Microscopia eletrônica de células líquidas é uma técnica poderosa para investigar nanossítuos em C2 em mídia líquida em alta resolução e fornece insights únicos e em tempo real sobre processos dinâmicos na escala nano. A célula líquida microwell suportada por grafeno combina as vantagens das arquiteturas celulares baseadas em grafeno e tecnologia de silício. Permite correlação com métodos analíticos, como espectroscopia EDX, à vista.
A técnica nos permite acompanhar diretamente os processos de um material em líquidos, enquanto eles acontecem. Esta observação in situ está no cerne do nosso grupo de treinamento de pesquisa. In situ microscopia com elétrons, raios-X e sondas de varredura financiadas pela Fundação Alemã de Pesquisa.
Demonstrando o procedimento será Diplom-Chemist, Robert Branscheid, um membro da equipe do meu laboratório. Para começar, transfira o grafeno para as grades TEM, primeiro molhando o tecido que suporta as seis a oito camadas de grafeno CVD no PMMA. Tome cuidado para que a água não seja diretamente aplicada à membrana PMMA.
Mergulhe totalmente o grafeno revestido de PMMA em uma placa de Petri cheia de água DI e, em seguida, use papel filtro para colher a camada de grafeno. Tome cuidado para que o lado do grafeno da pilha pmma de grafeno permaneça no topo durante todo o procedimento. Corte a camada de grafeno em pedaços que são grandes o suficiente para cobrir todos os poços fabricados.
Em seguida, re-imersão os pedaços cortados na placa de Petri. Em seguida, usando um par de pinças anti-capilar, pegue uma grade TEM revestida com uma camada de suporte de carbono furado. Mergulhe cuidadosamente a rede na água, e pegue o grafeno flutuando na superfície.
Deixe os lençóis secarem por algumas horas. Em seguida, remova a camada de proteção PMMA transferindo-a para um banho de acetona por 30 minutos. Após o banho de acetona, mergulhe imediatamente a amostra em etanol e água DI sem secar a amostra entre as soluções.
Use um vaso plano para remover facilmente o espécime depois. Quando terminar, retire a amostra da água DI e seque-a depois por 30 minutos em condições ambientais. Crie um modelo de célula líquida com micro-habitas micro-padronizadas seguindo o protocolo de texto.
Enxágüe o modelo de célula líquida fabricada com acetona, seguido de etanol. Em seguida, aplique um plasma ambiente de 20%, 80% de nitrogênio por cinco minutos para aumentar a capacidade da membrana. Distribua 0,5 microliters da solução de espécime no modelo ou na camada de grafeno.
Certifique-se de um procedimento de trabalho suave para minimizar as mudanças na concentração devido à evaporação. Em seguida, coloque a grade TEM na camada de nitreto de silício micro-padronizado com o grafeno voltado para o modelo. Pressione cuidadosamente a grade TEM revestida de grafeno sobre o modelo, certificando-se de não destruir a membrana de nitreto de silício inferior.
Remova a solução em excesso com um tecido para acelerar a secagem celular e mitigar as mudanças de concentração. Após aproximadamente dois a três minutos, observe uma mudança de contraste à medida que as interações do nitreto de silício de grafeno Van der Waals selam a célula líquida. Em seguida, coloque a amostra sob um microscópio óptico.
Use um par de pinças para remover cuidadosamente a grade TEM empurrando a ponta entre a grade e a estrutura de célula líquida microwell suportada pelo grafeno. Para reduzir os danos causados pela força, comece pelo local da rede paralelamente à borda da janela menor. Certifique-se de que pelo menos uma membrana das células líquidas microwell suportadas pelo grafeno ainda estão intactas.
Utilizando um suporte TEM padrão, carregue a amostra no suporte. Logo após sua preparação, carregue o suporte e prove o microscópio eletrônico de transmissão de varredura. Imagem a amostra adequadamente no que diz respeito às características da amostra e do microscópio.
Use uma dose baixa para minimizar o artefato pré-induzido e um curto tempo de exposição para evitar o desfoque relacionado ao movimento. Durante experimentos de longa data, bloqueie o feixe para reduzir os danos causados pela radiação. Após a aquisição de imagens, use uma plataforma de processamento de imagem adequada para extrair recursos de interesse.
Para rastreamento e análise de partículas, use a distribuição ImageJ de código aberto, Fiji. Depois de carregar uma imagem e convertê-la em uma imagem binária, utilize a função de partículas de análise para obter informações precisas sobre a área projetada e o barycenter da partícula para cada partícula em cada quadro. Inverta a imagem original para que as partículas apareçam como pontos brilhantes.
Em seguida, conecte as partículas entre os quadros com a ajuda do plugin, TrackMate. Por padrão, o TrackMate procura partículas brilhantes em um fundo escuro. Finalmente, combine os resultados do TrackMate e analise partículas com um script adequado, utilizando o ecossistema de código aberto baseado em Python, SciPy.
Um encapsulamento bem sucedido da solução de espécime pode ser verificado durante a microscopia eletrônica. Este vídeo mostra a dissolução de um conjunto de nanopartículas, e o crescimento de uma estrutura dendrítica. Para obter insights sobre o crescimento de partículas e a cinética de dissolução, é importante investigar cada partícula individualmente, em vez de analisar o desenvolvimento de parâmetros médios.
Ao estimar o expoente de crescimento, alfa, da variação de raio equivalente de partículas individuais ao longo do tempo, informações da cinética de reação subjacente podem ser obtidas. Aqui, a distribuição de alfa, baseada em 73 partículas dissolvidas, é exibida. Apenas partículas onde um modelo aométrico explica o declínio do raio para pelo menos 50% são consideradas.
No final do vídeo, surge uma estrutura dendrite. A formação dendrita é outro processo típico e bem documentado em células líquidas. Para quantificar o crescimento do dendrite, são analisados os contornos estruturais.
A evolução do raio da ponta e a velocidade ao longo do tempo revelam a relação hiperbólica esperada. O crescimento do dendrite é causado pela supersaturação local de íons de ouro devido à gravação de partículas acima mencionadas. Nesta parte do vídeo, é claramente visível que as partículas ainda estão se dissolvendo, enquanto o sistema supersaturado relaxa no crescimento do dendrite.
Isso pode ser causado por variações de concentração locais tanto nos íons de ouro quanto nas espécies oxidativas. O carregamento líquido e o suhrf são altamente dependentes da amostra de interesse porque a adesão do grafeno e os tempos de secagem necessários podem variar se diferentes soluções de espécimes forem aplicadas. A arquitetura de células líquidas microwell suportada por grafeno também permite métodos complementares in situ, como rendimentos em EDSX.
Além disso, os experimentos de modo de transmissão e tomografia foram realizados com sucesso. Após o desenvolvimento desta técnica, tornou-se possível desvendar o mecanismo de crescimento de ouro, prata, kawsh-en, e outras partículas até a resolução atômica. Os resultados são um excelente acordo com as medições de ressonância plasmática adquiridas por nossos colegas do departamento de física que também participam do grupo de treinamento de pesquisa.
Embora não seja mostrada aqui, a produção de estrutura transportadora emprega corrosivos e espécies tóxicas. Por favor, tenha cuidado durante a operação e tome as precauções necessárias.
