L'étude des processus dynamiques de Nano-objets de taille dans le liquide en utilisant la transmission de microscopie électronique à balayage

L’objectif général de la microscopie électronique à transmission à balayage en phase liquide est d’observer les structures et les phénomènes des nanomatériaux dans des échantillons biologiques entièrement intégrés dans une couche liquide allant jusqu’à plusieurs micromètres d’épaisseur. Cette méthode peut aider à répondre à des questions clés dans le domaine de la science des matériaux, telles que le comportement des nanomatériaux dans les liquides et l’étude d’échantillons biologiques dans l’environnement liquide naturel. Le principal avantage de cette technique est qu’elle fournit des informations morphologiques à l’échelle nanométrique sur des échantillons en liquide.

En général, les personnes qui ne connaissent pas cette méthode auront du mal car le chargement du porte-échantillon et l’acquisition d’images ne sont pas aussi simples qu’au départ avec la microscopie électronique. Pour commencer la procédure, dans une hotte à flux laminaire propre, nettoyez une lame de verre de microscopie optique avec un tissu sans fibres et de l’éthanol pur. Placez la lame sur un mouchoir en papier pour salle blanche dans une boîte de Pétri avec un couvercle.

Pour manipuler les micropuces SiN, à l’aide d’une pince à épiler recouverte de carbone, saisissez la micropuce fermement mais soigneusement sur les côtés longs, en gardant la membrane SiN tournée vers le haut à tout moment. À l’aide de cette technique, placez cinq micropuces sans entretoise et cinq micropuces avec une entretoise de 200 nanomètres sur la lame de verre. Fermez la boîte de Pétri et amenez les micropuces dans une hotte.

Placez les micropuces dans un bécher d’acétone de qualité HPLC avec la membrane vers le haut. Faites tourner doucement le bécher pendant deux minutes pour enlever le revêtement protecteur, en faisant attention de ne pas retourner les micropuces. Ensuite, transférez rapidement les micropuces dans un bécher d’éthanol pur.

Couvrez le bécher de papier d’aluminium. Faites tourner doucement le bécher pendant deux minutes pour finir d’enlever le revêtement et amenez-le dans une boîte de Pétri fermée jusqu’à la hotte à flux laminaire. Placez les micropuces sur un mouchoir frais pour salle blanche, en prenant soin de ne pas retourner les micropuces lorsqu’elles sont libérées de la pince à épiler.

Laissez sécher les micropuces pendant quelques minutes. Placez ensuite les micropuces sur la lame de verre dans la boîte de Pétri. Fermez la boîte de Pétri et apportez les micropuces à un nettoyeur plasma.

Placez la lame de verre et les micropuces dans le nettoyeur plasma et exécutez un programme de nettoyage de cinq minutes pour éliminer les hydrocarbures de la membrane SiN. À l’aide d’un microscope optique, inspectez les micropuces à la recherche de membranes rompues ou de particules de saleté. Jetez les micropuces endommagées ou sales.

Dans la hotte à flux laminaire, immobilisez les micropuces dans une boîte de transport propre avec une surface intérieure collante. Appliquez une gouttelette d’un microlitre d’une solution aqueuse de nanoparticules d’or stabilisée au citrate de trois molaires sur la membrane SiN de chaque micropuce sans espaceur, et laissez la solution sécher. Ensuite, appliquez un microlitre d’eau déminéralisée sur la membrane pour éliminer le sel et les tensioactifs.

Après 30 secondes, utilisez du papier filtre pour tamponner soigneusement l’eau et laissez les micropuces sécher. Placez l’extrémité du support TEM à flux de liquide sous un microscope optique binoculaire. Retirez le couvercle en titane de l’extrémité du support et placez-le sur une feuille de papier d’aluminium.

Installez une pompe à seringue microfluidique avec une seringue en verre d’un millilitre contenant 0,5 millilitre d’eau de qualité HPLC. Connectez la seringue au système d’écoulement et démarrez la pompe. Au fur et à mesure que l’eau est évacuée dans le système, vérifiez que les conduites ne présentent pas de fuites ou de contraintes de débit.

Une fois le pompage terminé, retirez le rinçage du compartiment de la cellule liquide et séchez l’embout du support avec du papier filtre. Inspectez l’extrémité du support avec le microscope optique. Séchez la pointe avec un mouchoir en papier pour salle blanche et enlevez la poussière ou les fibres avec une pince à épiler propre recouverte de PTFE.

Inspectez le couvercle de l’embout du support, le joint torique et les vis, et enlevez la poussière ou les fibres à l’aide d’une pince à épiler recouverte de PTFE. Placez le joint torique dans les groupes de supports. Placez la première vis et tournez-la plusieurs fois pour qu’elle reste.

À l’aide d’une pince à épiler incurvée propre, placez la micropuce de l’échantillon dans la poche de l’embout du support avec la membrane SiN vers le haut. À l’aide du microscope optique binoculaire, vérifiez que la micropuce est correctement installée. Placez une goutte de 0,3 microlitre d’eau filtrée pure sur la micropuce de l’échantillon.

Maintenir la micropuce en place avec une pince à épiler. Ensuite, prenez une micropuce d’espacement avec une pince à épiler incurvée tenue à l’envers. Faites pivoter délicatement la pince à épiler de manière à ce que la membrane de la micropuce soit tournée vers le bas.

Placez la micropuce d’espacement sur la micropuce de l’échantillon. Placez un matériau réfléchissant la lumière sous l’extrémité du support et vérifiez l’alignement de la micropuce sous le microscope optique binoculaire. À l’aide d’une pince à épiler, ajustez soigneusement les micropuces si les fenêtres SiN ne sont pas alignées.

Ensuite, soulevez le couvercle de la chambre à échantillon à l’aide d’une pince à épiler. Retournez le couvercle et, sans toucher les micropuces, posez la face arrière du couvercle sur l’extrémité du support. Placez la vis restante à l’aide d’une pince à épiler et serrez les deux vis de manière itérative.

Serrez soigneusement jusqu’à ce qu’ils rencontrent une résistance. Les fenêtres peuvent se casser facilement si le serrage est trop fort. Démarrez un débit de liquide de quatre microlitres par minute à travers le système et vérifiez qu’il n’y a pas de fuites dans l’embout du support.

Ensuite, amenez le support à une station de pompe à vide et effectuez un contrôle d’étanchéité. Assurez-vous que la pression atteint au moins 10 puissance cinq mbar dans les cinq minutes. Placez le support dans son boîtier.

Et amenez le support au microscope électronique. Configurez le microscope en mode STEM. Mesurez la densité de courant du faisceau d’électrons avec une fine pellicule de carbone recouverte de nanoparticules d’or comme échantillon de référence sans eau.

Commencez l’écoulement de l’eau pure à un débit ne dépassant pas deux microlitres par minute. Insérez le support TEM de débit de liquide dans le verrou de charge à vide et commencez l’évacuation. Assurez-vous que la pression diminue normalement.

Ensuite, insérez complètement le support TEM dans le microscope. Une fois que la pression est suffisamment basse, ouvrez la vanne de faisceau et insérez le détecteur ADF. Réglez le microscope en mode d’acquisition continue et déplacez la platine de l’échantillon dans les directions X et Y pour trouver la fenêtre SiN.

Ajustez le contraste et la luminosité de manière à ce que les bords de la fenêtre soient clairement visibles. Déplacez la scène dans les directions X et Y de sorte qu’un coin de la fenêtre soit au centre du champ de vision. Réinitialisez ensuite l’objectif de l’objectif.

Ajustez la position verticale de la platine d’échantillon pour faire la mise au point grossière sur le coin. Inclinez la platine de cinq degrés d’avant en arrière pour vérifier que l’échantillon est à la hauteur eucentrique. Centrez le coin de la fenêtre dans le champ de vision, puis enregistrez la position de la scène dans le logiciel.

Déplacez la platine dans les directions X et Y jusqu’à ce que les nanoparticules d’or soient visibles. Et puis concentrez l’objectif. Notez la densité de courant et calculez l’épaisseur de la cellule liquide.

Déplacez la platine dans les directions X et Y pour localiser une zone contenant au moins 20 nanoparticules d’or. Définissez les paramètres et acquérez une image. Nanoparticules d’or immobilisées sur une membrane en nitrure de silicium et imagées avec STEM en phase liquide.

Dans l’eau pure, les nanoparticules d’or ont conservé leur forme tout au long de l’imagerie. Les produits de radiolyse de l’eau pourraient oxyder des atomes d’or individuels, ce qui pourrait éventuellement modifier la forme des nanoparticules. Dans une autre expérience, les ions chlorure sont introduits dans la phase liquide.

Les nanoparticules d’or se sont lentement dissoutes au cours de l’expérience alors que les atomes d’or oxydés formaient du tétrachloroaureat soluble. Pour étudier les mouvements des nanoparticules d’or dans l’eau, dans l’expérience ultérieure, les nanoparticules n’ont pas été complètement immobilisées sur la membrane de l’échantillon. Les nanoparticules d’or se sont agglomérées et, lorsqu’elles ont atteint une taille critique de grappe, sont sorties du champ de vision.

Une fois maîtrisée, cette technique peut être réalisée en deux heures si elle est exécutée correctement. Plusieurs semaines de formation seront nécessaires. Lors de cette procédure, il est important de se rappeler de travailler calmement et de vérifier l’étanchéité au vide et l’épaisseur du liquide.

Après son développement, cette technique a ouvert la voie aux chercheurs en science des matériaux, en chimie et en biologie pour explorer la croissance et le mouvement des nanoparticules dans les liquides, la structure des matériaux à l’échelle nanométrique dans les environnements liquides et la fonctionnalité des protéines dans les cellules de mammifères. Après avoir regardé cette vidéo, vous devriez avoir une bonne compréhension de la façon de réaliser la microscopie électronique à transmission à balayage de nanoparticules d’or intégrées dans une couche d’eau, y compris le chargement correct du porte-échantillon et le réglage du microscope. N’oubliez pas que travailler avec du liquide au microscope électronique peut causer des dommages si le porte-échantillon n’est pas correctement chargé.

Il est donc important de vérifier s’il y a une fuite de vide avant le chargement.