스캔 전송 전자 현미경을 사용하여 액체에 나노 크기의 개체의 동적 프로세스를 공부

액상 주사 투과 전자 현미경의 전반적인 목표는 최대 수 마이크로미터 두께의 액체 층에 완전히 내장된 생물학적 샘플에서 나노 물질의 구조와 현상을 관찰하는 것입니다. 이 방법은 액체에서 나노 물질의 거동 및 자연 액체 환경에서의 생물학적 샘플 연구와 같은 재료 과학 분야의 주요 질문에 답하는 데 도움이 될 수 있습니다. 이 기술의 주요 장점은 액체의 표본에 대한 나노 크기의 형태학적 정보를 제공한다는 것입니다.

일반적으로 이 방법을 처음 접하는 개인은 표본 홀더의 로딩 및 이미지 획득이 전자 현미경으로 처음 수행한 것만큼 간단하지 않기 때문에 어려움을 겪을 것입니다. 절차를 시작하려면 깨끗한 층류 후드에서 섬유가 없는 조직과 순수 에탄올로 광학 현미경 유리 슬라이드를 청소합니다. 뚜껑이 있는 페트리 접시에 담긴 클린룸 티슈에 슬라이드를 놓습니다.

SiN 마이크로칩을 조작하려면 탄소 코팅 핀셋을 사용하여 마이크로칩을 단단하지만 조심스럽게 잡고 SiN 멤브레인이 항상 위쪽을 향하도록 유지합니다. 이 기술을 사용하여 스페이서가 없는 마이크로칩 5개와 200나노미터 스페이서가 있는 마이크로칩 5개를 유리 슬라이드에 놓습니다. 페트리 접시를 닫고 마이크로칩을 흄 후드로 가져옵니다.

멤브레인 면이 위로 향하게 하여 HPLC 등급 아세톤의 비커에 마이크로칩을 놓습니다. 비커를 2분 동안 부드럽게 돌려 보호 코팅을 제거하고 마이크로칩이 뒤집히지 않도록 주의합니다. 그런 다음 마이크로칩을 순수 에탄올 비커로 빠르게 옮깁니다.

비커를 알루미늄 호일로 덮습니다. 비커를 2분 동안 부드럽게 휘젓어 코팅 제거를 완료하고 밀폐된 페트리 접시에 담아 층류 후드로 가져옵니다. 마이크로칩을 새 클린룸 티슈에 놓고 핀셋에서 마이크로칩이 분리될 때 마이크로칩이 뒤집히지 않도록 주의하십시오.

마이크로칩을 몇 분 동안 건조시킵니다. 그런 다음 페트리 접시의 유리 슬라이드에 마이크로칩을 놓습니다. 페트리 접시를 닫고 마이크로칩을 플라즈마 클리너로 가져옵니다.

유리 슬라이드와 마이크로칩을 플라즈마 클리너에 넣고 5분 세척 프로그램을 실행하여 SiN 멤브레인에서 탄화수소를 제거합니다. 광학 현미경을 사용하여 마이크로칩에 파열된 멤브레인이나 먼지 입자가 있는지 검사합니다. 손상되거나 더러운 마이크로칩은 버리십시오.

층류 후드에서 내부 표면이 끈적끈적한 깨끗한 운송 상자에 마이크로칩을 고정합니다. 3몰 구연산염 안정화 수성 금 나노입자 용액의 1마이크로리터 방울을 스페이서 없이 각 마이크로칩의 SiN 멤브레인에 적용하고 용액을 건조시킵니다. 그런 다음 1마이크로리터의 탈이온수를 멤브레인에 바르면 소금과 계면활성제가 씻겨 나옵니다.

30초 후 여과지를 사용하여 조심스럽게 물을 두드리고 마이크로칩을 건조시킵니다. 액체 흐름 TEM 홀더의 끝을 쌍안 광학 현미경 아래에 놓습니다. 홀더 팁에서 티타늄 뚜껑을 제거하고 알루미늄 호일 시트에 놓습니다.

0.5ml의 HPLC 등급 물이 들어있는 1ml 유리 주사기로 미세유체 주사기 펌프를 설정합니다. 주사기를 유량 시스템에 연결하고 펌프를 시동합니다. 물이 시스템을 통해 흘러내릴 때 라인에 누수나 흐름 수축이 있는지 확인하십시오.

펌핑이 완료되면 액체 셀 구획에서 헹굼을 제거하고 홀더 팁을 여과지로 건조시킵니다. 광학 현미경으로 홀더 팁을 검사합니다. 클린룸 티슈로 팁을 말리고 깨끗한 PTFE 코팅 핀셋으로 먼지나 섬유를 제거합니다.

홀더 팁 덮개, O-링 및 나사를 검사하고 PTFE 코팅 핀셋으로 먼지나 섬유를 제거합니다. 홀더 그룹에 O-링을 놓습니다. 첫 번째 나사를 놓고 몇 번 돌려 그대로 두

깨끗한 곡선형 핀셋을 사용하여 SiN 멤브레인이 위쪽을 향하도록 하여 샘플 마이크로칩을 홀더 팁의 주머니에 넣습니다. 쌍안 광학 현미경을 사용하여 마이크로칩이 올바르게 장착되었는지 확인하십시오. 0.3마이크로리터의 순수한 여과수 한 방울을 샘플 마이크로칩에 떨어뜨립니다.

핀셋으로 마이크로칩을 제자리에 고정합니다. 그런 다음 구부러진 핀셋이 거꾸로 고정된 스페이서 마이크로칩을 집습니다. 마이크로칩 멤브레인이 아래를 향하도록 핀셋을 조심스럽게 회전합니다.

샘플 마이크로칩에 스페이서 마이크로칩을 놓습니다. 홀더 팁 아래에 광 반사 재료를 놓고 쌍안 광학 현미경 아래에서 마이크로칩 정렬을 확인합니다. 핀셋을 사용하여 SiN 창이 정렬되지 않은 경우 마이크로칩을 조심스럽게 조정합니다.

그런 다음 핀셋으로 표본 챔버 뚜껑을 들어 올립니다. 뚜껑을 거꾸로 뒤집고 마이크로칩을 건드리지 말고 뚜껑 뒷면을 홀더 팁에 올려놓습니다. 핀셋을 사용하여 나머지 나사를 놓고 두 나사를 반복적으로 조입니다.

저항을 만날 때까지 조심스럽게 조입니다. 조임이 너무 강하면 창문이 쉽게 깨질 수 있습니다. 시스템을 통해 분당 4마이크로리터의 액체 흐름을 시작하고 홀더 팁에 누출이 있는지 확인합니다.

그런 다음 홀더를 진공 펌프 스테이션으로 가져와 누출 점검을 수행합니다. 압력이 5분 이내에 최소 10에서 음의 5mbar에 도달하도록 합니다. 홀더를 인클로저에 넣습니다.

그리고 홀더를 전자 현미경으로 가져옵니다. STEM 모드에서 현미경을 설정합니다. 물 없이 금 나노 입자로 코팅된 얇은 탄소 필름을 기준 샘플로 사용하여 전자빔의 전류 밀도를 측정합니다.

분당 2마이크로리터 이하의 속도로 순수한 물의 흐름을 시작하십시오. 액체 흐름 TEM 홀더를 진공 부하 잠금 장치에 삽입하고 대피를 시작합니다. 압력이 정상적으로 감소하는지 확인하십시오.

그런 다음 TEM 홀더를 현미경에 완전히 삽입합니다. 압력이 충분히 낮아지면 빔 밸브를 열고 ADF 감지기를 삽입합니다. 현미경을 연속 수집 모드로 설정하고 샘플 스테이지를 X 및 Y 방향으로 변환하여 SiN window를 찾습니다.

창의 가장자리가 명확하게 보이도록 대비와 밝기를 조정합니다. 스테이지를 X 및 Y 방향으로 변환하여 창의 모서리가 시야의 중심에 오도록 합니다. 그런 다음 대물 렌즈를 재설정합니다.

샘플 스테이지의 수직 위치를 조정하여 모서리의 초점을 거칠게 맞춥니다. 스테이지를 앞뒤로 5도 기울여 샘플이 유센트릭 높이에 있는지 확인합니다. 창 모서리를 시야의 중앙에 배치한 다음 소프트웨어에 스테이지 위치를 저장합니다.

금 나노 입자가 보일 때까지 스테이지를 X 및 Y 방향으로 이동합니다. 그런 다음 대물 렌즈의 초점을 맞춥니다. 전류 밀도를 기록하고 액체 셀 두께를 계산합니다.

스테이지를 X 및 Y 방향으로 변환하여 최소 20개의 금 나노 입자가 있는 영역을 찾습니다. 매개변수를 설정하고 이미지를 획득합니다. 금 나노 입자는 질화규소 멤브레인에 고정되고 액상 STEM으로 이미지화됩니다.

순수한 물에서 금 나노 입자는 이미징 전반에 걸쳐 모양을 유지했습니다. 물에서 나오는 방사선 분해 생성물은 개별 금 원자를 산화시켜 결국 나노 입자의 모양을 바꿀 수 있습니다. 또 다른 실험에서는 염화물 이온이 액체 상태로 유입됩니다.

금 나노 입자는 산화 된 금 원자가 용해성 테트라 클로로 aureat를 형성함에 따라 실험을 통해 천천히 용해되었습니다. 물 속에서 금 나노 입자의 움직임을 조사하기 위해 후속 실험에서 나노 입자는 샘플 멤브레인에서 완전히 고정되지 않았습니다. 금 나노 입자는 응집되어 임계 클러스터 크기에 도달했을 때 시야 밖으로 이동했습니다.

이 기술을 숙달하면 제대로 수행하면 두 시간 안에 완료할 수 있습니다. 몇 주간의 교육이 필요합니다. 이 절차를 시도하는 동안 침착하게 작업하고 진공 기밀성과 액체 두께를 확인하는 것을 기억하는 것이 중요합니다.

개발 후 이 기술은 재료 과학, 화학 및 생물학 분야의 연구원들이 액체의 나노 입자 성장 및 이동, 액체 환경에서 나노 크기의 물질 구조, 포유류 세포에서 단백질의 기능을 탐구할 수 있는 길을 열었습니다. 이 비디오를 시청한 후에는 표본 홀더의 올바른 로딩 및 현미경 조정을 포함하여 물층에 내장된 금 나노 입자의 주사 투과 전자 현미경을 수행하는 방법을 잘 이해하게 될 것입니다. 전자 현미경에서 액체로 작업하면 표본 홀더가 올바르게 로드되지 않으면 손상이 발생할 수 있음을 잊지 마십시오.

따라서 적재하기 전에 진공 누출을 확인하는 것이 중요합니다.