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.

Açıklanan protokol dinamik süreçleri gözlem de dahil olmak üzere, bir sıvı içinde AuNPs kök sağlar. sahibinin montajı kolay-öğrenme tekniğidir. sıvı akış TEM tutucu ile çalışan, ancak çeşitli yönleri göz önünde bulundurulmalıdır. Örneğin, O-ring üzerine Si mikroçip ya da büyük parçacıkların bir biçimde kırılmış kenarlar sıvı hücre kaçağına yol açabilir. Öte yandan, büyük parçacıklar (&gt; 200 nm; örneğin, toz veya Si enkaz) SİN membran üzerinde sıvı hücrenin bir kalınlığının artması sonucu düşük uzaysal çözünürlüğü düşük görüntüleme kontrast veya giden ve dahi neden olabilir SİN pencereleri kırmak için. Önemli olarak, tuz ya da diğer kimyasal kalıntılar istenmeyen bir şekilde deney sonuçlarını etkileyebilir. Nedenle, numune hazırlama ve tutucu montaj farklı adımlar dikkatli ve temiz ve tozsuz bir ortamda yürütülmektedir önemlidir. Sıvı ce kalınlığıLL elde çözünürlük hem de elde edilen görüntülerin 17 kontrastını belirler. Bu kalınlık iki Si mikroçip biri üzerinde bulunan aralama ile ayarlanabilir. numune boyutlarına bağlı olarak, bir sıvı, farklı hücre kalınlıkları gerçekleştirilebilir. Bütün ökaryotik hücreler en fazla 5 um daha büyük ara parçalar gerekir iken AuNPs çalışma için, küçük, ara parçaları (200-500 nm) kullanmak mümkündür. sıvı hücre kalınlığı, ayrıca sıvı hücre ve çevresindeki vakum arasındaki basınç farkından kaynaklanan SİN membran pencerelerin şişkin etkilenir. Bu etki daha büyük SiN zar pencereleri ile daha belirgin hale gelir. Bu nedenle, sıvı hücre kalınlığının en aza indirmek için, küçük SİN membran aralıkları kullanmak tavsiye edilir. durumda iki küçük pencereler arasında bir örtüşme, farklı bir taban mikroçip kullanarak çapraz konfigürasyonda monte edilebilir bulmak zordur. Alternatif uygulamalar, largely şişkin önlemek ve örnek yükleme ile ilgili ayağı 19 tarafından desteklenen bir monolitik mikroçip 18 veya membran pencere, ancak bu sergi dezavantajları oluşmaktadır. güncel teknoloji en zorlu yönlerinden biri sıvı kalınlığı üzerinde tam kontrol eksikliğidir. Genellikle sıvı burada görüldüğü gibi, kullanılan boşluk boyutları ne beklendiğini daha kalındır. Çeşitli gruplar kapalı sıvı odalarının 4, 20, 21, 22 kullanılır; Sıvı kalınlığı sıvı içinde bir baloncuk uyararak azaltılabilir olarak bu sistemler, uzamsal çözünürlük ile ilgili bazı avantajları vardır. Alternatif olarak, SİN pencereler ince bir sıvı tabakası yol daraltmak zorunda olabilir. Ayrıca daha ince sıvılar sonuçlanan Üçüncüsü, diğer ince pencerelerin kasa mevcuttur (örn grafen) 23,Bu protokol açıklanan sistem ile mümkün olandan. Bununla birlikte, sistemlerde sıvı akış imkansızdır. bir yüksek çözünürlüklü mikroskopi tekniği gibi, deney safhaları içinde değerlendirilmelidir. en önemli özelliği, sıvı ya da numune ile elektron ışınının etkileşimdir. Bir çok katı numuneler 24 için elde uzamsal çözünülürlüğünü sınırlar radyasyon hasarı ek olarak, sıvı örnekleri de elektron demeti tarafından oluşturulan radyoliz ürünleri 15, 25 tarafından etkilenmektedir. Bu ürünler deney etkileyebilir beri, dikkatli veri yorumlama ve deneysel tasarım 26 esastır. mikroskop ayarları, belirli bir çalışmanın amaçlarına göre seçilmelidir. ADF STEM, WHI sıvı hücre büyük kalınlıklarda yüksek atom numarası (Z) görüntüleme nanopartiküller için daha güçlüle TEM düşük Z malzemeler üzerinde daha iyi bir kontrast sağlar ve genellikle hızlı ama daha ince sıvı tabakaları 3 gerektirir. ADF yerine detektörü kullanılarak BF KÖK kalın tabakalar 27 düşük Z malzemeleri görüntülenmesi için avantajlıdır, çünkü parlak saha (BF) detektörü zaman, resim sıvı hücre kullanılır. Sıvı hücre kalınlığı arttıkça, daha fazla akım gereklidir. Bununla birlikte, bu radyoliz ürün konsantrasyonunu arttırmaktadır ve radyasyon hasarı artırır. Ayrıca, kontrast bir ters çok kalın sıvı (su&gt; 10 um) ADF detektör içinde gözlenmediğine dikkat edilmelidir. Sıvı koşullar mikroskop tutucu çıkarmadan ve örnek ve sıvı hem de alışverişi bizim deneyler arasında değişti. Tuz halindeki konsantrasyonun değişmesi ile birlikte, örneğin, tek bir olabilir (başka bir sıvı içinde akan sıvının diğer özelliklerini değiştirmek için kolaylıkla mümkündürBelirli bir pH değeri 16 ayarlamak için tampon çözeltileri kullanmak ya da organik çözeltiler veya diğer katkı maddeleri) taşıyabilirler. Tutucu de mikroakışkan sisteminden akan sıvı mikroskop takılı ise, sıvının değiştirmek de mümkündür. Bununla birlikte, bu durumda, hangi zaman örnek değişiklikleri sıvı etmektedir bilinmemektedir. Elektrotlar destekleyen mikroçip mevcuttur, bu nedenle nano ölçekli elektrokimya deneyleri 28 yapılabilir olması da dikkat çekicidir. Çalışmanın amaçları suda AuNPs ile sınırlı değildir, ancak örneklerin çok çeşitli silika, titanyum oksit ve polimerleri de dahil olmak üzere, yukarıda tarif edilen protokol kullanılarak incelenebilir. Nesnelerin hareket satın olan bir görüntü yakalamak için çok hızlı ise, viskozite% 50 gliserol ve% 50 sudan oluşan bir karışım kullanılarak bir büyüklük sırasına göre azaltılabilir. Söz konusu noktalarından,bir çok avantaj, olasılıklar ve dezavantajları da belirgin hale gelir. 1) Herhangi bir deney tüm numune (gözlem altında nesne, sıvı ve SİN membranların) ile elektron demetinin dinamik etkileşiminden etkilenir;: sıvı faz KÖK ile çalışırken, dikkat edilmesi gereken en önemli dezavantajları yönündedir 2) numune işleme sıkıcı ve örnek veya mikroçip bir mikrometre büyüklüğünde partiküller içerdiğinden ince bir sıvı tabakası elde etmek için çoğu zaman zordur; 3) Sıvı kalınlığı genellikle ayırıcı tarafından belirlenen amaçlanan kalınlığı büyük ölçüde farklıdır; ve 4) uzaysal çözünürlüğü ve kontrast güçlü sıvı kalınlığı ve gözlem ve sıvı altında nesnenin değişim yoğunluğu arasındaki fark bağlıdır. Halen, bol yöntemler nanometre mekansal çözünürlüğe sahip sıvı nesnelerin mikroskopi için var. Amorf buz elektron mikroskobu, güçlü bir tekniktir 29 olduğunuancak alan deney prosedürleri tüm deneyler buz numunenin hazırlanmasını sağlar ve zaman çözümlü deneyler imkansız, hassastır. X-ışını mikroskobu 30, 31 prensip olarak kullanılabilir, ancak sınırlı bir uzaysal çözünürlüğe sahip ve laboratuvarlarda yaygın olarak mevcut değildir. Sıvı içinde atomik kuvvet mikroskopisi kurulan ancak yüzey teknik yalnızca 32, 33, 34, 35 olmuştur. Işık mikroskobu yeterli uzaysal çözünürlüğü göstermez. Şu anda, sıvı içinde elektron mikroskobu sıvı nano nesnelerin ve işlemlerin doğrudan mikroskopi için en güçlü teknik görünüyor. Sıvı faz TEM ve KÖK henüz rutin analitik teknikler değil ama yine de gelişiyor. dikkate almak parametre sayısı oldukça büyüktür ve bu ofte olduğunun zor deney sonuçlarını çoğaltmak. Ayrıca, nicel veriler soruşturma kapsamında etkileri elektron demeti bir sonucu olarak ortaya çıkan süreçlerle iç içe çünkü elde etmek zordur. Burada açıklanan protokol, böylece deney ilgili tüm baz yönleriyle için muhasebe, deneysel protokol haline getirmeyi amaçlamaktadır. Biz bu protokol gelişmekte olan bu alanda deneysel çalışmaların daha iyi tekrarlanabilirlik yol umuyoruz.

Geleneksel tarama transmisyon elektron mikroskopisi (STM) analizi için uygun örnekler, yüksek vakum altında bir yerleşim için uygun olan, özellikle kuru, katı numuneler aralığı ile sınırlıdır. Ancak, birçok bilimsel ve teknolojik sorular nano ölçekli malzeme ve sıvı ortamda süreçleri ile ilgilidir. Tamamen sıvı içinde gömülü Örnekleri şimdi Transmisyon Elektron Mikroskobu (TEM) ve KÖK 1 numune tutucuya monte mikroakışkan odasını içeren bir kavram kullanarak KÖK ile ele alınabilir. Bu büyüme, fesih ve nanopartiküllerin 2, 3, 4, 5 toplama süreçleri, 6 dahil olmak üzere çeşitli araştırma konularının önemli süreçler, yeni bir bakış açısı sağladığından Bu yeni geliştirilmiş bir tekniktir, giderek daha popüler hale gelmiştir. Sadece metallerin, aynı zamanda biominerals 7 ve biyolojik sistemler 8, 9, 10, 11 incelenebilir. Sıvı faz KÖK örnek yükleme ve görüntü elde etme kuru örneklerin KÖK için farklıdır ve özel eğitim gerektiren bir protokol içerir. Mikroakışkan sistemi (Şekil 1A bakınız) Silisyum nitrür enerji 12 200 keV de elektron ışını için saydam (SİN) membran pencereleri destekleyen iki silikon mikroçip oluşur. Boyutların ve bu mikroçip işleme Detayları, 13 başka yerde 12 bulunabilir. Numune genellikle nano ölçekli nesneleri içerir. Bu yazıda altın nanopartiküller (AuNPs) gözlendi. AuNPs (aşağı doğru yolculuk elektron ışını ile ilgili olarak) en üst pencerede hareketsiz ya LIQU floatİD. KÖK içinde nano ölçekli uzamsal çözünürlük AuNPs üzerinde elektron ışını tarama ve Annüler Karanlık Alan (ADF) detektörü 9 kullanılarak iletilen dağınık elektronları toplayarak elde edilir. İki mikroçipler sıvı akış TEM tutucu 1 (tutucu hem STEM için çalışır ve TEM ama TEM sahibi olarak anılacaktır) ucuna küçük bir yuvaya yerleştirilir. bir sıvı bölmesi mikroçip arasında oluşturulmuş şekilde mikroçip biri bir aralayıcı içerir. İki mikroçip her iki O-halkaları sıvı bölmesine 13 (Şekil 1B&#39;ye bakınız) vakum sızdırmazlığı sağlar. Bu makalenin amacı, ilgilenen kullanıcılar bu yeni yeni tekniğin kolay erişim bulabilirsiniz böylece örnek yükleme ve veri toplama temel adımları göstermektir. Belirli Company&#39;den temin edilebilen bir sistem kullanılır, ancak protokol aynı zamanda diğer şirketlerin sistemleri için de geçerlidir. tekniktirbir sıvı tutucu sistemi 13 ile çalışırken geleneksel TEM ve STEM ve pratik yönlerini bir dizi daha karmaşık dikkate alınmalıdır. En önemlisi sıvı bölmesine doğru bu şekilde ince bir sıvı tabakasını ve bir vakum sızdırmazlık sağlayan, monte sağlamaktır. Bu nedenle, temiz çalışma ve sıvı akış TEM tutucu hazırlanması ve montaj sırasında toz oluşumunu önlemek için önemlidir. Özellikle, O-ring ve iki silisyum mikroçip tüm kirleticilerden arınmış olması gerekir. mikroçip birinde toz Hatta küçük parçacıklar ciddi yararlı bir uzamsal çözünürlük ulaşılmasını önleyebilir monte hücrenin, kalınlığını artırabilir. kontaminasyon veya hasar deney sonrasında elektron mikroskobu bırakılabilir, böylece bir vakum mühür önemlidir. Bu protokol yükleme işlemi ve birkaç gerekli testleri açıklar. Elektron mikroskobu çalışması basittir, bukatı numunelerin mikroskopi ile karşılaştırıldığında bazı ekstra adımları gerektirir t. Sıvı kalınlıkları artmasıyla, daha fazla elektron emilir ve sıvı tarafından dağınık; Sıvı kalınlığı ölçüm gereklidir. Son olarak, protokol ele alınabilir nasıl görüntüler alınır ve ne kadar dinamik süreçler açıklar. <img alt="Şekil 1" src="/files/ftp_upload/54943/54943fig1.jpg" /> Şekil 1: Taramalı Transmisyon Elektron Mikroskobu (STEM) için sıvı Akış Hücresi. (A) monte sıvı hücrenin şematik gösterimi. Silikon Nitrür (SİN) zar pencereli iki silikon mikroçip iki O-halkaları arasında konumlandırılmış. Sıvı SİN zar arasında bulunan ve böylece elektron mikroskobunda vakum ayrılır. numune üzerinde bir odaklanmış elektron ışını tarar. Kontrast dağınık elektron elde edilir. Altın nanopartiküller (AuNPs) SİN membran sıvı içinde hareketsiz ama aynı zamanda hareket edebilensıvı. O-ring ile birlikte, iki mikroçip istifinin (B) şematik yandan görünüşüdür kesitidir. <a href="http://ecsource.jove.com/files/ftp_upload/54943/54943fig1large.jpg" target="_blank">Bu rakamın büyük halini görmek için lütfen buraya tıklayınız.</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

Tamamen sıvı içinde gömülü Örnekleri Transmisyon Elektron Mikroskobu (TEM) ve KÖK için numune tutucuya monte mikroakışkan odasını kullanarak tarama Transmisyon Elektron Mikroskobu (STEM) ile nano ölçekli mekansal çözünürlükte incelenebilir. mikroakışkan sistem ince Silikon Nitrür (SİN) membran pencereleri destekleyen iki silikon mikroçip oluşur. Bu makalede, örnek yükleme ve veri toplama temel adımları açıklar. En önemlisi sıvı bölmesine doğru bu şekilde ince bir sıvı tabakasını ve bir vakum sızdırmazlık sağlayan, monte sağlamaktır. Bu protokol, aynı zamanda, doğru montaj sağlamak üzere Numune yükleme işlemi esnasında yerine getirmek için gerekli bir test de içerir. Örnek elektron mikroskobu ile yüklendikten sonra, sıvı kalınlığı ölçülür gerekmektedir. Bir çok ince sıvı bir balon oluşturulur olduğu gibi sıvı olmadan, gösterebilir ise hatalı tertibatı bir çok-yoğun bir sıvı ile sonuçlanabilir. Son olarak, iletişim kuralıele alınabilir nasıl görüntüler alınır ve ne kadar dinamik süreçler açıklar. AuNPs ihtiva eden bir numune, saf su ve tuzlu su içinde hem olarak görüntülenir.

sıvı akış TEM tutucu sıvı AuNPs davranışını incelemek için kullanılmıştır. AuNPs kararlı bir şekilde saf suda SİN membran üzerinde immobilize edilmiş ve sıvı faz gövdesinin (Şekil 6) kullanılarak nano çözünürlüğü ile görüntülendi. Mükemmel kontrast kuvvetle-saçılma altın elde edildi. o takılı sıvı akış TEM tutucu ile 8 pA / cm² olurken kuru test numunesi için ölçülen fosfor ekranda akım yoğunluğu, 20 pA / cm² oldu. 200 nm spacer kalınlık göre beklenen olandan çok daha büyük Denklem 1, t su = 2.4 ± 0.5 um, kullanma. Bununla birlikte, kalınlık nanometre uzaysal çözünürlüğü ile AuNPs görüntülenmesi için çok büyük değil. Sıvı kalınlığı nedeniyle mikroçip SİN membranlar, olmayan düzlük şişkin ve enkaz mikroçipler üzerinde bulunan için ayırıcı tarafından belirlenen 200 nm daha kalındır. 16 sırasında şeklini muhafaza rağmen reaktif radyoliz ürünleri (e - aq, H • H +, • OH) elektron demeti etkileşimi ile gelen menşeli su AuNPs 15 şeklinde bir değişikliğe yol tek altın atomlarını okside olabilir. sıvı akış sisteminin ikinci bir deneyde, klorür iyonlarının tatbik etmek için kullanılmıştır, ancak, AuNPs stabilitesi değiştirildi. Klorür iyonları tetrachloroaureat formunda oksitlenmiş altın atomuna stabilize edebilen, AuCl 4 -. Şekil 7 sonuçlarına benzer yavaş yavaş KÖK görüntüleme time-lapse serisi sırasında çözünmüş AuNPs, 16 daha önce rapor olduğunu göstermektedir. Kullanılan elektron doz oranı için, 30 nm büyüklüğünde AuNPs çözmek için ~ 300 s sürdü. Su sağlama olarak AuNPs hareketleri<html> R, bir üçüncü deneyde (Şekil 8) &#39;de incelenmiştir. Deneyden önce, sıvı akış TEM tutucu tuzu izlerini ortadan kaldırmak için temizlendi. İlk deneyde farklı olarak, alternatif bir örnek hazırlama yaklaşımı SıN zar 14 AuNPs zayıf bir eki elde etmek için kullanıldı. çözüm kurumasına izin vermeden bu deneyde, AuNP çözüm silikon mikroçip üzerine yerleştirildi ve sıvı akış TEM tutucu toplandı. Bu şekilde, AuNPs kolay kullanılan doz oranında görüntüleme hata&#39;ya membran kopuk. Kalan AuNPs SİN pencereye yakın görüş alanı içinde kalırken AuNPs bazıları, uzak toplu çözümler görüş alanından taşındı. Bu AuNPs hareketleri gözlendi ve sonunda onlar aglomere. Bir süre sonra, bu topaklar da SiN zarından müstakil ve görüş alanının dışında ve çözüm taşındı. ntent &quot;fo: keep-together.within-page =&quot; 1 &quot;&gt; <img alt="Şekil 6," src="/files/ftp_upload/54943/54943fig6.jpg" /> Şekil 6: Saf Su katmanı Başı Çap AuNPs 30 nm Tarama Transmisyon Elektron Mikroskobu (STEM) Mikrografik. Resimdeki orijinal görüntünün seçilen bir alandır. görüntü boyutu piksel bekleme süresi 19 us oldu 1024 x 1024 piksel oldu piksel boyutu 0.73 nm idi ve büyütme 400,000X oldu. Elektron doz bu şekilde 7.1 x 10 4 E - oldu / nm². Sıvı kalınlık 2.4 mikron tutarı için hesaplandı böylece fosfor ekranda ölçülen akım yoğunluğu, 8 pA / cm 2 idi. <a href="http://ecsource.jove.com/files/ftp_upload/54943/54943fig6large.jpg" target="_blank">Bu rakamın büyük halini görmek için lütfen buraya tıklayınız.</a> <img alt="Şekil 7," src="/files/ftp_upload/54943/54943fig7.jpg" /> Şekil 7: Time-lapse SerileriSaline AuNPs ve KÖK Mikrografilerinin. (AD) Görüntüler 30 s aralıklarla KÖK görüntülerin time-lapse serisi elde. AuNPs kademeli klorür iyonları bir sonucu olarak, sıvı içinde çözülür. pixel bekleme süresi 2 us, zaman atlamalı serilerinin çerçeve süresi 1.75 sn, piksel boyutu 0.44 nm idi ve büyütme 500,000X oldu. Görüntü başına elektron dozu, 1.2 x 10 4 E - oldu / nm². Sıvı kalınlığı 2.4 mm idi. <a href="http://ecsource.jove.com/files/ftp_upload/54943/54943fig7large.jpg" target="_blank">Bu rakamın büyük halini görmek için lütfen buraya tıklayınız.</a> <img alt="Şekil 8," src="/files/ftp_upload/54943/54943fig8.jpg" /> Şekil 8: Saf Su içinde hareket AuNPs mikrografı STEM. Birkaç oklarla seçilir olan AuNPs, (A) sin membran. (B) Hareket parçalarıSeçilen AuNPs ait (A). Bazı AuNPs görüntüleme zamanında görüş alanından uzağa taşıyın. Kalan AuNPs SİN zar boyunca yanal olarak hareket eder ve topaklaştırma başlar. Çerçeve süresi 0.52 sn, 1 ms olan kritik bir küme boyutu ulaştıktan sonra, onlar zardan sevk ve view.The piksel bekleme süresinden alanında uzaklaşın, piksel boyutu 1.8 nm idi ve büyütme 120,000X oldu. Görüntü başına elektron dozu 3.5 x 10 2 E - oldu / nm² ve sıvı kalınlığı 2.4 um idi. <a href="http://ecsource.jove.com/files/ftp_upload/54943/54943fig8large.jpg" target="_blank">Bu rakamın büyük halini görmek için lütfen buraya tıklayınız.</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

Bu protokol, nano ölçekli dinamik süreçleri gözlem için kullanıldığı şekilde, su içinde AuNPs transmisyon elektron mikroskobu için bir sıvı akımı numune tutucu çalışmasını açıklar.

Tarama Transmisyon Elektron Mikroskobu kullanılarak Sıvı Nano-ölçekli Nesnelerin dinamik Süreçlerinin İncelenmesi

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

Sıvı Hücre Transmisyon Elektron Mikroskobu kullanarak Sıvılarda Malzemelerin Dinamik Süreçler Revealing

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

Tarama-prob Tek elektron Kapasite Spektroskopisi

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

Sinkrotron Hızlı Tomografi ile Karbonat içinde Reaksiyon Dinamik Gözenek ölçekli Rezervuar-koşul Görüntüleme

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

(SEM) X-ışını Bilgisayarlı Tomografi (BT) ve Taramalı Elektron Mikroskobu ile İlişkili Işık Mikroskopi (LM) bir kombinasyonu ile LED&#39;lerin Derinliği Analizlerinde

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

Alçak Basınç Taramalı Elektron Mikroskobu kullanılarak Karbon Nanotüp Ormanlar Hassas freze

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

İletim Kikuchi difraksiyonu kullanılarak ultra-ince taneli ve Nanokristal Malzemelerin Karakterizasyonu

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

Transmisyon elektron mikroskobu mikroorganizmaların seri Ultrathin bölümler elde etmek için bir yöntem

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

Tek basamaklı nanometre elektron ışını litografi bir sapma düzeltilmiş tarama transmisyon elektron mikroskobu ile

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

Dört pozlama konsantrasyonları parçacıkların Nano ölçekli sağlar bir salt burun Soluma Toksisitesi Test odası gelişimi

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