In Situ Karakterisering van böhmiet deeltjes in het Water met behulp van vloeibare SEM
27 september 2017
Door in situ vloeistof Scanning elektronen microscopie presenteren we een procedure voor real-time beeldvorming en elementaire samenstelling analyse van böhmiet deeltjes in gedeïoniseerd water.
Het algemene doel van deze in situ vloeistofscanning elektronenmicroscopie beeldvormingsprocedure is om technisch knowhow te bieden voor efficiënte beeldvorming en analyse van deeltjes in vloeistoffen in conventionele hoge-vacuüm SEM met behulp van een vacuüm-compatibele microfluïdische module. Deze methode kan helpen bij het beantwoorden van belangrijke vragen in het gebied van microscopie en microanalyse, zoals hoe de evoluerende deeltjesgrootte en morfologie die reageren op de omgevingsveranderingen kunnen worden gekarakteriseerd. Het belangrijkste voordeel van deze techniek is dat we polydisperse deeltjes in vloeistof direct kunnen visualiseren zonder de steekproef te drogen of invriezen in hoge-vacuümmodus en ook zonder gebruik te maken van omgevings SEM.
De implicatie van deze techniek strekt zich uit naar de efficiënte analyse van de verschillende vloeibare materialen en biologische monsters met behulp van SEM omdat velen van hen alleen functioneren of bestaan in vloeistof. Visuele demonstratie van deze methode is cruciaal omdat eenvoudige montage en in situ beeldvorming stappen moeilijk te leren zijn omdat ze anders zijn dan reguliere vaste monsters. Begin deze procedure met koolstofcoating van het systeem voor analyse op de vloeistofvacuümgrens, of SALVI-apparaat, zoals beschreven in het protocol van de technicus.
Het monteren van het microfluïdische apparaat op de SEM-trap is behoorlijk cruciaal voor het succes van in situ vloeistof SEM-analyse. Zorg ervoor dat het apparaat goed is geaard en is beveiligd om de laadoplossingseffecten te minimaliseren voordat het experiment begint. Om het SALVI-apparaat op de SEM-trap te monteren, opent u eerst voorzichtig de deur van de SEM-monsterkamer nadat het ontluchten is voltooid.
Selecteer de SEM-monsterhouder. Bevestig de houder op het midden van de trap met behulp van de juiste bout en zeskantsleutel. Plaats twee stroken dubbelzijdig koolstoftape op de monstersteun.
Bevestig vervolgens het SALVI-apparaat op de koolstoftape op de houder met de zijde met de siliciumnitridemembraan naar boven gericht. Immobiliseer de SALVI veilig op de monstersteun met behulp van twee extra stroken enkelzijdig kopertape om de PDMS-blok van SALVI aan de SEM-monstersteun te binden. Gebruik bovendien de kopertapes om de siliciumnitridekader en de metalen monstersteun te verbinden.
Zorg ervoor dat het tape niet de siliciumnitridemembraan volledig bedekt. Om de monstersteun te pompen, sluit u de deur van de monstersteun, selecteert u de hoogvacuümmodus op de SEM-software GUI onder het pagina met bundelbesturing, klikt u op de pompknop op de pagina met bundelbesturing om te beginnen met vacuümpomp. Breng met de hand druk aan op de deur van de kamer tot de gewenste vacuüm is ingesteld.
Maak vervolgens openingen in de siliciumnitridemembraan met behulp van gefocuste ionenbundel, of FIB, zoals beschreven in het protocol van de technicus. Volg de procedure, zet zowel de elektronenbundel als de ionenbundel uit om de kamer te ontluchten door op bundel aan te klikken wanneer het overeenkomstige bundelbeeldgebied is geactiveerd. Klik op ontluchten op de pagina met bundelbesturing om de monstersteun te ontluchten.
Open voorzichtig de deur van de SEM-kamer nadat deze volledig is ontluchten en laat het SALVI-apparaat zoals het op de trap staat. Trek een milliliter gedeïoniseerd water in een steriele spuit en verbind de spuit met de inlaat van het microfluïdische apparaat met behulp van een polytetrafluorethyleen buisadapteraansluiting. Injecteer langzaam de vloeistof gedurende drie tot vijf minuten.
Herhaal dit proces drie keer met één milliliter van 10 microgram per milliliter aluminium oxyhydroxide om ervoor te zorgen dat de concentratie van het monster niet is verdund door het voorgeladen gedeïoniseerd water. Nadat de injectie is voltooid, verwijdert u de spuit. Verbind de inlaat en uitlaat van SALVI met behulp van polyetheretherketon verbinding.
Droog eventueel vocht buiten de SALVI met laboratoriumdoekjes. Als er bubbels in de buis of microkanaal zijn, herhaal dan de monstersteek totdat er geen bubbels meer zijn in de buis. Om beelden te maken met behulp van de ETD en secundair elektronenmodus, sluit u eerst de deur van de monstersteun.
Nadat het gewenste vacuüm op de deur van de kamer is ingesteld zoals eerder, activeert u het gebied van de elektronenbundelbeeldvorming door op het pauze-pictogram op de werkbalk te klikken. Zet de elektronenbundel aan door op de knop bundel aan op de pagina met bundelbesturing te klikken. Selecteer de ETD en de secundaire elektronenmodus voor beeldvorming uit het vervolgkeuzemenu van de detector.
Bij het selecteren van de optimale omstandigheden is het erg belangrijk om in staat te zijn hoge kwaliteit beelden te verkrijgen. In dit werk zullen we u een set omstandigheden laten zien die geschikt zijn voor secundaire elektronenbeeldvorming van lichte elementen zoals aluminium silicium. Bij het analyseren van andere elementen zoals ijzer en nikkel, moeten de bedrijfsomstandigheden worden gewijzigd om de secundaire elektronenbeeldvorming te optimaliseren.
Stel de versnellingsspanning in op acht kiloelektronvolt en de bundelstroom op ongeveer 0,47 nanoampère vanuit de overeenkomstige lijstdozen die worden weergegeven op de GUI-werkbalk op de pagina van de elektronenbundelbeeldvorming. Stel de werkafstand in op zeven millimeter door zeven in het tekstvak van de coördinaat Z op de navigatiepagina te typen wanneer de werkelijke afstand is geselecteerd. Vergroot het kenmerk tot 1.000 X en draai de contrast-, helderheid-, grove en fijne knoppen op de handmatige gebruikersinterface om het beeld van het deeltjeskenmerk te optimaliseren.
Centreer het eerste gat in de live beeld van het gebied van de elektronenbundelbeeldvorming door de X- en Y-verschuivingsknoppen op de handmatige gebruikersinterfacebord te draaien, vergroot de beelden met deeltjes tot vergroting 200.000 X door de vergrotinsknop op de handmatige gebruikersinterfacebord te draaien. Selecteer de schermresolutie tot 1.024 bij 884 vanuit het keuzelijstvak op de werkbalk. Stel vervolgens de scanfrequentie in op 30 microseconden vanuit het keuzelijstvak op de werk
Bekijk het volledige transcript en krijg toegang tot duizenden wetenschappelijke video's
Overzicht
Dit artikel presenteert een procedure voor real-time beeldvorming en elementaire samenstellingsanalyse van boehmietdeeltjes in gedeïoniseerd water met behulp van in situ vloeistof-Scanning Elektronenmicroscopie (SEM). De methode maakt directe visualisatie van deeltjes in vloeistof mogelijk zonder dat drogen of invriezen noodzakelijk is, waarmee cruciale vragen in de microscopie en microanalyse worden beantwoord.
Belangrijkste studiecomponenten
Wetenschappelijk gebied
- Microscopie
- Microanalyse
- Materiaalkunde
Achtergrond
- In situ beeldvormingstechnieken zijn cruciaal voor het bestuderen van deeltjes in hun natuurlijke vloeibare omgevingen.
- Conventionele SEM-methoden onder hoog vacuüm vereisen vaak een monstervoorbereiding die de toestand van het monster verandert.
- Het begrijpen van het gedrag van deeltjes in vloeistoffen is essentieel voor diverse wetenschappelijke vakgebieden.
- Deze techniek maakt gebruik van een vacuümcompatibele microfluïdische module voor een verbeterde analyse.
Doel van de studie
- Het bieden van een betrouwbare methode voor het afbeelden en analyseren van deeltjes in vloeistof.
- Het karakteriseren van de deeltjesgrootte en morfologie als reactie op veranderingen in de omgeving.
- Het faciliteren van de studie naar biologische monsters die zich in vloeistof bevinden.
Gebruikte methoden
- Gebruik van een vacuümcompatibele microfluidische module voor SEM.
- Koolstofcoating van het systeem voor analyse bij de vloeistof-vacuüminterface.
- Realtime imaging van polydisperse deeltjes in gedeïoniseerd water.
- Demonstratie van in situ imagingstappen voor effectief leren.
Belangrijkste resultaten
- Succesvolle visualisatie van boehmietdeeltjes in vloeistof zonder monsterverandering.
- Karakterisering van de evoluerende deeltjesgrootte en morfologie.
- Aantoonde efficiëntie bij het analyseren van diverse vloeibare materialen.
- Voorzien van een duidelijk protocol zodat onderzoekers de methode kunnen repliceren.
Conclusies
- De in situ vloeistof-SEM-techniek is een belangrijke vooruitgang in de partikelanalyse.
- Deze methode opent nieuwe wegen voor het bestuderen van biologische materialen en vloeistoffen.
- Visuele demonstraties verbeteren het begrip en de toepassing van de techniek.
Veelgestelde vragen
Relevantie voor de Industrie
In situ vloeistof-SEM maakt directe visualisatie en elementaire analyse van deeltjes in hun natuurlijke vloeibare toestand mogelijk, waardoor een kritisch hiaat in vacuümmicroscopie voor gehydrateerde of reactieve monsters wordt opgevuld. Deze mogelijkheid ondersteunt de vroege karakterisering van materialen bij de ontwikkeling van farmaceutische formuleringen, waarbij deeltjesgrootte, morfologie en oppervlaktechemie de stabiliteit, biologische beschikbaarheid en procesprestaties beïnvloeden. Door artefacten door droging of bevriezing te vermijden, verbetert deze methode het voorspellend vertrouwen bij de preklinische screening van excipiënten, geneesmiddelpartikels en colloïdale systemen onder fysiologisch relevante omstandigheden.
Strategische Toepassingen in Biopharma R&D
Vroege ontdekking & targetvalidatie
- Wetenschappelijke waarde: Maakt het mogelijk om hypothesen over particulaten in vloeibare formuleringen te onderzoeken zonder verstoring door artefacten uit de monstervoorbereiding.
- Operationele waarde: Ondersteunt de functionele validatie van interacties tussen hulpstoffen en particulaten in waterige omgevingen die relevant zijn voor geneesmiddelafleveringssystemen.
Screening & Assayontwikkeling
- Wetenschappelijke waarde: Levert kwantitatieve morfologische en compositionele gegevens voor het screenen van particuliere systemen onder natuurlijke hydratatieomstandigheden.
- Operationele waarde: Maakt gestandaardiseerde, reproduceerbare imaging-workflows mogelijk voor assays op vloeistofbasis met behulp van vacuümbestendige microfluïdische interfaces.
Translationeel & Preklinisch Onderzoek
- Wetenschappelijke waarde: Faciliteert continuïteit van ontdekking tot preklinische evaluatie door de integriteit van monsters te behouden tijdens de analyse van suspensies, emulsies of biologische geneesmiddelen in vloeibare vorm.
- Operationele waarde: Vermindert mechanische ambiguïteit bij het minimaliseren van risico's in formuleringen door het gedrag van deeltjes te correleren met de functionele prestaties in oplossing.
Integratie van Pipeline & Workflow
De methode wordt geïntegreerd in vroege discovery-workflows, waarbij analyse van particulaten in vloeibare toestand bijdraagt aan het ontwerp van formuleringen en de stabiliteitsbeoordeling voorafgaand aan de lead-optimalisatie.
- Discovery Biology: Ondersteunt hypothesetoetsing van door deeltjes gemedieerde biologische interacties in vloeibare micro-omgevingen.
- Screening: Levert assay-klare, reproduceerbare deeltjesbeeldvorming en elementaire mapping voor formulatiebibliotheken.
- Analytics: Genereert secundaire elektronenbeelden en EDX-spectra die comparatieve analyse van deeltjesgrootte, morfologie en elementaire samenstelling mogelijk maken.
- Translationeel onderzoek: Verbindt vroege deeltjeskarakterisering met preklinische continuïteit door het behoud van eigenschappen in de natuurlijke vloeibare toestand.
- Enterprise Reuse: Vestigt een herbruikbaar platform voor vloeibare particulatenanalyse in formulatie-, stabiliteits- en compatibiliteitsstudies.
Operationele impact en impact op de organisatie
- Wetenschappelijke waarde: Verhoogt het voorspellend vertrouwen bij formulatiescreening door artefacten die door de preparatie worden veroorzaakt te elimineren.
- Operationele waarde: Verbetert de reproduceerbaarheid en standaardisatie van vloeistofmonsteranalyse in high-vacuum SEM.
- Strategische waarde: Verbetert go/no-go-beslissingen bij de ontwikkeling van formuleringen door nauwkeurige, toestand-gepreserveerde particulatengegevens.
- Portfolio-impact: Maakt risico-gecorrigeerde prioritering van drugcandidates mogelijk op basis van betrouwbare materiaalkarakterisering in vloeistoffase.
Overwegingen voor implementatie
- Expertise in het hanteren van microfluïdische apparaten, het bedienen van de SEM en het beheer van vacuümsystemen.
- Toegang tot SALVI-compatibele SEM-platforms, FIB voor apertuurmilling en EDX-detectoren.
- Standaardisatie van protocollen voor vloeistofinjectie, beluchtingverwijdering en aarding tussen teams.
- Aanpassingsfactoren voor variërende vloeistofviscositeiten, ionsterktes en partikelconcentraties.
- Praktische beperkingen omvatten de gevoeligheid voor de stabiliteit van de kamerdruk en potentiële bundel-geïnduceerde effecten op gehydrateerde monsters.
Veelgestelde vragen over biomanufacturing
Chapters in this video
0:05
Title
1:19
Mount the device and Use SEM/Focused Ion Beam (FIB) to Make Apertures on the SALVI Silicon Nitride Membrane Using FIB
3:46
Load SALVI with Liquid Samples
4:58
Conduct Liquid SEM Imaging and Element Analysis
9:30
Results: In Situ Imaging of Beohmite Particles in Liquid Using SEM
10:39
Conclusion
