Name: light-induced in situ transmission electron microscopy for observation of the liquid-soft matter interaction
Uploaded: 2022-07-26T13:30:00
Description: Watch this Scientific Journal Video about Light-Induced In Situ Transmission Electron Microscopy for Observation of the Liquid-Soft Matter Interaction at JoVE.com

이 연구는 Miniatura 보조금 (2019 / 03 / X / NZ3 / 02100, 폴란드 국립 과학 센터)의 지원을 받았습니다.

1. 투과 전자 현미경 수정
<ol><li>광섬유( 재료 표 참조)를 대물 렌즈 상단의 현미경 칼럼에 연결하여 투과 전자 현미경을 수정합니다. 대물 렌즈와 콘덴서 렌즈 사이에 몇 센티미터의 공간과 액세서리를 위한 여유 슬롯을 확보하십시오. 참고: 전용 샘플 홀더(4 ) 또는 역구성(1 )에서의 음극발광 관찰을 위한 홀더가 또한 사용될 수 있?...

<ol>
	<li>Vadai, M., Angell, D. K., Hayee, F., Sytwu, K., Dionne, J. A. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=In-situ+observation+of+plasmon-controlled+photocatalytic+dehydrogenation+of+individual+palladium+nanoparticles.">In-situ observation of plasmon-controlled photocatalytic dehydrogenation of individual palladium nanoparticles.</a> Nature Communications. 9 (1), 1-8 (2018).</li><li>Weng, B., 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+light-induced+dynamic+structural+transformations+of+Au+clusters-based+photocatalyst+via+in+situ+TEM.">Visualizing light-induced dynamic structural transformations of Au clusters-based photocatalyst via in situ TEM.</a> Nano Research. 12 (1), 1-5 (2021).</li><li>Cao, K., 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=In+situ+TEM+investigation+on+ultrafast+reversible+lithiation+and+delithiation+cycling+of+Sn@C+yolk-shell+nanoparticles+as+anodes+for+lithium+ion+batteries.">In situ TEM investigation on ultrafast reversible lithiation and delithiation cycling of Sn@C yolk-shell nanoparticles as anodes for lithium ion batteries.</a> Nano Energy. 40, 187-194 (2017).</li><li>Cavalca, 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=In+situ+transmission+electron+microscopy+of+light-induced+photocatalytic+reactions.">In situ transmission electron microscopy of light-induced photocatalytic reactions.</a> Nanotechnology. 23 (7), 075705 (2012).</li><li>Tung, C. -. W., 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=Light-induced+activation+of+adaptive+junction+for+efficient+solar-driven+oxygen+evolution:+In+situ+unraveling+the+interfacial+metal-silicon+junction.">Light-induced activation of adaptive junction for efficient solar-driven oxygen evolution: In situ unraveling the interfacial metal-silicon junction.</a> Advanced Energy Materials. 9 (31), 1901308 (2019).</li><li>&#379;ak, A. M., Kaczmarczyk, O., Piksa, M., Matczyszyn, K. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Light-induced+in+situ+transmission+electron+microscopy:+Novel+approach+for+antimicrobial+photodynamic+therapy+imaging.">Light-induced in situ transmission electron microscopy: Novel approach for antimicrobial photodynamic therapy imaging.</a> Photodiagnosis and Photodynamic Therapy. 35, 102463 (2021).</li><li>Shindo, 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=Development+of+a+multifunctional+TEM+specimen+holder+equipped+with+a+piezodriving+probe+and+a+laser+irradiation+port.">Development of a multifunctional TEM specimen holder equipped with a piezodriving probe and a laser irradiation port.</a> Journal of Electron Microscopy. 58 (4), 245-249 (2009).</li><li>Zhang, C., 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=Photosensing+performance+of+branched+CdS/ZnO+heterostructures+as+revealed+by+in+situ+TEM+and+photodetector+tests.">Photosensing performance of branched CdS/ZnO heterostructures as revealed by in situ TEM and photodetector tests.</a> Nanoscale. 6 (14), 8084-8090 (2014).</li><li>Zhang, C., 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=Statistically+analyzed+photoresponse+of+elastically+bent+CdS+nanowires+probed+by+light-compatible+in+situ+high-resolution+TEM.">Statistically analyzed photoresponse of elastically bent CdS nanowires probed by light-compatible in situ high-resolution TEM.</a> Nano Letters. 16 (10), 6008-6013 (2016).</li><li>Yoshida, K., Yamasaki, J., Tanaka, N. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=In+situ+high-resolution+transmission+electron+microscopy+observation+of+photodecomposition+process+of+poly-hydrocarbons+on+catalytic+TiO2+films.">In situ high-resolution transmission electron microscopy observation of photodecomposition process of poly-hydrocarbons on catalytic TiO2 films.</a> Applied Physics Letters. 84 (14), 2542-2544 (2004).</li><li>Yoshida, K., Nozaki, T., Hirayama, T., Tanaka, N. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=In+situ+high-resolution+transmission+electron+microscopy+of+photocatalytic+reactions+by+excited+electrons+in+ionic+liquid.">In situ high-resolution transmission electron microscopy of photocatalytic reactions by excited electrons in ionic liquid.</a> Journal of Electron Microscopy. 56 (5), 177-180 (2007).</li><li>Textor, 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=Strategies+for+preparing+graphene+liquid+cells+for+transmission+electron+microscopy.">Strategies for preparing graphene liquid cells for transmission electron microscopy.</a> Nano Letters. 18 (6), 3313-3321 (2018).</li><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> Microscopy and Microanalysis. 16 (5), 622-629 (2010).</li><li>Inayoshi, Y., Minoda, 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+carbon+sandwich+environmental+cell+for+wet+specimens.">A carbon sandwich environmental cell for wet specimens.</a> Journal of Electron Microscopy. 62 (6), 623-628 (2013).</li><li>Koo, K., Dae, K. S., Hahn, Y. K., Yuk, J. M. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Live+cell+electron+microscopy+using+graphene+veils.">Live cell electron microscopy using graphene veils.</a> Nano Letters. 20 (6), 4708-4713 (2020).</li><li>De Jonge, N., 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=Live+cell+electron+microscopy+is+probably+impossible.">Live cell electron microscopy is probably impossible.</a> ACS Nano. 10 (10), 9061-9063 (2016).</li><li>Kennedy, E., Nelson, E. M., Damiano, J., Timp, G. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Gene+expression+in+electron-beam-irradiated+bacteria+in+reply+to+&amp;#34;live+cell+electron+microscopy+is+probably+impossible.&amp;#34.">Gene expression in electron-beam-irradiated bacteria in reply to &amp;#34;live cell electron microscopy is probably impossible.&amp;#34.</a> ACS Nano. 11 (1), 3-7 (2017).</li><li>Alves, 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=An+insight+on+bacterial+cellular+targets+of+photodynamic+inactivation.">An insight on bacterial cellular targets of photodynamic inactivation.</a> Future Medicinal Chemistry. 6 (2), 141-164 (2014).</li><li>Cieplik, 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=Antimicrobial+photodynamic+therapy-What+we+know+and+what+we+don't.">Antimicrobial photodynamic therapy-What we know and what we don't.</a> Critical Reviews in Microbiology. 44 (5), 571-589 (2018).</li><li>Huang, L., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Type+I+and+Type+II+mechanisms+of+antimicrobial+photodynamic+therapy:+An+in+vitro+study+on+gram-negative+and+gram-positive+bacteria.">Type I and Type II mechanisms of antimicrobial photodynamic therapy: An in vitro study on gram-negative and gram-positive bacteria.</a> Lasers in Surgery and Medicine. 44 (6), 490-499 (2012).</li><li>Caminos, D. A., Spesia, M. B., Pons, P., Durantini, E. N. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Mechanisms+of+Escherichia+coli+photodynamic+inactivation+by+an+amphiphilic+tricationic+porphyrin+and+5,10,15,20-tetra(4-N,N,N-trimethylammoniumphenyl)+porphyrin.">Mechanisms of Escherichia coli photodynamic inactivation by an amphiphilic tricationic porphyrin and 5,10,15,20-tetra(4-N,N,N-trimethylammoniumphenyl) porphyrin.</a> Photochemical and Photobiological Sciences. 7 (9), 1071-1078 (2008).</li><li>Chu, J. C. H., Chin, M. L., Wong, C. T. T., Hui, M., Lo, P. C., Ng, D. K. P. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=One-pot+synthesis+of+a+cyclic+antimicrobial+peptide-conjugated+phthalocyanine+for+synergistic+chemo-photodynamic+killing+of+multidrug-resistant+bacteria.">One-pot synthesis of a cyclic antimicrobial peptide-conjugated phthalocyanine for synergistic chemo-photodynamic killing of multidrug-resistant bacteria.</a> Advanced Therapeutics. 4 (3), 1-10 (2021).</li><li>Rogers, S., Honma, K., Mang, T. S. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Confocal+fluorescence+imaging+to+evaluate+the+effect+of+antimicrobial+photodynamic+therapy+depth+on+P.+gingivalis+and+T.+denticola+biofilms.">Confocal fluorescence imaging to evaluate the effect of antimicrobial photodynamic therapy depth on P. gingivalis and T. denticola biofilms.</a> Photodiagnosis and Photodynamic Therapy. 23, 18-24 (2018).</li><li>Maldonado-Carmona, N., 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=Porphyrin-loaded+lignin+nanoparticles+against+bacteria:+A+photodynamic+antimicrobial+chemotherapy+application.">Porphyrin-loaded lignin nanoparticles against bacteria: A photodynamic antimicrobial chemotherapy application.</a> Frontiers in Microbiology. 11, 606185 (2020).</li><li>&#379;ak, A. M., Kaczmarczyk, O., Piksa, M., Grz&#281;da, J., Matczyszyn, K. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Fiber-optic+sample+illuminator+design+for+the+observation+of+light+induced+phenomena+with+transmission+electron+microscopy+in+situ:+Antimicrobial+photodynamic+therapy.">Fiber-optic sample illuminator design for the observation of light induced phenomena with transmission electron microscopy in situ: Antimicrobial photodynamic therapy.</a> Ultramicroscopy. 230, 113388 (2021).</li><li>Dinh, V. P., 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=Insight+into+the+adsorption+mechanisms+of+methylene+blue+and+chromium(III)+from+aqueous+solution+onto+pomelo+fruit+peel.">Insight into the adsorption mechanisms of methylene blue and chromium(III) from aqueous solution onto pomelo fruit peel.</a> RSC Advances. 9 (44), 25847-25860 (2019).</li><li>&#379;ak, A. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Guide+to+controlling+the+electron+dose+to+improve+low-dose+imaging+of+sensitive+samples.">Guide to controlling the electron dose to improve low-dose imaging of sensitive samples.</a> Micron. 145, 103058 (2021).</li><li>Drulyte, I., 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=Approaches+to+altering+particle+distributions+in+cryo-electron+microscopy+sample+preparation.">Approaches to altering particle distributions in cryo-electron microscopy sample preparation.</a> Acta Crystallographica Section D. 74 (6), 560-571 (2018).</li><li>Scarff, C. A., Fuller, M. J. G., Thompson, R. F., Iadaza, M. G. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Variations+on+negative+stain+electron+microscopy+methods:+Tools+for+tackling+challenging+systems.">Variations on negative stain electron microscopy methods: Tools for tackling challenging systems.</a> Journal of Visualized Experiments. (132), (2018).</li><li>Booth, D. S., Avila-Sakar, A., Cheng, Y. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Visualizing+proteins+and+macromolecular+complexes+by+negative+stain+EM:+From+grid+preparation+to+image+acquisition.">Visualizing proteins and macromolecular complexes by negative stain EM: From grid preparation to image acquisition.</a> Journal of Visualized Experiments. (58), (2011).</li><li>Rames, M., Yu, Y., Ren, G. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Optimized+negative+staining:+A+high-throughput+protocol+for+examining+small+and+asymmetric+protein+structure+by+electron+microscopy.">Optimized negative staining: A high-throughput protocol for examining small and asymmetric protein structure by electron microscopy.</a> Journal of Visualized Experiments. (90), e51087 (2014).</li><li>Miller, B. K., Crozier, P. A. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=System+for+in+situ+UV-visible+illumination+of+environmental+transmission+electron+microscopy+samples.">System for in situ UV-visible illumination of environmental transmission electron microscopy samples.</a> Microscopy and Microanalysis. 19 (2), 461-469 (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 (6077), 61-64 (2012).</li><li>Schneider, N. 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=Electron-Water+interactions+and+implications+for+liquid+cell+electron+microscopy.">Electron-Water interactions and implications for liquid cell electron microscopy.</a> Journal of Physical Chemistry C. 118 (38), 22373-22382 (2014).</li></ol>

조명기의 설치 및 시운전에는 기본적인 서비스 지식이 필요하며 현미경이 손상될 수 있습니다. 현미경에 빛을 도입하는 가장 간단한 방법은 일반적으로 TEM 편향 코일과 추가 검출기를 위한 공간이 있는 대물 렌즈 상단에서 광섬유를 연결하는 것입니다. 동일한 위치에 샘플 진공 잠금 장치와 샘플 설치 메커니즘이 있는 구형 상단 입력 장치에서도 더 많은 여유 공간을 기대할 수 있습니다. 이러한 ...

고해상도의 광 유도 현상은 나노 공학 1,2,3, 촉매 작용 4,5 및 바이오 포토닉스6과 같은 많은 분야에서 흥미 롭습니다. 이러한 실험을 허용하는 일부 독창적 인 디자인은 샘플 홀더 (1,4,7,8,9) 및 현미경 (10,11)에 부착 된 광섬유의 변형을 포함하여 문헌에서 찾을 수있다.
광 조명, 액체 환경 및 투과 전자 현미경(TEM)의 조합은 광 유도 프로세스에 대한 상세하고 역동적인 연구를 위한 좋은 기회를 제공합니다. 그러나 현미경 내부의 고진공 상태는 많은 액체, 특히 수용액에 다소 불리합니다. 환경으로부터 보호하는 액체 캡슐화는 주로 그래핀 12, 질화규소13 또는 탄소14 기판을 기반으로 하는 몇 가지 기술을 사용하여 달성할 수 있습니다. 재료 과학2에 대한 연구 외에도, 소위 액체 세포는 본래의 조건15 근처에서 생물학적 표본에 대해 비전통적인 현미경 관찰을 수행할 수 있는 가능성을 제공합니다. 이러한 관찰은 특히 박테리아 세포와 같은 살아있는 미생물에 대해 매우 까다 롭습니다. 전리 방사선으로서의 전자빔은 수화 된 표본에 돌이킬 수없는 손상을 일으키므로 전자 선량을 지정해야합니다16. 이는 불리한 영향을 최소화하고 손상을 제어하며 혼란스러운 아티팩트를 피하기 위해 필요합니다. 살아있는 세포의 관찰을 허용하는 최적의 최대 전자 선량은 여전히 의심스러운 주제16이지만, 적어도 박테리아17에 대해서는 30 e− / nm2 의 선량이 임계 값 인 것으로 보인다.
이러한 현미경 연구에서 관심 대상 중 일부는 항균 광역학 요법(APDT)18 동안의 과정입니다. 요컨대, 치료는 다음과 같이 진행됩니다. 박테리아 세포는 감광제라고 하는 감광성 액체로 둘러싸여 있습니다. 특정 파장에서 광 조명이 주어지면 세포 독성 활성 산소 종 (ROS)은 여기 된 광감작 제 분자에서 용액에 자연적으로 존재하는 산소로의 에너지 또는 전하 전달로부터 생성됩니다. ROS에 노출 된 병원체는 부작용없이 매우 높은 효율로 빠르게 비활성화됩니다19. 치료에 대한 반응은 별개의 미생물에 따라 다릅니다 - 예를 들어, 동일한 광감작제의 영향은 그람 양성균 및 그람 음성 박테리아20에 대해 상당히 다를 수 있습니다. 일반적으로 ROS의 주요 표적은 세포의 외부 구조이며, 손상은 세포막의 기능 장애를 초래하고 결과적으로 박테리아21,22의 죽음으로 이어진다는 것이 확인되었습니다. 그러나, 핵산 및 단백질 스캔에 대한 손상은 또한 불활성화의 원인으로 간주될 수 있다(18), 따라서, 이 과정 동안에 어떤 세포 구조가 주요 표적인지는 아직 알려지지 않았다(19). 손상 과정에 대한 더 깊은 이해는이 결정적인 치료법을 개선하는 데 도움이 될 수 있습니다. APDT 연구23에 사용된 광학 현미경 방법과 비교하여, TEM 기술은 더 높은 해상도 및 배율24로 APDT 메커니즘을 볼 수 있는 더 많은 가능성을 제공한다. TEM은 이미 진행중인 치료 중 세포 관찰에 성공적으로 사용되어 그람 양성균 손상을 연구하고 변화세포벽 내에서 발생하는 6,25를 자세히 설명 할 수있었습니다.
현재 프로토콜은 적절한 조명 시스템, 액체로 세포 캡슐화 및 엄격한 전자 선량 제어가 필요한 TEM을 사용하여 광 유도 박테리아 불활성화의 고해상도 이미징에 적합한 실험 설정을 제공합니다. 관찰에 사용 된 박테리아는 황색 포도상 구균이었고 메틸렌 블루 용액은 감광제로 사용되었습니다. 특수 조명 설정은 광 섬유를 사용하여 현미경 컬럼에 직접 연결된 조정 가능한 반도체 레이저로 구성됩니다. 이 설계는 광섬유를 현미경 축에 거의 평행하게 배치하기 때문에 샘플 전체에 균일한 조사를 제공합니다. 레이저에 의해 생성 된 고강도의 단색광은 다양한 광화학 효과를 연구하는 데 사용될 수 있습니다. 실험에 사용 된 빛은 가시 영역에서 메틸렌 블루가 613nm 및 664nm26에서 흡수 피크를 갖기 때문에 660nm와 동일한 파장을 가졌습니다. 액체 캡슐화를 위한 프로토콜은 탄소 기질을 기반으로 하므로 절차가 빠르고 복잡하지 않습니다. 마지막으로, 액체 중 세포의 저용량 현장 TEM 관찰을 위한 방법이 제시된다. 샘플 준비에 관한 어려움, 민감한 샘플에 대한 전자 선량 효과 및 합리적인 이미지 해석에 대해 논의합니다.

<table border="1" fo:keep-together.within-page="1" fo:keep-with-next.within-page="always">
	<tbody>
		<tr>
			<td>Carbon film on 200 mesh copper grid</td>
			<td>Agar Scientific</td>
			<td>AGS160</td>
			<td>The standard TEM grids for observations and liquid cell preparation</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Crossover Tweezers</td>
			<td>Dumont</td>
			<td>N5</td>
			<td>The tweezers are neecesarry for liquid cell preparation</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Photodiode Power Sensor</td>
			<td>ThorLabs</td>
			<td>S130C</td>
			<td>The sensor used for light intensity measurement</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Polyimide-Coated Multimode Fiber</td>
			<td>Thorlabs</td>
			<td>FG400UEP</td>
			<td>Must be built into the microscope using the on-site built adapter, according to the 10.1016/j.ultramic.2021.113388</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Transmission Electron Microscope</td>
			<td>Hitachi</td>
			<td>H-800</td>
			<td>Can be replaced with any side-entry microscope, available for modification</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Tuneable Diode Laser</td>
			<td>CNI</td>
			<td>MRL-III-660D</td>
			<td>The light wavelength must be chosen basing on photosensitizer&#39;s absorption spectrum</td>
		</tr>
	</tbody>
</table>

light-induced in situ transmission electron microscopy for observation of the liquid-soft matter interaction

현재 프로토콜은 현장 광 유도 관찰을 위한 투과 전자 현미경(TEM) 설정의 수정을 설명합니다. 대물 렌즈 폴피스 위의 전자 기둥에 삽입된 유리 광섬유와 조정 가능한 광원인 레이저를 사용하여 장치를 제작했습니다. 외부 측정 시스템을 사용하여 조명기를 보정한 후에는 관찰된 프로세스의 필요에 맞게 조명 강도를 조정할 수 있습니다. 이 조명 시스템은 현재 집중적인 연구 대상인 항균 광역학 치료 현상을 이미지화하는 데 활용되었습니다. 샘플은 탄소, 그래핀 또는 질화규소 기판 상에 박테리아의 현탁액을 발견하고, 과잉 용액을 블롯팅하고, 광감작제 용액을 스팟팅하고, 과잉 액체를 다시 블롯팅한 다음, 액체 셀을 제2 기판 또는 그래핀 필름으로 조립함으로써 제조되었다. 이미징 실험 자체의 프로세스에는 저배율 및 최소 전자 용량을 사용하여 관찰하기에 적합한 장소를 선택한 다음 광원을 주기적으로 활성화하여 필요한 최소 전자 양으로 지정된 간격으로 후속 이미지를 캡처하는 작업이 포함됩니다. 각 노출의 전자 선량과 사용 된 조명의 시간 및 강도는 관찰 된 현상의 복잡성으로 인해 신중하게 기록해야하며, 동시에 프로세스는 빛과 전자에 의해 구동됩니다. 실제 실험이 수행 된 후에는 동일한 양의 전자가 사용되지만 추가적인 빛의 영향이없고 더 적은 양의 전자가 더 많은 양의 빛에 사용되는 추가 제어 관찰이 이루어져야합니다. 이를 통해 생명 및 재료 과학 분야에서 전자로 인한 미세 구조 효과와 광유도 미세 구조 효과를 구별 할 수 있습니다.

실험 설정은 고해상도로 액체에서 발생하는 광 유도 과정을 관찰하도록 설계되었습니다. 이미지의 경쟁 분석을 통해 전자빔으로 인한 손상과 광화학 반응과 관련된 변화를 구별 할 수있었습니다. 민감한 표본 (이 경우 액체로 캡슐화 된 세포)에 대한 전자빔의 효과는 전자가 균일하게 침투함에 따라 조사 된 영역 전체에서 볼 수있었습니다. 물론 효과는 전자 선량에 따라 다르므로 더 집중된 빔을...

Watch this Scientific Journal Video about Light-Induced In Situ Transmission Electron Microscopy for Observation of the Liquid-Soft Matter Interaction at JoVE.com

Light-Induced In Situ Transmission Electron Microscopy for Observation of the Liquid-Soft Matter Interaction

본 프로토콜은 광 조명 시스템을 사용한 투과 전자 현미경(TEM) 변형, 액체 세포의 제조 및 박테리아 세포와 감광제 간의 광 유도 상호작용에 대한 현장 TEM 관찰을 설명합니다. 샘플 준비 방법, 전자빔 손상 및 이미징에 대해서도 설명합니다.

액체-연질 물질 상호 작용 관찰을 위한 광 유도 현장 투과 전자 현미경

The current protocol describes the modifications of the transmission electron microscope (TEM) setup for in situ light-induced observations. A glass ...

이 프로토콜은 액체 셀 TEM과 광 조명의 조합을 사용하여 광 조명시 감광제로 캡슐화 된 박테리아의 구조적 변화를 관찰하는 방법을 제시합니다. 이 기술의 가장 큰 장점은 단순성입니다. 이 프로토콜은 어려운 샘플 준비가 필요하지 않으며 광감작제 용액으로 박테리아를 충분히 캡슐화합니다.시작하려면 광섬유를 대물 렌즈 상단의 현미경 기둥에 연결하여 투과 전자 현미경을 수정합니다. 대물 렌즈와 콘덴서 렌즈 사이에 몇 센티미터의 공간과 액세서리를 위한 여유 슬롯을 확보하십시오. 두 개의 교차 핀셋 사이에 비정질 탄소로 덮인 두 개의 처리되지 않은 TEM 그리드를 놓고 탄소 코팅면을 상단을 향하게 합니다.그리드를 가장자리에 최대한 가깝게 잡습니다. 그리드 중 하나에 4 마이크로 리터의 박테리아 용액을 놓습니다. 샘플의 광학 밀도는 5에서 10 사이 여야합니다.60 초 동안 기다렸다가 여과지를 사용하여 액체를 조심스럽게 닦아냅니다. 이 과정에서 전체 그리드 표면에 액체를 퍼뜨리십시오. 4 마이크로 리터의 감광제를 동일한 그리드에 놓습니다.5 초 후 액체를 닦아냅니다. 기판에 매우 얇은 액체 층을 남겨 둡니다. 액체로 덮인 그리드 위에 마른 그리드를 빠르게 놓습니다.상단 그리드를 두 번째 그리드의 가장자리로 부드럽게 이동하고 핀셋을 사용하여 가장자리에서 기판을 꽉 쥐십시오. 조심스럽게 짜기를 반복하십시오. 핀셋 사이에 액체 셀을 1 분 동안 그대로 두십시오.준비가 완료된 직후 샘플을 TEM 홀더에 삽입하십시오. 샘플을 현미경에 삽입한 후 저배율 모드에서 관찰을 시작하여 적절한 관찰 영역을 찾습니다. 관찰하는 동안 전자 선량을 가능한 한 낮게 유지하십시오.노출 시간을 확장합니다. 노출 시간이 길어진 적절한 배율에서 액체로 둘러싸인 세포를 찾아 즉시 첫 번째 이미지를 캡처합니다. 전자 선량을 일정하게 유지하고 30 초마다 이미지를 수집하여 변화를 관찰하십시오.조심스럽게 이미지를 검사하고 세포의 첫 번째 가시적 변화에 해당하는 총 전자 선량을 계산하십시오. 실험을 시작하기 전에 현재 값을 조정하여 레이저 광 강도를 설정하십시오. 샘플을 현미경에 삽입하고 관찰 영역을 찾습니다.샘플의 조명을 시작하기 전에 셀의 첫 번째 이미지를 캡처하고 빔 블랭커를 사용하여 전자 조사의 영향을 피하기 위해 전자빔을 끕니다. 레이저를 켭니다. 레이저 광의 강도가 상대적으로 높기 때문에 짧은 조명 시간으로 시작하십시오.그 시간이 지나면 광원을 끕니다. 빔 블랭커를 끄고 즉시 이미지를 캡처하십시오. 가능하면 자동 알고리즘을 사용하여 이미지를 촬영하는 데 필요한 시간 동안만 샘플을 노출합니다.전자 조사 시간을 주의 깊게 측정하여 이미징에 사용되는 전자 선량을 계산합니다. 1 분 후에 광감작 제의 더 가벼운 방사선에 의해 생성 된 활성 산소 종에 의해 유발 된 세포 외부 층의 현저한 분해가 관찰됩니다. 추가 조명 조명으로 변경 사항이 더 잘 보입니다.액체가 충분한 적절한 관찰 지점은 저배율에서 쉽게 찾을 수 있습니다.이 영역은 더 어둡고 흐릿하게 보입니다. 액체로 덮인 박테리아는 건조한 박테리아보다 눈에 잘 띄지 않지만 여전히 구별 할 수 있습니다. 이미징 중에 액체 경계를 보는 것이 유용하며 움직임을 쉽게 감지 할 수 있으므로 선택한 영역이 부적절하고 불안정 할 수 있습니다.관찰 중 또 다른 문제는 박테리아 주변 영역을 포함하여 샘플의 무작위 영역에서 발생할 수 있는 물의 증발과 용액의 침전입니다. 박테리아의 캡슐화는 그래 핀 및 질산 규소 막을 사용하여 수행 할 수도 있습니다. 샘플 준비는 더 어렵지만 액체 셀의 안정성은 더 좋습니다.제시된 방법은 액체에 대한 광 유도 반응의 관찰에 사용될 수 있습니다. 예를 들어, 금속 재료에 대한 빛의 영향, 광 유도 촉매 및 광화학 반응.

Research

JoVE Journal

Engineering

Light-Induced In Situ Transmission Electron Microscopy for Observation of the Liquid-Soft Matter Interaction

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

액체 셀 전송 전자 현미경을 사용하여 액체의 재료의 동적 프로세스를 공개

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

연구

공학

In Situ Time-dependent Dielectric Breakdown in the Transmission Electron Microscope: A Possibility to Understand the Failure Mechanism in Microelectronic Devices

In Situ Time-dependent Dielectric Breakdown in the Transmission Electron Microscope: A Possibility to Understand the Failure Mechanism in Microelectronic Devices

투과 전자 현미경에서 제자리 시간에 따른 절연 파괴에 : 가능성은 마이크로 전자 장치의 고장 메커니즘을 이해하기

The time-dependent dielectric breakdown (TDDB) in on-chip interconnect stacks is one of the most critical failure mechanisms for microelectronic devices. ...

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

스캔 전송 전자 현미경을 사용하여 액체에 나노 크기의 개체의 동적 프로세스를 공부

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

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

전송 키쿠치 회절을 사용하여 울트라 미세 그레인과 나노 결정 재료의 특성

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

Orientational Transition in a Liquid Crystal Triggered by the Thermodynamic Growth of Interfacial Wetting Sheets

계면 습윤지의 열역학적 성장에 의해 촉발 된 액정의 방향 전환

In liquid crystal (LC) physical chemistry, molecules near the surface play a great role in controlling bulk orientation. Thus far, mainly to achieve ...

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

전송 전자 현미경 검사 법에서 미생물의 직렬 Ultrathin 섹션을 얻기위한 방법

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

All-electronic Nanosecond-resolved Scanning Tunneling Microscopy: Facilitating the Investigation of Single Dopant Charge Dynamics

모든 전자 나노초 해결 주사 터널링 현미경: 촉진 단일 불순물 충전 역학 조사

The miniaturization of semiconductor devices to scales where small numbers of dopants can control device properties requires the development of new ...

Methods of Ex Situ and In Situ Investigations of Structural Transformations: The Case of Crystallization of Metallic Glasses

Methods of Ex Situ and In Situ Investigations of Structural Transformations: The Case of Crystallization of Metallic Glasses

전 Situ 수사 현장에서 구조 변환 방법: 금속 유리의 결정 화의 경우

We demonstrate the use of two nuclear-based analytical methods that can follow the modifications of microstructural arrangement of iron-based metallic ...

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

자리 나노미터 전자 빔 리소 그래피는 수 차 수정 스캐닝 전송 전자 현미경으로

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