Bereiding van met grafeen ondersteunde Microwell vloeistof cellen voor in-situ transmissie elektronenmicroscopie

Vloeibare cel elektronenmicroscopie is een krachtige techniek om nanofuncties in C2 in vloeibare media met hoge resolutie te onderzoeken en biedt unieke, real-time inzichten in dynamische processen op nanoschaal. De op grafeen ondersteunde, microwell vloeibare cel combineert de voordelen van zowel grafeen als op siliciumtechnologie gebaseerde celarchitecturen. Het zorgt voor correlatie met analytische methoden, zoals EDX spectroscopie, op zicht.

De techniek stelt ons in staat om direct de processen van een materiaal in vloeistoffen te volgen, terwijl ze gebeuren. Deze observatie ter plaatse is de kern van onze onderzoekstrainingsgroep. In situ microscopie met elektronen, röntgenstralen en scansondes gefinancierd door de German Research Foundation.

Het aantonen van de procedure zal Diplom-Chemicus, Robert Branscheid, een medewerker van mijn laboratorium. Om te beginnen, breng het grafeen over op TEM-rasters, eerst bevochtigt het weefsel ter ondersteuning van de zes tot acht lagen CVD-grafeen op PMMA. Zorg ervoor dat het water niet direct op het PMMA-membraan wordt aangebracht.

Dompel het met PMMA bedekte grafeen volledig onder in een petrischaal gevuld met DI-water en gebruik vervolgens filterpapier om de grafeenlaag op te scheppen. Zorg ervoor dat de grafeen kant van het grafeen PMMA stack blijft op de top tijdens de hele procedure. Snijd de grafeenlaag in stukken die groot genoeg zijn om alle gefabriceerde putten te bedekken.

Vervolgens u de gesneden stukken opnieuw onderdompelen in de petrischaal. Vervolgens, met behulp van een anti-capillaire pincet, pick-up een TEM rooster bekleed met een steunlaag van holey-carbon. Duik het raster voorzichtig in het water en vang het grafeen dat op het oppervlak zweeft.

Laat de lakens een paar uur drogen. Verwijder vervolgens de PMMA-beschermlaag door deze gedurende 30 minuten in een acetonbad over te brengen. Na het acetonbad u het monster onmiddellijk onderdompelen in ethanol en DI-water zonder het monster tussen de oplossingen door te drogen.

Gebruik een vlak vat om het monster daarna gemakkelijk te verwijderen. Als u klaar bent, haal het monster uit het DI-water en droog het daarna 30 minuten onder omgevingsomstandigheden. Maak een vloeibare celsjabloon met microwells met micropatroon door mee te gaan in het tekstprotocol.

Spoel de gefabriceerde vloeibare celsjabloon af met aceton, gevolgd door ethanol. Breng vervolgens gedurende vijf minuten een zuurstof in de omgeving aan, 80%-stikstofplasma om de nattigheid van het membraan te verbeteren. Doe 0,5 microliter van de monsteroplossing op de sjabloon of de grafeenlaag.

Zorg voor een soepele werkprocedure om veranderingen in concentratie als gevolg van verdamping te minimaliseren. Plaats vervolgens het TEM-raster op de siliciumnitridelaag met het grafeen tegenover de sjabloon. Druk voorzichtig op het TEM-raster met grafeencoating op de sjabloon, zodat u het onderste siliciumnitridemembraan niet vernietigt.

Verwijder overtollige oplossing met een weefsel om het drogen van de cel te versnellen en concentratieveranderingen te beperken. Observeer na ongeveer twee tot drie minuten een contrastverandering terwijl de nitride van van Der Waals de vloeibare cel verzegelt. Plaats het monster vervolgens onder een optische microscoop.

Gebruik een pincet om het TEM-raster zorgvuldig te verwijderen door de punt tussen het raster en het door grafeen ondersteunde microwell vloeistofcelframe te duwen. Om enorme krachtschade te verminderen, start u vanaf de rastersite parallel aan de kleinere vensterrand. Zorg ervoor dat ten minste één membraan van de door grafeen ondersteunde microwell-vloeibare cellen nog intact zijn.

Laad het monster met behulp van een standaard TEM-houder in de houder. Direct na de voorbereiding, laad de houder en monster in de scanning transmissie elektronenmicroscoop. Beeld het monster op de juiste manier met betrekking tot zowel monster als microscoopkenmerken.

Gebruik een lage dosis om vooraf geïnduceerde artefacten te minimaliseren, en een korte belichtingstijd om bewegingsgerelateerde vervaging te voorkomen. Voor lange tijd experimenten, blokkeer de straal om stralingsschade te verminderen. Gebruik na het verkrijgen van afbeeldingen een geschikt beeldverwerkingsplatform om kenmerken van belang te extraheren.

Voor deeltjestracking en -analyse gebruikt u de open source ImageJ-distributie, Fiji. Na het laden van een afbeelding en het omzetten naar een binair beeld, gebruik maken van de analyse deeltjes functie om nauwkeurige informatie over het geprojecteerde gebied en barycenter van het deeltje voor elk deeltje in elk frame te krijgen. Omkeren van de oorspronkelijke afbeelding, zodat de deeltjes verschijnen als lichtpuntjes.

Sluit vervolgens de deeltjes tussen de frames met behulp van de plugin TrackMate. TrackMate zoekt standaard naar heldere deeltjes op een donkere achtergrond. Tot slot, combineer de resultaten van TrackMate en analyseer deeltjes met een geschikt script, gebruik te maken van de Python-gebaseerde open source ecosysteem, SciPy.

Een succesvolle inkapseling van de monsteroplossing kan worden geverifieerd tijdens elektronenmicroscopie. Deze video toont de ontbinding van een ensemble van nanodeeltjes, en de groei van een dendritische structuur. Om inzicht te krijgen in deeltjesgroei en ontbinding van kinetiek, is het belangrijk om elk deeltje individueel te onderzoeken, in plaats van de ontwikkeling van gemiddelde parameters te analyseren.

Door de groeiexponent, alfa, van de gelijkwaardige radiusvariatie van individuele deeltjes in de loop van de tijd te schatten, kan informatie van de onderliggende reactiekinetiek worden verkregen. Hier wordt de verdeling van alfa, gebaseerd op 73 oplossende deeltjes, weergegeven. Alleen deeltjes waar een allometrische model verklaart de straal daling tot ten minste 50%worden beschouwd.

Aan het einde van de video ontstaat een dendrietstructuur. Dederietvorming is een ander typisch, goed gedocumenteerd proces in vloeibare cellen. Om de dendrietgroei te kwantificeren, worden de structurele contouren geanalyseerd.

De evolutie van de tip radius en de snelheid in de tijd onthult de verwachte hyperbolische relatie. Dederietgroei wordt veroorzaakt door lokale superverzadiging van goudionen als gevolg van de eerder genoemde deeltjesets. Op dit deel in de video is duidelijk te zien dat deeltjes nog steeds oplossen, terwijl het oververzadigde systeem ontspant in dendrietgroei.

Dit kan worden veroorzaakt door lokale concentratievariaties in zowel de goudionen als de oxidatieve soorten. De vloeistofbelasting en suhrf zijn sterk afhankelijk van het monster van belang, omdat de grafeenhechting en de vereiste droogtijden kunnen variëren als er verschillende monsteroplossingen worden toegepast. De door grafeen ondersteunde microwell vloeibare celarchitectuur maakt ook aanvullende in situ-methoden mogelijk, zoals opbrengsten in EDSX.

Daarnaast zijn SEM in transmissie-modus en tomografie experimenten met succes uitgevoerd. Na de ontwikkeling van deze techniek werd het mogelijk om het groeimechanisme van goud, zilver, kawsh-en en andere deeltjes te ontrafelen tot aan de atoomresolutie. De resultaten zijn een uitstekende overeenkomst met de plasmaresonantiemetingen van onze collega's van de natuurkundeafdeling die ook deelnemen aan de onderzoekstrainingsgroep.

Hoewel niet hier getoond, de drager frame productie maakt gebruik van corrosie en giftige soorten. Wees voorzichtig tijdens het gebruik en neem de nodige voorzorgsmaatregelen.