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.

<ol>
	<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. K., Jun, Y. W., Kisielowski, C., Dahmen, U., Alivisatos, A. P. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Observation+of+single+colloidal+platinum+nanocrystal+growth+trajectories.">Observation of single colloidal platinum nanocrystal growth trajectories.</a> Science. 324, 1309-1312 (2009).</li><li>Evans, J. E., Jungjohann, K. L., Browning, N. D., Arslan, I. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Controlled+growth+of+nanoparticles+from+solution+with+in+situ+liquid+transmission+electron+microscopy.">Controlled growth of nanoparticles from solution with in situ liquid transmission electron microscopy.</a> Nano Lett. 11, 2809-2813 (2011).</li><li>Alloyeau, D., 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=Unravelling+kinetic+and+thermodynamic+effects+on+the+growth+of+gold+nanoplates+by+liquid+transmission+electron+microscopy.">Unravelling kinetic and thermodynamic effects on the growth of gold nanoplates by liquid transmission electron microscopy.</a> Nano Lett. 15, 2574-2581 (2015).</li><li>Smeets, P. J., Cho, K. R., Kempen, R. G., Sommerdijk, N. A., De Yoreo, J. J. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Calcium+carbonate+nucleation+driven+by+ion+binding+in+a+biomimetic+matrix+revealed+by+in+situ+electron+microscopy.">Calcium carbonate nucleation driven by ion binding in a biomimetic matrix revealed by in situ electron microscopy.</a> Nat. Mater. 14, 394-399 (2015).</li><li>Peckys, D. B., 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=Liquid+Scanning+Transmission+Electron+Microscopy:+Imaging+Protein+Complexes+in+their+Native+Environment+in+Whole+Eukaryotic+Cells.">Liquid Scanning Transmission Electron Microscopy: Imaging Protein Complexes in their Native Environment in Whole Eukaryotic Cells.</a> Microsc. Microanal. 20, 346-365 (2014).</li><li>de Jonge, N., Peckys, D. B., Kremers, G. J., Piston, D. W. <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+whole+cells+in+liquid+with+nanometer+resolution.">Electron microscopy of whole cells in liquid with nanometer resolution.</a> Proc. Natl. Acad. Sci. 106, 2159-2164 (2009).</li><li>Evans, J. E., 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=Visualizing+macromolecular+complexes+with+in+situ+liquid+scanning+transmission+electron+microscopy.">Visualizing macromolecular complexes with in situ liquid scanning transmission electron microscopy.</a> Micron. 43, 1085-1090 (2012).</li><li>Dukes, M. J., 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=Improved+microchip+design+and+application+for+in+situ+transmission+electron+microscopy+of+macromolecules.">Improved microchip design and application for in situ transmission electron microscopy of macromolecules.</a> Microsc. Microanal. 20, 338-345 (2014).</li><li>Ring, E. A., Peckys, D. B., Dukes, M. J., Baudoin, J. P., 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=Silicon+nitride+windows+for+electron+microscopy+of+whole+cells.">Silicon nitride windows for electron microscopy of whole cells.</a> J. Microsc. 243, 273-283 (2011).</li><li>de Jonge, N., Pfaff, M., Peckys, D. B. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Practical+aspects+of+transmission+electron+microscopy+in+liquid.">Practical aspects of transmission electron microscopy in liquid.</a> Adv. Imag. Electr. Phys. 186, 1-37 (2014).</li><li>Verch, A., Pfaff, M., 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=Exceptionally+slow+movement+of+gold+nanoparticles+at+a+solid:liquid+interface+investigated+by+scanning+transmission+electron+microscopy.">Exceptionally slow movement of gold nanoparticles at a solid:liquid interface investigated by scanning transmission electron microscopy.</a> Langmuir. 31, 6956-6964 (2015).</li><li>Schneider, N. M., Norton, M. M., Mendel, B. J., Grogan, J. M., Ross, F. M., Bau, H. H. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Electron-water+interactions+and+implications+for+liquid+cell+electron+microscopy.">Electron-water interactions and implications for liquid cell electron microscopy.</a> J. Phys. Chem. C. 118, 22373-22382 (2014).</li><li>Hermannsdoerfer, J., de Jonge, N., Verch, A. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Electron+beam+induced+chemistry+of+gold+nanoparticles+in+saline+solution.">Electron beam induced chemistry of gold nanoparticles in saline solution.</a> Chem. Comm. 51, 16393-16396 (2015).</li><li>Schuh, T., 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=Liquid+scanning+transmission+electron+microscopy:+Nanoscale+imaging+in+micrometers-thick+liquids.">Liquid scanning transmission electron microscopy: Nanoscale imaging in micrometers-thick liquids.</a> C. R. Phys. 15, 214-223 (2014).</li><li>Jensen, E., Burrows, A., Molhave, K. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Monolithic+chip+system+with+a+microfluidic+channel+for+in+situ+electron+microscopy+of+liquids.">Monolithic chip system with a microfluidic channel for in situ electron microscopy of liquids.</a> Microsc. Microanal. 20, 445-451 (2014).</li><li>Creemer, J. F., 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=A+MEMS+reactor+for+atomic-scale+microscopy+of+nanomaterials+under+industrially+relevant+conditions.">A MEMS reactor for atomic-scale microscopy of nanomaterials under industrially relevant conditions.</a> J. Microelectromech. Syst. 19, 254-264 (2010).</li><li>Williamson, M. J., Tromp, R. M., Vereecken, P. M., Hull, R., 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=Dynamic+microscopy+of+nanoscale+cluster+growth+at+the+solid-liquid+interface.">Dynamic microscopy of nanoscale cluster growth at the solid-liquid interface.</a> Nat. Mater. 2, 532-536 (2003).</li><li>Thiberge, 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=Scanning+electron+microscopy+of+cells+and+tissues+under+fully+hydrated+conditions.">Scanning electron microscopy of cells and tissues under fully hydrated conditions.</a> Proc. Natl. Acad. Sci. 101, 3346 (2004).</li><li>Chen, Q., 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=3D+motion+of+DNA-Au+nanoconjugates+in+graphene+liquid+cell+electron+microscopy.">3D motion of DNA-Au nanoconjugates in graphene liquid cell electron microscopy.</a> Nano Lett. 13, 4556-4561 (2013).</li><li>Yuk, J. M., 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=High-resolution+EM+of+colloidal+nanocrystal+growth+using+graphene+liquid+cells.">High-resolution EM of colloidal nanocrystal growth using graphene liquid cells.</a> Science. 336, 61-64 (2012).</li><li>Reimer, L., Kohl, H. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=.">.</a> Transmission electron microscopy: physics of image formation. , (2008).</li><li>Abellan, P., Woehl, T. J., Parent, L. R., Browning, N. D., Evans, J. E., Arslan, I. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Factors+influencing+quantitative+liquid+(scanning)+transmission+electron+microscopy.">Factors influencing quantitative liquid (scanning) transmission electron microscopy.</a> Chem. Commun. 50, 4873-4880 (2014).</li><li>Woehl, T. J., Jungjohann, K. L., Evans, J. E., Arslan, I., Ristenpart, W. D., 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=Experimental+procedures+to+mitigate+electron+beam+induced+artifacts+during+in+situ+fluid+imaging+of+nanomaterials.">Experimental procedures to mitigate electron beam induced artifacts during in situ fluid imaging of nanomaterials.</a> Ultramicroscopy. 127, 53-63 (2013).</li><li>Hohmann-Marriott, M. F., 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=Nanoscale+3D+cellular+imaging+by+axial+scanning+transmission+electron+tomography.">Nanoscale 3D cellular imaging by axial scanning transmission electron tomography.</a> Nat. Methods. 6, 729-731 (2009).</li><li>Unocic, R. R., 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=Quantitative+electrochemical+measurements+using+in+situ+ec-S/TEM+devices.">Quantitative electrochemical measurements using in situ ec-S/TEM devices.</a> Microsc. Microanal. 20, 452-461 (2014).</li><li>Kourkoutis, L. F., Plitzko, J. M., Baumeister, W. <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+Biological+Materials+at+the+Nanometer+Scale.">Electron Microscopy of Biological Materials at the Nanometer Scale.</a> Annu. Rev. Mater. Res. 42, 33-58 (2012).</li><li>Chao, W., Harteneck, B. D., Liddle, J. A., Anderson, E. H., Attwood, D. T. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Soft+X-ray+microscopy+at+a+spatial+resolution+better+than+15+nm.">Soft X-ray microscopy at a spatial resolution better than 15 nm.</a> Nature. 435, 1210-1213 (2005).</li><li>Larabell, C. A., Nugent, K. A. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Imaging+cellular+architecture+with+X-rays.">Imaging cellular architecture with X-rays.</a> Curr Opin Struct Biol. 20, 623-631 (2010).</li><li>Muller, D. J., Helenius, J., Alsteens, D., Dufrene, Y. F. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Force+probing+surfaces+of+living+cells+to+molecular+resolution.">Force probing surfaces of living cells to molecular resolution.</a> Nat. Chem. Biol. 5, 383-390 (2009).</li><li>Allison, D. P., Mortensen, N. P., Sullivan, C. J., Doktycz, M. J. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=atomic+force+microscopy+of+biological+samples.">atomic force microscopy of biological samples.</a> Wiley Interdiscip. Rev. Nanomed. Nanobiotechnol. 2, 618-634 (2010).</li><li>Fleming, A. J., Kenton, B. J., Leang, K. K. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Bridging+the+gap+between+conventional+and+video-speed+scanning+probe+microscopes.">Bridging the gap between conventional and video-speed scanning probe microscopes.</a> Ultramicroscopy. 110, 1205-1214 (2010).</li><li>Sulchek, T., Hsieh, R., Adams, J. D., Minne, S. C., Quate, C. F., Adderton, D. M. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=High-speed+atomic+force+microscopy+in+liquid.">High-speed atomic force microscopy in liquid.</a> Rev. Sci. Instr. 71, 2097-2099 (2000).</li></ol>

The authors have nothing to disclose.

Описанный протокол позволяет стебле AuNPs в жидкости, в том числе наблюдения динамических процессов. Узел держателя является простым в освоении техника. Однако некоторые аспекты необходимо учитывать при работе с держателем жидкости ТЕМ потока. Например, сломанные ребра микрочипа Si или крупных частиц на уплотнительных кольцах может привести к утечке жидкости клетки. С другой стороны, большие частицы (&gt; 200 нм, например, пыль или мусор Si) на мембране SiN может привести к увеличению толщины жидкой клетки, что приводит к контрасте низкой изображения или низким пространственным разрешением и может даже привести к SiN окна ломаться. Важно отметить, что остатки соли или других химических веществ, могут повлиять на результаты экспериментов нежелательным образом. Поэтому крайне важно, чтобы различные стадии подготовки образца и узла держателя осуществляется тщательно и в чистой и без пыли окружающей среды. Толщина жидкого CELL определяет достижимое разрешение, а также контраст получаемых изображений 17. Эта толщина может быть отрегулирована с помощью распорок, расположенных на одной из двух микрочипов Si. В зависимости от размеров образца, различной толщины жидкой клетки могут быть реализованы. Для изучения AuNPs, можно использовать небольшие проставки (200-500 нм), в то время как целые клетки эукариот нуждаются в больших распорки вплоть до 5 мкм. Толщина жидкой клетки далее под влиянием распиранием мембранных окон SiN в результате разности давлений между жидкой клетки и окружающим вакуумом. Этот эффект становится более выраженным с большими окнами мембраны SiN. Таким образом, для того, чтобы свести к минимуму толщину жидкой ячейки, рекомендуется использовать небольшие SiN, мембранные окна. В случае трудно найти перекрытие между двумя небольшими окнами, они могут быть собраны в скрещенных конфигурации, используя другую базовую микрочип. Альтернативные конфигурации LARGEly предотвратить вздутие и состоят из монолитных микрочипа 18 или мембранных окон , поддерживаемых колоннами 19, но эти недостатки экспоната в отношении загрузки образца. Одним из наиболее сложных аспектов современной технологии является отсутствие точного контроля над жидкой толщины. Часто жидкость намного толще, чем то, что, как ожидается, от размеров распорных, используемых, как это было показано здесь. Несколько групп использовали закрытые жидкостных камер 4, 20, 21, 22; Эти системы имеют некоторые преимущества в отношении пространственного разрешения, поскольку жидкость толщина может быть уменьшена за счет индукции пузырька в жидкости. В качестве альтернативы, окна SiN может быть принужден разрушаться, что приводит к более тонким слоем жидкости. В- третьих, корпус других более тонких окон существует (например, графен) 23, а также в результате чего значительно тоньше жидкостейчем это возможно с системой, описанной в данном протоколе. Тем не менее, невозможно потока жидкости в этих системах. Как и для любой техники микроскопии высокого разрешения, необходимо учитывать ряд экспериментальных аспектов. Наиболее важным аспектом является взаимодействие электронного пучка с жидкостью или образца. В дополнение к радиационных повреждений, что ограничивает достижимую пространственное разрешение для многих твердых образцов 24, жидкие образцы также под влиянием электронно - лучевых сгенерированных продуктов радиолиза 15, 25. Так как эти продукты могут повлиять на эксперимент, интерпретация данных тщательные и опытно - конструкторские имеют важное значение 26. Настройки микроскопа должны быть выбраны в соответствии с целями конкретного исследования. ADF STEM является более мощным, для наночастиц формирования изображения с высоким атомным номером (Z) в большей толщине жидкой клетки, бееле TEM дает лучший контраст по низким Z материалов и , как правило , быстрее , но требует более тонких жидких слоев 3. Вместо того чтобы использовать детектор АПД (BF) детектор Яркое Поле иногда используется для изображения жидкого клетки, так как BF STEM является предпочтительным для получения изображений с низким уровнем Z материалов в толстых слоях 27. С увеличением толщины жидкой ячейки, больше тока необходим. Тем не менее, это также увеличивает концентрацию продуктов радиолиза и увеличивает радиационных повреждений. Следует также отметить, что инверсия контраста наблюдается в АПД детектора для очень толстых жидкостей (&gt; 10 мкм для воды). Жидкие условия были изменены между нашими экспериментами удалением держателя от микроскопа и обмениваясь как образца, так и жидкости. В дополнение к изменению концентрации соли, то легко можно изменить другие свойства жидкости, протекая в различных жидкостях (например, можноиспользование буферных растворов для того , чтобы установить определенный рН 16 или может ввести органические растворы или другие добавки). Кроме того, можно изменить жидкость в то время как держатель еще вставлена ​​в микроскоп с помощью проточной жидкости через микрожидком систему. Тем не менее, в данном случае, неизвестно, в какое время указывают жидкости при изменении образца. Следует также отметить , что микрочипы , поддерживающие электроды доступны, поэтому Электрохимия эксперименты могут быть проведены 28. Объектами исследования не ограничиваются AuNPs в воде, но широкое разнообразие образцов могут быть изучены с использованием протокола, описанного выше, в том числе диоксид кремния, оксид титана, и полимеров. Если перемещение объектов слишком быстро, чтобы захватить в изображении в приобретении, вязкость может быть уменьшена на порядок величины с использованием смеси 50% глицерина и 50% воды. Из вышеупомянутых пунктов,целый ряд преимуществ, возможностей, а также недостатки становятся очевидными. При работе с жидкофазной STEM, наиболее важные недостатки, которые следует учитывать в том, что: 1) любой эксперимент находится под влиянием динамического взаимодействия электронного пучка с всего образца (объект под наблюдением, жидкости и мембран SIN); 2) обработка образца является утомительным, и часто бывает трудно достичь тонким слоем жидкости, так как образец или микрочипы содержат некоторые микронного размера частиц; 3) жидкость толщина, как правило, в значительной степени отличается от предполагаемой толщины установленной прокладки; и 4) пространственное разрешение и контраст сильно зависит от толщины жидкости, а разница между плотностью смены объекта, находящегося под наблюдением и жидкостью. В настоящее время широкие методы существуют для микроскопии объектов в жидкости с нанометровым пространственным разрешением. Электронная микроскопия в аморфный лед является мощным средством 29,но вовлеченные экспериментальные процедуры являются тонкими, не все эксперименты позволяют получение образца во льду, и времяразрешенные эксперименты невозможны. Рентгеновской микроскопии 30, 31 в принципе может быть использован, но он имеет ограниченное пространственное разрешение , и не широко доступны в лабораториях. Методами атомно - силовой микроскопии в жидкости была установлена , но это техника поверхность только 32, 33, 34, 35. При световой микроскопии не обладает достаточным пространственным разрешением. В настоящее время электронная микроскопия в жидкости кажется наиболее мощную технику для прямой микроскопии объектов и процессов в наноразмерных жидкости. Жидкофазная TEM и STEM еще не обычные аналитические методы, но все еще развиваются. Число параметров, чтобы принять во внимание, является значительным, и это ofteп трудно воспроизвести результаты эксперимента. Кроме того, количественные данные трудно получить, потому что эффекты исследуемые переплетаются с процессами, происходящими в результате электронного пучка. Протокол, описанный здесь, имеет целью стандартизировать экспериментальный протокол, таким образом, с учетом всех соответствующих базовых аспектов эксперимента. Мы надеемся, что этот протокол приведет к улучшению воспроизводимости экспериментальных работ в этой новой области.

Обычные сканирующей просвечивающей электронной микроскопии (STEM) ограничена диапазоном образцов, пригодных для анализа, в частности, сухих и твердых образцов, пригодных для размещения в высоком вакууме. Тем не менее, многие научные и технологические вопросы касаются наноразмерных материалов и процессов в жидкой среде. Образцы полностью встроенные в жидкости теперь могут быть изучены с использованием STEM концепцию , которая включает в себя микрожидком камеру в собранном в держателе образца для просвечивающей электронной микроскопии (ПЭМ) и штоком 1. Эта новая методика становится все более популярным, так как он обеспечивает новое понимание важных процессов различных направлений исследований, в том числе рост, растворение, и агрегации процессов наночастиц 2, 3, 4, 5, 6. Не только металлы, но и biominerals 7 и биологические системы могут быть изучены 8, 9, 10, 11. Загрузки образца и получения изображения для жидкой фазы STEM отличается от стволовым сухих образцов и включают протокол, который требует специализированного обучения. Микрожидкостных система состоит из двух кремниевых микрочипов , поддерживающих нитрида кремния (SiN) мембранные окна прозрачные для электронного пучка при 200 кэВ энергии 12 (см рисунок 1А). Подробная информация о размерах и об обработке этих микрочипов можно найти в другом месте 12, 13. Образец обычно содержит наноразмерные объекты. В данной работе мы наблюдали наночастицы золота (AuNPs). В AuNPs обездвижены в верхнем окне (по отношению к нисходящим путешествующего электронным пучком) или плавают в жидкого мылаЯ бы. Наномасштабная пространственное разрешение в STEM получается путем сканирования электронного пучка над AuNPs и сбор передаваемых рассеянных электронов с помощью детектора 9 Кольцевая Dark Field (АПД). Два микрочипы помещают в небольшую щель в наконечнике дл жидкости ТЕМ потока 1 (держатель действует как для стеблем и ТЭМ , но упоминается как держатель ПЭМ). Один из микрочипов содержит распорку так, чтобы жидкость отсек образован между микросхемами. Уплотнительные кольца по обе стороны от двух микрочипов обеспечивают вакуумное уплотнение жидкости отсека 13 (см Фигура 1В). Цель данной статьи состоит в том, чтобы продемонстрировать основные этапы загрузки образца и сбора данных, с тем чтобы заинтересованные пользователи могут найти легкий доступ к этой новой новой техники. Система доступна от конкретной компании используется, но протокол также подходит для систем других компаний. Техникаболее сложным по сравнению с обычными ТЭМ и стебле, а также ряд практических аспектов необходимо учитывать при работе с системой жидкостного держателя 13. Наиболее важным из всех является обеспечить, чтобы жидкость отсек плотно собран, обеспечивая тем самым тонким слоем жидкости и вакуумное уплотнение. Таким образом, крайне важно, чтобы работать чисто и чтобы предотвратить образование пыли во время подготовки и монтажа держателя жидкости ТЕМ потока. В частности, уплотнительные кольца и два кремниевых микрочипов должны быть свободны от всех загрязнений. Даже мелкие частицы пыли на одном из микрочипов может существенно увеличить толщину собранной клетки, что может помешать достижению полезного пространственного разрешения. Вакуумное уплотнение имеет важное значение, так что никакое загрязнение или повреждение не будет оставлен в электронном микроскопе после эксперимента. Этот протокол описывает процедуру загрузки и несколько необходимых тестов. Работа электронного микроскопа проста, бушельт он требует некоторых дополнительных шагов по сравнению с микроскопией твердых образцов. С увеличением толщины жидкости, больше электронов поглощается и рассеивается жидкостью; измерение толщины жидкой имеет важное значение. И, наконец, протокол объясняет, как изображения взяты и как динамические процессы могут быть изучены. <img alt="Рисунок 1" src="/files/ftp_upload/54943/54943fig1.jpg" /> Рисунок 1: Liquid Cell Flow для сканирующей просвечивающей электронной микроскопии (STEM). (А) Схематическое изображение собранной жидкости клетки. Два кремниевых микрочипов с нитрид кремния (SiN) мембраны окна расположены между двумя уплотнительными кольцами. Жидкость заключена между мембраной SiN и, таким образом, отделяется от вакуума в электронном микроскопе. Сфокусированный электронный пучок сканирует по образцу. Контраст получается из рассеянных электронов. Наночастицы золота (AuNPs) обездвижены в жидкости на мембране SiN, но также может двигаться вжидкость. (Б) Схематическое вид сбоку поперечное сечение стопкой двух микрочипов с уплотнительными кольцами. <a href="http://ecsource.jove.com/files/ftp_upload/54943/54943fig1large.jpg" target="_blank">Пожалуйста</a> , <a href="http://ecsource.jove.com/files/ftp_upload/54943/54943fig1large.jpg" target="_blank">нажмите здесь</a> , <a href="http://ecsource.jove.com/files/ftp_upload/54943/54943fig1large.jpg" target="_blank">чтобы посмотреть увеличенную версию этой фигуры.</a>

<table border="0" cellpadding="0" cellspacing="0" width="800">
	<colgroup>
		<col />
		<col />
		<col />
		<col />
	</colgroup>
	<tbody>
		<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

Образцы полностью встроенные в жидкости могут быть изучены на наноуровне с пространственным разрешением сканирующей просвечивающей электронной микроскопии (STEM) с использованием микрожидкостных камеры собранном в держателе образца для просвечивающей электронной микроскопии (ПЭМ) и STEM. Микрожидкостных система состоит из двух кремниевых микрочипов, поддерживающих тонких нитрид кремния (SiN) мембранные окна. В данной статье описываются основные этапы загрузки образца и сбора данных. Наиболее важным из всех является обеспечить, чтобы жидкость отсек плотно собран, обеспечивая тем самым тонким слоем жидкости и вакуумное уплотнение. Этот протокол также включает в себя ряд тестов, необходимых для выполнения во время загрузки образца для того, чтобы обеспечить правильную сборку. После того, как образец загружают в электронный микроскоп, жидкость толщина должна быть измерена. Неправильная сборка может привести к слишком густой жидкости, в то время как слишком тонкие жидкость может указывать на отсутствие жидкости, например, когда образуется пузырь. И, наконец, протоколобъясняет, как изображения взяты и как динамические процессы могут быть изучены. Образец, содержащий AuNPs визуализируется как в чистой воде, и в физиологическом растворе.

Держатель жидкости ТЕМ поток был использован для изучения поведения AuNPs в жидкости. AuNPs стабильно иммобилизованным на мембране SiN в чистой воде и были обследованы с разрешением наноуровне с использованием жидкой фазы STEM (рисунок 6). Отличный контраст был получен на сильно-рассеяния золота. Плотность тока на люминесцентном экране, измеренного для сухой образец для испытаний 20 пА / см, в то время как она составила 8 пА / кв.см с держателем ТЕМ потока жидкости, вставленного. Используя уравнение 1, Т воды = 2,4 ± 0,5 мкм, гораздо больше , чем ожидалось на основании толщины спейсера 200 нм. Тем не менее, толщина не слишком велика для формирования изображения из AuNPs с нанометровым пространственным разрешением. Толщина жидкость была толще, чем 200 нм, установленного проставки из-за выпячивание SiN мембраны, несплющенности из микрочипов, и мусор, находящийся на микрочипов. 16, хотя реактивные продукты радиолиза (е - р - р, Н •, Н +, ОН •) , происходящих от взаимодействия электронного пучка с вода может окисляться отдельные атомы золота, что приводит к изменению формы AuNPs 15. Тем не менее, когда система потока жидкости была использована для введения ионов хлора во втором эксперименте, стабильность AuNPs изменилась. Хлорид - ионы способны стабилизировать окисленные атомы золота в виде tetrachloroaureat, AuCl 4 -. На рисунке 7 показано , что AuNPs медленно растворенные во время покадровой серии STEM изображений, аналогичные результатам сообщалось ранее 16. Для используемой скорости электронов дозы, потребовалось ~ 300 сек для растворения 30 нм размером AuNPs. Движения AuNPs в водосна<html> г были изучены в третьем эксперименте (рисунок 8). До начала эксперимента, держатель жидкость ТЕМ поток был очищен для того, чтобы удалить все следы соли. В отличие от первого эксперимента, препарат подход альтернативный образец был использован для достижения более слабое прикрепление AuNPs к SiN мембраны 14. В этом эксперименте раствор AuNP помещали на кремниевую микрочипа и собранный в держателе жидкости ТЕМ поток, не давая раствор высыхает. Таким образом, AuNPs легко отделяется от мембраны SiN при визуализации при мощности дозы, используемой. Некоторые из AuNPs отошли от поля зрения в объемных решений, в то время как остальные AuNPs оставались в поле зрения в непосредственной близости от окна SiN. наблюдались движения этих AuNPs, и в конце концов они агломерируют. Через некоторое время, эти агломераты также отделяется от мембраны SiN и переехал из поля зрения, так и в растворе. ntent &quot;ВОК: Keep-together.within-страница =&quot; 1 &quot;&gt; <img alt="Рисунок 6" src="/files/ftp_upload/54943/54943fig6.jpg" /> Рисунок 6: Сканирование просвечивающей электронной микроскопии (STEM) Микрофотография AuNPs 30 нм в диаметре в верхней части чистого слоя воды. Изображение, показанное является выбранная область исходного изображения. Размер изображения был 1024 × 1024 пикселей, время пикселей задержки составлял 19 мкс, размер пикселя составил 0,73 нм, а увеличение было 400,000X. Таким образом , доза электронов составляла 7,1 × 10 4 е - / nm². Плотность тока , измеренная на фосфорный экран был 8 пА / см 2, так что жидкость толщины рассчитывают составит 2,4 мкм. <a href="http://ecsource.jove.com/files/ftp_upload/54943/54943fig6large.jpg" target="_blank">Пожалуйста</a> , <a href="http://ecsource.jove.com/files/ftp_upload/54943/54943fig6large.jpg" target="_blank">нажмите здесь</a> , <a href="http://ecsource.jove.com/files/ftp_upload/54943/54943fig6large.jpg" target="_blank">чтобы посмотреть увеличенную версию этой фигуры.</a> <img alt="Рисунок 7" src="/files/ftp_upload/54943/54943fig7.jpg" /> Рисунок 7: Серия Покадровыйстеблевой микрофотографии AuNPs в физиологическом растворе. (AD) Изображения извлекаются из покадровой серии STEM изображений с интервалом 30 сек. В AuNPs постепенно растворяется в жидкости, как следствие присутствии ионов хлорида. Время выдержки пикселя составляет 2 мкс, временные рамки серии времени истечения 1,75 с, размер пикселя 0,44 нм, а увеличение было 500,000X. Доза электронов на изображение составляло 1,2 × 10 4 е - / nm². Толщина жидкости была равна 2,4 мкм. <a href="http://ecsource.jove.com/files/ftp_upload/54943/54943fig7large.jpg" target="_blank">Пожалуйста</a> , <a href="http://ecsource.jove.com/files/ftp_upload/54943/54943fig7large.jpg" target="_blank">нажмите здесь</a> , <a href="http://ecsource.jove.com/files/ftp_upload/54943/54943fig7large.jpg" target="_blank">чтобы посмотреть увеличенную версию этой фигуры.</a> <img alt="Рисунок 8" src="/files/ftp_upload/54943/54943fig8.jpg" /> Рисунок 8: STEM микрофотография AuNPs скользящими в чистой воде. (A) SiN мембраны с AuNPs, некоторые из которых выбираются стрелками. (Б) Движение дорожкииз выбранных AuNPs (см A). Некоторые AuNPs отойти от поля зрения во время визуализации. Остальные AuNPs двигаться в боковом направлении вдоль мембраны SiN и начать агломерацию. При достижении критического размера кластера, они шли от мембраны и отойти от области view.The времени пикселя выдержки был 1 мкс, временной интервал 0,52 с, размер пикселя составляет 1,8 нм, а увеличение было 120,000X. Доза электронов на изображение составила 3,5 х 10 2 е - / nm² и жидкость толщина составляла 2,4 мкм. <a href="http://ecsource.jove.com/files/ftp_upload/54943/54943fig8large.jpg" target="_blank">Пожалуйста</a> , <a href="http://ecsource.jove.com/files/ftp_upload/54943/54943fig8large.jpg" target="_blank">нажмите здесь</a> , <a href="http://ecsource.jove.com/files/ftp_upload/54943/54943fig8large.jpg" target="_blank">чтобы посмотреть увеличенную версию этой фигуры.</a>

Watch this Scientific Journal Video about Studying Dynamic Processes of Nano-sized Objects in Liquid using Scanning Transmission Electron Microscopy at JoVE.com

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

Этот протокол описывает работу держателя потока жидкости образца для сканирующей просвечивающей электронной микроскопией AuNPs в воде, используемый для наблюдения наноразмерных динамических процессов.

Изучение динамических процессов наноразмерных объектов в жидкости с помощью сканирующего просвечивающего электронного микроскопа

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

Research

JoVE Journal

Engineering

Revealing Dynamic Processes of Materials in Liquids Using Liquid Cell Transmission Electron Microscopy

Выявление динамических процессов в жидкостях материалов с использованием жидкого сотовых просвечивающей электронной микроскопии

The recent development for in situ transmission electron microscopy, which allows imaging through liquids with high spatial resolution, has attracted ...

Scanning-probe Single-electron Capacitance Spectroscopy

Сканирующего зонда Одноэлектронные емкостной спектроскопии

The integration of low-temperature scanning-probe techniques and single-electron capacitance spectroscopy represents a powerful tool to study the ...

Dynamic Pore-scale Reservoir-condition Imaging of Reaction in Carbonates Using Synchrotron Fast Tomography

Динамический Поры масштабе пластового состояние визуализации реакции в карбонатных коллекторах с использованием синхротронного Fast томографии

Underground storage permanence is a major concern for carbon capture and storage. Pumping CO2 into carbonate reservoirs has the potential to dissolve ...

In Depth Analyses of LEDs by a Combination of X-ray Computed Tomography (CT) and Light Microscopy (LM) Correlated with Scanning Electron Microscopy (SEM)

In Depth Analyses of LEDs by a Combination of X-ray Computed Tomography CT and Light Microscopy LM Correlated with Scanning Electron Microscopy SEM

В Depth Анализы светодиодов с помощью комбинации рентгеновской компьютерной томографии (КТ) и световой микроскопии (LM) коррелируют с сканирующей электронной микроскопии (SEM)

In failure analysis, device characterization and reverse engineering of light emitting diodes (LEDs), and similar electronic components of ...

Precision Milling of Carbon Nanotube Forests Using Low Pressure Scanning Electron Microscopy

Точность Фрезерование углеродная нанотрубка лесов Использование низкого давления Сканирование электронной микроскопии

A nanoscale fabrication technique appropriate for milling carbon nanotube (CNT) forests is described. The technique utilizes an environmental scanning ...

Characterization of Ultra-fine Grained and Nanocrystalline Materials Using Transmission Kikuchi Diffraction

Характеристика Ультра мелкозернистый и нанокристаллических материалов с помощью просвечивающей Кикучи дифракции

One of the challenges in microstructure analysis nowadays resides in the reliable and accurate characterization of ultra-fine grained (UFG) and ...

A Method for Obtaining Serial Ultrathin Sections of Microorganisms in Transmission Electron Microscopy

Метод для получения последовательного ультратонких разделы микроорганизмов в просвечивающей электронной микроскопии

Observing cells and cell components in three dimensions at high magnification in transmission electron microscopy requires preparing serial ultrathin ...

Single-Digit Nanometer Electron-Beam Lithography with an Aberration-Corrected Scanning Transmission Electron Microscope

Однозначных нанометр электронно лучевая литография с исправления аберраций сканирования просвечивающий электронный микроскоп

We demonstrate extension of electron-beam lithography using conventional resists and pattern transfer processes to single-digit nanometer dimensions by ...

Development of a Nose-only Inhalation Toxicity Test Chamber That Provides Four Exposure Concentrations of Nano-sized Particles

Разработка нос только ингаляционной токсичности испытательной камеры, что обеспечивает четыре экспозиции концентрации нано размера частиц

Using a numerical analysis based on computerized fluid dynamics, a nose-only inhalation toxicity chamber with four different exposure concentrations is ...