Microscopia elettronica in trasmissione di liquidi-cellula per l'inseguimento auto-assemblaggio delle nanoparticelle

L'obiettivo generale di questa procedura è quello di utilizzare la microscopia elettronica di trasmissione a celle liquide per studiare il movimento delle nanoparticelle nella fase di soluzione in tempo reale. Questo metodo può aiutare a rispondere a domande chiave nel campo delle nanoscienze, ad esempio, su come le nanoparticelle formano strutture autoassemblate durante l'essiccazione con solvente. Il vantaggio principale di questa tecnica è che rende possibile il controllo del movimento delle nanoparticelle nello spazio reale e in tempo reale.

Le implicazioni di questa tecnica di cella liquida tendono a tracciare i movimenti individuali delle nanoparticelle che non sono mostrati dai metodi convenzionali. Sebbene questo metodo possa fornire informazioni sull'autoassemblaggio delle nanoparticelle, può essere applicato anche ad altri modelli, come l'attaccamento orientato delle nanoparticelle. Per iniziare la procedura, mettere in un pallone a fondo tondo a tre colli da 100 millilitri 17,75 milligrammi di esacoloroplatinato di ammonio, 3,72 milligrammi di tetracloroplatinato di ammonio e 115,5 milligrammi di bromuro di tetrametilammonio.

Aggiungere al pallone 109 milligrammi di polivinilpirrolidone e 10 millilitri di glicole etilenico anidro. Equipaggiare il pallone con una barra di agitazione, un setto di gomma e un condensatore a riflusso. Avviare il motore di agitazione e, agitando a 1000 giri/min, degassare il pallone di reazione sotto vuoto per un'ora.

Quindi, sotto un flusso di argon, riscaldare la miscela di reazione a 180 gradi Celsius a 10 gradi al minuto. Mescolare il composto a 180 gradi Celsius per 20 minuti, quindi lasciare raffreddare il composto a temperatura ambiente. Trasferire la miscela raffreddata in una provetta da centrifuga da 50 millilitri.

Aggiungere al tubo 30 millilitri di acetone per far precipitare le nanoparticelle di platino. Centrifugare il composto a 2400 volte G per 10 minuti. Scartare il surnatante e disperdere il precipitato in 10 millilitri di etanolo.

Ottenere un wafer di silicio da quattro pollici da 100 micron rivestito con circa 25 nanometri di nitruro di silicio. Caricare il fotoresist utilizzando una centrifuga. Quindi utilizzare il fotoresist per montare il wafer ultra sottile su un wafer di silicio spesso 500 micron.

Rivestire il wafer con 10 millilitri di fotoresist positivo a 3000 giri/min per 30 secondi. Infornare la cialda a 85 gradi Celsius per 60 secondi. Quindi coprire il wafer con una maschera di cromo ed esporre il wafer a una luce a 365 nanometri per 10 secondi.

Immergere il wafer in 50 millilitri dell'apposita soluzione di sviluppo per 40 secondi e poi in 50 millilitri di acqua deionizzata per un minuto. Immergere il wafer in 50 millilitri di acqua deionizzata per un minuto, quindi posizionare il wafer modellato in un incisore ionico reattivo. Mordenzare il nitruro di silicio esposto per un minuto.

Utilizzare un bagnomaria per riscaldare uniformemente un contenitore di una soluzione acquosa da 30 milligrammi per litro di idrossido di potassio a 85 gradi Celsius. Immergere il wafer ultra sottile nell'idrossido di potassio caldo per due ore per mordenzare il silicio esposto. Quando il silicio esposto sembra essere stato completamente inciso, rimuovere con cautela il wafer dalla soluzione inclinandolo per evitare di rompere la finestra del nitruro di silicio.

Ripetere questo processo con la seconda maschera di cromo per ottenere le schegge superiore e inferiore. Usa la terza maschera di cromo per modellare i distanziatori di indio sul chip inferiore. Allinea i chip superiore e inferiore e incolla i chip insieme a 100 gradi Celsius.

Trasferire 20 microlitri della dispersione di nanoparticelle preparata in una fiala da cinque millilitri. Lasciare evaporare il solvente in condizioni ambientali per 10 minuti. Ispezionare la cella liquida al microscopio ottico per verificare che le finestre in nitruro di silicio siano intatte.

Quindi disperdere le nanoparticelle in una miscela di un millilitro di ortodiclorobenzene, 250 microlitri di pentadecano e 10 microlitri di solilamina. Con la cella liquida al microscopio ottico, utilizzare un iniettore con un capillare ultra sottile per caricare 100 nanolitri di dispersione nei serbatoi della cella liquida. Utilizzare carta da filtro per assorbire l'eccesso di dispersione all'esterno dei serbatoi.

Lasciare riposare la cella all'aria ambiente per 10 minuti per far evaporare l'ortodiclorobenzene. Quindi applicare il grasso sottovuoto su un lato di una griglia di apertura in rame da due millimetri con un foro da 600 micron. Coprire accuratamente la cella liquida con la griglia, facendo attenzione ad allineare l'apertura con la finestra della cella liquida.

Montare la cella in un supporto TEM standard e caricare la cella nello strumento. Acquisisci immagini in modalità di acquisizione continua delle immagini mentre il solvente si asciuga. Utilizzare il software di elaborazione delle immagini per calcolare la funzione di distribuzione radiale per le particelle in ciascuna immagine acquisita.

Le immagini TEM di una sospensione di nanoparticelle di platino essiccata in una cella liquida di nitruro di silicio hanno mostrato che le nanoparticelle vengono attirate verso l'interno dal fronte del solvente che si ritira. Questo comportamento è stato attribuito alle forti forze capillari del sottile strato di solvente e alla ridotta energia libera delle nanoparticelle all'interfaccia del solvente. Le nanoparticelle hanno inizialmente formato agglomerati multistrato amorfi mentre venivano attirate insieme.

Man mano che il solvente si asciugava, gli agglomerati si appiattivano in un monostrato ordinato. Questo ordinamento si riflette nelle funzioni di distribuzione radiale derivate dalle immagini TEM. La funzione di distribuzione radiale dell'immagine scattata dopo 90 secondi aveva un grande picco a 8,3 nanometri.

Le nanoparticelle di platino ricoperte di oleylamine hanno un diametro di circa 8,3 nanometri, suggerendo che un numero significativo di particelle è stato assemblato il più vicino possibile. Una volta padroneggiata, questa tecnica può essere eseguita in due giorni se eseguita correttamente. In generale, le persone che sono nuove a questo metodo possono avere difficoltà perché la fabbricazione e il lavoro con la cella liquida richiedono diversi livelli di ottimizzazione per diverse nanoparticelle o composizioni di celle liquide.

Durante il tentativo di questa procedura, ricordarsi di proteggere le finestre della cella liquida dalla rottura. Seguendo questa procedura, è possibile eseguire altri metodi come l'applicazione di tensioni alla cella liquida per rispondere a ulteriori domande sull'autoassemblaggio di nanoparticelle in presenza di forze esterne. Dopo il suo sviluppo, questa tecnica ha aperto la strada ai ricercatori nel campo delle nanoscienze per esplorare il processo di assemblaggio delle nanoparticelle nel meccanismo a secco complessivo.

Dopo aver visto questo video, dovresti avere una buona comprensione di come preparare le celle liquide e misurare i movimenti delle nanoparticelle nell'esperimento TEM. Non dimenticare che lavorare con l'agente KUH può essere estremamente pericoloso. Precauzioni come indossare occhiali di sicurezza devono essere sempre prese durante l'esecuzione di questo esperimento.