Name: ナノ粒子の自己集合の追跡のため液晶セルの透過電子顕微鏡観察 (動画) | JoVE Journal
Uploaded: 2017-10-16T13:00:00.000+00:00
Duration: 8 min 39 s
Description: 学ぶナノ粒子の自己集合を液晶セル透過電子顕微鏡でリアルタイム追跡する手法。従来法では観察困難な個別ナノ粒子の動きを捉え、ナノサイエンスにおける自己集合メカニズムの理解に貢献します。

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役に立つ議論のためカリフォルニア大学の教授 a. ポール Alivisatos、バークレーとソウル国立大学教授 Taeghwan ヒョンに感謝しますこの作品は、IBS R006 D1 によって支えられました。W.C.L. は感謝、漢陽大学 (HY-2015-N) の研究基金から支援を認めています。

1 ナノ粒子合成 <ol><li>白金ナノ粒子の合成 <ol><li>アンモニウム hexachloroplatinate(IV) の結合 17.75 mg ((NH 4) 2 Pt (IV) Cl 6)、3.72 mg。tetrachloroplatinate(II) アンモニウム ((NH 4) 2 Pt (II) Cl 4)、テトラメチル アンモニウム ブロマイド、ポリビニルピロリドンの 109 mg 115.5 mg (MW: 29,000)、エチレング リコール 100 mL 3 首丸底フラスコに攪拌棒の 10 mlゴムキャップを装備</li>。
		<li>は、還流凝縮器とフラスコを装備し、真空下でパージします。1,000 rpm で磁気攪拌棒反応混合物をかき混ぜる</li>。
		<li>アルゴンの流れ下 10 ° C/分の速度で加熱マントルの 180 ° C に反応混合物を熱します</li>。
		<li>は、20 分間 (180 ° C) 温度を維持します。ソリューション暗褐色になります</li>。
		<li>室温に冷却するように加熱マントルからフラスコを削除します</li>。
		<li>は、製品を 50 mL の遠心管に転送します。ナノ粒子を沈殿し、2,400 x g で 10 分間のサンプルを遠心分離機に製品にアセトン 30 mL を追加 
		注: 安全のため、この処理する必要があります実行する発煙のフード.</li>
		<li>上澄みを廃棄し、10 ml のエタノールの沈殿物の黒を再分散します</li>。
		<li>トルエン 30 ml 製品の沈殿物し上澄み 2,400 x g で 10 分間破棄の懸濁液を遠心分離機し、エタノール 10 mL で黒い沈殿物を再分散します。この手順を 3 回繰り返します</li>。
		<li>白金ナノ粒子にオレイルアミン 5 mL を追加し、分散を 100 mL の丸底フラスコに転送します。発生する配位子交換反応できるように 1,000 rpm で磁気攪拌下で一晩分散を逆流します</li>。
		<li>ソリューションからそれらを分離する 30 分間、10,000 × g でリガンド交換ナノ粒子を遠心します</li>。
		<li>上澄みを廃棄し、トルエン、ヘキサン、クロロホルムなどの疎水性溶媒 10 mL で白金ナノ粒子を分散します</li>。
	</ol></li> <li>鉛セレン化ナノ粒子の合成 <ol><li>鉛オレイン酸の準備 <ol><li>三水和物酢酸鉛 (Pb(Ac) 2 ·3H 2 O) の 758 mg、オレイン酸 2.5 mL とジフェニル エーテル 10 mL を組み合わせるゴムキャップを 100 mL 3 首丸底フラスコに攪拌棒</li>。
			<li>フラスコを還流冷却器装備</li>。
			<li>70 ° C の 2 h の真空条件の下で混合物をドガし、1,000 rpm で電磁攪拌棒でかき混ぜる</li>。
			<li>アルゴンとフラスコをパージし、部屋の温度に冷却してから</li>。
		</ol></li> <li>Trioctylphosphine セレン化 (TOPSe) の準備 <ol><li>別の容器で組み合わせて 474 mg セレンと空気への試薬の露出を防ぐために、グローブ ボックスを使用して、不活性雰囲気下 (上) trioctylphosphine 6 mL</li>。
			<li>トップで 110 W、40 kHz 超音波処理によるセレン粉溶解してソリューションが目に見えないように透明になるまで渦のミキサーを使用してミックスします</li>。
		</ol></li> <li>別の 250 mL の三つ口丸底フラスコにドガ 30 分 1,000 rpm で磁気撹拌しながら真空条件下 120 ° C でジフェニル エーテル 15 mL</li>
		<li>、アルゴンとフラスコをパージし、230 にジフェニル エーテルを熱し ° C</li>
		<li>急速に事前に加熱されたジフェニル エーテル鉛オレイン酸と TOPSe ソリューションの両方を注入します。射出時にある程度気温が します。高齢化温度を 170 に設定 ° C</li>
		<li>170 ° C 10 分発生する鉛セレン化ナノ粒子の成長を許可するように積極的な攪拌での混合物の温度を維持します</li>。
		<li>室温に冷却するように加熱マントルからフラスコを削除します</li>。
		<li>2 つの 50 mL 遠沈管を準備し等しいボリューム製品に分割し、チューブ転送します。ナノ粒子を沈殿し、2,400 x g で 10 分間の懸濁液を遠心分離機に各管にエタノール 30 mL を追加</li>
		<li>上澄みを廃棄し、トルエン 10 mL で黒い沈殿物を再分散します</li>。
		<li>エタノール 30 ml 製品の沈殿物し上澄み 2,400 x g で 10 分間破棄の懸濁液を遠心分離機、トルエン 10 mL で黒い沈殿物を再分散します。この手順を 3 回繰り返します</li>。
		<li>上澄みを廃棄し、トルエン、ヘキサン、クロロホルムなどの疎水性溶媒 10 mL に鉛セレン化ナノ分散します</li>。
	</ol></li></ol> 2。液体セル作製 <ol><li>シリコン窒化液体セル ( 図 3a ) <ol><li><ol><li>シリコン窒化膜の堆積預金 100 にストレスの少ないシリコン窒化膜835 の ° C および 100 sccm ジクロロシランと 50 sccm アンモニアの流れと 140 mTorr の圧力で低圧化学気相成長 (LPCVD) によって μ m 厚のシリコン基板 (4 インチ)。〜 25 シリコン窒化層の厚さを制御成膜時間を変化させることにより nm。成膜速度は 2.5 3.0 nm/分が各 CVD によって多少異なります</li>。
		</ol></li> <li>上部と下部のチップ 注: 25 微細加工プロセスの詳細な説明を参照してください。
		ウェハを完全にウェットに十分なフォトレジストを用いた <ol><li>スピン コート 10 mL 30 3,000 rpm でシリコン窒化けい素/ウェーハ上ポジ型フォトレジストの s. 
			注: 回転中に極薄シリコン基板が簡単に壊れています。我々 は通常、500 の厚さ別ウェーハ極薄ウェハを添付の破損を避けるためにフォトレジストを用いた μ m。スピン コーティング後、薄ウェーハはアセトンに浸漬でウェハ厚から区切られます。この手法は、スピン コーティング極薄 si ウェハ上の次のプロセスにも使用できます</li>。
			<li>焼く 60 85 ° C でホット プレート上のウェハ s. 
			注: の温度で準備されたウェーハを焼かない &gt; 110 ° C. ベーキング高温フォトレジスト正からネガ型フォトレジストに変更するフォトレジストになります</li>。
			<li>紫外線レジスト コーティング ウェーハを公開 (365 nm) 10 クロム マスク ( 図 1 a) を通した s.</li>
			<li>浸フォトレジスト コーティング ウェーハ 40 開発者溶液 50 mL に米は、ウェハを洗う 1 分の脱イオン水 50 mL で開発されたウエファーを浸します。洗浄工程を 2 回繰り返します</li>。
			<li>反応性イオン エッチング装置を用いた六弗化硫黄の 50 sccm の流れ 1 分の窒化ケイ素をエッチングします</li>。
			<li>は、上部のチップとフォトレジストを削除する 2 分のアセトンの下チップを浸します。フォトレジストを効果的に削除する手で優しく料理を振る</li>。
			<li>1.5 2 h. 85 ° C で (30 mg/mL) 水酸化カリウムの水溶液では、シリコンのエッチングは、エッチング液に均一な温度プロファイルがあることを確認するのに水浴を使用します。温度ムラは、e を過度にされているいくつかのエリアにつながるtched エッチングいくつか不完全ながら</li>。
			<li>完全に肉眼でエッチング、エッチングを停止しエッチング液から細胞を取るウィンドウが表示されたら。浮力は、水平に持ち上げた場合に発生することができますによって壊されるウィンドウのチャンスを避けるためにエッチング ソリューションから削除するときにセルを傾ける</li>。
			<li>下チップ ( 図 1 b) のマスクでこれらの手順を繰り返します 。
			注: 上部と下部のチップの窓が非常に薄く、約 25 nm の, 彼らは非常に壊れやすい。そのため、取り扱いには、細心の注意をすべき。窓側必要があります表面上にチップが休んでいるときに上向きに直面する常にします</li>。
		</ol></li> <li>上部と下部のチップは接合 <ol><li>スピン コート 10 mL 30 3,000 rpm でシリコン窒化けい素/ウェーハ上ポジ型フォトレジストの s.</li>
			<li>60 90 ° C のホット プレートにウェーハを焼く s.</li>
			<li>紫外線レジスト コーティング ウェーハを公開 (365 nm) 10 クロム マスク ( 図 1 c) を通した s.</li>
			<li>浸フォトレジスト コーティング ウェーハ 40 開発者溶液 50 mL に米は、ウェハを洗う 1 分の脱イオン水 50 mL で開発されたウエファーを浸します。洗浄工程を 2 回繰り返します</li>。
			<li>熱蒸発器を用いて下のチップにはインジウムの ~ 100 nm 厚を預金します。インジウムの層は、スペーサー、シール材として使用されます</li>。
			<li>は、フォトレジストを削除する 2 分をアセトンでチップを浸します。フォトレジストを効果的に削除する手で優しく料理を振る</li>。
			<li>アライナを使用して下部と上部のチップを合わせ、100 で接着し ° C</li>
		</ol></li></ol></li> <li>シリコン液体セル ( 図 3b ) <ol><li>上部と下部のチップの準備 <ol><li>の層の厚さと p 型絶縁体上シリコン (SOI) ウエハーを使用100 nm、400 nm、およびトップ シリコン 600 μ m 埋め SiO 2, とシリコンの処理層、それぞれします</li>。
			<li>実行 170 の厚さとシリコン酸化物の層を成長する 950-1100 ° C で酸化炉内 SOI ウェーハの湿式酸化 nm</li>。
			<li>エッチング バッファー酸化に SOI 基板を浸漬によるシリコン酸化膜エッチング シリコン酸化物の湿式エッチング液は、2 分間室温で (BOE) ソリューションであります。2.2.1.2 と 2.2.1.3 の手順の目的は、25 に SOI ウェーハのトップ シリコン層の厚さを減らすために nm</li>。
			<li>25 の厚さでストレスの少ないシリコン窒化層を入金型減圧 CVD ステップ 2.1.1.1 同じプロセス条件による SOI 層 (4 インチ) に nm</li>。
			<li>窒化ケイ素の同じプロセスを使用してのパターンし、手順 - 2.1.2.1 2.1.2.4 のようにパターンをマスクします</li>。
			<li>は、アセトン、フォトレジストを削除する 2 分内でウエハを浸します。フォトレジストを効果的に削除する手で優しく料理を振る</li>。
			<li>30 の BOE ソリューションとシリコン酸化膜をエッチング s.</li>
			<li>7 12 h. トリメチルアミン水溶液 (TMAH) をシリコン エッチングの使用もできますの 80 ° c (500 mg/mL) 水酸化カリウムの水溶液では、シリコンをエッチングします</li>。
			<li>Etch 160 ° C 10 分で 85% リン酸で窒化ケイ素</li>
			<li>3 分間室温で BOE ソリューションとシリコン酸化膜エッチング</li>
			<li>ステップ - 2.2.1.1 2.2.1.10 下チップ ( 図 1 b) のマスクとの手順を繰り返します</li>。
		</ol></li> <li>上部と下部のチップは接合 <ol><li>スピン コート 10 mL 30 3,000 rpm でシリコン窒化けい素/ウェーハ上ポジ型フォトレジストの s.</li>
			<li>60 90 ° C のホット プレートにウェーハを焼く s.</li>
			<li>紫外線レジスト コーティング ウェーハを公開 (365 nm) 10 クロム マスク ( 図 1 c) を通した s.</li>
			<li>浸フォトレジスト コーティング ウェーハ 40 開発者溶液 50 mL に米は、ウェハを洗う 1 分の脱イオン水 50 mL で開発されたウエファーを浸します。洗浄工程を 2 回繰り返します</li>。
			<li>熱蒸発器を用いて下のチップにはインジウムの ~ 100 nm 厚を預金します。インジウムの層は、スペーサー、シール材として使用されます</li>。
			<li>は、フォトレジストを削除する 2 分をアセトンでチップを浸します。フォトレジストを効果的に削除する手で優しく料理を振る</li>。
			<li>アライナを使用して下部と上部のチップを合わせ、100 で接着し ° C</li>
		</ol></li></ol></li></ol> 3。液体セル TEM <ol><li><ol><li>5 mL にナノ粒子分散 (プロトコル 1.1 および 1.2) の追加の 20 μ L を ソリューションの読み込み のバイアルと空気中 10 分分散溶媒混合物 (o-ジクロロ ベンゼンの 1 mL 中のナノ粒子のドライペンタデカン、250 μ L とオレイルアミンの 10 μ L). 
		注: 拡張期間、高温、低圧など、極端な条件の下で乾燥貧しいナノ粒子分散可能性があります。リガンド-粒子相互作用は動的なので極端な条件の下でリガンド剥離後粒子のアグロメレーションの高い確率があります。オレイルアミン、ペンタデカン、o-ジクロロ ベンゼンの蒸気圧が異なるので乾燥工程は、溶媒の比を一定に保つため、読み込みプロセスの直前に実施されなければならない</li>。
		<li>光学顕微鏡による液細胞を検査します 。
		注: 液晶セルのウィンドウのいずれかが壊れている場合使用しないでくださいセル</li>。
		<li>貯水池にナノ粒子分散の負荷 〜 100 nL ( 図 2 a と 2 b) 液体セルの。液体セルの貯水池に効果的に分散の少量をロードする極薄キャピラリ ( 図 2 c) を装備、インジェクターを使用できます 。
		注: 一般に、ナノ粒子分散系の注入量は、貯水池の容量を超えています。分散は、貯水池からオーバーフローすると完全に液体セルはシールがあります。したがって、タンク外任意のあふれる分散は、ファンの形状にカット フィルター ペーパーの先端で吸収されなければなりません。吸収中にウィンドウとの接触を避ける</li>。
		<li>O-ジクロロ ベンゼンを乾燥する 10 分間空気に液体セルを公開します</li>。
		<li>サイズ 2 mm と穴径 600 μ m 銅絞りグリッドの 1 つの側面に真空グリースを塗布し、密封された環境を作成する絞り値グリッドの油を塗った側に液体セルをカバーします 。
		注: ウィンドウ上に大きく堆積真空グリース分解能が減少します。したがって、最初の試行でセルの窓のある銅絞りグリッドの穴に合わせて障害を修正しないように;代わりに、セルを破棄する必要があり、新しいものを用意します</li>。
	</ol></li> <li>TEM 測定 <ol><li>標準 TEM ホルダーに液体セルを配置します。液体セルは標準ホルダーに収まるように設計されています 。
		注: TEM ホルダーの汚染を避けるために手袋を使用します</li>。
		<li>は、画像の連続取得モードで TEM を設定しました。200 の加速電圧で電子顕微鏡画像をキャプチャ 〜 700/m 2 の電流密度を持つ kV 。
		注: 頻繁に TEM 圧レベルをチェックします。圧力レベルが異常の場合、すぐにイメージングを停止し、できるだけ早く電子顕微鏡室からホルダーを取り外します。液体セル TEM の低コントラスト画像の中心の難しさが発生します。な位置と焦点は、ウィンドウの端に初期粗フォーカスによって簡単に実行できます。乾燥速度は、電流密度を変更することによって制御できます。2 D の乾燥速度は、進化する乾燥パッチのサイズを追跡することによって測定できます。しかし、ひらに困難です。ボリュームの面で評価する年度乾燥します</li>。
		<li>は、ImageJ のソフトウェア パッケージを使用して元の TEM 画像を開きます。プログラムの多点アイコンを選択し、イメージとし、抽出、x のすべての個々 のナノ粒子と選択した粒子の y 座標の中心を割り当てます</li>。
		<li>動径分布関数 (RDF) の計算: 
		<img alt="Equation 1" src="/files/ftp_upload/56335/56335eq1.jpg"> r が粒子間の距離は、N は粒子数、粒子によって覆われる領域は、ρ は 2D の面密度の粒子 (N/A)、<img alt="Equation 2" src="/files/ftp_upload/56335/56335eq2.jpg"> 粒子 j から k 粒子の位置ベクトルは、δ (r) はディラックのデルタ関数。私たちを使用して <img alt="Equation 3" src="/files/ftp_upload/56335/56335eq3.jpg"> 場所 、 = 0.8 nm に現実的な計算のディラックのデルタ関数</li>。
	</ol>
	</li>
</ol>

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白金ナノ粒子サイズは 7 nm アンモニウム ヘキサクロロ白金 (IV) 酸およびアンモニウム テトラクロロ白金 (II) 酸27 還元剤および溶媒として配位子とエチレング リコールとしてポリ (ビニルピロリドン) (PVP) を用いた還元による合成.オレイルアミンと配位子交換反応は、疎水性溶媒中の粒子を分散させるために行った。セレン ソース28 (29カルコゲナイド系ナノ結晶の詳細な合成を参照参照) としてトップ Se を用いた鉛オレイン酸複合体の熱分解による鉛セレン化ナノ粒子を合成しました。として合成鉛セレン化ナノ粒子は、長鎖配位子をすでに制限された、ので、粒子は配位子交換プロセスは不要でした。疎水性プラチナ オレイルアミン、ペンタデカン、o-ジクロロ ベンゼンから成る混合溶媒中における鉛セレン化ナノ粒子が分散したと。O-ジクロロ ベンゼンは、比較的低沸点ポイント (180.5 ° C) には、おそらくソリューションの読み込み、時に蒸発、ペンタデカン、高沸点 (270 ° C) であるまま ...

自己集合コロイドナノ粒子系の興味の個々 のナノ粒子の11集団の物理的なプロパティにアクセスする機会を提供するため。揮発性溶剤6,7,8,の蒸着基板上のナノ粒子の自己組織化は、最も効果的な方法の 1 つ自己実用的なデバイス規模のアプリケーションで使用9,10,11. この溶媒蒸発法は蒸発速度などナノ粒子基板相互作用の変化速度論因子による大きな影響は、非平衡プロセス。ただし、推定し、動力学的要因を制御することは困難なので溶剤の蒸発による自己組織化ナノ粒子の機械的な理解は完全に成熟しません。その場x 線散乱法による研究はアンサンブル平均の情報を提供しているが、非平衡のナノ粒子の自己集合処理12,13,14、このテクニックのことはできません。個々 のナノ粒子の運動が決まります、全体的な軌道との関連付けを簡単にアクセスすることはできません。
液体セル TEM は個々 のナノ粒子の軌道を追跡するための新興ツール ナノ粒子運動の不均一性やアンサンブル動作15,16への貢献を理解する私たちを有効にします。 17,18,19,20,21,22,23,24,25、 26。溶媒の境界の動きが18基板上自己組織化ナノ粒子を誘導するための主要な原動力であることを示す溶媒蒸発中に個々 のナノ粒子の運動を追跡する液体セル電子顕微鏡を用いて以前,19します。 ここで、ナノ粒子の自己集合液体セル TEM を使用してのプロセスを観察することができます我々 の実験を紹介します。まず、プラチナの合成のためのプロトコルを提供し、TEM とナノ粒子を液体セルに読み込む方法の液体セルの作製手順を導入する前にセレン化ナノ粒子を導きます。代表的な結果として溶媒乾燥による自己組織化ナノ粒子の TEM 映画からのスナップショット ・ イメージを示します。これらの映画の中の個々 の粒子を追跡するシングルナノ粒子レベルで自己溶媒乾燥媒介の詳細な機構を理解できます。中に組み立て式、シリコン窒化ウィンドウで白金ナノ粒子は主に蒸発の溶媒フロントの動き溶剤の薄層に強い毛管力のため。同様の現象は他のナノ粒子 (セレン化鉛) の基板 (シリコン)、溶媒フロントの毛管力が、基板近傍粒子移行の重要な要因であることを示すも観察されました。

<table><tbody><tr><td>ヘキサクロロ白金酸アンモニウム (IV)</td><td>Sigma-Aldrich</td><td>204021</td><td></td></tr><tr><td>テトラクロロ白金酸アンモニウム (II)</td><td>Sigma-Aldrich</td><td>206105</td><td></td></tr><tr><td>テトラメチルアンモニウムブロマイド、98%</td><td>Sigma-Aldrich</td><td>195758</td><td></td></tr><tr><td>ポリ(ビニルピロリドン)粉末</td><td>Sigma-Aldrich</td><td>234257</td><td>Mw ~29,000</td></tr><tr><td>エチレングリコール、無水、99.8%</td><td>Sigma-Aldrich</td><td>324558</td><td></td></tr><tr><td>n-ヘキサン、無水、95%</td><td>Samchun Chem.</td><td>H0114</td><td></td></tr><tr><td>エタノール、無水、99.5%</td><td>シグマアルドリッチ</td><td>459836</td><td></td></tr><tr><td>オレイラミン、70%</td><td>シグマアルドリッチ</td><td>O7805</td><td>技術グレード</td></tr><tr><td>鉛(II)酢酸三水和物、99.99%</td><td>シグマアルドリッチ</td><td>467863</td><td></td></tr><tr><td>オレイン酸、90%</td><td>シグマアルドリッチ</td><td>364525</td><td>テクニカルグレード</td></tr><tr><td>ジフェニルエーテル、99%</td><td>シグマアルドリッチ</td><td>P24101</td><td>試薬プラス</td></tr><tr><td>セレン粉末、99.99%</td> <td>Sigma-Aldrich</td><td>229865</td><td></td></tr><tr><td>tri-n-octylphosphine、97%</td><td>Strem</td><td>15-6655</td><td>空気感受性</td></tr><tr><td>トルエン、無水、99.9%</td><td>Samchun Chem.</td><td>T2419</td><td></td></tr><tr><td>アセトン 99.8%</td><td>大中化学</td><td>1009-2304</td><td></td></tr><tr><td>水酸化カリウム、95%</td><td>三春化学。</td><td>P0925</td><td></td></tr><tr><td>p型シリコンオンインシュレーターウェーハ</td><td>Soitec</td><td>Power-SOI</td>、<td>シリコンウィンドウ</td></tr>テ<tr><td>トラメチルアンモニウム水酸化物、H2</>sub Oで25%、</td><td>J.T.Baker</td><td>02-002-109</td><td></td></tr><tr><td>AZ 5214 E</td><td>AZ電子材料</td><td>AZ 5214 E</td><td>ポジフォトレスト</td></tr><tr><td>AZ-327</td><td>AZ電子材料</td><td>AZ-327</td><td>AZ 5214デッパー</td></tr><tr><td>インジウムペレット99.98-99.99%</td><td>Kurt J. Lesker Company</td><td>EVMIN40EXEB</td><td>熱蒸発器ターゲット</td></tr><tr><td>1,2-ジクロロベンゼン、>99%</td><td>TCI</td><td>D1116</td><td></td></tr><tr><td>ペンタデカン、>99%</td><td>Sigma-Aldrich</td><td>P3406</td><td></td></tr><tr><td>緩衝酸化物エッチング7:1</td><td>マイクロケミカル</td><td>BOE 7-1 VLSI</td><td></td></tr><tr><td>リン酸、85%</td><td>Samchun Chem.</td><td>P0449</td><td></td></tr></tbody></table>の

ナノ粒子の自己集合の追跡のため液晶セルの透過電子顕微鏡観察

Liquid-cell Transmission Electron Microscopy for Tracking Self-assembly of Nanoparticles

ナノ粒子の自己組織化構造を作成する汎用性の高い方法は、ナノ粒子の分散を乾燥が、このプロセスのメカニズムが十分に理解されていません。我々 は、液晶セルの透過型電子顕微鏡 (TEM) を使用してアセンブリ プロセスのメカニズムを調査する個々 のナノ粒子の軌跡を追跡しています。ここで、液体セル TEM 研究で使用するプロトコルを提案する、自己組織化。まず、セレン化ナノ粒子になり、均一に大きさで分類されたプラチナを生成に使用される詳細な合成プロトコルを紹介します。次に、窒化ケイ素やシリコン windows 液体セルを生成し、読み込みと画像検査液細胞の電子顕微鏡技術の手順を説明するために使用する微細加工プロセスを提案します。いくつかのノートは壊れやすい細胞ウィンドウを管理する方法など、全体のプロセスのための有用なヒントを提供するために含まれます。液体セル TEM によって追跡されるナノ粒子の個々 の運動では、蒸発による溶剤の境界の変更は、ナノ粒子の自己組織化プロセスの影響を受けることを明らかにしました。溶媒の境界は、主に非晶質集合体を形成、2 次元 (2 D) 自己組織化構造を生成する集計の平坦化の順にナノ粒子を運転しました。これらの動作は、種類の異なるナノ粒子と液体細胞組成の異なるも観察されます。

液体セルは 25 の厚さによる電子ビームに透明シリコン窒化 windows に装備されている上チップと下チップから成る nm。上部のチップ試料溶液及び蒸発の溶媒を格納するための貯留しています。チップは、従来の微細加工処理25を介して行われます。上部と下部のチップ用マスクが図 1 aに示されていると1 b、それぞれ。図 2a 2 bはそれぞれ上部と下部のチップの画像を見ると。チップが分離するナノ粒子溶液を許可する 100 nm 厚のスペーサーによって読み込まれます (図 1 c)。また SOI ウェーハからシリコン液晶セルを作製しました。パターン形成、エッチング液細胞を 25 の厚さとシリコンのウィンドウを持つ n...

ここで紹介する自己組織化プロセスのリアルタイム観測のための実験プロトコル液晶セルの透過型電子顕微鏡を用いたします。

Drying a nanoparticle dispersion is a versatile way to create self-assembled structures of nanoparticles, but the mechanism of this process is not fully ...

この手順の全体的な目標は、液体-細胞透過型電子マイクロスクロピーを使用して、溶液相におけるナノ粒子の動きをリアルタイムで調査することです。この方法は、ナノサイエンスの分野における重要な問題、例えば、ナノ粒子が溶媒乾燥中に自己組織化構造をどのように形成するかについての質問に答えるのに役立ちます。この技術の主な利点は、ナノ粒子の運動を実空間かつリアルタイムで確認できることです。この液体細胞技術の意味するところは、従来の方法では示されないナノ粒子の個々の動きを追跡する傾向があります。この方法は、ナノ粒子の自己組織化に関する洞察を得ることができますが、ナノ粒子の配向性付着などの他のモデルにも適用できます。手順を開始するには、100ミリリットルの3ネックラウンドボトムフラスコに17.75ミリグラムのヘキサクロロロプラチン酸アンモニウム、3.72ミリグラムのテトラクロロ白金酸アンモニウム、および115.5ミリグラムの臭化テトラメチルアンモニウムを入れます。フラスコに109ミリグラムのポリビニルピロリドンと10ミリリットルの無水エチレングリコールを加えます。フラスコに攪拌棒、ゴム製のセプタム、還流コンデンサーを装備します。攪拌モーターを始動し、1000rpmで攪拌しながら、反応フラスコを真空下で1時間脱気します。次に、アルゴンの流れの下で、反応混合物を毎分10°Cで摂氏180度に加熱します。混合物を摂氏180度で20分間攪拌し、混合物を室温まで冷まします。冷却した混合物を50ミリリットルの遠心分離管に移します。チューブに30ミリリットルのアセトンを加えて、白金ナノ粒子を沈殿させます。混合物をGの2400倍で10分間遠心分離します。上清を捨て、沈殿物を10ミリリットルのエタノールに分散させます。約25ナノメートルの窒化ケイ素でコーティングされた4インチの100ミクロンシリコンウェーハを入手します。スピンコーターでフォトレジストをセットします。次に、フォトレジストを使用して、厚さ500ミクロンのシリコンウェーハに極薄ウェーハをマウントします。ウェーハに10ミリリットルのポジ型フォトレジストを3000rpmで30秒間スピンコートします。ウエハースを摂氏85度で60秒間焼きます。次に、ウェーハをクロムマスクで覆い、ウェーハを365ナノメートルの光に10秒間さらします。ウェーハを50ミリリットルの適切な現像液に40秒間浸し、次に50ミリリットルの脱イオン水に1分間浸します。ウェーハを50ミリリットルの脱イオン水に1分間浸し、パターン化されたウェーハを反応性イオンエッチャーに入れます。露出した窒化ケイ素を1分間エッチングします。水浴を使用して、水酸化カリウムの水溶液1リットルあたり30ミリグラムの容器を摂氏85度に均一に加熱します。極薄ウェーハを高温の水酸化カリウムに2時間浸し、露出したシリコンをエッチングします。露出したシリコンが完全にエッチングされたように見える場合は、窒化ケイ素の窓が破裂しないように、ウェーハを斜めに溶液から慎重に取り出します。2番目のクロムマスクでこのプロセスを繰り返して、上部と下部のチップを取得します。3番目のクロムマスクを使用して、インジウムスペーサーを下部チップにパターン化します。上部と下部のチップを位置合わせし、100°Cでチップを接着します。調製したナノ粒子分散液の20マイクロリットルを5ミリリットルのバイアルに移します。溶媒を周囲条件下で10分間蒸発させます。光学顕微鏡で液体セルを検査し、窒化ケイ素の窓が損傷していないことを確認します。次いで、ナノ粒子を1ミリリットルのオルトジクロロベンゼン、250マイクロリットルのペンタデカンおよび10マイクロリットルのオレイラミンの混合物に分散させる。光学顕微鏡下で液体セルを使用して、極細のキャピラリーを備えたインジェクターを使用して、100ナノリットルの分散液を液体セルリザーバーにロードします。濾紙を使用して、リザーバーの外側の余分な分散を吸収します。細胞を周囲空気中に10分間置いて、オルトジクロロベンゼンを蒸発させます。次に、600ミクロンの穴が開いた2mmの銅製アパーチャーグリッドの片側にバキュームグリースを塗布します。開口部を液体セルの窓に合わせるように注意しながら、液体セルをグリッドで慎重に覆います。セルを標準のTEMホルダーに取り付け、セルを装置にロードします。溶媒が乾燥するにつれて、連続画像取得モードで画像を取得します。画像処理ソフトウェアを使用して、取得した各画像内の粒子の半径分布関数を計算します。窒化ケイ素液体セル内で乾燥する白金ナノ粒子懸濁液のTEM画像は、後退する溶媒フロントによってナノ粒子が内側に引っ張られていることを示しました。この挙動は、溶媒の薄層の強い毛細管現象と、溶媒界面におけるナノ粒子の自由エネルギーの減少に起因していました。ナノ粒子は、最初にアモルファス多層膜の凝集体を形成し、それらが引き寄せられました。溶媒が乾燥すると、凝集体は平らになり、規則的な単分子膜になりました。この順序は、TEM イメージから導出される放射状分布関数に反映されます。90秒後に撮影された画像の半径方向分布関数は、8.3ナノメートルに大きなピークを持っていました。オレイルアミンをキャップした白金ナノ粒子の直径は約8.3ナノメートルであり、かなりの数の粒子が可能な限り近くに組み立てられていたことが示唆されます。このテクニックを習得すると、適切に実行すれば2日で完了します。一般に、この方法に不慣れな個人は、液体細胞の製造と使用には、さまざまなナノ粒子または液体細胞組成に対して異なるレベルの最適化が必要であるため、苦労する可能性があります。この手順を試みるときは、液体セルの窓が壊れないように保護することを忘れないでください。この手順に続いて、液体セルに電圧を印加するなどの他の方法を実行して、外力の存在下でのナノ粒子の自己組織化に関する追加の質問に答えることができます。その開発後、この技術は、ナノサイエンスの分野の研究者が全体的な乾燥メカニズムにおけるナノ粒子の組み立てプロセスを探求する道を開きました。このビデオを見れば、TEM実験で液体細胞を調製し、ナノ粒子の動きを測定する方法についてよく理解できるはずです。KUHエージェントでの作業は非常に危険であることを忘れないでください。この実験を行う際には、常に安全メガネを着用するなどの予防措置を講じる必要があります。

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Research

JoVE Journal

Chemistry

化学

我々は、透過型電子顕微鏡を用いて液体を介して撮像を可能にする自己完結型の液晶セルを開発した。液体中のナノ粒子の動的なプロセスは、サブナノメートルの分解能でリアルタイムに明らかにすることができる。...

液晶セルの透過型電子顕微鏡を使用して液体の材料の動的過程を明らかにする

ここでは、透過型電子顕微鏡を用いて、ナノメートル分解能でウイルス複合体を画像化する手順について説明する。...

その時 液体中の生物学的集合体のTEM

このプロトコルは、ナノスケールの動的プロセスを観察するために使用されるような、水にAuNPsの透過型電子顕微鏡を走査するための液体流試料ホルダの動作を説明します。...

走査型透過電子顕微鏡を用いて、液体中にナノサイズのオブジェクトの動的プロセスを学びます

多くのタンパク質は、膜表面に付着するとその機能を果たします。ナノディスク膜上の外因性タンパク質の結合は、透過型電子顕微鏡によって間接的に画像化することができます。我々は、ネガティブ染色のリンスホタングステン酸ナトリウムによって誘発されるナノディスクの特徴的なスタッキング(rouleau)が、外部タンパク質の結合によって防止されることを示す。...

透過型電子顕微鏡により膜相互作用タンパク質を視覚化し、分析するための方法

表面付着キネシン モーター蛋白質が色素標識微小管を推進分子シャトルを構築するためのプロトコルを提案します。表面とキネシンの弱い相互作用は、それへのリバーシブルの愛着をできます。これは、動的アセンブリとそのコンポーネントの機能を維持しながら分解を表わすナノスケール...

キネシンを添付可逆的アトス分子シャトルの組み立て

ここでは、従来の暗視野顕微鏡を用いて、細胞膜上の金ナノロッド(AuNRs)のダイナミクスを監視する方法を示す。単一の AuNR の位置と向きは ImageJ および MATLAB を使用して検出され、AuNRs...

単一ナノ粒子ダークフィールド顕微鏡を用いた細胞膜上の金ナノロッドの拡散ダイナミクスの可視化

液体相電子顕微鏡実験における温度制御は、その形成または応用媒体を模倣した液体環境におけるナノ粒子の動的な研究の新たな視点を開く。最近開発された加熱液細胞を用いて、水中の金ナノ粒子の核生成および成長過程における温度の影響を直接観測した。...

液体細胞透過電子顕微鏡によるナノ粒子の核形成と成長に及ぼす温度の影響の研究

このプロトコルの目的は、細胞接着と成長を、クライオ電子顕微鏡用のグリッドの標的領域に向け出す方法です。これは、細胞播種前のパターン化領域に細胞外マトリックスタンパク質を堆積させた後、ユーザー指定のパターンで脱退された反ファリング層を適用することによって達成される。...

全細胞クライオ電子断層撮影ワークフロー内での細胞位置のダイレクト位置を測定するマイクロパターン化透過電子顕微鏡グリッド

ここでは、透過型電子顕微鏡を使用してナノスケールでの液体EMおよびクライオEM分析に適したウイルスアセンブリを調製するためのプロトコルについて説明します。...

液体および氷中のウイルス集合体の高解像度イメージングの進歩

ここでは、単一分子全反射蛍光(smTIRF)顕微鏡を使用して、人工混雑した脂質膜上の単一分子の結合、移動度、および組み立てを実行および分析するためのプロトコルが提示されます。...

高分子密集脂質膜上での1分子拡散と集合

ここでは、マシンビジョンソフトウェアを利用してTEMイメージング中の動的プロセスを安定化させると同時に、各画像のメタデータの複数のストリームをナビゲート可能なタイムラインにインデックス化するプロトコルを紹介します。このプラットフォームが、実験の過程で電子線量の自動キャリブレーションとマッピングをどのように可能にするかを示します。...

透過型電子顕微鏡ワークフロー、結果分析、データ管理へのマシンビジョンアプローチ

学ぶナノ粒子の自己集合を液晶セル透過電子顕微鏡でリアルタイム追跡する手法。従来法では観察困難な個別ナノ粒子の動きを捉え、ナノサイエンスにおける自己集合メカニズムの理解に貢献します。

ナノ粒子の自己集合の追跡のため液晶セルの透過電子顕微鏡観察

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