तरल पदार्थ तरल सेल ट्रांसमिशन इलेक्ट्रॉन माइक्रोस्कोपी का उपयोग सामग्री की गतिशील प्रक्रियाओं का खुलासा
Summary
हम एक आत्म निहित तरल सेल विकसित किया है, जो एक संचरण इलेक्ट्रॉन माइक्रोस्कोप का उपयोग तरल पदार्थ के माध्यम से अनुमति देता है इमेजिंग. तरल पदार्थ में नैनोकणों के गतिशील प्रक्रियाओं उप nanometer संकल्प के साथ वास्तविक समय में पता चला जा सकता है.
Abstract
स्वस्थानी संचरण इलेक्ट्रॉन माइक्रोस्कोपी, जो उच्च स्थानिक संकल्प के साथ तरल पदार्थ के माध्यम से अनुमति देता है इमेजिंग के लिए हाल ही में विकास सामग्री विज्ञान, भौतिकी, रसायन शास्त्र और जीव विज्ञान के अनुसंधान के क्षेत्र में महत्वपूर्ण हितों को आकर्षित किया है. प्रमुख को सक्षम प्रौद्योगिकी एक तरल सेल है. में हम एक अनुक्रमिक microfabrication प्रक्रिया के माध्यम से पतली देखने के खिड़कियों के साथ तरल कोशिकाओं सिलिकॉन नाइट्राइड झिल्ली बयान photolithographic patterning, वेफर नक़्क़ाशी, सेल संबंध, आदि सहित एक नियमित रूप से मंदिर ग्रिड के आयामों के साथ एक तरल सेल किसी भी मानक मंदिर का नमूना धारक में फिट कर सकते हैं बनाना, . Nanoliters प्रतिक्रिया समाधान के बारे में 100 जलाशयों में भरी हुई है और 30 के बारे में picoliters तरल देखने के खिड़कियों में केशिका बल द्वारा तैयार की गई है. बाद में, सेल सील और स्वस्थानी इमेजिंग के लिए एक खुर्दबीन में भरा हुआ है. मंदिर के अंदर, इलेक्ट्रॉन बीम पतली तरल दो सिलिकॉन नाइट्राइड झिल्ली के बीच sandwiched परत के माध्यम से चला जाता है. गतिशील procनैनोकणों के तरल पदार्थ में esses nucleation और nanocrystals प्रसार और नैनोकणों, आदि की विधानसभा के विकास के रूप में, उप nanometer संकल्प के साथ किया गया है वास्तविक समय में imaged. हम भी अन्य अनुसंधान क्षेत्रों, जैसे, पानी में इमेजिंग प्रोटीन के लिए इस विधि लागू है. तरल सेल मंदिर उनके काम करने के वातावरण में सामग्री की गतिशील प्रक्रियाओं का खुलासा करने में एक प्रमुख भूमिका निभाने की ओर अग्रसर है. यह भी उनके मूल वातावरण में जैविक प्रक्रियाओं के अध्ययन में उच्च प्रभाव ला सकते हैं.
Introduction
अनुसंधान 1-5 क्षेत्रों में महत्वपूर्ण हितों के तरल पदार्थ में और उनके मूल वातावरण में वास्तविक समय इमेजिंग जैविक सामग्री में रासायनिक प्रतिक्रियाओं का अध्ययन किया गया है. संचरण इलेक्ट्रॉन माइक्रोस्कोपी (मंदिर), मंदिर का उपयोग कर तरल पदार्थ के माध्यम से इमेजिंग के उच्च स्थानिक संकल्प कारण 4,5 ध्यान की एक बहुत आकर्षित किया. हालांकि, यह छवि तरल मंदिर का उपयोग कर नमूने के लिए एक बड़ी चुनौती किया गया है, के बाद से पारंपरिक खुर्दबीन एक उच्च वैक्यूम वातावरण में संचालित है. इसके अलावा, तरल नमूने काफी पतली इलेक्ट्रॉन बीम के माध्यम से जाने के लिए अनुमति है. विलियमसन एट अल. 6 बताया है कि घन विद्युत बयान के 5 एनएम संकल्प का उपयोग कर एक विद्युत तरल एक मंदिर में संचालित सेल इमेजिंग के साथ प्राप्त किया जा सकता है. De Jonge एट अल 1 serveral सुक्ष्ममापी मोटी पानी के माध्यम से छवि जैविक नमूने एक स्कैनिंग मंदिर (एस) का उपयोग करने में सक्षम था. जैविक नमूने के विपरीत कम नहीं थाएक मुद्दे के रूप में उठाया के बाद से सोने के नैनोकणों इमेजिंग के लिए मार्कर के रूप में इस्तेमाल किया गया है. मोटी तरल नमूना एक समस्या भी नहीं था के बाद स्टेम इमेजिंग मोड का इस्तेमाल किया गया था और nanometer संकल्प हासिल की थी. हमने हाल ही में एक आत्म निहित तरल सेल, जो subnanometer 5,7 संकल्प के साथ तरल पदार्थ में कोलाइडयन नैनोकणों के वास्तविक समय इमेजिंग मंदिर की अनुमति देता है विकसित किया है. इन नव विकसित तरल कोशिकाओं है, जो सुधार संकल्प और तेजी से मंदिर इमेजिंग (30 फ्रेम प्रति सेकंड है कि उच्च संकल्प स्टेम इमेजिंग द्वारा हासिल नहीं किया है), यह तरल पदार्थ में संभव कोलाइडयन nanoparticle गतिशीलता का अध्ययन करने के लिए बनाया प्रदान करते हैं. तरल कोशिकाओं एक मानक मंदिर धारक में फिट है और नियमित रूप से मंदिर के नमूने के रूप में संचालित किया जा सकता है. एक विस्तारित रासायनिक प्रतिक्रिया के तहत तरल (30 picoliters के बारे में) की एक छोटी राशि में सीटू की जांच की जा सकती है. विभिन्न इमेजिंग और विश्लेषणात्मक तकनीक (यानी, स्पेक्ट्रोस्कोपी ऊर्जा फैलानेवाला एक्स – रे) को लागू किया जा सकता है. देखने खिड़की (झिल्ली सहित कुल मोटाई के बाद सेऔर तरल परत) 100 एनएम या नीचे से नियंत्रित किया जा सकता है, तरल पानी में जैविक (यानी प्रोटीन) सोने nanoparticle मार्कर के बिना नमूने इमेजिंग के प्रत्यक्ष भी 8 हासिल किया गया है.
पिछले दो दशकों में, वहाँ और syntheses कोलाइडयन 9-11 nanocrystals के आवेदनों पर महत्वपूर्ण उपलब्धियों किया गया है. हालांकि, नैनोकणों नाभिक, विकास और तरल पदार्थ में एक दूसरे के साथ बातचीत की समझ काफी हद तक अनुभवजन्य और ज्यादातर पूर्व स्वस्थानी 11-13 विश्लेषण पर आधारित है. तरल सेल मंदिर हमारे विकास के लिए एक अद्वितीय 5,7,14,15 में स्वस्थानी तरल पदार्थ में नैनोकणों के गतिशील प्रक्रियाओं का अध्ययन करने के लिए एक मंच प्रदान करता है.
हम एक तरल आत्म निहित एक अनुक्रमिक microfabrication प्रक्रिया द्वारा अल्ट्रा पतली सिलिकॉन वेफर्स (100 सुक्ष्ममापी) का उपयोग सेल बनाना. यह सिलिकॉन नाइट्राइड झिल्ली के बयान, photolithographic patterning, वेफर नक़्क़ाशी, स्पेसर बयान, और सेल शामिलसंबंध, आदि प्रतिक्रिया समाधान के बारे में 50 nanoliters एक जलाशय है, जो सेल में केशिका बल द्वारा तैयार की है में भरी हुई है. हम तरल पदार्थ की एक और 50 nanoliters के साथ अन्य जलाशय भरने के लिए. बाद में, सेल सील और स्वस्थानी इमेजिंग के लिए माइक्रोस्कोप में भरा हुआ है. माइक्रोस्कोप के अंदर, तरल दो सिलिकॉन नाइट्राइड (कुल 30 picoliters बारे में) झिल्ली जांच की जा सकता है के बीच sandwiched. जब इलेक्ट्रॉन बीम पतली तरल परत के माध्यम से गुजरता है, तरल पदार्थ में नैनोकणों के गतिशील प्रक्रियाओं वास्तविक समय में नजर रखी जा सकती है. Nucleation और नैनोकणों के विकास इलेक्ट्रॉन बीम कुछ मामलों में 5,7 या प्रतिक्रियाओं एक बाहरी हीटिंग 14,16 स्रोत से चालू किया जा सकता है द्वारा प्रेरित किया जा सकता है. जब इलेक्ट्रॉन बीम क्षति एक चिंता का विषय है, कम इलेक्ट्रॉन बीम वर्तमान (खुराक) किया जाना चाहिए.
चूंकि तरल कोशिकाओं सिलिकॉन प्रक्रियाओं microfabrication से और बड़े समूहों, झिल्ली या तरल में बदलाव में गढ़े हैंव्यक्तिगत तरल कोशिकाओं के बीच मोटाई smal L6 हो सकता है. किसी भी शोधकर्ता, जो बुनियादी microfabrication प्रशिक्षण सफलतापूर्वक तरल कोशिकाओं कर सकते हैं. तरल से निपटने और सीटू मंदिर आपरेशन में तकनीक भी अभ्यास के बाद महारत हासिल किया जा सकता है. यहां यह उल्लेखनीय है कि इसके अलावा खिड़कियों के रूप में देखने के झिल्ली नाइट्राइड सिलिकॉन का उपयोग, सिलिकॉन डाइऑक्साइड, या सिलिकॉन कार्बन (graphene सहित) जैसे अन्य सामग्री झिल्ली के रूप में अच्छी तरह से खिड़की 17-19 के रूप में इस्तेमाल किया जा सकता है. चूंकि हमारे तरल देखने छोटे खिड़कियां, यानी, 1 x 50 सुक्ष्ममापी, कोई झिल्ली का उभड़ा कोशिकाओं का उपयोग कर देखा गया है. और, तरल सेल भी संचालित करने के लिए मजबूत है, नीचे यानी तरल कोशिकाओं के 1% प्रयोगों के दौरान खिड़कियों को तोड़ दिया है. इसके अलावा, तरल परत की मोटाई भी flexibly जमा ईण्डीयुम स्पेसर की मोटाई बदलकर tuned किया. नमूना तैयार करने के दौरान, एक सील तरल सेल कोई रिसाव के साथ कई दिनों के लिए तरल पदार्थ बनाए रख सकते हैं. तरल की एक छोटी राशि कर सकते हैंइलेक्ट्रॉन बीम, जो वास्तविक समय में एक विस्तारित रासायनिक प्रतिक्रिया के अध्ययन की अनुमति देता है के तहत कई घंटे के लिए जांच की.
अब तक हम उदाहरण के लिए तरल पदार्थ में visualized नैनोकणों के कई अनूठे गतिशील प्रक्रियाओं, है, और पीटी के विकास संघीकरण 5,15 नैनोकणों, पतली तरल पदार्थ 20,21, बीआई 14 नैनोकणों के विकास अस्थिरता, और पं. 3 के विकास में नैनोकणों के प्रसार Fe nanorods nanoparticle इमारत 7 ब्लॉक, आदि इसके अलावा, हम भी अन्य क्षेत्रों के लिए इस विधि का आवेदन किया है, उदाहरण के लिए, तरल पानी में 2.7 8 एनएम संकल्प के साथ इमेजिंग प्रोटीन. सारांश में, हमारे तरल सेल मंदिर तकनीक सामग्री विज्ञान, भौतिकी, रसायन शास्त्र और जीव विज्ञान में मौलिक मुद्दों की एक विस्तृत श्रृंखला के अध्ययन के लिए एक बहुत ही मूल्यवान विकास साबित हो गया है. हमें विश्वास है कि वहाँ अभी भी भविष्य तकनीकी तरल मंदिर अग्रिम और अनुप्रयोगों के लिए बड़े कमरे में है और यह निश्चित रूप से एक उच्च impa हो जाएगावैज्ञानिक अनुसंधान के एक व्यापक स्पेक्ट्रम पर सीटी.
Protocol
Representative Results
Discussion
सभी निर्माण प्रक्रियाओं साफ कमरे, जहां अर्धचालक उपकरणों बना रहे हैं में किया गया है.
ईण्डीयुम के बयान से पहले, चिप्स के ओ 2 प्लाज्मा सफाई सतह पर जैविक अवशेषों को समाप्त करने के लिए आवश्यक ?…
Divulgations
The authors have nothing to disclose.
Acknowledgements
झेंग EM तरल कोशिकाओं के प्रारंभिक विकास के दौरान प्रो ए पॉल Alivisatos और उपयोगी विचार – विमर्श के लिए डा. Ulrich Dahmen धन्यवाद. वह साइंस जल्दी कैरियर रिसर्च प्रोग्राम के डो कार्यालय के समर्थन के लिए आभारी है.
Materials
| Reagents | |||
| Platinum(II) acetylacetonate | Aldrich | 523038 | |
| Iron(II) acetylacetonate | Aldrich | 413402 | |
| pentadecane | Aldrich | P3406 | |
| oleylamine | Aldrich | O7805 | |
| oleic acid | Sigma | O4137 | |
| Equipment | |||
| TEM | JEOL | JEOL 3010 | |
| Monochromated TEM | FEI | F20 UT Tecnai |
References
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