Name: studying dynamic processes of nano-sized objects in liquid using scanning transmission electron microscopy
Uploaded: 2017-02-05T14:00:00
Duration: 10 min 29 s
Description: Watch this Scientific Journal Video about Studying Dynamic Processes of Nano-sized Objects in Liquid using Scanning Transmission Electron Microscopy at JoVE.com

We thank E. Arzt for his support through INM. The research was in part supported by the Leibniz Competition 2014.

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	<li>Ring, E. A., de Jonge, N. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Microfluidic+system+for+transmission+electron+microscopy.">Microfluidic system for transmission electron microscopy.</a> Microsc. Microanal. 16, 622-629 (2010).</li><li>Ross, F. M. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Opportunities+and+challenges+in+liquid+cell+electron+microscopy.">Opportunities and challenges in liquid cell electron microscopy.</a> Science. 350, 9881-9889 (2015).</li><li>de Jonge, N., Ross, F. M. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Electron+microscopy+of+specimens+in+liquid.">Electron microscopy of specimens in liquid.</a> Nat. Nanotechnol. 6, 695-704 (2011).</li><li>Zheng, H., Smith, R. 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The authors have nothing to disclose.

Das beschriebene Protokoll ermöglicht STEM von AuNPs in einer Flüssigkeit, einschließlich der Beobachtung dynamischer Prozesse. Der Zusammenbau des Halters ist ein leicht zu erlernende Technik. mehrere Aspekte müssen jedoch in Betracht gezogen werden, wenn sie mit dem Flüssigkeitsstrom TEM Halter arbeiten. Zum Beispiel gebrochene Kanten des Si-Mikrochip oder große Partikel auf den O-Ringen in Leckage der Flüssigzelle führen kann. Auf der anderen Seite, großen Teilchen (&gt; 200 nm, zB Staub oder Si Debris) auf der SiN - Membran in einer erhöhten Dicke der Flüssigkeitszelle führen kann, was zu einer geringen Abbildungskontrast oder einer niedrigen räumlichen Auflösung und kann sogar dazu führen , SiN Fenster zu brechen. Wichtig ist das Ergebnis beeinflussen der Versuche kann, Rückstände von Salz oder anderen Chemikalien in unerwünschter Weise. Daher ist es entscheidend, dass die verschiedenen Schritte der Probenvorbereitung und Halteranordnung werden sorgfältig und in einem sauberen und staubfreien Umgebung durchgeführt. Die Dicke der Flüssigkeit cell bestimmt die erreichbare Auflösung sowie den Kontrast der erhaltenen Bilder 17. Diese Dicke kann auf einer der beiden Si-Mikrochips angeordnet über Abstandshalter eingestellt werden. Je nach den Abmessungen der Probe, können unterschiedliche Dicken der Flüssigkeitszelle realisiert werden. Für die Untersuchung von AuNPs ist es möglich, kleine Abstandshalter (200-500 nm) zu verwenden, während die gesamte eukaryotischen Zellen benötigen größere Abstandshalter von bis zu 5 &amp; mgr; m. Die Dicke der Flüssigkristallzelle wird durch die Ausbauchung der von der Druckdifferenz zwischen der Flüssigkeitszelle und dem umgebenden Vakuum resultierende Membran Fenster SiN beeinflusst. Dieser Effekt wird mehr mit größeren SiN Membran Fenster ausgeprägt. Somit wird, um die Dicke der Flüssigkeitszelle zu minimieren, wird empfohlen, Fenster kleine SiN-Membran zu verwenden. In Fall ist es schwierig, eine Überlappung zwischen zwei kleinen Fenster zu finden, können sie in einer gekreuzten Konfiguration zusammengebaut werden, um eine andere Basismikrochip verwendet wird. Alternative Konfigurationen largely verhindern prall und bestehen aus einem monolithischen Mikrochip 18 oder Membran , die durch Säulen 19 abgestützt Fenster, aber diese weisen Nachteile in Bezug auf Probenbeladung. Einer der schwierigsten Aspekte der gegenwärtigen Technologie ist die fehlende präzise Kontrolle über die Flüssigkeitsdicke. Oft wird die Flüssigkeit viel dicker als das, was von den Distanzmaße verwendet zu erwarten ist, wie es hier gezeigt ist. Mehrere Gruppen verwendet geschlossenen Flüssigkeitskammern 4, 20, 21, 22; Diese Systeme haben einige Vorteile in Bezug auf die räumliche Auflösung, da die Flüssigkeitsdicke durch Induzieren einer Blase in der Flüssigkeit reduziert werden kann. Alternativ können die SiN Fenster zum Einsturz gezwungen werden, zu einer dünneren Flüssigkeitsschicht führt. Drittens (Graphen zum Beispiel) das Gehäuse von anderen dünneren Fenstern besteht 23, auch in viel dünner Flüssigkeiten resultierendenals das, was mit dem System beschrieben, in diesem Protokoll möglich ist. Jedoch ist es unmöglich, Flüssigkeit in diesen Systemen zu fließen. Wie für jede hochauflösende Mikroskopie Technik, müssen eine Reihe von experimentellen Aspekte berücksichtigt werden. Der wichtigste Aspekt ist die Wechselwirkung des Elektronenstrahls mit der Flüssigkeit oder der Probe. Zusätzlich zu Strahlenschäden, die die erreichbare räumliche Auflösung für viele feste Proben 24, die flüssigen Proben werden auch durch Elektronenstrahl-generierte Radiolyseprodukte 15, 25 beeinflusst begrenzt. Da diese Produkte das Experiment beeinflussen können, sorgfältige Interpretation der Daten und experimentellen Designs sind von wesentlicher Bedeutung 26. Die Mikroskop-Einstellungen sollten entsprechend den Zielen einer bestimmten Studie ausgewählt werden. ADF STEM ist leistungsfähiger für die Bildgebung Nanopartikel einer hohen Atomzahl (Z) in größeren Dicken der Flüssigkeitszelle, WHIle TEM ergibt einen besseren Kontrast auf Low-Z - Materialien und ist in der Regel schneller, erfordert aber dünner Flüssigkeitsschichten 3. Statt den ADF - Detektor verwendet wird , ist Hellfeld (BF) Detektor manchmal zu Bild , um die Flüssigkeit Zelle verwendet, da BF STEM zur Abbildung Low-Z Materialien in dicken Schichten 27 vorteilhaft ist. Mit zunehmender Dicke der Flüssigkeitszelle wird mehr Strom benötigt. Dies erhöht jedoch auch die Konzentrationen von Radiolyseprodukte und erhöht Strahlenschäden. Es sollte auch beachtet werden, dass eine Invertierung des Kontrastes in dem ADF-Detektor für sehr dicke Flüssigkeiten (&gt; 10 um für Wasser) beobachtet. Die flüssigen Bedingungen wurden zwischen unseren Experimenten verändert durch den Halter von dem Mikroskop zu entfernen und sowohl die Probe und die Flüssigkeit auszutauschen. Neben der Salzkonzentration zu ändern, ist es ohne weiteres möglich , andere Eigenschaften der Flüssigkeit zu ändern , indem in verschiedenen Flüssigkeiten fließen (beispielsweise kann manPufferlösungen verwenden , um einen bestimmten pH 16 eingestellt oder organischen Lösungen oder andere Additive einführen). Es ist auch möglich, die Flüssigkeit zu wechseln, während der Halter noch in das Mikroskop eingesetzt ist, indem Flüssigkeiten durch das Mikrofluidsystem fließt. Aber in diesem Fall ist es nicht bekannt, zu welchem ​​Zeitpunkt die Flüssigkeit an den Probenwechsel zeigen. Es ist auch bemerkenswert , dass Mikrochips Elektroden zur Verfügung stehen, so nanoskaligen Elektrochemie Experimente unterstützen kann 28 durchgeführt werden. Die Studienobjekte sind nicht auf AuNPs in Wasser beschränkt, sondern eine Vielzahl von Proben kann unter Verwendung des oben beschriebenen Protokoll untersucht werden, einschließlich Siliciumdioxid, Titanoxid und Polymeren. Wenn Bewegungen der Objekte zu schnell sind innerhalb des Erfassungs in einem Bild zu erfassen, kann die Viskosität durch eine Größenordnung unter Verwendung einer Mischung aus 50% Glycerin und 50% Wasser reduziert werden. Aus den oben genannten Punkte,eine Reihe von Vorteilen, Möglichkeiten und werden auch Nachteile offensichtlich. Wenn sie mit Flüssigphasen-STEM arbeiten, die wichtigsten Nachteile zu berücksichtigen sind, dass: 1) ein Experiment durch die dynamische Wechselwirkung des Elektronenstrahls mit der gesamten Probe (das Objekt unter Beobachtung, die Flüssigkeit und die SiN-Membranen) beeinflusst wird; 2) Probenhandhabung ist mühsam, und es ist oft schwierig, eine dünne Flüssigkeitsschicht zu erreichen, weil die Probe oder die Mikrochips einige Mikrometer große Partikel enthalten; 3) die Flüssigkeitsdicke unterscheidet sich in der Regel weitgehend von der beabsichtigten Dicke durch den Abstandshalter festgelegt; und 4) die räumliche Auflösung und Kontrast hängt stark von der Flüssigkeit Dicke und der Differenz zwischen der Änderungsdichte des Beobachtungsobjekts und der Flüssigkeit. Gegenwärtig existieren reichlich Methoden für die Mikroskopie von Objekten in Flüssigkeit mit Nanometer-räumlicher Auflösung. Die Elektronenmikroskopie in amorphem Eis ist eine leistungsstarke Technik 29,aber die beteiligten experimentellen Verfahren sind empfindlich, nicht alle Experimente ermöglichen die Herstellung der Probe in Eis und zeitaufgelöste Experimente sind unmöglich. Röntgenmikroskopie 30, 31 könnte im Prinzip verwendet werden, aber es hat eine begrenzte räumliche Auflösung und ist nicht allgemein in Laboratorien zur Verfügung. Rasterkraftmikroskopie in Flüssigkeit wurde festgestellt , sondern ist eine Oberflächentechnik nur 32, 33, 34, 35. Die Lichtmikroskopie zeigt keine ausreichende räumliche Auflösung. In der Gegenwart Elektronenmikroskopie in Flüssigkeit scheint die leistungsfähige Technik für die direkte Mikroskopie von nanoskaligen Objekten und Prozessen in Flüssigkeit. Flüssigphasen-TEM und STEM sind noch nicht Routine analytische Techniken sind aber noch in der Entwicklung. Die Anzahl der Parameter zu berücksichtigen, ist beträchtlich, und es ist often schwierig experimentellen Ergebnisse zu reproduzieren. Darüber hinaus ist die quantitative Daten schwierig zu erhalten, da die Effekte zu untersuchende mit Prozessen als Folge des Elektronenstrahls auftretenden miteinander verflochten sind. Das hier beschriebene Protokoll zielt darauf ab, das experimentelle Protokoll zu standardisieren, damit für alle relevanten Basis Aspekte des Experiments ausmacht. Wir hoffen, dass dieses Protokoll zu einer besseren Reproduzierbarkeit der experimentellen Arbeit in diesem aufstrebenden Gebiet führen wird.

Herkömmliche Scanning Transmission Electron Micros (STEM) wird durch den Bereich von Proben geeignet für die Analyse, insbesondere die trockenen und festen Proben geeignet für die Platzierung in einem Hochvakuum begrenzt. Allerdings betreffen viele wissenschaftliche und technologische Fragen nanoskaligen Materialien und Prozesse in flüssigen Umgebung. In flüssigen Proben können vollständig eingebettet nun mit STEM mit einem Konzept untersucht werden , die eine mikrofluidische Kammer in dem Probenhalter für die Transmissionselektronenmikroskopie (TEM) und STEM 1 montiert beinhaltet. Dieses neu entwickelte Technik immer beliebter geworden, da sie neue Einblicke in wichtige Prozesse verschiedener Forschungsthemen, einschließlich dem Wachstum, Auflösung und Aggregationsprozesse von Nanopartikeln 2, 3, 4, 5, 6. Nicht nur Metalle, sondern auch biominerals 7 und biologische Systeme 8, 9, 10, 11 untersucht werden. Die Probenbeladung und Bildaufnahme für Flüssigphasen-STEM ist anders als bei STEM von trockenen Proben und beinhalten ein Protokoll, das spezielle Ausbildung erfordert. Das mikrofluidische System besteht aus zwei Silizium - Mikrochips Stütz Siliziumnitrid (SiN) Membranfenster transparent für den Elektronenstrahl bei 200 keV Energie 12 (siehe 1A). Details zu den Abmessungen und der Umgang mit diesen Mikrochips kann an anderer Stelle 12 gefunden werden, 13. Die Probe enthält in der Regel nanoskalige Objekte. In diesem Papier haben wir beobachtet, Gold-Nanopartikel (AuNPs). Die AuNPs werden oben Fenster (in Bezug auf eine nach unten fahrenden Elektronenstrahl) oder schweben in der liqu immobilisiertIch würde. Nanoskaliger Ortsauflösung in STEM wird durch Abtasten des Elektronenstrahls über die AuNPs und das Sammeln übertragen gestreuten Elektronen mit dem Ringförmige Dunkelfeld (ADF) Detektor 9 erhalten. Die beiden Mikrochips werden in einem kleinen Schlitz in der Spitze des Flüssigkeitsströmungs TEM Halter 1 (der Halter arbeitet sowohl STEM und TEM aber als TEM Halter bezeichnet) angeordnet. Einer der Mikrochips enthält, einen Abstandshalter, so daß ein Flüssigkeitsraum zwischen den Mikrochips geformt ist. O-Ringe an beiden Seiten der beiden Mikrochips bereitzustellen Vakuumieren des Flüssigkeitsraum 13 (siehe 1B). Das Ziel dieses Artikels ist es, die grundlegenden Schritte der Probenbeladung und die Datenerfassung zu zeigen, so dass interessierte Nutzer einen einfachen Zugang zu dieser aufstrebenden neuen Technik finden. Ein System, erhältlich von einem bestimmten Unternehmen verwendet wird, aber das Protokoll gilt auch für Systeme anderer Unternehmen. Die Technik istkomplexer als herkömmliche TEM und STEM, und eine Reihe von praktischen Aspekte müssen berücksichtigt werden , wenn es mit einem flüssigen Haltersystem 13 arbeiten. Am wichtigsten von allem ist, um sicherzustellen, dass der Flüssigkeitsraum richtig zusammengebaut ist, wodurch eine dünne Flüssigkeitsschicht und eine Vakuumdichtung bereitstellt. Daher ist es sehr wichtig, sauber zu arbeiten und die Staubbildung während der Herstellung und Montage des Flüssigkeitsströmungs TEM Halter zu verhindern. Insbesondere müssen die O-Ringe und die beiden Silizium-Mikrochips von Verunreinigungen frei zu sein. Selbst kleine Staubteilchen auf einem der Mikrochips kann stark die Dicke der zusammengebauten Zelle zu erhöhen, die das Erreichen einer nützlichen räumliche Auflösung zu verhindern. Eine Vakuumdichtung ist wichtig, so dass keine Verschmutzung oder Beschädigung wird im Elektronenmikroskop nach dem Versuch verbleiben. Dieses Protokoll beschreibt den Ladevorgang und mehrere notwendigen Tests. Der Betrieb des Elektronenmikroskops ist einfach, but es erfordert einige zusätzliche Schritte im Vergleich zu Mikroskopie von festen Proben. Mit zunehmender Flüssigkeitsdicken werden mehr Elektronen absorbiert und von der Flüssigkeit gestreut; eine Messung der Flüssigkeitsdicke ist wesentlich. Schließlich erklärt das Protokoll, wie Bilder aufgenommen und wie dynamische Prozesse untersucht werden können. <img alt="Abbildung 1" src="/files/ftp_upload/54943/54943fig1.jpg" /> Abbildung 1: Flüssigkeitsdurchflusszelle für Scanning Transmission Electron Micros (STEM). (A) Schematische Darstellung der zusammengesetzten Flüssigkeit Zelle. Zwei Siliziummikrochips mit Siliziumnitrid (SiN) -Membran Fenster sind zwischen zwei O-Ringen angeordnet. Die Flüssigkeit wird zwischen der SiN-Membran eingeschlossen und somit von dem Unterdruck in dem Elektronenmikroskop getrennt. Ein fokussierter Elektronenstrahl tastet die Probe. Der Kontrast wird von gestreuten Elektronen erhalten. Gold-Nanopartikel (AuNPs) an der SiN-Membran in der Flüssigkeit immobilisiert, kann aber auch in der BewegungFlüssigkeit. (B) Schematische Seitenansicht Querschnitt des Stapels von zwei Mikrochips mit O-Ringen. <a href="http://ecsource.jove.com/files/ftp_upload/54943/54943fig1large.jpg" target="_blank">Bitte klicken Sie hier</a> , um <a href="http://ecsource.jove.com/files/ftp_upload/54943/54943fig1large.jpg" target="_blank">eine größere Version dieser Figur zu sehen.</a>

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		<tr height="21">
			<td height="21" style="height:21px;width:408px;">Binocular light microscope</td>
			<td style="width:141px;">Leica</td>
			<td style="width:163px;">M60 CMO</td>
			<td style="width:88px;"></td>
		</tr>
		<tr height="21">
			<td height="21" style="height:21px;">Scanning transmission electron mircoscope with spherical aberration corrector</td>
			<td>JEOL</td>
			<td>ARM200F</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr height="21">
			<td height="21" style="height:21px;"></td>
			<td></td>
			<td></td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr height="21">
			<td height="21" style="height:21px;">Liquid flow TEM specimen holder</td>
			<td>DENS Solutions</td>
			<td>Ocean</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr height="21">
			<td height="21" style="height:21px;">Microfluidic syringe pump</td>
			<td>Harvard Scientific</td>
			<td>PicoPlus</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr height="21">
			<td height="21" style="height:21px;">Plasma cleaner</td>
			<td>Gatan</td>
			<td>Solarus950</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr height="21">
			<td height="21" style="height:21px;">Chemicals</td>
			<td></td>
			<td></td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr height="21">
			<td height="21" style="height:21px;">Acetone, Rotisolv&#160; Plus for HPLC</td>
			<td>Sigma-Aldrich</td>
			<td>7328.2</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr height="21">
			<td height="21" style="height:21px;">Water, chromasolv Plus for HPLC</td>
			<td>Sigma-Aldrich</td>
			<td>34877-2.5L</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr height="21">
			<td height="21" style="height:21px;">Ethanol, Rotisolv HPLC grade</td>
			<td>Carl Roth</td>
			<td>P076.2</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr height="21">
			<td height="21" style="height:21px;">Gold colloid citrate stabilized, diameter 30 nm</td>
			<td>British-Biocell</td>
			<td>EM.GC20</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr height="21">
			<td height="21" style="height:21px;">Materials</td>
			<td></td>
			<td></td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr height="21">
			<td height="21" style="height:21px;">Base silicon microchips with silicon nitride membranes of 50 nm thickness and dimensions of 20 &#181;m x 0.40 mm</td>
			<td>DENS Solutions</td>
			<td>for Ocean system</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr height="21">
			<td height="21" style="height:21px;"></td>
			<td></td>
			<td></td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr height="21">
			<td height="21" style="height:21px;">Spacer silicon microchips with silicon nitride membranes of 50 nm thickness, dimensions of 20 &#181;m x 0.40 mm, and spacer thickness of 200 nm</td>
			<td>DENS Solutions</td>
			<td>for Ocean system</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr height="21">
			<td height="21" style="height:21px;"></td>
			<td></td>
			<td></td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr height="21">
			<td height="21" style="height:21px;"></td>
			<td></td>
			<td></td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr height="21">
			<td height="21" style="height:21px;">Microfluidic peek tubing</td>
			<td>Upchurch Scientific</td>
			<td>1570</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr height="21">
			<td height="21" style="height:21px;">Plastic Replaceable tips Tweezers</td>
			<td></td>
			<td></td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr height="42">
			<td height="42" style="height:42px;width:408px;">(Anti-Magnetic Anti-Acid Stainless Steel body with ESD PVDF (SV) tips)</td>
			<td>ideal-tek</td>
			<td>2ASVR.SA</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr height="21">
			<td height="21" style="height:21px;">Teflon coated bent steel tweezers (EMS SA with &#34;PTFE&#34; Coating)</td>
			<td>Electron Microscopy Sciences</td>
			<td>78322-7Te</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr height="21">
			<td height="21" style="height:21px;">Teflon coated broad beak steel tweezers (EMS 2A &#34;PTFE&#34; Coating)</td>
			<td>Electron Microscopy Sciences</td>
			<td>78322-2ATe</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr height="21">
			<td height="21" style="height:21px;">Hamilton syringe, 1 mL, gastight (Model 1001 TLLX SYR)</td>
			<td>Hamilton</td>
			<td>81323</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr height="21">
			<td height="21" style="height:21px;">Clean room tissue Sontara Micropure AP (224x224mm)</td>
			<td>DuPont</td>
			<td>Sontara MicroPure</td>
			<td></td>
		</tr>
	</tbody>
</table>

studying dynamic processes of nano-sized objects in liquid using scanning transmission electron microscopy

Die Proben vollständig in Flüssigkeit eingebettet sind, bei einer nanoskaliger Ortsauflösung mit Scanning Transmission Electron Micros (STEM) unter Verwendung einer mikrofluidischen Kammer in dem Probenhalter für die Transmissionselektronenmikroskopie (TEM) und STEM montiert sucht werden. Das mikrofluidische System besteht aus zwei Silizium-Mikrochips dünne Siliziumnitrid (SiN) Membranfenster unterstützen. Dieser Artikel beschreibt die grundlegenden Schritte der Probenbeladung und Datenerfassung. Am wichtigsten von allem ist, um sicherzustellen, dass der Flüssigkeitsraum richtig zusammengebaut ist, wodurch eine dünne Flüssigkeitsschicht und eine Vakuumdichtung bereitstellt. Dieses Protokoll umfasst auch eine Anzahl von Tests erforderlich während der Probenladedurchzuführen, um eine korrekte Montage zu gewährleisten. Sobald die Probe in das Elektronenmikroskop eingelegt ist, muss die Flüssigkeitsdicke gemessen werden. Fehlerhafte Montage in einer zu dicken Flüssigkeit führen kann, während eine zu dünne Flüssigkeit die Abwesenheit von Flüssigkeit, beispielsweise wenn eine Blase gebildet hinweisen. Schließlich wird das Protokollerklärt, wie Bilder gemacht und wie dynamische Prozesse untersucht werden können. Eine Probe AuNPs enthält, wird sowohl in reinem Wasser und in Kochsalzlösung abgebildet.

Der Flüssigkeitsstrom TEM Halter wurde verwendet, um das Verhalten von AuNPs in Flüssigkeit zu studieren. AuNPs wurden auf der SiN - Membran in reinem Wasser stabil immobilisiert und mit nanoskaliger Auflösung unter Verwendung von Flüssigphasen - STEM (Abbildung 6) abgebildet. Ausgezeichnete Kontrast wurde auf der stark streu Gold erhalten. Die Stromdichte auf dem Leuchtstoffschirm für eine trockene Testprobe gemessen wurde, betrug 20 pA / cm², während es bis 8 pA / cm² mit dem Flüssigkeitsstrom TEM Halter eingeführt betrug. Unter Verwendung von Gleichung 1, t Wasser = 2,4 ± 0,5 &amp; mgr; m, viel größer als das, was auf der Basis der Abstandshalterdicke von 200 nm zu erwarten war. Nichtsdestoweniger ist die Dicke nicht zu groß für die Abbildung der AuNPs mit Nanometer räumlicher Auflösung. Die Flüssigkeit Dicke war dicker als die nm 200 durch den Abstandshalter festgelegt aufgrund der SiN-Membranen, Unebenheit der Mikrochips zu prall und Schmutz auf den Mikrochips befinden. 16, obwohl reaktive Radiolyseprodukte (e - aq, H •, H +, OH •) , die aus der Wechselwirkung des Elektronenstrahls mit Wasser kann einzelne Goldatome, was zu einer Änderung der Form des 15 AuNPs oxidieren. Wenn jedoch das Flüssigkeitsströmungssystem wurde verwendet, Chloridionen in einem zweiten Experiment einzuführen, die Stabilität der AuNPs verändert. Chloridionen in der Lage sind oxidiert Goldatome in Form von tetrachloroaureat Stabilisierung AuCl 4 -. 7 zeigt , dass die AuNPs langsam während einer STEM - Bildgebung Zeitraffer-Serie gelöst, ähnlich zu den Ergebnissen 16 bereits berichtet. Für die verwendeten Elektronendosisleistung, es dauerte ~ 300 s die 30 nm großen AuNPs aufzulösen. Die Bewegungen von AuNPs in wate<html> r wurden in einem dritten Experiment (Figur 8) untersucht. Vor dem Experiment wurde der Flüssigkeitsstrom TEM Halter wurde, um jegliche Spuren von Salz zu entfernen gereinigt. Abweichend von dem ersten Experiment eine alternative Probe wurde Vorbereitungs Ansatz 14 eine schwächere Bindung der AuNPs auf die SiN - Membran zu erreichen. In diesem Experiment wurde die AuNP Lösung auf dem Silizium-Mikrochip angeordnet und in den Flüssigkeitsstrom TEM Halter zusammengebaut, ohne die Lösung trocknen gelassen. Auf diese Weise verwendet die AuNPs leicht aus der SiN-Membran bei der Bildgebung bei der Dosisrate abgelöst. Einige der AuNPs wegbewegt von dem Sichtfeld in die bulk-Lösungen, während die übrigen AuNPs innerhalb des Sichtfeldes in der Nähe des SiN Fenster blieb. Die Bewegungen dieser AuNPs wurden beobachtet, und schließlich sie agglomeriert. Nach einer Weile auch diese Agglomerate aus der SiN-Membran abgelöst und zog aus dem Blickfeld und in die Lösung. ntent &quot;fo: keep-together.within-page =&quot; 1 &quot;&gt; <img alt="Figur 6" src="/files/ftp_upload/54943/54943fig6.jpg" /> Abbildung 6: Scanning Transmission Electron Micros (STEM) Mikroskopische Aufnahme von AuNPs 30 nm im Durchmesser an der Spitze einer reinen Wasserschicht. Das gezeigte Bild ist ein ausgewählter Bereich des Originalbildes. Die Bildgröße 1.024 x 1.024 Pixel war, die Pixelverweilzeit betrug 19 &amp; mgr; s betrug die Pixelgröße 0,73 nm, und die Vergrßerung war 400,000X. Die Elektronendosis betrug somit 7,1 x 10 4 e - / nm². Die Stromdichte auf dem Leuchtstoffschirm gemessen betrug 8 pA / cm 2, so dass die Flüssigkeitsdicke berechnet wurde auf 2,4 &amp; mgr; m betragen. <a href="http://ecsource.jove.com/files/ftp_upload/54943/54943fig6large.jpg" target="_blank">Bitte klicken Sie hier</a> , um <a href="http://ecsource.jove.com/files/ftp_upload/54943/54943fig6large.jpg" target="_blank">eine größere Version dieser Figur zu sehen.</a> <img alt="7" src="/files/ftp_upload/54943/54943fig7.jpg" /> Abbildung 7: Zeitraffer-Serievon STEM Mikroskopische Aufnahmen von AuNPs in Saline. (AD) Bilder von der Zeitraffer-Serie von MINT - Bilder in 30 s Intervallen extrahiert. Die AuNPs lösen sich allmählich in Flüssigkeit als Folge der Anwesenheit von Chloridionen. Die Pixelverweilzeit betrug 2 &amp; mgr; s, die Rahmenzeit des Zeitserien wurde 1,75 s betrug die Pixelgröße 0,44 nm, und die Vergrßerung war 500,000X. Die Elektronendosis pro Bild betrug 1,2 x 10 4 e - / nm². Die Flüssigkeitsdicke betrug 2,4 &amp; mgr; m. <a href="http://ecsource.jove.com/files/ftp_upload/54943/54943fig7large.jpg" target="_blank">Bitte klicken Sie hier</a> , um <a href="http://ecsource.jove.com/files/ftp_upload/54943/54943fig7large.jpg" target="_blank">eine größere Version dieser Figur zu sehen.</a> <img alt="Abbildung 8" src="/files/ftp_upload/54943/54943fig8.jpg" /> Abbildung 8: STEM Mikroskopische Aufnahme von AuNPs in reines Wasser bewegen. (A) SiN - Membran mit AuNPs, von denen mehrere mit Pfeilen markiert sind. (B) Bewegungsspurender ausgewählten AuNPs (siehe A). Einige AuNPs bewegen aus dem Sichtfeld während der Zeit der Bildgebung entfernt. Die übrigen AuNPs bewegen seitlich entlang der SiN-Membran und starten Agglomerations. Nach einer kritischen Clustergröße zu erreichen, versenden Sie sie von der Membran und weg von dem Gebiet der view.The Pixelverweilzeit wurde 1 &amp; mgr; s, war die Rahmenzeit 0,52 s, war die Pixelgröße 1,8 nm und die Vergrößerung war 120,000X. Die Elektronendosis pro Bild betrug 3,5 x 10 2 e - / nm² und die Flüssigkeitsdicke betrug 2,4 um. <a href="http://ecsource.jove.com/files/ftp_upload/54943/54943fig8large.jpg" target="_blank">Bitte klicken Sie hier</a> , um <a href="http://ecsource.jove.com/files/ftp_upload/54943/54943fig8large.jpg" target="_blank">eine größere Version dieser Figur zu sehen.</a>

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Studying Dynamic Processes of Nano-sized Objects in Liquid using Scanning Transmission Electron Microscopy

Dieses Protokoll beschreibt den Betrieb eines Flüssigkeitshalteströmungs Probe zum Abtasten Transmissionselektronenmikroskopie von AuNPs in Wasser, wie für die Beobachtung von nanoskaligen dynamischen Prozessen.

Studium dynamischer Prozesse von Nano-Größe Objekte in Liquid Scanning Transmission Electron Micros mit

Samples fully embedded in liquid can be studied at a nanoscale spatial resolution with Scanning Transmission Electron Microscopy (STEM) using a ...

Research

JoVE Journal

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