用于跟踪纳米粒子自组装的液体细胞透射电子显微镜

该程序的总体目标是使用液细胞传输电子显微镜实时研究纳米粒子在溶液相中的运动。这种方法可以帮助回答纳米科学领域的关键问题，例如，关于纳米颗粒如何在溶剂干燥过程中形成自组装结构。这种技术的主要优点是它可以在真实空间和实时中检查纳米粒子的运动。

这种液体细胞技术的含义是倾向于跟踪传统方法未显示的纳米颗粒的单个运动。虽然这种方法可以提供对纳米粒子自组装的见解，但它也可以应用于其他模型，例如纳米粒子的定向附着。要开始该程序，请将 17.75 毫克六氯铂铵、3.72 毫克四氯铂铵和 115.5 毫克四甲基溴化铵放入 100 毫升三颈圆底烧瓶中。

向培养瓶中加入 109 毫克聚乙烯吡咯烷酮和 10 毫升无水乙二醇。为烧瓶配备搅拌棒、橡胶隔膜和回流冷凝器。启动搅拌电机，以 1000 rpm 的速度搅拌，在真空下对反应瓶进行脱气 1 小时。

然后，在氩气流下，以每分钟 10 度的速度将反应混合物加热至 180 摄氏度。在 180 摄氏度下搅拌混合物 20 分钟，然后让混合物冷却至室温。将冷却的混合物转移到 50 mL离心管中。

向试管中加入 30 毫升丙酮以沉淀铂纳米颗粒。将混合物以 2400 倍 G 离心 10 分钟。弃去上清液，将沉淀分散在 10 毫升乙醇中。

获得涂有约 25 纳米氮化硅的 4 英寸 100 微米硅晶片。使用旋涂机加载光刻胶。然后使用光刻胶将超薄晶圆贴装在 500 微米厚的硅晶圆上。

用 10 毫升正性光刻胶以 3000 rpm 的速度旋转涂覆晶圆 30 秒。将威化饼在 85 摄氏度下烘烤 60 秒。然后用铬掩膜覆盖晶圆，并将晶圆暴露在 365 纳米光下 10 秒。

将晶圆浸入 50 毫升合适的显影液中 40 秒，然后在 50 毫升去离子水中浸入 1 分钟。将晶圆浸入 50 毫升去离子水中 1 分钟，然后将图案化晶圆放入反应离子蚀刻机中。将暴露的氮化硅蚀刻一分钟。

使用水浴将每升 30 毫克氢氧化钾水溶液的容器均匀加热至 85 摄氏度。将超薄晶圆浸泡在热氢氧化钾中 2 小时，以蚀刻暴露的硅。当裸露的硅似乎已被完全蚀刻掉时，小心地将晶片从溶液中以一定角度去除，以避免氮化硅窗口破裂。

对第二个铬掩膜重复此过程，以获得顶部和底部的芯片。使用第三个铬掩膜将铟垫片图案化到底部芯片上。对齐顶部和底部的芯片，并在 100 摄氏度下将芯片粘合在一起。

将 20 μL 制备好的纳米颗粒分散体转移到 5 mL 小瓶中。让溶剂在环境条件下蒸发 10 分钟。在光学显微镜下检查液体池，以验证氮化硅窗口是否完好无损。

然后将纳米颗粒分散在 1 毫升正二氯苯、250 微升十五烷和 10 微升油胺的混合物中。在光学显微镜下放置液池，使用具有超薄毛细管的进样器将 100 纳升分散液加载到液池储液器中。使用滤纸吸收储液槽外的过量分散液。

让电池在环境空气中静置 10 分钟，以蒸发正二氯苯。然后将真空润滑脂涂抹在带有 600 微米孔的 2 毫米铜孔径网格的一侧。小心地用网格覆盖液体池，小心地将孔径与液体池窗口对齐。

将电解池安装在标准 TEM 支架中，并将电解池加载到仪器中。当溶剂干燥时，在连续图像采集模式下采集图像。使用图像处理软件计算每个采集图像中颗粒的径向分布函数。

铂纳米颗粒悬浮液在氮化硅液体池中干燥的 TEM 图像显示，纳米颗粒被后退的溶剂前沿向内拉动。这种行为归因于溶剂薄层的强大毛细管力和溶剂界面处纳米颗粒的自由能降低。纳米颗粒最初在被拉在一起时形成无定形多层团聚体。

随着溶剂干燥，团聚体变平成有序的单层。这种排序反映在从 TEM 图像导出的径向分布函数中。90 秒后拍摄的图像的径向分布函数在 8.3 纳米处有一个大峰值。

油胺封端铂纳米颗粒的直径约为 8.3 纳米，表明大量颗粒尽可能紧密地组装在一起。一旦掌握，如果执行得当，这项技术可以在两天内完成。通常，不熟悉这种方法的人可能会遇到困难，因为制造和使用液体池需要针对不同的纳米颗粒或液体细胞成分进行不同程度的优化。

尝试此过程时，请记住保护液体池的窗口不破裂。按照此程序，可以执行其他方法，例如向液体池施加电压，以回答有关纳米颗粒在外力存在下自组装的其他问题。该技术发展起来后，为纳米科学领域的研究人员探索纳米粒子在整体干式机制中的组装过程铺平了道路。

看完这个视频，你应该对 TEM 实验中如何制备液体池和测量纳米粒子的运动有了很好的了解。不要忘记，与 KUH 代理合作可能非常危险。进行此实验时应始终采取预防措施，例如佩戴安全眼镜。