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

Araştırma Miniatura hibesi (2019/03/X/NZ3/02100, Ulusal Bilim Merkezi, Polonya) tarafından desteklenmiştir.

1. İletim elektron mikroskobu modifikasyonu
<ol><li>Optik fiberi (bkz. Malzeme Tablosu) objektif lensin üstündeki mikroskop sütununa bağlayarak iletim elektron mikroskobunu değiştirin. Objektif lens ile kondansatör lens arasında birkaç santimetre boşluk bırakın, ayrıca aksesuarlar için boş bir yuva bırakın. NOT: Özel bir numune tutucu4 veya ters konfigürasyon1'deki katodoluminesan gözlemler için bir tutucu da kull...

<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>

Aydınlatıcının kurulumu ve devreye alınması temel servis bilgisi gerektirir ve mikroskopa zarar verebilir. Işığı mikroskopa tanıtmanın en basit yolu, optik fiberi, genellikle TEM sapma bobinleri ve ek dedektörler için yer bulunan objektif lensin üstünden bağlamaktır. Aynı konumun numune vakum kilidini ve numune kurulum mekanizmasını barındırdığı eski üstten girişli cihazlardan daha fazla boş alan da beklenebilir. Bu yapılandırma, örnek bir aydınlatıcı tasarımı içeren önceki bir rapo...

Yüksek çözünürlükte ışık kaynaklı fenomenler, nanomühendislik 1,2,3, kataliz 4,5 ve biyofotonik6 gibi birçok alanda ilginçtir. Bu tür deneylere izin veren bazı orijinal tasarımlar, örnek tutucuların 1,4,7,8,9 ve mikroskopa bağlı optik fiber 10,11'in modifikasyonları da dahil olmak üzere literatürde bulunabilir.
Işık aydınlatması, sıvı bir ortam ve transmisyon elektron mikroskobu (TEM) kombinasyonu, foto-indüklenen süreçlerin ayrıntılı, dinamik çalışmaları için harika bir fırsat sunar. Bununla birlikte, mikroskop içindeki yüksek vakum koşulu, birçok sıvı, özellikle de su çözeltileri için oldukça elverişsizdir. Onu çevreden koruyan sıvı kapsülleme, esas olarak grafen12, silikon nitrür 13 veya karbon14 substratlarına dayanan birkaç teknik kullanılarak elde edilebilir. Malzeme bilimi2'deki araştırmalara ek olarak, sözde sıvı hücreler, doğal koşullarına yakın biyolojik örnekler üzerinde alışılmadık mikroskobik gözlemler yapma olanakları sunar15. Bu tür gözlemler, özellikle bakteri hücreleri gibi canlı mikroorganizmalar için son derece zordur. İyonlaştırıcı radyasyon olarak elektron ışını, hidratlanmış numunelerde geri dönüşü olmayan hasara neden olur, bu nedenle elektron dozubelirtilmelidir 16. Bu, olumsuz etkileri en aza indirmek, hasarı kontrol etmek ve kafa karıştırıcı yapıtlardan kaçınmak için gereklidir. Canlı hücrelerin gözlemlenmesine izin veren optimal maksimum elektron dozu hala şüpheli bir konu16'dır, ancak 30 e-/ nm2 dozu, en azından bakteri17 için eşik değer gibi görünmektedir.
Bu tür mikroskobik çalışmalar için ilgi çekici konulardan bazıları, antimikrobiyal fotodinamik tedavi (APDT) sırasındaki süreçlerdir18. Kısacası terapi şu şekilde ilerler. Bakteri hücreleri, fotosensitizör adı verilen ışığa duyarlı sıvı ile çevrilidir. Işık aydınlatması belirli bir dalga boyunda verildiğinde, sitotoksik reaktif oksijen türleri (ROS), uyarılmış fotosensitizör moleküllerden çözeltide doğal olarak bulunan oksijene enerji veya yük transferinden üretilir. ROS'a maruz kalan patojenler, hiçbir yan etkisi olmadan, çok yüksek verimlilikle hızlı bir şekilde inaktive edilir19. Tedaviye verilen yanıt farklı mikroplar için değişir – örneğin, aynı fotosensitizörün etkisi Gram-pozitif ve Gram-negatif bakteriler için oldukça farklı olabilir20. Genel olarak, ROS'un ana hedefinin, hasarın hücre zarının fonksiyonel bozukluklarına neden olduğu ve sonuç olarak bakterilerin ölümüne yol açtığı hücrelerin dış yapıları olduğu tespit edilmiştir21,22. Bununla birlikte, nükleik asitlere ve proteinlere verilen hasar, inaktivasyonun bir nedeni olarak da düşünülebilir18, bu nedenle bu işlem sırasında hangi hücre yapılarının ana hedefler olduğu hala bilinmemektedir19. Zarar verici süreçlerin daha derin bir şekilde anlaşılması, bu kesin tedavinin iyileştirilmesine yardımcı olabilir. APDT araştırması23'te kullanılan ışık mikroskobu yöntemleriyle karşılaştırıldığında, TEM teknikleri APDT mekanizmasına daha yüksek çözünürlük ve büyütme ile bakmak için daha fazla olanak sağlar24. TEM, devam eden tedavi sırasında hücre gözlemi için zaten başarıyla kullanılmıştır, bu da Gram-pozitif bakteri hasarını incelememize ve hücre duvarında meydana gelen değişiklikleri ayrıntılı olarak tanımlamamıza izin verdi 6,25.
Mevcut protokol, uygun bir ışık aydınlatma sistemi, hücrelerin bir sıvı ile kapsüllenmesi ve sıkı elektron dozu kontrolü gerektiren TEM kullanarak ışığa bağlı bakteri inaktivasyonunun yüksek çözünürlüklü görüntülenmesi için uygun bir deneysel kurulum sunmaktadır. Gözlem için kullanılan bakteriler Staphylococcus aureus idi ve fotosensitizör olarak metilen mavisi bir çözelti kullanıldı. Özel ışık aydınlatma kurulumu, ışık fiberi kullanılarak doğrudan mikroskop kolonuna bağlanan ayarlanabilir bir yarı iletken lazerden oluşur. Bu tasarım, optik fiberin mikroskop eksenine neredeyse paralel yerleştirilmesi nedeniyle numune boyunca eşit ışınlama sağlar. Lazer tarafından üretilen yüksek yoğunluklu monokromatik ışık daha sonra çeşitli fotokimyasal etkileri incelemek için kullanılabilir. Deneyde kullanılan ışık 660 nm'ye eşit bir dalga boyuna sahipti, çünkü görünür bölgede metilen mavisi 613 nm ve 664 nm26'da absorpsiyon zirvelerine sahipti. Sıvı kapsülleme protokolü, prosedürü hızlı ve karmaşık hale getiren karbon substratlarına dayanmaktadır. Son olarak, sıvı içindeki hücrelerin düşük doz in situ TEM gözlemi için bir yöntem sunulmuştur. Numune hazırlama ile ilgili zorluklar, hassas numune üzerindeki elektron dozu etkileri ve makul görüntü yorumlama tartışılmıştır.

<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

Mevcut protokol, in situ ışık kaynaklı gözlemler için iletim elektron mikroskobu (TEM) kurulumunun modifikasyonlarını açıklamaktadır. Cihazı imal etmek için objektif lens kutup parçasının üzerindeki elektron sütununa yerleştirilmiş bir cam optik fiber ve ayarlanabilir bir ışık kaynağı olan bir lazer kullanıldı. Aydınlatıcı harici bir ölçüm sistemi kullanılarak kalibre edildikten sonra, aydınlatmanın yoğunluğunu gözlemlenen işlemin ihtiyaçlarına göre ayarlamaya izin verir. Bu aydınlatma sistemi, şu anda yoğun araştırmalara konu olan antimikrobiyal fotodinamik terapi fenomenlerini görüntülemek için kullanılmıştır. Numune, bir karbon, grafen veya silikon nitrür substratı üzerinde bir bakteri süspansiyonu tespit edilerek, fazla çözeltinin lekelenmesiyle, fotosensitizör çözeltisinin tespit edilmesiyle, fazla sıvının tekrar lekelenmesiyle ve daha sonra sıvı hücrenin ikinci bir substrat veya grafen filmi ile birleştirilmesiyle hazırlandı. Görüntüleme deneyinin kendisi, düşük büyütme ve minimum dozda elektron kullanımı ile gözlem için doğru yeri seçmeyi ve daha sonra gerekli minimum elektron miktarı ile belirli aralıklarla sonraki görüntüleri yakalamak için ışık kaynağının döngüsel aktivasyonunu içerir. Her maruziyetin elektron dozu ve kullanılan aydınlatmanın zamanı ve yoğunluğu, gözlemlenen fenomenlerin karmaşıklığı nedeniyle dikkatlice kaydedilmelidir, çünkü aynı zamanda süreç hem ışık hem de elektron güdümlüdür. Gerçek deney yapıldıktan sonra, aynı dozda elektronların kullanıldığı, ancak ek ışık etkisi olmadan ve daha yüksek ışık dozları için daha küçük dozlarda elektronların kullanıldığı ek kontrol gözlemleri yapılmalıdır. Bu, ışığın neden olduğu mikroyapısal etkileri, hem yaşam hem de malzeme bilimi alanlarında elektronların neden olduğu etkilerden ayırt etmeyi mümkün kılar.

Deney düzeneği, yüksek çözünürlüklü bir sıvıda meydana gelen ışık kaynaklı süreçleri gözlemlemek için tasarlanmıştır. Görüntülerin rekabetçi analizi, elektron ışınının neden olduğu hasarı fotokimyasal reaksiyonla ilgili değişikliklerden ayırt etmemizi sağladı. Elektron ışınının hassas numune üzerindeki etkisi (bu durumda, sıvı ile kapsüllenmiş hücreler), elektronlar düzgün bir şekilde nüfuz ettikçe ışınlanmış alanın her yerinde görülebiliyordu. Tabii ki, etki ...

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

Mevcut protokol, bir ışık aydınlatma sistemi ile iletim elektron mikroskobu (TEM) modifikasyonlarını, sıvı hücrelerin üretimini ve bakteri hücreleri ile bir fotosensitizör arasındaki ışık kaynaklı etkileşimlerin yerinde TEM gözlemlerini açıklamaktadır. Numune hazırlama yöntemleri, elektron ışını hasarı ve görüntüleme de tartışılmaktadır.

Sıvı-Yumuşak Madde Etkileşiminin Gözlemlenmesi için Işık Kaynaklı In Situ İletim Elektron Mikroskobu

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

Protokol, sıvı hücre TEM ve ışık aydınlatmasının kombinasyonunun, ışık aydınlatması üzerine fotosensitizör ile kapsüllenen bakterilerdeki yapısal değişiklikleri gözlemlemek için nasıl kullanılabileceğini sunar. Bu tekniğin temel avantajı basitliğidir. Protokol zor numune hazırlama gerektirmez ve bakterilerin fotosensitizör çözeltisi ile yeterli kapsüllenmesini sağlar.Başlamak için, optik fiberi objektif lensin üstündeki mikroskop sütununa bağlayarak iletim elektron mikroskobunu değiştirin. Objektif lens ile kondansatör lens arasında birkaç santimetre boşluk bırakın, ayrıca aksesuarlar için boş bir yuva bırakın. Amorf karbonla kaplı iki işlenmemiş TEM ızgarasını, karbon kaplı tarafı üste bakacak şekilde iki çapraz cımbız arasına yerleştirin.Izgaraları kenara mümkün olduğunca yakın tutun. Izgaralardan birine dört mikrolitre bakteri çözeltisi koyun. Numunenin optik yoğunluğu beş ila 10 arasında olmalıdır.60 saniye bekleyin ve filtre kağıdı kullanarak sıvıyı dikkatlice kurulayın. İşlem sırasında sıvıyı tüm ızgara yüzeyine yaymaya çalışın. Aynı ızgaraya dört mikrolitre fotosensitizör koyun.Beş saniye sonra, sıvıyı lekeleyin. Substrat üzerinde çok ince bir sıvı tabakası bırakın. Kuru ızgarayı sıvı ile kaplı olanın üzerine hızlıca yerleştirin.Üst ızgarayı yavaşça ikincisinin kenarına hareket ettirin ve cımbız kullanarak kenarlardaki substratları sıkın. Sıkmayı dikkatlice tekrarlayın. Sıvı hücreyi cımbız arasında bir dakika bekletin.Hazırlığı bitirdikten hemen sonra numuneyi TEM tutucuya yerleştirin. Numuneyi mikroskopa yerleştirdikten sonra, uygun bir gözlem alanı bulmak için gözlemleri düşük büyütme modunda başlatın. Gözlemler sırasında elektron dozunu mümkün olduğunca düşük tutun.Pozlama süresini genişletin. Sıvıyla çevrili hücreleri, uzun pozlama süresiyle uygun büyütmede bulun ve ilk görüntüyü hemen yakalayın. Elektron dozunu sabit tutun ve değişiklikleri gözlemlemek için her 30 saniyede bir görüntü toplayın.Görüntüleri dikkatlice inceleyin ve hücrelerdeki ilk görünür değişikliklere karşılık gelen toplam elektron dozunu hesaplayın. Deneye başlamadan önce, mevcut değeri ayarlayarak lazer ışık yoğunluğunu ayarlayın. Numuneyi mikroskopa yerleştirin ve gözlem alanını bulun.Numunenin aydınlatılmasına başlamadan önce hücrenin ilk görüntüsünü yakalayın ve elektron ışınlamasının etkilerinden kaçınmak için elektron ışınını kapatmak için ışın karartıcıyı kullanın. Lazeri açın. Lazer ışığı nispeten yüksek yoğunluğa sahip olduğu için kısa bir aydınlatma süresi ile başlayın.Bu süreden sonra, ışık kaynağını kapatın. Kiriş karartıcıyı kapatın ve görüntüyü hemen yakalayın. Mümkünse, örneği yalnızca görüntüyü çekmek için gereken süre boyunca ortaya çıkarmak için otomatik bir algoritma kullanın.Görüntüleme için kullanılan elektron dozunu hesaplamak için elektron ışınlama süresini dikkatlice ölçün. Bir dakika sonra fotosensitizörün daha hafif radyasyonu ile üretilen reaktif oksijen türlerinin neden olduğu hücrenin dış tabakasında kayda değer bir bozulma gözlenir. Daha fazla ışık aydınlatması, değişiklikleri daha görünür hale getirdi.Yeterli sıvıya sahip uygun gözlem noktaları, bu alanlar daha koyu ve bulanık göründüğü için düşük büyütmede kolayca bulunabilir. Sıvı kaplı bakteriler kuru olanlardan daha az görünürdür, ancak yine de ayırt edilebilir. Görüntüleme sırasında sıvı sınırına bakmak yararlıdır ve hareketi kolayca tespit edilebilir, bu da seçilen alanın uygun ve dengesiz olabileceği anlamına gelir.Gözlemler sırasındaki bir diğer konu, suyun buharlaşması ve bakterileri çevreleyen alanlar da dahil olmak üzere numunenin rastgele alanlarında meydana gelebilecek çözeltinin çökelmesidir. Bakterilerin kapsüllenmesi grafen ve silikon nitrat membranları kullanılarak da gerçekleştirilebilir. Numune hazırlama daha zordur, ancak sıvı hücrenin stabilitesi daha iyi olacaktır.Sunulan yöntem, sıvı üzerindeki ışık kaynaklı reaksiyonların gözlemleri için kullanılabilir. Örneğin, ışığın metal malzemeler, ışık kaynaklı katalizörler ve fotokimyasal reaksiyonlar üzerindeki etkisi.

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

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 ...

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

Transmisyon Elektron Mikroskobu Situ Zamana bağlı Dielektrik Dağılımı In: Bir imkanı Mikroelektronik aygıtlar Başarısızlık Mekanizması Anlayın

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

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 ...

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 ...

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

Yüzey Islatma Levhalarının Termodinamik Büyümesi ile tetiklenen Sıvı Kristalde Oryantasyon Geçişi

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

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 ...

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

Tüm elektronik Nanosecond çözüldü tarama tünelleme mikroskobu: tek Dopant şarj Dynamics incelenmesi kolaylaştırılması

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

Ex Situ ve yapısal dönüşümleri in Situ soruşturma yöntemleri: Metalik gözlük kristalleşme olgusu

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

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 ...