Name: 3d depth profile reconstruction of segregated impurities using secondary ion mass spectrometry
Uploaded: 2020-04-29T14:30:00.000+00:00
Duration: 7 min 10 s
Description: Watch this Scientific Journal Video about 3D Depth Profile Reconstruction of Segregated Impurities Using Secondary Ion Mass Spectrometry at JoVE.com

Bu çalışma, SONATA14 2018/31/D/ST5/00399 ve OPUS10 2015/19/B/ST7/02163 projeleri kapsamında Ulusal Bilim Merkezi (NCN) tarafından kısmen desteklenmiştir.

1. Kusur seçici aşındırma
<ol><li>Katı aşındırıcı hazırlama<ol><li>Potasyum hidroksit (KOH) ve sodyum hidroksitin (NaOH) güçlü bazlarının ötektik karışımını, magnezyum oksit (MgO) ile birlikte, oluşturan alkali hidroksitleri ve metal oksidi damıtılmış suda çözerek ve karıştırarak hazırlayın. 53.6/37.3/9.1 stokiyometrik miktarları sırasıyla NaOH, KOH ve MgO'nun %'sinde tutun 13. MgO ilavesi, aşındırıcı viskoziteyi, Ga-polar yüzeyde kalacak ve kenarlardan N-polar yüzeyeakmayacak şekilde arttırır 13,14. Kullanılan tüm kimyasallar pratik kalitede olmalıdır.</li>
		<li>Karışımı bir şişede sıcak bir plaka üzerinde 200 °C'ye ısıtın ve 1 saat boyunca manyetik karıştırarak çalkalayın (KOH-NaOH ötektik noktasının erime noktasının üzerinde).</li>
		<li>Kalan sıvıyı tamamen buharlaştırmak için bir sıcak plakanın sıcaklığını düşürerek karışımı ~100 °C'ye soğutun. Bu adım, şişe boyutuna ve su hacmine bağlıdır, bu nedenle 1 saate kadar birkaç dakika sürebilir.</li>
		<li>Katı dağlayıcıyı (E+M olarak gösterilir) neme maruz kalmaktan kaçınarak kurutulmuş bir şişeye aktarın. DİKKAT: KOH ve NaOH cilt tahrişine ve göz hasarına neden olabilir. Eldiven ve gözlük ile çalışın. Protokol burada da duraklatılabilir.</li>
	</ol></li>
	<li>Kusur seçici aşındırma<ol><li>Analiz için temiz bir GaN yüzeyi hazırlayın. Safir üzerinde epitaksiyal olarak büyütülen GaN aşağıdaki adımlarda kullanılır12.</li>
		<li>GaN örneğini ~450 °C'ye ısıtılmış bir sıcak plaka üzerine yerleştirin. Gerçek sıcaklığı tam olarak okumak için termokupl'u numunenin yakınına yerleştirin.</li>
		<li>GaN'nin üzerine bir parça katı E+M aşındırıcı yerleştirin ve 3 dakika bekletin.</li>
		<li>Numuneyi sıcak plakadan alın ve kalan E+M'yi ortadan kaldırmak için 3-5 dakika sıcak HCl içeren bir behere koyun.</li>
		<li>Numuneyi HCl'den çıkarın ve 5-10 dakika boyunca deiyonize (DI) su ve ultrasonik banyo ile bir behere yerleştirin.</li>
		<li>NumuneyiN2 üfleyerek kurutun. DİKKAT: HCl cilt tahrişine ve göz hasarına neden olabilir. Eldiven ve gözlük ile çalışın. Yanmaktan kaçının. Protokol burada da duraklatılabilir.</li>
	</ol></li>
</ol>2. Taramalı elektron mikroskobu (SEM) gözlemi
<ol><li>Numuneyi işaretleyin (örneğin, bir elmas kalem kesici kullanarak L şeklinde bir çizik ile).</li>
	<li>Numuneyi, iletken bir yapıştırıcı (yani çift taraflı karbon iletken bant veya benzeri bir malzeme) kullanarak kullanılacak SEM modeline ayrılmış metal bir saplama üzerine monte edin. Ellerden yağ kontaminasyonunu önlemek için numune hazırlama ve aktarma sırasında eldiven kullanın.</li>
	<li>Numune yüzeyinde yük birikmesini önlemek için numune yüzeyini metal bir saplama ile bağlamak için adım 2.2'den bir parça bant ekleyin. Alternatif olarak, şarj etkilerini önlemek için iletken malzeme (~ 10 nm kalınlığında) ile püskürtülmüş bir kaplama uygulanabilir.</li>
	<li>Numunenin üstten görünümünün en az üç yüksek çözünürlüklü SEM mikrografını (ideal olarak en az beş) edinin. Her görüntü en az 25 x 25 μm'lik bir alan göstermelidir. Makroskopik yüzey kusurları olan yüzey bölgelerinden görüntü almaktan kaçının. Şekil 1 tipik bir sonuç sunmaktadır.</li>
	<li>L şeklindeki işaretleyiciye göre her resmin tam konumunu not edin. NOT: Protokol burada duraklatılabilir.</li>
</ol>3. İkincil iyon kütle spektrometrisi ölçümleri
<ol><li>Alet kalibrasyonu<ol><li>SIMS ekipmanını negatif polarite, 7-13 keV darbe enerjisine sahip Cs birincil iyonları kullanarak kalibre edin. İkincil ve birincil kirişleri hizalayın. Yanal çözünürlük ışının boyutuna göre önceden belirlendiğinden, ışını mümkün olduğunca küçük tutun (çapı en az 1 μm).</li>
		<li>Çeşitli iyon akımı yoğunluğuna sahip kirişler için beş-yedi ayar hazırlayın. Basitlik için, ışının boyutunu sağlam tutun ve ışın akımını değiştirin. Işın akımını ve ışının boyutunuölçün 15. Aşağıdaki adımlarda 5 nA, 10 nA, 15 nA, 20 nA, 30 nA ve 50 nA ışın akımları ve 1 μm spot boyutu kullanılır.</li>
		<li>Aşağıdaki adımlar için 50 x 50 μm raster boyutu ve 35 x 35 μm analiz alanı kullanın. Uzamsal çözünürlük için 256 x 256 pikseli seçin. Aksi belirtilmedikçe, her sinyal için standart bir entegrasyon süresi kullanın (tipik olarak 1-2 s).</li>
	</ol></li>
	<li>Birincil kaynak kararlılığı<ol><li>Orta ışın akımına (15-20 nA) sahip bir ayar seçin.</li>
		<li>Boş bir silikon gofret için 30Si2- ikincil iyon kullanarak bir dizi görüntü elde edin. Her görüntü için sinyali 5-10 dakika boyunca entegre edin.</li>
		<li>İlk görüntüyle tüm görüntülerin pikselden piksele karşılaştırmalarını gerçekleştirin. Piksellerin %>5'i ilk görüntüden %>5'lik bir fark gösteriyorsa, bu, ışının kararsız hale geldiğini gösterir. Işın kararlılığının zaman aralığına dikkat edin.</li>
	</ol></li>
	<li>Ölçüm NOT: Aşağıdaki adımlar, ışının sabit bir zaman aralığı içinde gerçekleştirilir.<ol><li>Ölçüm odasındaki7. oksijen kirliliğinin arka plan seviyesini tahmin etmek için Peres ve ark. tarafından açıklanan prosedürü izleyin. Her ölçüm için, 16O- ve 69Ga- sinyalinin yoğunluk oranı yeterli olduğundan, oksijen konsantrasyonunun mutlak değerlerini elde etmeye gerek yoktur.</li>
		<li>Adım 3.1.2'de hazırlanan ışın ayarlarını kullanın. Her ışın ayarı için en az beş ölçüm gerçekleştirin. 16O- ikincil iyon kullanarak bir derinlik profili elde edin, ~200 nm derinliğe ulaşın ve sinyali 10-15 saniye boyunca entegre ederek 69Ga- ikincil iyonun yoğunluğunu ölçün. SEM görüntülerinin elde edildiği bölgelerde bunu yapmayın.</li>
		<li>16O- ve 69Ga- sinyallerinin yoğunluk oranını, ters birincil akım yoğunluğunun bir fonksiyonu olarak çizin (mutlak değerleri hesaplamaya gerek yoktur). İyi bir doğrusal uyum beklenir (burada,R2 = 0.997). Şekil 2'de gösterildiği gibi vakum arka plan katkısını tahmin edin.</li>
		<li>Aşağıdaki adımlar için yoğun bir ışın (30 nA) seçin. Düz alan düzeltmesi için kullanılacak bir görüntü elde edin. Boş bir silikon gofret için 30Si2- ikincil iyon kullanın. Sinyali 5-10 dakika boyunca entegre edin. Şekil 3 tipik bir sonuç sunmaktadır.</li>
		<li>SEM görüntülerinin elde edildiği bölgelerde derinlik profili ölçümleri gerçekleştirin. 16 O-ikincil iyon kullanarak, her veri noktası için sinyali 3-5 saniye boyunca entegre edin. NOT: Protokol burada duraklatılabilir.</li>
	</ol></li>
</ol>4. Veri işleme
<ol><li>Derinlik profilinden bir 3D görüntüyü yeniden oluşturun.</li>
	<li>Düz alan düzeltmesi gerçekleştirin: adım 3.3.4'te elde edilen bir referans görüntü kullanarak her 16 O-ion görüntüsünü pikselden piksele normalleştirin. Şekil 4A , ham verileri sunar ve Şekil 4B , düz alan düzeltmesinden sonraki görüntüyü sunar.</li>
	<li>Adım 3.3.2'de elde edilen bir çizimden vakum arka plan katkısını tahmin edin. Mutlak değerleri hesaplamaya gerek yoktur; Ancak, vakum arka plan katkısına atfedilebilecek toplam sayımların belirli yüzdesine dikkat edin. Böyle bir deney için %90-95 arasında bir değer tipiktir.</li>
	<li>Vakum arka plan katkısını çıkarın: kayıtlı 16 O sayımının %90-95'ini rastgele ortadan kaldırın. Şekil 4C , tek bir düzlem için tipik bir sonuç sunar.</li>
	<li>Kalan sayıları 3D görüntü olarak çizin. Şekil 5 tipik bir sonuç sunmaktadır.</li>
	<li>Tüm veri noktalarından gelen sinyalleri entegre edin ve katman destekli herhangi bir görüntü düzenleme yazılımını kullanarak 2D görüntüyü önceden elde edilen SEM görüntüsünün üzerine yerleştirin. SEM görüntüsünü arka plan olarak değerlendirin. SIMS sonuçlarını içeren bir katman, yalnızca renkli pikseller olarak gerçek sayıları içermelidir (aradaki beyaz bölgeleri silin). Bu katmana ~%30 saydamlık ekleyin. Şekil 6 tipik bir sonuç sunmaktadır</li>
</ol>

<ol>
	<li>Wittmaack, K. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=High-sensitivity+depth+profiling+of+arsenic+and+phosphorus+in+silicon+by+means+of+SIMS.">High-sensitivity depth profiling of arsenic and phosphorus in silicon by means of SIMS.</a> Applied Physics Letters. 29, 552 (1976).</li><li>Ber, B. Y., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Secondary+ion+mass+spectroscopy+investigations+of+magnesium+and+carbon+doped+gallium+nitride+films+grown+by+molecular+beam+epitaxy.">Secondary ion mass spectroscopy investigations of magnesium and carbon doped gallium nitride films grown by molecular beam epitaxy.</a> Semiconductor Science and Technology. 13, 71-74 (1998).</li><li>Chiou, C. Y., Wang, C. C., Ling, Y. C., Chiang, C. I. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Secondary+ion+mass+spectrometry+analysis+of+In-doped+p-type+GaN+films.">Secondary ion mass spectrometry analysis of In-doped p-type GaN films.</a> Applied Surface Science. 203-204, 482-485 (2003).</li><li>Emziane, M., Durose, K., Halliday, D. P., Bosio, A., Romeo, N. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=In+situ+oxygen+incorporation+and+related+issues+in+CdTe/CdS+photovoltaic+devices.">In situ oxygen incorporation and related issues in CdTe/CdS photovoltaic devices.</a> Journal of Applied Physics. 100, 013513 (2006).</li><li>Matsunaga, T., Yoshikawa, S., Tsukamoto, K. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Secondary+ion+yields+of+C,+Si,+Ge+and+Cs+surface+density+and+concentration+in+SIMS.">Secondary ion yields of C, Si, Ge and Cs surface density and concentration in SIMS.</a> Surface Science. 515, 390-402 (2002).</li><li>Gnaser, H. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=SIMS+detection+in+the+1012+atoms+cm&#8722;3+range.">SIMS detection in the 1012 atoms cm&#8722;3 range.</a> Surface and Interface Analysis. 25, 737-740 (1997).</li><li>Peres, P., Merkulov, A., Choi, S. Y., Desse, F., Schuhmacher, M. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Characterization+of+LED+materials+using+dynamic+SIMS.">Characterization of LED materials using dynamic SIMS.</a> Surface and Interface Analysis. 45, 437-440 (2013).</li><li>Arslan, I., Browning, N. D. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Role+of+Oxygen+at+Screw+Dislocations+in+GaN.">Role of Oxygen at Screw Dislocations in GaN.</a> Physical Review Letters. 91, 165501 (2003).</li><li>Hawkridge, M. E., Cherns, D. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Oxygen+segregation+to+dislocations+in+GaN.">Oxygen segregation to dislocations in GaN.</a> Applied Physics Letters. 87, 221903 (2005).</li><li>Arslan, I., Bleloch, A., Stach, E. A., Ogut, S., Browning, N. D. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Using+EELS+to+observe+composition+and+electronic+structure+variations+at+dislocation+cores+in+GaN.">Using EELS to observe composition and electronic structure variations at dislocation cores in GaN.</a> Philosophical Magazine. 86, 4727-4746 (2006).</li><li>Hautakangas, S., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Gallium+and+nitrogen+vacancies+in+GaN:+Impurity+decoration+effects.">Gallium and nitrogen vacancies in GaN: Impurity decoration effects.</a> Physica B: Condensed Matter. 376-377, 424-427 (2006).</li><li>Micha&#322;owski, P. P., Z&#322;otnik, S., Rudzi&#324;ski, M. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Three+dimensional+localization+of+unintentional+oxygen+impurities+in+gallium+nitride.">Three dimensional localization of unintentional oxygen impurities in gallium nitride.</a> Chemical Communications. 55, 11539 (2019).</li><li>Kamler, G., Weyher, J. L., Grzegory, I., Jezierska, E., Wosi&#324;ski, T. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Defect-selective+etching+of+GaN+in+a+modified+molten+bases+system.">Defect-selective etching of GaN in a modified molten bases system.</a> Journal of Crystal Growth. 246, 21-24 (2002).</li><li>Zhuang, D., Edgar, J. H., Strojek, B., Chaudhuri, J., Rek, Z. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Defect-selective+etching+of+bulk+AlN+single+crystals+in+molten+KOH/NaOH+eutectic+alloy.">Defect-selective etching of bulk AlN single crystals in molten KOH/NaOH eutectic alloy.</a> Journal of Crystal Growth. 262, 89-94 (2004).</li><li>. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=.">.</a> SC-Ultra, User's Guide. , (2005).</li><li>Weyher, J. v. L., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Orthodox+etching+of+HVPE-grown+GaN.">Orthodox etching of HVPE-grown GaN.</a> Journal of Crystal Growth. 305, 384-392 (2007).</li></ol>

Yazarların açıklayacak hiçbir şeyi yok.

Dedektörün düzensizliği ve vakum arka plan katkısı sorunlarının, sırasıyla düz alan düzeltmesi ve parazitik sayımların çıkarılması ile çözülmesi kolaydır. Çıkarma prosedürü mükemmel değildir, çünkü oksijenin toplandığı bir katkıyı çıkarabilir. Buna karşılık, diğer konumda, arka plan sayısını etkilemeyecektir; Bu nedenle, bazı gerçek sayımlar azalırken bazı yapay sayımlar hala mevcut olabilir. Bununla birlikte, kabul edilebilir sonuçlar sağlayacak kadar verimli ve hassastır.
Birincil ışın kararsızlığı en sorunlu olanıdır, çünkü birincil ışın parametrelerinin bozulması ikincil iyon görüntüsünü bulanıklaştıracaktır; Böylece numune hakkında sağlıklı bir bilgi elde edilemez. Protokoldeki Bölüm 3.2 özellikle önemlidir. Örneğin, iyi hizalanmış bir ışın için, ilk 30Si2- ikincil iyon görüntüsü dedektörün düzensizliğini yansıtır, ancak bir süre sonra görüntü değişmeye başlayacaktır. Bu, birincil ışın parametrelerinin bozulmasından kaynaklanır (yani, birincil akım kaybı, odak kaybı, konum kayması vb.). Bu nedenle, ışın kararlılığının zaman aralığını tahmin etmek önemlidir. Tipik olarak daha kararlı olduğu için, ışının başlatılmasından 2-3 saat sonra deneye başlanması tavsiye edilir.
Deney, ışının sabit bir zaman aralığı içinde gerçekleştirilirse ve sonuç hala tatmin edici değilse, birincil ışının kalitesinin dikkate alınması tavsiye edilir. Küçük bir birincil ışın için, yalnızca ikincil bir iyon görüntüsünü gözlemleyerek yeterli kaliteyi doğrulamak daha zordur. Bu nedenle, çok düz bir malzemenin (yani boş bir silikon gofret) ~ 1 μm püskürtüldükten sonra krater tabanında atomik kuvvet mikroskobu pürüzlülük testlerinin yapılması tavsiye edilir. Kök ortalama kare pürüzlülüğü 1 nm'nin üzerindeyse, birincil ışının daha fazla optimizasyonu gerekir.
Işının boyutu, bu yöntemin yanal çözünürlüğünü sınırlar. SIMS, ışın boyutundan daha küçük özellikleri görüntüleyebilir, ancak ikincil iyon görüntüsü, birincil iyon ışınının şeklini ve boyutunu devralır. İki özellik arasındaki mesafe ışının boyutundan daha küçükse, ikincil iyon görüntüsü bunları birlikte bulanıklaştıracaktır. Bu sorunlara rağmen, yöntem, kullanıcıların katı hal örneklerinde safsızlıkların/katkı maddelerinin gerçekçi bir 3D dağılımını elde etmelerini sağlar. Ayrıca, atomların herhangi bir uzamsal ayrışması, kusurların ve arayüzlerin konumu ile ilişkilendirilebilir.
GaN bazlı yapılar için (yani, oksijenle süslenmiş), yerel ışınımsal olmayan rekombinasyon merkezleri olarak hareket eden çıkıklar, n-tipi iletkenlikten sorumludur. Diğer malzemeler için, katkı maddesi/kirletici atom dağılımının herhangi bir homojen olmaması, bir cihazın performansı üzerinde büyük etkilere sahip olabilir. Bu nedenle, protokol özellikle arıza analizi ve büyüme ve işleme prosedürlerinin optimizasyonu için kullanışlıdır.

İkincil iyon kütle spektrometrisi (SIMS), mükemmel tespit limitleri 1,2,3,4,5,6 ile kontaminasyon izleme için kullanılan iyi bilinen bir tekniktir. Vakum arka plan katkısı, bir ölçüm odasında artık gazlar şeklinde bulunabilen hafif elementler (örn. hidrojen, karbon, nitrojen, oksijen) için sorunlu olabilir. Peres ve ark. daha önce arka plan katkısını tahmin etmek için bir teknik oluşturmuştu; Böylece, kirletici atomların gerçekçi bir konsantrasyonu belirlenebilir7.
Birçok malzemede, kirletici atomların dağılımı tekdüze değildir. Galyum nitrür (GaN) durumu özellikle ilginçtir, çünkü oksijenin esas olarak vida ve karışık çıkıklarısüslediği tahmin edilmektedir 8,9,10,11. Çoğu analitik yöntemin, düşük konsantrasyonlu kirletici atomları tespit etmek için hassasiyet veya uzamsal çözünürlükten yoksun olduğu göz önüne alındığında, ayrılmış safsızlıkların 3D lokalizasyonunu yapabilen bir SIMS ölçüm prosedürü geliştirmek esastır12.
Birçok SIMS spektrometresi konuma duyarlı dedektörlerle donatılmış olsa da, bir derinlik profilinin doğrudan üç boyutlu (3D) rekonstrüksiyonu, bir GaN örneğinde oksijen atomlarının gerçekçi dağılımını elde etmek için yetersizdir. Dedektörün kusuru görüntüyü bozabilir ve araştırmacıların kirletici atomların gerçekçi bir dağılımını elde etmelerini engelleyebilir. Bununla birlikte, kayıtlı oksijen sayımlarının genellikle %>90'ı analiz odasında bulunan artık gazlardan kaynaklandığından, büyük bir sorun vakum arka plan katkısıdır. Burada, bu zorlukların her birini tanımlamak ve uygun şekilde çözmek için bir yöntem sunulmaktadır.
Dedektörün düzensizliği boş bir silikon gofret üzerinde test edilebilir. Uzun bir entegrasyon süresi bile, bir mikrokanal plaka dedektöründeki her kanalın değişen hassasiyeti nedeniyle bazı ikincil iyon görüntüsü düzensizliklerinin gözlemlenmesine yol açabilir. Bu nedenle, ayrılmış atomların 3D dağılımlarının yüksek kaliteli görüntülerini elde etmek için düz alan düzeltmesi gereklidir.
Vakum arka plan katkısı, analiz alanına adsorbe edilen vakumdan kirletici atomların akışı ile ilgilidir. İşlemin dinamik olduğu göz önüne alındığında (yani, numune yüzeyi sürekli olarak birincil ışın tarafından püskürtülür), analiz edilen alanın her noktasının bu oksijen atomlarını adsorbe etme olasılığının aynı olduğu varsayılabilir. Ayrıca, neredeyse anında püskürtülürler ve ayrılmak için yeterli zamanları yoktur. Bu nedenle, istatistiksel bir yaklaşım en verimli olanıdır. Oksijen sayımlarının %90'ının (veya daha fazlasının) rastgele ortadan kaldırılması, oksijenin topaklandığı bölgeleri ortaya çıkarmalıdır.
Birincil ışının stabilitesinin bu tür bir deney için çok önemli olduğuna dikkat edilmelidir. Bir süre sonra, ışının yoğunluğu ve homojenliği bozulur ve bu da görüntünün kalitesini düşürür. Bu nedenle, ışının kararlı çalışmasının bir zaman aralığını tahmin etmek ve ışın kararsız hale gelmeden önce tüm deneyleri yapmak önemlidir. Protokol, düzgün olmayan dağılımın beklendiği diğer malzemeler ve tespit edilen elemanlar için kolayca kullanılabilir. Bunu, çıkığın konumlarını ve türlerini ortaya çıkaran ıslak kimyasal aşındırma ile birleştirmek özellikle ilginçtir. Böylece, aglomera safsızlıkların konumu, kusurların konumu ile ilişkilendirilebilir.

<table><tbody><tr><td>Heating plate with ceramic top plate</td><td>IKA - Werke GmbH</td><td>3644200</td><td>for defect selective etching; yellow MAG HP 7</td></tr><tr><td>Hydrochloric acid (HCl) solution 35-38%</td><td>Chempur</td><td>115752837</td><td>for etchant removal; pure p.a.; CAS: 7647-01-0</td></tr><tr><td>Magnesium oxide (MgO)</td><td>Chempur</td><td>116140200</td><td>for eutectic solid etchant prepration; pure p.a.; CAS: 1309-48-4</td></tr><tr><td>Potassium hydroxide (KOH)</td><td>POCH S.A.</td><td>746800113</td><td>for eutectic solid etchant prepration; pure p.a.; CAS: 1310-58-3</td></tr><tr><td>Sodium hydroxide (NaOH)</td><td>POCH S.A.</td><td>810925112</td><td>for eutectic solid etchant prepration; pure p.a.; CAS: 1310-73-2</td></tr><tr><td>Secondary ion mass spectrometer</td><td>CAMECA</td><td>IMS SC Ultra</td><td></td></tr><tr><td>Scanning electron microscope</td><td>Hitachi</td><td>SU8230</td><td></td></tr></tbody></table>

3d depth profile reconstruction of segregated impurities using secondary ion mass spectrometry

Sunulan protokol, ikincil iyon kütle spektrometrisi (SIMS) kullanarak mükemmel algılama sınırlarını (1 ppm ila 1 ppb) makul uzamsal çözünürlükle (~1 μm) birleştirir. Ayrıca, katı hal malzemelerinde ayrılmış safsızlıkların/katkı maddelerinin gerçekçi üç boyutlu (3B) dağılımlarının nasıl elde edileceğini açıklar. SIMS ile ilgili ölçüm artefaktları nedeniyle doğrudan 3D derinlik profili rekonstrüksiyonunun elde edilmesi genellikle zordur. Burada sunulan, bu zorluğu tanımlamak ve çözmek için bir yöntemdir. Aşağıdakiler de dahil olmak üzere üç ana konu tartışılmaktadır: i) dedektörün düzgünsüzlüğü düz alan düzeltmesi ile telafi edilir; ii) vakum arka plan katkısı (analiz odasında bulunan artık gazlardan parazitik oksijen sayımı) tahmin edilir ve çıkarılır; ve iii) birincil iyon kaynağının kararlı bir zaman aralığı içinde tüm adımların performansı. Islak kimyasal aşındırma, bir malzemedeki çıkığın konumunu ve türlerini ortaya çıkarmak için kullanılır, daha sonra SIMS sonucu, taramalı elektron mikroskobu (SEM) ile elde edilen görüntülerin üzerine bindirilir. Bu nedenle, aglomera safsızlıkların konumu, belirli kusurların konumu ile ilişkilendirilebilir. Yöntem hızlıdır ve karmaşık numune hazırlama aşaması gerektirmez; Bununla birlikte, yüksek kaliteli, kararlı bir iyon kaynağı gerektirir ve birincil ışın parametrelerinin bozulmasını önlemek için tüm ölçümün hızlı bir şekilde yapılması gerekir.

3D görüntüde çok net sütun şeklindeki yapılar gözlemlenmelidir. Yüzeye daha yakın bir bölgede daha fazla oksijen toplanmalıdır, çünkü aşındırma işlemi numune boyunca yayılabilecek daha fazla oksijen sağlar. Şekil 7 , ham verilerin 3B görüntüsünü ve azaltma prosedürünün nihai sonucu nasıl ortaya çıkardığının bir animasyonunu sunar. Şekil 4C ayrıca tek bir düzlem için tipik bir sonuç sunar.
SEM görüntüsünün üzerine bindirilmiş SIMS görüntüsü, oksijenin en büyük aşındırma çukurlarının çekirdekleri boyunca toplandığını ortaya koymaktadır. Bunlar karışık/vidalı çıkıklarabağlanabilir 15. Çekirdek, birincil ışının boyutundan daha küçükse, ikincil görüntünün birincil ışının boyutunu ve şeklini devralacağına dikkat edilmelidir. Optimal olmayan deneylerde, oksijen sayımlarının rastgele bir dağılımı görülebilir (Şekil 8). Şekil 9 , deney sırasında ışının kararsız hale geldiği bir durumu göstermektedir. Spesifik olarak, yüzeye çok yakın bir bölge için kalite yüksektir, ancak deney sırasında yavaş yavaş bozulur.
<img alt="Figure 1" class="xfigimg" src="/files/ftp_upload/61065/61065fig1.jpg"> Şekil 1: E+M aşındırma kullanılarak GaN yüzeyinde ortaya çıkarılan aşındırma çukurlarının SEM mikrografları. Aşındırma parametreleri 3 dakika boyunca 450 oC'ye ayarlandı. İç kısım, çıkık çekirdekleri üzerinde oluşan altıgen çukurların ortaya çıktığı büyütülmüş bir mikrografı tasvir ediyor. En büyük iki çukur (>500 nm), Burgers vektörünün vida bileşeni ile çıkıkları temsil eder. Bu rakam12 izni ile çoğaltılmıştır. <a href="https://www.jove.com/files/ftp_upload/61065/61065fig1large.jpg" target="_blank">Bu rakamın daha büyük bir sürümünü görüntülemek için lütfen buraya tıklayın.</a>
<img alt="Figure 2" class="xfigimg" src="/files/ftp_upload/61065/61065fig2.jpg"> Şekil 2: Ortalama O- konsantrasyonu ve ters birincil akım. Vakum arka plan katkısı arsadan tahmin edilebilir. Hata çubukları, her veri kümesinin standart sapmasını temsil eder (beş ölçüm). <a href="https://www.jove.com/files/ftp_upload/61065/61065fig2large.jpg" target="_blank">Bu rakamın daha büyük bir sürümünü görüntülemek için lütfen buraya tıklayın.</a>
<img alt="Figure 3" class="xfigimg" src="/files/ftp_upload/61065/61065fig3.jpg"> Şekil 3: Boş bir silikon gofret için tipik bir 30Si2- ikincil iyon görüntüsü.Yoğunluk farklılıkları, dedektörün düzensizliğinden kaynaklanır. <a href="https://www.jove.com/files/ftp_upload/61065/61065fig3large.jpg" target="_blank">Bu rakamın daha büyük bir sürümünü görüntülemek için lütfen buraya tıklayın.</a>
<img alt="Figure 4" class="xfigimg" src="/files/ftp_upload/61065/61065fig4v2.jpg"> Şekil 4: 3D modunda ölçülen oksijen sayımı dağılımının tipik düzlem görünümü. Ham verilerden (A), (B) düz alan düzeltmesinden sonra ve (C) vakum arka plan katkısının çıkarılmasından sonraki görüntüler gösterilmiştir. Bu rakam12 izni ile uyarlanmıştır. <a href="https://www.jove.com/files/ftp_upload/61065/61065fig4large.jpg" target="_blank">Bu rakamın daha büyük bir sürümünü görüntülemek için lütfen buraya tıklayın.</a>
<img alt="Figure 5" class="xfigimg" src="/files/ftp_upload/61065/61065fig5.jpg"> Şekil 5: 5 μ m x 5 μ m x 1 μm küboiddeki oksijen sayımlarının 3 boyutlu görünümü. Daha iyi görünürlük için z ölçeği uzatılmıştır. Animasyon için Ek Şekil 1'e bakın. Bu rakam12 izni ile uyarlanmıştır. <a href="https://www.jove.com/files/ftp_upload/61065/61065fig5large.jpg" target="_blank">Bu rakamın daha büyük bir sürümünü görüntülemek için lütfen buraya tıklayın.</a>
<img alt="Figure 6" class="xfigimg" src="/files/ftp_upload/61065/61065fig6.jpg"> Şekil 6: SEM mikrografına yansıtılan oksijen ikincil iyonlarının (mavi pikseller) yanal dağılımı. SIMS ile ilgili artefaktlara rağmen (birincil ışının boyutuna göre belirlenen yanal çözünürlük), en büyük çukurların konumları ile oksijen arasında açık bir korelasyon gözlenir. Bu rakam12 izni ile uyarlanmıştır. <a href="https://www.jove.com/files/ftp_upload/61065/61065fig6large.jpg" target="_blank">Bu rakamın daha büyük bir sürümünü görüntülemek için lütfen buraya tıklayın.</a>
<img alt="Figure 7" class="xfigimg" src="/files/ftp_upload/61065/61065fig7.jpg"> Şekil 7: Redüksiyon prosedürünün nasıl yapıldığını gösteren animasyon. Prosedürün başlangıcında, tüm sayımlar mevcuttur, daha sonra her katman için sayımların% 90'ı rastgele elimine edilir. <a href="https://www.jove.com/files/ftp_upload/61065/61065fig7.mp4" target="_blank">Bu animasyonu indirmek için lütfen buraya tıklayın.</a>
<img alt="Figure 8" class="xfigimg" src="/files/ftp_upload/61065/61065fig8.jpg"> Şekil 8: Suboptimal deneyde oksijen sayımlarının rastgele dağılımı. <a href="https://www.jove.com/files/ftp_upload/61065/61065fig8large.jpg" target="_blank">Bu rakamın daha büyük bir sürümünü görüntülemek için lütfen buraya tıklayın.</a>
<img alt="Figure 9" class="xfigimg" src="/files/ftp_upload/61065/61065fig9.jpg"> Şekil 9: Kararsız bir ışınla gerçekleştirilen deney. Püskürtme derinliği ile kalite düşer. <a href="https://www.jove.com/files/ftp_upload/61065/61065fig9large.jpg" target="_blank">Bu rakamın daha büyük bir sürümünü görüntülemek için lütfen buraya tıklayın.</a>
Ek Şekil 1. <a href="https://www.jove.com/files/ftp_upload/61065/Supplemental_Figure_1.mp4" target="_blank">Bu rakamı indirmek için lütfen buraya tıklayın.</a>

Watch this Scientific Journal Video about 3D Depth Profile Reconstruction of Segregated Impurities Using Secondary Ion Mass Spectrometry at JoVE.com

3D Depth Profile Reconstruction of Segregated Impurities Using Secondary Ion Mass Spectrometry

Sunulan yöntem, ikincil iyon kütle spektrometrisi ile ilgili ölçüm artefaktlarının nasıl tanımlanacağını ve çözüleceğini ve ayrıca katı hal malzemelerindeki safsızlıkların/katkı maddelerinin gerçekçi 3D dağılımlarının nasıl elde edileceğini açıklar.

İkincil İyon Kütle Spektrometrisi Kullanılarak Ayrılmış Safsızlıkların 3D Derinlik Profili Rekonstrüksiyonu

The presented protocol combines excellent detection limits (1 ppm to 1 ppb) using secondary ion mass spectrometry (SIMS) with reasonable spatial ...

3d-depth-profile-reconstruction-segregated-impurities-using-secondary

Research

JoVE Journal

Chemistry

1.6K Görüntüleme.  Łukasiewicz Research Network-Institute of Electronic Materials Technology. Sunulan yöntem, ikincil iyon kütle spektrometrisi ile ilgili ölçüm artefaktlarının nasıl tanımlanacağını ve çözüleceğini ve ayrıca katı hal malzemelerindeki safsızlıkların/katkı maddelerinin gerçekçi 3D dağılımlarının nasıl elde edileceğini açıklar. 

Video: 3D Depth Profile Reconstruction of Segregated Impurities Using Secondary Ion Mass Spectrometry

Preparation of Homogeneous MALDI Samples for Quantitative Applications

This protocol demonstrates a simple sample preparation to reduce spatial heterogeneity in ion signals during matrix-assisted laser desorption/ionization (MALDI) mass spectrometry. The heterogeneity of ion signals is a severe problem in MALDI, which results in poor data reproducibility and makes MALDI unsuitable for quantitative analysis. By regulating sample plate temperature during sample preparation, thermal-induced hydrodynamic flows inside droplets of sample solution are able to reduce the heterogeneity problem. A room-temperature sample preparation chamber equipped with a temperature-regulated copper base block that holds MALDI sample plates facilitates precise control of the sample drying condition. After drying of sample droplets, the temperature of sample plates is returned to room temperature and removed from the chamber for subsequent mass spectrometric analysis. The areas of samples are examined with MALDI-imaging mass spectrometry to obtain the spatial distribution of all components in the sample. In comparison with the conventional dried-droplet method that prepares samples under ambient conditions without temperature control, the samples prepared with the method demonstrated herein show significantly better spatial distribution and signal intensity. According to observations using carbohydrate and peptide samples, decreasing substrate temperature while maintaining the surroundings at ambient temperature during the drying process can effectively reduce the heterogeneity of ion signals. This method is generally applicable to various combinations of samples and matrices.

A protocol for reducing spatial heterogeneities of ion signals in MALDI mass spectrometry by regulating substrate temperature during sample drying processes is demonstrated.

Kantitatif Uygulamalar için Homojen MALDI Örneklerin Hazırlanması

This protocol demonstrates a simple sample preparation to reduce spatial heterogeneity in ion signals during matrix-assisted laser desorption/ionization ...

Biyokimya

Sheathless Capillary Electrophoresis&#8211;Mass Spectrometry for Metabolic Profiling of Biological Samples

In metabolomics, a wide range of analytical techniques is used for the global profiling of (endogenous) metabolites in complex samples. In this paper, a protocol is presented for the analysis of anionic and cationic metabolites in biological samples by capillary electrophoresis&#8211;mass spectrometry (CE-MS). CE is well-suited for the analysis of highly polar and charged metabolites as compounds are separated on the basis of their charge-to-size ratio. A recently developed sheathless interfacing design, i.e., a porous tip interface, is used for coupling CE to electrospray ionization (ESI) MS. This interfacing approach allows the effective use of the intrinsically low-flow property of CE in combination with MS, resulting in nanomolar detection limits for a broad range of polar metabolite classes. The protocol presented here is based on employing a bare fused-silica capillary with a porous tip emitter at low-pH separation conditions for the analysis of a broad array of metabolite classes in biological samples. It is demonstrated that the same sheathless CE-MS method can be used for the profiling of cationic metabolites, including amino acids, nucleosides and small peptides, or anionic metabolites, including sugar phosphates, nucleotides and organic acids, by only switching the MS detection and separation voltage polarity. Highly information-rich metabolic profiles in various biological samples, such as urine, cerebrospinal fluid and extracts of the glioblastoma cell line, can be obtained by this protocol in less than 1 hr of CE-MS analysis.

A protocol for metabolic profiling of biological samples by capillary electrophoresis&#8211;mass spectrometry using a sheathless porous tip interface design is presented.

Biyolojik Numune metabolik profil için Sheathless Kapiler Elektroforez-Kütle Spektrometre

In metabolomics, a wide range of analytical techniques is used for the global profiling of (endogenous) metabolites in complex samples. In this paper, a ...

In Situ Characterization of Hydrated Proteins in Water by SALVI and ToF-SIMS

This work demonstrates in situ characterization of protein biomolecules in the aqueous solution using the System for Analysis at the Liquid Vacuum Interface (SALVI) and time-of-flight secondary ion mass spectrometry (ToF-SIMS). The fibronectin protein film was immobilized on the silicon nitride (SiN) membrane that forms the SALVI detection area. During ToF-SIMS analysis, three modes of analysis were conducted including high spatial resolution mass spectrometry, two-dimensional (2D) imaging, and depth profiling. Mass spectra were acquired in both positive and negative modes. Deionized water was also analyzed as a reference sample. Our results show that the fibronectin film in water has more distinct and stronger water cluster peaks compared to water alone. Characteristic peaks of amino acid fragments are also observable in the hydrated protein ToF-SIMS spectra. These results illustrate that protein molecule adsorption on a surface can be studied dynamically using SALVI and ToF-SIMS in the liquid environment for the first time.

In Situ Characterization of Hydrated Proteins in Water by SALVI and ToF-SIMS

This work presents a protocol for liquid handling and sample introduction to a microchannel for in situ time-of-flight secondary ion mass spectrometry analysis of protein biomolecules in an aqueous solution.

SALVI ve TOF-SIMS tarafından Su Sönmüş Proteinlerin In Situ Karakterizasyonu içinde

This work demonstrates in situ characterization of protein biomolecules in the aqueous solution using the System for Analysis at the Liquid Vacuum ...

Kimya

Imaging of Biological Tissues by Desorption Electrospray Ionization Mass Spectrometry

Mass spectrometry imaging (MSI) provides untargeted molecular information with the highest specificity and spatial resolution for investigating biological tissues at the hundreds to tens of microns scale. When performed under ambient conditions, sample pre-treatment becomes unnecessary, thus simplifying the protocol while maintaining the high quality of information obtained. Desorption electrospray ionization (DESI) is a spray-based ambient MSI technique that allows for the direct sampling of surfaces in the open air, even in vivo. When used with a software-controlled sample stage, the sample is rastered underneath the DESI ionization probe, and through the time domain, m/z information is correlated with the chemical species' spatial distribution. The fidelity of the DESI-MSI output depends on the source orientation and positioning with respect to the sample surface and mass spectrometer inlet. Herein, we review how to prepare tissue sections for DESI imaging and additional experimental conditions that directly affect image quality. Specifically, we describe the protocol for the imaging of rat brain tissue sections by DESI-MSI.

Desorption electrospray ionization mass spectrometry (DESI-MS) is an ambient method by which samples, including biological tissues, can be imaged with minimal sample preparation. By rastering the sample below the ionization probe, this spray-based technique provides sufficient spatial resolution to discern molecular features of interest within tissue sections.

Desorpsiyon Elektrosprey İyonizasyon Kütle Spektrometresi ile Biyolojik Dokuların Görüntüleme

Mass spectrometry imaging (MSI) provides untargeted molecular information with the highest specificity and spatial resolution for investigating biological ...

Biyomühendislik

In Situ Characterization of Shewanella oneidensis MR1 Biofilms by SALVI and ToF-SIMS

Bacterial biofilms are surface-associated communities that are vastly studied to understand their self-produced extracellular polymeric substances (EPS) and their roles in environmental microbiology. This study outlines a method to cultivate biofilm attachment to the System for Analysis at the Liquid Vacuum Interface (SALVI) and achieve in situ chemical mapping of a living biofilm by time-of-flight secondary ion mass spectrometry (ToF-SIMS). This is done through the culturing of bacteria both outside and within the SALVI channel with our specialized setup, as well as through optical imaging techniques to detect the biofilm presence and thickness before ToF-SIMS analysis. Our results show the characteristic peaks of the Shewanella biofilm in its natural hydrated state, highlighting upon its localized water cluster environment, as well as EPS fragments, which are drastically different from the same biofilm's dehydrated state. These results demonstrate the breakthrough capability of SALVI that allows for in situ biofilm imaging with a vacuum-based chemical imaging instrument.

In Situ Characterization of Shewanella oneidensis MR1 Biofilms by SALVI and ToF-SIMS

This article presents a method for growing a biofilm for in situ time-of-flight secondary ion mass spectrometry for chemical mapping in its hydrated state, enabled by a microfluidic reactor, System for Analysis at the liquid Vacuum Interface. The Shewanella oneidensis MR-1 with green fluorescence protein was used as a model.

Situ Shewanella Corynebacterium MR1 biyofilmler SALVI ve ToF-SIMS tarafından karakterizasyonu

Bacterial biofilms are surface-associated communities that are vastly studied to understand their self-produced extracellular polymeric substances (EPS) ...

Atom Probe Tomography Analysis of Exsolved Mineral Phases

Element diffusion rates and temperature/pressure control a range of fundamental volcanic and metamorphic processes. Such processes are often recorded in lamellae exsolved from host mineral phases. Thus, the analysis of the orientation, size, morphology, composition and spacing of exsolution lamellae is an area of active research in the geosciences. The conventional study of these lamellae has been conducted by scanning electron microscopy (SEM) and transmission electron microscopy (TEM), and more recently with focused ion beam (FIB)-based nanotomography, yet with limited chemical information. Here, we explore the use of atom probe tomography (APT) for the nanoscale analysis of ilmenite exsolution lamellae in igneous titanomagnetite from ash deposits erupted from the active Soufri&#232;re Hills Volcano (Montserrat, British West Indies). APT allows the precise calculation of interlamellar spacings (14&#8211;29 &#177; 2 nm) and reveals smooth diffusion profiles with no sharp phase boundaries during the exchange of Fe and Ti/O between the exsolved lamellae and the host crystal. Our results suggest that this novel approach permits nanoscale measurements of lamellae composition and interlamellar spacing that may provide a means to estimate the lava dome temperatures necessary to model extrusion rates and lava dome failure, both of which play a key role in volcanic hazard mitigation efforts.

Analysis of the morphology, composition, and spacing of exsolution lamellae can provide essential information to understand geological processes related to volcanism and metamorphism. We present a novel application of APT for the characterization of such lamellae and compare this approach to the conventional use of electron microscopy and FIB-based nanotomography.

Çözülmüş Mineral Evrelerinin Atom Prob Tomografisi Analizi

Element diffusion rates and temperature/pressure control a range of fundamental volcanic and metamorphic processes. Such processes are often recorded in ...

Çevre

Sample Preparation for Probe Electrospray Ionization Mass Spectrometry

Mass spectrometry (MS) is a powerful tool in analytical chemistry because it provides very accurate information about molecules, such as mass-to-charge ratios (m/z), which are useful to deduce molecular weights and structures. While it is essentially a destructive analytical method, recent advancements in the ambient ionization technique have enabled us to acquire data while leaving tissue in a relatively intact state in terms of integrity. Probe electrospray ionization (PESI) is a so-called direct method because it does not require complex and time-consuming pretreatment of samples. A fine needle serves as a sample picker, as well as an ionization emitter. Based on the very sharp and fine property of the probe tip, destruction of the samples is minimal, allowing us to acquire the real-time molecular information from living things in situ. Herein, we introduce three applications of PESI-MS technique that will be useful for biomedical research and development. One involves the application to solid tissue, which is the basic application of this technique for the medical diagnosis. As this technique requires only 10 mg of the sample, it may be very useful in the routine clinical settings. The second application is for in vitro medical diagnostics where human blood serum is measured. The ability to measure fluid samples is also valuable in various biological experiments where a sufficient volume of sample for conventional analytical techniques cannot be provided. The third application leans toward the direct application of probe needles in living animals, where we can obtain real-time dynamics of metabolites or drugs in specific organs. In each application, we can infer the molecules that have been detected by MS or use artificial intelligence to obtain a medical diagnosis.

This article introduces sample preparation methods for a unique real-time analytical method based on the ambient mass spectrometry. This method lets us perform real-time analysis of the biological molecules in vivo without any special pretreatments.

Probuelektrosprey Iyonizasyon Kütle Spektrometresi için Örnek Hazırlama

Mass spectrometry (MS) is a powerful tool in analytical chemistry because it provides very accurate information about molecules, such as mass-to-charge ...

Sample Preparation Strategies for Mass Spectrometry Imaging of 3D Cell Culture Models

Three dimensional cell cultures are attractive models for biological research. They combine the flexibility and cost-effectiveness of cell culture with some of the spatial and molecular complexity of tissue. For example, many cell lines form 3D structures given appropriate in vitro conditions. Colon cancer cell lines form 3D cell culture spheroids, in vitro mimics of avascular tumor nodules. While immunohistochemistry and other classical imaging methods are popular for monitoring the distribution of specific analytes, mass spectrometric imaging examines the distribution of classes of molecules in an unbiased fashion. While MALDI mass spectrometric imaging was originally developed to interrogate samples obtained from humans or animal models, this report describes the analysis of in vitro three dimensional cell cultures, including improvements in sample preparation strategies. Herein is described methods for growth, harvesting, sectioning, washing, and analysis of 3D cell cultures via matrix-assisted laser desorption/ionization-mass spectrometry (MALDI-MS) imaging. Using colon carcinoma 3D cell cultures as a model system, this protocol demonstrates the ability to monitor analytes in an unbiased fashion across the 3D cell culture system with MALDI-MSI.

Immortalized cancer cell lines can be grown as 3D cell cultures, a valuable model for biological research. This protocol describes mass spectrometry imaging of 3D cell cultures, including improvements in the sample preparation platform. The goal of this protocol is to instruct users to prepare 3D cell cultures for mass spectrometry imaging analysis.

3D Hücre Kültürü Modelleri Kütle Spektrometre Görüntüleme Hazırlık Stratejileri Numune

Three dimensional cell cultures are attractive models for biological research. They combine the flexibility and cost-effectiveness of cell culture with ...

High-throughput and Comprehensive Drug Surveillance Using Multisegment Injection-Capillary Electrophoresis-Mass Spectrometry

New analytical methods are urgently needed to enable high-throughput, yet comprehensive drug screening, given an alarming opioid and prescription drug crisis in public health. Conventional urine drug testing based on a two-tier immunoassay screen followed by a gas chromatography-tandem mass spectrometry (GC-MS/MS) or liquid chromatography-tandem mass spectrometry (LC-MS/MS) method are expensive and prone to bias while being limited to targeted panels of known drugs of abuse (DoA). Herein, we outline an improved method for drug surveillance that allows for the resolution and detection of an expanded panel of DoA and their metabolites when using multisegment injection-capillary electrophoresis-mass spectrometry (MSI-CE-MS). Multiplexed separations of ten urine samples with a quality control by CE (&lt; 3 min/sample) in conjunction with full-scan data acquisition using a time-of-flight mass spectrometer (TOF-MS) under positive ion mode detection allows for the identification and quantification of DoA above recommended cut-off levels. An excellent resolution of drug isomers and isobars, including background interferences, are achieved when using MSI-CE-MS with an electrokinetic spacer between sample segments, where accurate mass/molecular formula together with the comigration of a matching deuterated internal standard and the detection of one or more bio-transformed metabolites facilitate DoA identification over a wider detection window. Additionally, urine samples can be analyzed directly without enzyme deconjugation for the rapid screening without complicated sample workup. MSI-CE-MS enables the surveillance of a broad spectrum of DoA that is required for the treatment monitoring of high-risk patients, including confirming prescribed drug adherence, revealing illicit drug use/substitution, and evaluating optimal dosage regimes as required for new advances in precision medicine.

Here we describe a high-throughput method for comprehensive drug surveillance that allows for the improved resolution and detection of large panels of drugs of abuse and their metabolites, with quality control based on multisegment injection-capillary electrophoresis-mass spectrometry.

Multisegment enjeksiyon-kılcal Elektroforez kütle spektrometresi kullanılarak yüksek üretilen iş ve kapsamlı uyuşturucu gözetim

New analytical methods are urgently needed to enable high-throughput, yet comprehensive drug screening, given an alarming opioid and prescription drug ...

Imaging Corrosion at the Metal-Paint Interface Using Time-of-Flight Secondary Ion Mass Spectrometry

Corrosion developed at the paint and aluminum (Al) metal-paint interface of an aluminum alloy is analyzed using time-of-flight secondary ion mass spectrometry (ToF-SIMS), illustrating that SIMS is a suitable technique to study the chemical distribution at a metal-paint interface. The painted Al alloy coupons are immersed in a salt solution or exposed to air only. SIMS provides chemical mapping and 2D molecular imaging of the interface, allowing direct visualization of the morphology of the corrosion products formed at the metal-paint interface and mapping of the chemical after corrosion occurs. The experimental procedure of this method is presented to provide technical details to facilitate similar research and highlight pitfalls that may be encountered during such experiments.

Time-of-flight secondary ion mass spectrometry is applied to demonstrate the chemical mapping and corrosion morphology at the metal-paint interface of an aluminum alloy after being exposed to a salt solution compared with a specimen exposed to air.