정량 사전 빔 농도 및 큰, 균일 한 액체 층의 이점을 그래 액체 셀 또한 임의의 크기, 높이, 그리고 작은 주머니의 배포판을 있다. 이 작업에 설명 된 대로 탑재 샘플 화학 반응을 방 아 쇠를 다른 솔루션에서 흐름 불가능 그래서 편, 그래 액체 셀을 사용 하 여 볼 수 있습니다. 액체 솔루션으로 전자 빔에의 상호 작용에 의해 생성 된 radiolysis 종 반응을 시작 하는 데 사용할 수 있는 유일한 방 아 쇠는. 비록 아직 증명 되지, 그래 액체 셀 표준 난방 홀더를 사용 하 여 열 시작된 프로세스 트리거될 수 수 있습니다. 전자 빔 유도 radiolysis 효과 아직도 완전히 이해 하 고 제어 하기 어려울 수 있습니다. 연구원은 광속 상호 작용^31,32일 후 액체 휴대 주머니의 내용을 결정 하기 위해 운동 모델을 개발 했다 그러나 그들의 정확도 모델에 어떤 알 수 없는 농도 포함 하는 반응의 수에 의해 제한 됩니다. 건조로 인해 변경 됩니다. 복잡 한 초기 포켓 내용을 FeCl₃, Tris 버퍼, 그리고 심지어 그래 핀은³⁰, 같은 많은 반작용 종 운동 모델을 사용 하 여 완벽 하 게 이해 하기 어려울 수 있습니다. 액체 셀 전자 현미경 검사 법의 또 다른 단점은 어려운 동적 과정 동안 형성 된 결정의 구성 하는. 예를 들어, multicomponent 시스템의 성장 실험에 그것 수 있습니다 수 없습니다 어떤 단계 또는 종 성장 하 고 새로운 나노 비정 질 또는 영역 축에 없는 경우 구별 하. 이것은 또 다른 이유 왜 알려진된 영역 축에 알려진된 구성의 미리 형성 된 나노를 에칭 하는 것이 바람직하다입니다. 마지막으로, 거기 지금도 그래 액체 셀에서 빔 유도 된 반응 플라스 크에서 전 situ 반응의 조건을 나타내지 않는 일부 인수.

미래 그래 액체 셀 실험 동안 더 진보 또한 새로운 가장을 사용 하 여 이러한 문제점을 완화 하는 데 도움이 됩니다 프로브 나노의 기본 신비. 상호 전 situ nanocrystal 합성 및 에칭 실험 액체 셀 편 실험에서 본 메커니즘을 확실 한지 알아보는에 중요 한 될 것입니다. 또한, 연구팀은 그래 핀 액체 셀 편³⁵ 흐름 기능을 추가 대 한 작업 시작 하 고 더 많은 제어 주머니³⁶ 등 그래 핀을 만드는 있고 사용 하 여 액체 셀 준비 구멍³⁷. 전자 현미경 해상도 카메라 속도 발전 그래 액체 셀 추가 nanocrystal 변환 도중 원자 역학을 공부할 수를 만들 것입니다. 전자 현미경 검사 법에 사용 하기 위해 그래 핀 같은 원자적 얇은 소재에 액체의 작은 포켓을 배치 다양 한 잠재적인 응용 프로그램 있으며 nanoscience 연구의 주요 미래에 될 의심할 여 지 없이 것입니다.

자료

Name	Company	Catalog Number	Comments
2-propanol (Isopropanol)	Sigma Aldrich	190764-4L
Acetone	Fisher Chemical	A949-4 HPLC Grade
FeCl3	Sigma Aldrich	44944-250g
Gold Quantifoil, Amorphous Carbon TEM Grids	SPI Supplies	4230G-XA	300 Mesh Gold, R1.2/1.3- Often extensively on back-order
Graphene	ACS Materials	GnVCu3~5L-4x2in	We special order this to get graphene only on one side. The double sided product number is CVCU3022. Usually, we use 3-5 layer graphene for making Graphene Liquid Cells.  If researchers need single layer graphene for their liquid cells, we have been using Grolltex recently
Hot Plate	IKA	C-MAG HS 7 Digital
Hydrochlorid Acid	Fisher Chemical	7647-01-0
Kimwipe Tissues	Kimberly-Clark	34120
Matlab	Mathworks
Millipore Water Filter	Millipore	F4NA85846D
Sodium Persulfate	Sigma Aldrich	71890-500g
Surgical Scalpel Blade	Swann-Morton	No. 6
TEM	FEI	Tecnai T20 S-Twin	TEM needs to be linked to camera acquisition software to allow for dose rate calibration procedures.
TEM Cameara for in situ data collection	Gatan	Orius SC200	Custom digital micrograph scripts (written in house) for calibrating the C2 lens value to dose rate and collect in situ datasets
TEM Single Tilt Sample Holder	FEI
Tris(hydroxymethyl)aminomethane hydrochloride (Tris Buffer HCl)	Fisher Biotech	1185-53-1
Tweezers	Excelta	7-SA