Usando el líquido celular microscopia electrónica de transmisión para estudiar in Situ el aguafuerte de Nanocrystal

El objetivo general de este procedimiento es encapsular pequeñas bolsas de líquido entre láminas de grafeno para obtener imágenes de nanomateriales mediante microscopía electrónica de transmisión, o TEM. Este método puede ayudar a responder preguntas clave en el campo de los nanomateriales, como el crecimiento y el grabado de nanocristales con la alta resolución espacial de la microscopía electrónica. La principal ventaja de esta técnica es la posibilidad de que los grupos de investigación realicen experimentos TEM de células líquidas utilizando un soporte existente con bajos costes de puesta en marcha y alta resolución espacial.

Por lo general, las personas nuevas en este método tendrán dificultades, porque el manejo de rejillas TM recubiertas de grafeno es difícil y requiere mucha práctica. Para empezar, corta una pieza de grafeno prefabricada de aproximadamente dos centímetros cuadrados sobre cobre, que cabe en unas seis u ocho rejillas TEM. Después de limpiar el grafeno como se detalla en el protocolo de texto, alise el grafeno sobre la pieza de cobre para eliminar las arrugas microscópicas.

Para hacerlo, tome dos portaobjetos de vidrio limpios y coloque una toallita doblada en el portaobjetos de vidrio inferior. Encima de la toallita, coloque el grafeno sobre una pieza de cobre. Finalmente, coloque el segundo portaobjetos de vidrio en la parte superior.

Presione hacia abajo en la corredera superior, alisando gradualmente las arrugas en la pieza de grafeno sobre cobre. Reduzca el número de pliegues en el tejido y repita el proceso de prensado. Continúe el proceso hasta una presión final entre los dos portaobjetos de vidrio sin una toallita de papel.

Coloque las rejillas TEM sobre el grafeno sobre una pieza de cobre colocando primero las rejillas TEM de lámina de soporte de carbono amorfo agujereadas sobre el grafeno con el carbono amorfo en contacto con el grafeno. Coloque un par de gotas de isopropanol en las rejillas. Deje que las rejillas se sequen durante más de dos horas para asegurarse de que las rejillas estén correctamente unidas.

Este proceso de secado hace que el carbono amorfo agujereado entre en mejor contacto con el grafeno. A continuación, grabe el cobre con una solución de persulfato de sodio. Con unas pinzas, coloque con cuidado el grafeno en la pieza de cobre sobre la solución de persulfato de sodio con el lado de cobre hacia abajo.

Deje que la pieza flote en la parte superior de la solución de persulfato de sodio. Mantenga la solución con rejillas recubiertas de grafeno durante la noche. Tenga en cuenta que la solución se volverá azul a medida que el cobre se graba y no habrá cobre visible detrás de la lámina de grafeno cuando haya terminado el grabado.

Lave las rejillas para limpiar el persulfato de sodio retirando las rejillas flotantes de la solución y colocándolas encima de agua limpia y desionizada en una segunda placa de Petri. Repita este proceso tres veces para eliminar todos los residuos de persulfato de sodio de las rejillas recubiertas de grafeno. Recoge las rejillas con unas pinzas.

Coloca las rejillas, con el grafeno hacia arriba, sobre un papel de filtro y déjalas secar. Tome dos rejillas TEM recubiertas de grafeno y colóquelas con el lado del grafeno hacia arriba en un portaobjetos de vidrio. Con una pequeña hoja de bisturí quirúrgico, corte el borde de una de las rejillas TEM recubiertas de grafeno, aproximadamente de un cuarto a un octavo del área de la rejilla.

A continuación, coloque aproximadamente 0,5 microlitros de una gota de solución para encapsular en la rejilla TEM recubierta de grafeno sin cortar. Use pinzas para sujetar el borde de la rejilla TEM hacia abajo mientras coloca la gota para que las fuerzas capilares no recojan la rejilla TEM. Es fundamental colocar la gota en el centro de la rejilla TEM, preferiblemente una gota lo más pequeña posible.

Si las rejillas TEM están hechas correctamente, el líquido formará una forma de perla en la superficie de grafeno hidrofóbico. Coloque rápida y cuidadosamente la rejilla TEM recubierta de grafeno con la esquina cortada encima de la gota. El objetivo es que la segunda rejilla se detenga encima de la primera rejilla sin que se exprima ningún líquido.

Espere cinco minutos para que se formen las bolsas de células líquidas de grafeno. Colocar la segunda rejilla TEM encima de la gota de líquido requiere un control manual cuidadoso. Por lo general, funciona mejor colocar primero el borde de la rejilla superior hacia abajo y luego quitar gradualmente las pinzas.

Coloque la celda líquida de grafeno en un soporte tradicional de inclinación simple TEM. Cargue el soporte TEM en la columna TEM. Después de preparar el TEM como se describe en el protocolo de texto, comience a buscar nanopartículas en bolsas de líquido mientras mantiene la tasa de dosis baja.

Cuando se encuentra una nanopartícula en una bolsa de líquido, ajuste el enfoque en la nanopartícula mientras mantiene una tasa de dosis baja. Utilice la curva de calibración para ajustar la corriente de la lente del condensador para la tasa de dosis deseada. Comience a recopilar una serie temporal de imágenes TEM con metadatos de la tasa de dosis y marcas de tiempo incrustadas en el archivo de imagen.

El video TEM del grabado de nanocristales se puede dividir en cada uno de los fotogramas individuales. Para cada fotograma, el nanocristal se puede delinear utilizando un software de análisis de imágenes. A partir del contorno, se puede determinar el eje mayor y menor de la nanovarilla.

El contorno bidimensional se puede cortar a lo largo del eje mayor. Cada uno de estos nuevos contornos de la mitad de la nanovarilla se puede utilizar para reconstruir la forma tridimensional girando el contorno alrededor del eje mayor. Después de ver este video, debería tener una buena comprensión de cómo fabricar células líquidas de grafeno para obtener imágenes de nanomateriales mediante microscopía electrónica.

Aunque este método se puede aplicar a los nanomateriales, también se puede utilizar para estudiar materiales blandos o materiales biológicos en su entorno líquido nativo.