שימוש במיקרוסקופ אלקטרונים הילוכים של גראפן נוזל התא ללמוד בחיי עיר Nanocrystal תחריט
17 במאי 2018
גרפן נוזל התא מיקרוסקופ ניתן להתבונן nanocrystal dynamics בסביבה נוזלית עם רזולוציה מרחבית גדולה יותר מאשר טכניקות אחרות של מיקרוסקופ אלקטרונים תא נוזלי. תחריט premade nanocrystals ובעקבות צורתם באמצעות גראפן נוזלי תאים במיקרוסקופ אלקטרונים הילוכים יכולות להניב מידע מכניסטית חשוב על ננו-חלקיק המרות.
המטרה הכוללת של הליך זה היא לעטוף כיסי נוזל קטנים בין יריעות גרפן להדמיית ננו-חומרים באמצעות מיקרוסקופ אלקטרונים שידור, או TEM. שיטה זו יכולה לעזור לענות על שאלות מפתח בתחום הננו-חומרים, כגון גידול ותחריט של ננו-גבישים ברזולוציה המרחבית הגבוהה של מיקרוסקופ אלקטרונים. היתרון העיקרי של טכניקה זו הוא היכולת של קבוצות מחקר לבצע ניסויי TEM של תאים נוזליים באמצעות מחזיק קיים עם עלויות התחלה נמוכות ורזולוציה מרחבית גבוהה.
בדרך כלל, אנשים חדשים בשיטה זו יתקשו, מכיוון שהטיפול ברשתות TM מצופות גרפן הוא קשה ודורש תרגול רב. כדי להתחיל, גזרו חתיכה של כשני סנטימטרים רבועים של גרפן מוכן מראש על נחושת, המתאימה לכ-6 עד 8 רשתות TEM. לאחר ניקוי הגרפן כמפורט בפרוטוקול הטקסט, החלק את הגרפן על חתיכת נחושת כדי להסיר קמטים מיקרוסקופיים.
לשם כך, קח שתי שקופיות זכוכית נקיות והניח מגבון מקופל על מגלשת הזכוכית התחתונה. על גבי המגבון, הניחו את הגרפן על חתיכת נחושת. לבסוף, הניחו את שקופית הזכוכית השנייה מעל.
לחץ כלפי מטה על השקופית העליונה, והחליק בהדרגה את כל הקמטים בגרפן על חתיכת נחושת. צמצם את מספר הקפלים ברקמה וחזור על תהליך הלחיצה. המשיכו בתהליך עד ללחיצה אחרונה בין שתי מגלשות הזכוכית ללא ניגוב טישו.
הנח את רשתות ה-TEM על הגרפן על פיסת נחושת על ידי הנחת רשתות ה-TEM של רדיד הפחמן האמורפי החורי כלפי מטה על הגרפן עם הפחמן האמורפי במגע עם הגרפן. הניחו כמה טיפות איזופרופנול על הרשתות. הניחו לרשתות להתייבש במשך יותר משעתיים כדי לוודא שהרשתות מחוברות כהלכה.
תהליך ייבוש זה מביא את הפחמן האמורפי החורי למגע טוב יותר עם הגרפן. לאחר מכן, חרטו את הנחושת באמצעות תמיסת נתרן פרסולפט. בעזרת פינצטה, הניחו בזהירות את הגרפן על חתיכת נחושת על תמיסת הנתרן פרסולפט כשצד הנחושת כלפי מטה.
תן לחתיכה לצוף על החלק העליון של תמיסת הנתרן פרסולפט. שמור את התמיסה עם רשתות מצופות גרפן שיושבות למשך הלילה. שימו לב שהתמיסה תהפוך לכחולה כאשר הנחושת תחריט ולא תהיה נחושת גלויה מאחורי יריעת הגרפן בסיום התחריט.
שטפו את הרשתות כדי לנקות את הנתרן פרסולפט על ידי הסרת הרשתות הצפות מהתמיסה והנחתן על גבי מים נקיים ונטולי יונים בצלחת פטרי שנייה. חזור על תהליך זה שלוש פעמים כדי להסיר את כל שאריות הנתרן פרסולפט מהרשתות המצופות גרפן. הרם את הרשתות בעזרת פינצטה.
הניחו את הרשתות, כשצד הגרפן כלפי מעלה על נייר פילטר ותנו להן להתייבש. קח שתי רשתות TEM מצופות גרפן והנח אותן עם צד הגרפן כלפי מעלה על מגלשת זכוכית. בעזרת להב אזמל כירורגי קטן, חתכו את הקצה של אחת מרשתות ה-TEM המצופות גרפן, כרבע עד שמינית משטח הרשת.
לאחר מכן, הנח כ-0.5 מיקרוליטר של טיפת תמיסה שתעטוף על רשת ה-TEM המצופה גרפן לא חתוך. השתמש בפינצטה כדי להחזיק את קצה רשת ה-TEM כלפי מטה תוך הנחת הטיפה כך שהכוחות הנימים לא יקלטו את רשת ה-TEM. זה קריטי לשים את הטיפה במרכז רשת ה-TEM, רצוי טיפה קטנה ככל האפשר.
אם רשתות ה-TEM מיוצרות כהלכה, הנוזל ייצור צורה דמוית חרוז על משטח הגרפן ההידרופובי. הנח במהירות ובזהירות את רשת ה-TEM המצופה גרפן עם הפינה החתוכה על גבי הטיפה. המטרה היא שהגריד השני ינוח על גבי הגריד הראשון מבלי ששום נוזל ייסחט החוצה.
המתן חמש דקות כדי לתת לכיסי תאי נוזל גרפן להיווצר. הנחת רשת ה-TEM השנייה על גבי טיפת הנוזל דורשת שליטה ידנית קפדנית. בדרך כלל עדיף למקם תחילה את קצה הרשת העליונה כלפי מטה ואז להסיר בהדרגה את הפינצטה.
הנח את תא נוזל הגרפן במחזיק הטיה יחיד TEM מסורתי. טען את מחזיק ה-TEM בעמודה TEM. לאחר הכנת ה-TEM כמתואר בפרוטוקול הטקסט, התחל לחפש ננו-חלקיקים בכיסי נוזל תוך שמירה על קצב מינון נמוך.
כאשר ננו-חלקיק נמצא בכיס נוזלי, כוונן את המיקוד בננו-חלקיק תוך שמירה על קצב מינון נמוך. השתמש בעקומת הכיול כדי להגדיר את זרם עדשת המעבה לקצב המינון הרצוי. התחל לאסוף סדרת זמן של תמונות TEM עם מטא נתונים של קצב מינון וחותמות זמן המוטמעות בקובץ התמונה.
ניתן לפרק את סרטון ה-TEM של תחריט הננו-גבישים לכל אחת מהפריימים הבודדים. עבור כל מסגרת, ניתן לשרטט את הננו-גביש באמצעות תוכנת ניתוח תמונה. מהמתאר ניתן לקבוע את הציר העיקרי והמינורי של הננו-מוט.
ניתן לחתוך את המתאר הדו-ממדי לאורך הציר הראשי. ניתן להשתמש בכל אחד מקווי המתאר החדשים הללו של מחצית הננו-מוט כדי לשחזר את הצורה התלת מימדית על ידי סיבוב קווי המתאר סביב הציר הראשי. לאחר צפייה בסרטון זה, אתה אמור להבין היטב כיצד לייצר תאים נוזליים של גרפן להדמיית ננו-חומרים באמצעות מיקרוסקופ אלקטרונים.
למרות שניתן ליישם שיטה זו על ננו-חומרים, ניתן להשתמש בה גם לחקר חומרים רכים או חומרים ביולוגיים בסביבתם הנוזלית הטבעית.
סקירה
מאמר זה דן בשימוש במיקרוסקופיה אלקטרונית של תא נוזלי גרפן לצפייה בדינמיקה של ננו-גבישים בסביבות נוזליות. השיטה מציעה רזולוציה מרחבית גבוהה יותר בהשוואה לטכניקות מסורתיות, ומאפשרת מחקרים מפורטים של טרנספורמציות ננו-חלקיקים.
מרכיבי מחקר עיקריים
תחום המדע
- ננו-חומרים
- מיקרוסקופיה אלקטרונית
- טכנולוגיית גרפן
רקע
- מיקרוסקופיה אלקטרונית TEM של תא נוזלי גרפן מאפשרת הדמיה של ננו-חומרים בנוזל.
- רזולוציה מרחבית גבוהה היא חיונית לחקר גידול וחריטה של ננו-גבישים.
- ניתן להשתמש במחזיקים קיימים, ובכך למזער עלויות הפעלה.
- טיפול ברשתות מצופות גרפן דורש תרגול.
מטרת המחקר
- לכלוא כיסי נוזל לצורך הדמיה של ננו-חומרים.
- לחקור את הדינמיקה של ננו-גבישים ברזולוציה גבוהה.
- לספק פרוטוקול מפורט לחוקרים חדשים בטכניקה זו.
שיטות ששימשו
- הכנת גרפן על נחושת לרשתות TEM.
- חריטת נחושת ליצירת תאי נוזל גרפן.
- כליאה של טיפות נוזל בין רשתות גרפן.
- הדמיית ננו-חלקיקים באמצעות מיקרוסקופיה אלקטרונית בהעברה.
תוצאות עיקריות
- כליאה מוצלחת של כיסי נוזל להדמיה.
- הדמיה ברזולוציה גבוהה של דינמיקת ננו-גבישים.
- מתודולוגיה מפורטת להכנת תאי נוזל גרפן.
- תובנות על טרנספורמציות ננו-חלקיקים באמצעות הדמיה בסדרת זמן.
מסקנות
- מיקרוסקופיה אלקטרונית TEM של תא נוזלי גרפן יעילה לחקר ננו-חומרים.
- השיטה יכולה להיות מותאמת גם לחומרים רכים וביולוגיים.
- הבנת תהליך הייצור חיונית ליישומים מוצלחים.
שאלות נפוצות
Executive Industry Relevance
Graphene liquid cell TEM enables direct visualization of nanoscale chemical transformations in liquid, providing unprecedented insight into nanocrystal dynamics relevant to early-stage drug delivery and nanomaterial design. This capability supports mechanistic de-risking and predictive confidence at critical discovery inflection points. The method's compatibility with existing TEM infrastructure and low start-up costs make it accessible for enterprise R&D teams seeking to advance nanomaterial-enabled therapeutics.
Strategic Applications in Biopharma R&D
Early Discovery & Target Validation
- Enables real-time observation of nanocrystal growth and etching mechanisms at atomic resolution.
- Supports functional validation of nanomaterial behavior in physiologically relevant liquid environments.
- Facilitates mechanistic de-risking by revealing atomistic transformation pathways.
- Improves predictive confidence for nanomaterial selection and optimization.
Screening & Assay Development
- Provides quantitative imaging outputs for nanomaterial morphology and transformation kinetics.
- Supports standardization of nanomaterial preparation and encapsulation protocols.
- Enables reproducible assessment of nanomaterial stability and reactivity under controlled conditions.
- Prepares validated nanomaterial systems for downstream functional assays.
Translational & Preclinical Research
- Allows study of nanomaterial interactions in native-like liquid environments, supporting translational relevance.
- Facilitates continuity from discovery imaging to preclinical model development for nanomedicine applications.
- Enables risk-adjusted advancement decisions based on direct mechanistic evidence.
- Supports alignment with translational biomarker strategies when studying nanomaterial-cell interactions.
Pipeline & Workflow Integration
This method integrates into the discovery-to-preclinical continuum by enabling direct visualization of nanomaterial transformations, informing both early discovery and translational research workflows.
- Discovery Biology: Supports hypothesis testing and mechanistic clarification of nanomaterial behavior in liquid.
- Screening: Delivers quantitative, reproducible imaging outputs for nanomaterial assessment.
- Analytics: Provides time-resolved, metadata-rich datasets for comparative analysis of nanocrystal dynamics.
- Translational Research: Bridges discovery imaging with preclinical model validation for nanomaterial-enabled therapeutics.
- Enterprise Reuse: Establishes a reusable imaging platform for diverse nanomaterial and soft matter studies.
Operational & Enterprise Impact
- Scientific Value: Enhances predictive confidence and reduces mechanistic ambiguity in nanomaterial R&D.
- Operational Value: Offers standardized, scalable imaging workflows compatible with existing TEM holders.
- Strategic Value: Informs go/no-go decisions and improves capital efficiency by de-risking nanomaterial selection.
- Portfolio Impact: Enables risk-adjusted prioritization of nanomaterial candidates for further development.
Implementation Considerations
- Requires expertise in graphene handling and TEM sample preparation.
- Needs access to transmission electron microscopy and image analysis infrastructure.
- Demands cross-team standardization of encapsulation and imaging protocols.
- Adaptation may be needed for different nanomaterial or biological systems.
- Current limitations include delicate sample handling and lack of flow capability in the liquid cell.
