Microscopia electrónica de transmisión de líquido de la célula para el rastreo de autoensamblaje de las nanopartículas

El objetivo general de este procedimiento es utilizar la microescropía electrónica de transmisión de células líquidas para investigar el movimiento de las nanopartículas en la fase de solución en tiempo real. Este método puede ayudar a responder preguntas clave en el campo de la nanociencia, por ejemplo, sobre cómo las nanopartículas forman estructuras autoensambladas durante el secado con solventes. La principal ventaja de esta técnica es que permite comprobar el movimiento de las nanopartículas en el espacio real y en tiempo real.

Las implicaciones de esta técnica de célula líquida tienden a rastrear los movimientos individuales de las nanopartículas que no se muestran con los métodos convencionales. Aunque este método puede proporcionar información sobre el autoensamblaje de nanopartículas, también se puede aplicar a otros modelos, como la unión orientada de nanopartículas. Para comenzar el procedimiento, coloque en un matraz de 100 mililitros de tres cuellos con fondo redondo 17,75 miligramos de hexacloroplatinato de amonio, 3,72 miligramos de tetracloroplatinato de amonio y 115,5 miligramos de bromuro de tetrametilamonio.

Añadir al matraz 109 miligramos de polivinilpirrolidona y 10 mililitros de etilenglicol anhidro. Equipe el matraz con una barra agitadora, un tabique de goma y un condensador de reflujo. Encienda el motor de agitación y, mientras agita a 1000 rpm, desgasifique el matraz de reacción al vacío durante una hora.

Luego, bajo un flujo de argón, caliente la mezcla de reacción a 180 grados Celsius a 10 grados por minuto. Revuelva la mezcla a 180 grados centígrados durante 20 minutos, luego deje que la mezcla se enfríe a temperatura ambiente. Transfiera la mezcla enfriada a un tubo de centrífuga de 50 mililitros.

Añadir al tubo 30 mililitros de acetona para precipitar las nanopartículas de platino. Centrifugar la mezcla a 2400 veces G durante 10 minutos. Deseche el sobrenadante y disperse el precipitado en 10 mililitros de etanol.

Obtenga una oblea de silicio de cuatro pulgadas y 100 micras recubierta con unos 25 nanómetros de nitruro de silicio. Cargue la fotorresistencia con un recubridor giratorio. A continuación, utilice la fotorresistencia para montar la oblea ultrafina en una oblea de silicona de 500 micras de grosor.

Frote la oblea con 10 mililitros de fotorresistencia positiva a 3000 rpm durante 30 segundos. Hornea la oblea a 85 grados centígrados durante 60 segundos. A continuación, cubra la oblea con una mascarilla de cromo y exponga la oblea a una luz de 365 nanómetros durante 10 segundos.

Sumerja la oblea en 50 mililitros de la solución reveladora adecuada durante 40 segundos y luego en 50 mililitros de agua desionizada durante un minuto. Sumerja la oblea en 50 mililitros de agua desionizada durante un minuto, luego coloque la oblea estampada en un grabador de iones reactivos. Grabe el nitruro de silicio expuesto durante un minuto.

Use un baño de agua para calentar uniformemente un recipiente de una solución acuosa de hidróxido de potasio de 30 miligramos por litro a 85 grados centígrados. Remoje la oblea ultrafina en el hidróxido de potasio caliente durante dos horas para grabar el silicio expuesto. Cuando el silicio expuesto parezca haber sido completamente grabado, retire con cuidado la oblea de la solución en ángulo para evitar romper la ventana de nitruro de silicio.

Repita este proceso con la segunda máscara de cromo para obtener las virutas superior e inferior. Use la tercera máscara de cromo para modelar espaciadores de indio en el chip inferior. Alinee las virutas superior e inferior y pegue las virutas a 100 grados centígrados.

Transfiera 20 microlitros de la dispersión de nanopartículas preparada a un vial de cinco mililitros. Deje que el solvente se evapore en condiciones ambientales durante 10 minutos. Inspeccione la celda líquida bajo un microscopio óptico para verificar que las ventanas de nitruro de silicio estén intactas.

A continuación, dispersar las nanopartículas en una mezcla de un mililitro de ortodiclorobenceno, 250 microlitros de pentadecano y 10 microlitros de oleylamina. Con la celda líquida bajo el microscopio óptico, use un inyector con un capilar ultradelgado para cargar 100 nanolitros de la dispersión en los depósitos de celda líquida. Utilice papel de filtro para absorber el exceso de dispersión fuera de los depósitos.

Deje que la célula se asiente en el aire ambiente durante 10 minutos para evaporar el ortodiclorobenceno. A continuación, aplique grasa al vacío en un lado de una rejilla de apertura de cobre de dos milímetros con un orificio de 600 micras. Cubra con cuidado la celda líquida con la rejilla, teniendo cuidado de alinear la apertura con la ventana de la celda líquida.

Monte la celda en un soporte TEM estándar y cargue la celda en el instrumento. Adquiera imágenes en modo de adquisición continua de imágenes a medida que se seca el solvente. Utilice software de procesamiento de imágenes para calcular la función de distribución radial de las partículas en cada imagen adquirida.

Las imágenes TEM de una suspensión de nanopartículas de platino secándose en una celda líquida de nitruro de silicio mostraron que las nanopartículas eran atraídas hacia adentro por el frente del solvente en retroceso. Este comportamiento se atribuyó a las fuertes fuerzas capilares de la capa delgada de solvente y a la reducida energía libre de las nanopartículas en la interfaz del solvente. Inicialmente, las nanopartículas formaron aglomerados amorfos multicapa a medida que se unían.

A medida que el solvente se secaba, los aglomerados se aplanaban en una monocapa ordenada. Este orden se refleja en las funciones de distribución radial derivadas de las imágenes TEM. La función de distribución radial de la imagen tomada después de 90 segundos tuvo un gran pico a 8,3 nanómetros.

Las nanopartículas de platino recubiertas de oleilamina tienen aproximadamente 8,3 nanómetros de diámetro, lo que sugiere que un número significativo de partículas se ensamblaron lo más cerca posible. Una vez dominada, esta técnica se puede realizar en dos días si se realiza correctamente. Por lo general, las personas que son nuevas en este método pueden tener dificultades porque la fabricación y el trabajo con la célula líquida requieren diferentes niveles de optimización para diferentes nanopartículas o composiciones de células líquidas.

Al intentar este procedimiento, recuerde proteger las ventanas de la celda líquida para que no se rompan. Siguiendo este procedimiento, se pueden realizar otros métodos, como la aplicación de voltajes a la celda líquida, para responder preguntas adicionales sobre el autoensamblaje de nanopartículas en presencia de fuerzas externas. Después de su desarrollo, esta técnica allanó el camino para que los investigadores en el campo de la nanociencia exploraran el proceso de ensamblaje de nanopartículas en el mecanismo seco general.

Después de ver este video, debería tener una buena comprensión de cómo preparar células líquidas y medir los movimientos de las nanopartículas en el experimento TEM. No olvide que trabajar con el agente KUH puede ser extremadamente peligroso. Siempre se deben tomar precauciones, como el uso de gafas de seguridad, mientras se realiza este experimento.