セラドマイト電子源の調製とその明るさの推定
2019年11月5日
この記事では、セラドマイト源を調製し、長距離イメージング低エネルギー電子点源投影顕微鏡で使用するための明るさを推定するプロトコルを紹介します。
このプロトコルは、セラドネート電子源の作り方を説明することを目的としています。これらのソースは長い寿命を示しており、その明るさは、充填されたエミッションメタルチップのそれと同等です。このセラドント電子源を、静電レンズに関連付けられた投影顕微鏡で使用することで、大きな光源物体距離を使用することが可能になります。
これにより、オブジェクトのローカル フィールドの影響を減らすことによって、ソースのクラッシュリスクとイメージの歪みが回避されます。この手順を開始するには、90マイクロメートルの内径のステンレス鋼管にソースを挿入します。直径50マイクロメートルのタングステン線をチューブに挿入し、ナイフブレードの下にチューブを巻いて必要な長さにカットします。
光学顕微鏡の下でソースサポートを固定します。ステンレス鋼管に10マイクロメートルの炭素繊維を挿入します。そして、銀のラッカーでチューブに炭素繊維を接着します。
両眼顕微鏡では、100マイクロメートルから3ミリメートルの間でステンレスチューブの外に残るように繊維を切断するためにピンセットを切断する切断ピンセットを使用してください。次に、モルタルと害虫でセラドンを粉砕します。0.2ミリグラムのセラドナイトパウダーを計量し、10ミリリットルの脱イオン水で希釈します。
超音波チップをセラドネート含有水に直接入れ、超音波周波数30キロヘルツと50ワットの電力を30秒間使用して骨材を分解します。堆積環境を準備するには、キャピラリーホルダーを圧力コントローラに接続します。多方向マイクロマニピュレータを使用して、光学顕微鏡の下でキャピラリーホルダーを維持します。
支柱をマイクロピラリーホルダーに面した炭素繊維で顕微鏡の下に置きます。次に、極顎にガラス毛細血管を固定します。テキストプロトコルの表1を使用して、極性パラメータがパッチピペットサイズに応じて適切に設定されていることを確認し、2〜10マイクロメートルの間の内部端径を持つマイクロパイプを引っ張り、分散したセラドネアイトが障害物なしで流れるようにします。
次に、マイクロピペットにセラドネアイト含有水を充填します。顕微鏡下で、マイクロピペットをキャピラリーホルダーに取り付け、マイクロピペットを炭素繊維に合わせます。マイクロピペットの広い端に圧力を上げ、落下することなく出口に落下が形成される。
カーボンファイバーを上に動かしてドロップに触れ、炭素繊維の頂点を濡らします。この後、炭素繊維を引き込む。顕微鏡下で、ソースをソースサポートに挿入します。
ソースホルダーを真空下に取り付けます。炭素繊維と物体を2つの高電圧電気フィードスルーに接続します。各接触の電気的な連続性を点検し、実験用セットアップでフランジを取付けろ。
この後、真空ポンプをオンにします。物体と電気的地面の間のマイクロアンペア範囲の口径のナノアンメートルを接続する。ソースに印加される負のバイアス電圧を、毎秒約1ボルトでゆっくりと上げます。
アノードがソースから1ミリメートル離れている場合、強度が突然増加すると、キックオフは約2キロボルトで行われます。次いで、直ちに電圧を下げ、数百ナノアンパーによって強度を安定化させる。最初は、強度が数桁にわたって変動する可能性があります。
強度は数時間変動する可能性があります。変動が減少するまで待ちます。変動が10%より低い場合は電圧を遮断開始するには、回転フランジを使用して、電子ビームを観察するために単純な投影設定に向けてソースを回します。
マイクロマニピュレータを使用して、ソースから画面までの距離を短くし、画面上のスポット全体を取得します。ソースから画面までの距離を測定します。回転フランジを使用して、電子線と垂直との角度を画面に変更して画面の写真を撮ります。
グレーレベルの強度プロファイルを 1 つの軸に沿ってプロットし、指定されたソースから画面までの距離での放出半径を決定します。テキスト プロトコルでアウトライン表示されたコーン角度を計算します。その後、陽極で測定した強度と炭素繊維で印加された電圧で、ソースに印加された電圧に対して発光強度を測定します。
テキスト プロトコルで概説されているように、セラドネート ソースにファウラー-ノルドハイム プロットを作成します。曲線は、最高電圧の飽和と減少する直線を示します。最長の直線は、フィールド放出プロセスのシグネチャです。
ソースサイズを測定するには、回転フランジを使用して、静電レンズの方にソースを向けます。強度を調整して、信号が最高の倍率で表示されます。L1 で最初の倍率を作成し、次にソースに向かってオブジェクトに近付けます。
最後に、L2 をアクティブにして、オブジェクトのエッジに沿った巨大なフレネル回折パターンを含む投影画像を生成します。画面上の画像の最も鮮明な表示の詳細を測定し、テキストプロトコルで概説されているソースサイズを計算します。炭素繊維上に堆積したセラドニアの走査型電子顕微鏡写真画像を、15キロボルトまたは3キロボルトで得た。
ソースは、頂点に1つ、時には2つの結晶を示す。しかし、SEMの使用には、炭素繊維の別のサポートが含まれており、壊れることなくマウントおよび取り外しが困難です。直接電子放出を試みる方が安全です。
投影顕微鏡でのテストは、すべてのソースがこの方法で放出することを示しています。キックオフは 1 回のみ必要です。これらのソースのほとんどは、1 つのポイント ソースを示しています。
放出プロファイルは、他のスポットのない 1 つの継続画像のみを示します。ファウラー・ノルドハイムプロットは、より高い電圧で10桁の桁をまっすぐに、飽和度を示しています。与えられた電圧に対して得られる飽和の定格は構造によって決まるが、斜面は約10マイクロアンパーからのより高い電流強度のために系統的に減少する。
次に、生成された画像の最小の詳細を測定することによって、ソースサイズを推定します。この画像は、オブジェクトのフレネル回折パターンです。ここでは、干渉縞の損失はソースのサイズに起因します。
このプロトコルにおいて、最も重要なことは、先端形状の導体の頂点で単結晶のセラドニアを得て、被写体を画像化するソースに向かって物体に近づくことが可能である。おそらく重要なステップは、よく投げ込まれたセラドネート含有水の小さな滴が繊維の頂点に堆積するところである。このセラドネート電子源を静電レンズを搭載した投影顕微鏡で使用することで、大きな光源物体距離で作業することができます。
これにより、ナノメトリックオブジェクトの周りの磁場と電界を探索するために、軸外のオートグラフィック技術を開発することが可能になります。
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概要
この記事では、長寿命と充填エミッション金属チップに匹敵する明るさを示すセラドナイト電子源の調製プロトコルを提示します。このソースを投影顕微鏡で使用することで、ソースオブジェクト間の距離を大きくし、ソースのクラッシュと画像の歪みのリスクを軽減できます。
主要な研究構成要素
科学の分野
- 神経科学
- イメージング技術
- 電子源
背景
- セラドナイトソースは長寿命で知られています。
- 明るさは効果的なイメージングに重要です。
- 投影顕微鏡は安定した電子源から恩恵を受けます。
- 局所的なフィールド効果を最小限に抑えることで、画像の品質が向上します。
研究目的
- 信頼性の高いセラドナイト電子源を開発すること。
- 調製されたソースの明るさを評価すること。
- 低エネルギー電子顕微鏡法のイメージング技術を改善すること。
使用した方法
- ソースをステンレス鋼チューブに挿入すること。
- 電子放出のためにタングステンワイヤを使用すること。
- ナイフ刃を使用してチューブを必要な長さに切断すること。
- 顕微鏡セットアップに静電レンズを実装すること。
主な結果
- セラドナイトソースは長い動作寿命を示しました。
- 明るさのレベルは従来の金属チップと一致しました。
- 画像の歪みが大幅に減少しました。
- 大きなソースオブジェクト間の距離が成功裏に達成されました。
結論
- セラドナイトソースは電子顕微鏡の代替として実行可能です。
- 安定性と高明るさを提供し、イメージングアプリケーションに適しています。
- このプロトコルは低エネルギー電子顕微鏡の性能を向上させることができます。
よくある質問
Executive Industry Relevance
This protocol enables the preparation of a robust celadonite electron source with long operational lifetime and brightness comparable to metal tips, supporting stable low-energy electron imaging. The approach reduces source crash risk and image distortion by allowing large source-object distances in projection microscopy. These attributes enhance reproducibility and throughput in discovery-stage workflows requiring precise electron beam control for target validation and mechanistic studies.
Strategic Applications in Biopharma R&D
Early Discovery & Target Validation
- Scientific Value: Provides a stable electron source for interrogating biological samples at nanoscale resolution, supporting hypothesis testing in structural biology.
- Operational Value: Enables long-term source use without frequent replacement, reducing downtime in imaging-dependent target validation assays.
Screening & Assay Development
- Scientific Value: Delivers consistent electron emission for reliable imaging readouts in phenotypic screening platforms.
- Operational Value: Supports high-magnification imaging under variable pressure conditions, increasing assay flexibility.
Translational & Preclinical Research
- Scientific Value: Facilitates imaging of nanometric objects to explore electric and magnetic fields, aiding mechanistic de-risking of therapeutic targets.
- Operational Value: Compatible with electrostatic lenses, allowing integration into existing low-energy electron microscopy workflows for preclinical continuity.
Pipeline & Workflow Integration
The method fits within early discovery workflows where stable electron sources are needed for imaging-based target characterization and pathway clarification.
- Discovery Biology: Supports hypothesis testing by enabling high-resolution imaging of biological structures without source-induced artifacts.
- Screening: Ensures reproducible electron beam output for consistent imaging across compound screening campaigns.
- Analytics: Provides quantitative outputs such as emission intensity, source size, and cone angle for objective comparison of imaging conditions.
- Translational Research: Enables exploration of nanoscale biophysical properties, supporting biomarker-related structural insights.
- Enterprise Reuse: The source preparation protocol is a reusable capability for labs conducting repeated low-energy electron imaging studies.
Operational & Enterprise Impact
- Scientific Value: Predictive confidence in imaging data through reduced mechanical instability and field emission variability.
- Operational Value: Months-long source lifetime and tolerance to higher pressure improve instrument uptime and reduce maintenance.
- Strategic Value: Enables go/no-go decisions based on reliable nanoscale imaging, reducing late-stage failure risk in target validation.
- Portfolio Impact: Supports risk-adjusted prioritization of targets by providing stable, high-fidelity structural data early in discovery.
Implementation Considerations
- Expertise in micropipette-based crystal deposition and vacuum system handling.
- Access to ultrasonic dispersers, pressure controllers, and high-voltage feed-throughs.
- Standardization of celadonite concentration and deposition parameters across operators.
- Adaptation considerations for different carbon fiber substrates and tip geometries.
- Practical limitation: SEM verification adds steps and risk of source damage, so direct emission testing is preferred.
