Met behulp van grafeen vloeistof cel transmissie-elektronenmicroscopie om te studeren in Situ Nanocrystal etsen
17 mei 2018
Grafeen vloeibare cel elektronenmicroscopie kan worden gebruikt om te observeren dynamiek van de nanocrystal in een vloeibare omgeving met meer ruimtelijke resolutie dan andere vloeibare cel elektronenmicroscopie technieken. Etsen premade nanokristallen en na hun vorm met behulp van grafeen vloeibare cel transmissie-elektronenmicroscopie kan opleveren belangrijke mechanistische informatie over transformaties van de nanoparticle.
Het algemene doel van deze procedure is om kleine vloeistofpotten tussen grafeenvellen te plaatsen voor het beeldvormen van nanomaterialen met behulp van transmissie-elektronenmicroscopie, of TEM. Deze methode kan helpen om belangrijke vragen op het gebied van nanomaterialen te beantwoorden, zoals de groei en het etch van nanokristallen met de hoge ruimtelijke resolutie van elektronenmicroscopie. Het belangrijkste voordeel van deze techniek is de mogelijkheid voor onderzoeksgroepen om TEM-experimenten met vloestcellen uit te voeren met behulp van een bestaande houder met lage opstartkosten en hoge ruimtelijke resolutie.
Over het algemeen zullen individuen die nieuw zijn met deze methode het moeilijk vinden, omdat het hanteren van grafeen gecoate TM-roosters moeilijk is en veel oefening vereist. Om te beginnen, knip een stuk van ongeveer twee vierkante centimeter pre-made grafeen op koper uit, dat past rond zes tot acht TEM-roosters. Na het reinigen van het grafeen zoals beschreven in het tekstprotocol, maak het grafeen op koper stuk glad om eventuele microscopische rimpels te verwijderen.
Om dit te doen, neem twee schone glazen platen en plaats een gevouwen doek op de onderste glazen plaat. Plaats bovenop de doek het grafeen op koper stuk. Plaats tenslotte de tweede glazen plaat erop.
Druk op de bovenste plaat en verminder geleidelijk de rimpels in het grafeen op koper stuk. Verminder het aantal vouwen in de doek en herhaal het drukken. Ga door met het proces totdat er een laatste druk tussen de twee glazen platen is zonder weefselwisser.
Leg de TEM-roosters op het grafeen op koper stuk door eerst de TEM-roosters met gaatjes in amorphe koolstofondersteuning neer te leggen op het grafeen met de amorfe koolstof in contact met het grafeen. Plaats een paar druppels isopropanol op de roosters. Laat de roosters meer dan twee uur drogen om ervoor te zorgen dat de roosters goed zijn vastgebonden.
Dit droogproces brengt de amorphe koolstof met gaatjes in betere contact met het grafeen. Vervolgens etst u het koper met behulp van een natriumpersulfaatoplossing. Plaats voorzichtig met behulp van een pincet het grafeen op koper stuk op de natriumpersulfaatoplossing met de koperzij naar beneden.
Laat het stuk op de bovenkant van de natriumpersulfaatoplossing drijven. Houd de oplossing met grafeen gecoate roosters gedurende de nacht in de oplossing. Merk op dat de oplossing blauw zal worden terwijl het koper wordt geëtst en dat er geen zichtbaar koper achter het grafeenblad zal zijn wanneer het etsen is voltooid.
Was de roosters om het natriumpersulfaat te verwijderen door de drijvende roosters uit de oplossing te verwijderen en ze op schoon, gedeïoniseerd water in een tweede petrischaal te plaatsen. Herhaal dit proces drie keer om alle natriumpersulfaatresten van de grafeen gecoate roosters te verwijderen. Neem de roosters op met behulp van een pincet.
Plaats de roosters, grafeen zijde omhoog, op een filterpapier en laat ze drogen. Neem twee grafeen gecoate TEM-roosters en plaats ze met de grafeen zijde omhoog op een glazen plaat. Gebruik een kleine chirurgische scalpelmes om de rand van een van de grafeen gecoate TEM-roosters af te snijden, ongeveer een vierde tot een achtste van het gebied van het rooster.
Plaats vervolgens ongeveer 0,5 microliters van een druppel oplossing die moet worden geëncapsulateerd op de niet-gesneden grafeen gecoate TEM-rooster. Gebruik een pincet om de rand van het TEM-rooster naar beneden te houden terwijl u de druppel plaatst, zodat de capillaire krachten het TEM-rooster niet oppakken. Het is van cruciaal belang om de druppel in het midden van het TEM-rooster te plaatsen, bij voorkeur zo klein mogelijk.
Als de TEM-roosters correct zijn gemaakt, zal de vloeistof een parelvormige vorm aannemen op het hydrofobe grafeenoppervlak. Plaats snel en voorzichtig de grafeen gecoate TEM-rooster met de gesneden hoek bovenop de druppel. Het doel is om de tweede rooster op de eerste rooster te laten rusten zonder dat er vloeistof uit wordt geperst.
Wacht vijf minuten om grafeen vloeistofcelzakjes te laten vormen. Het plaatsen van de tweede TEM-rooster bovenop de vloeistofdruppel vereist zorgvuldige handcontrole. Meestal werkt het het beste om eerst de rand van de bovenste rooster neer te leggen en vervolgens geleidelijk de pincet te verwijderen.
Plaats de grafeen vloeistofcel in een traditionele TEM enkele kant houder. Laad de TEM houder in de TEM kolom. Nadat de TEM is voorbereid zoals beschreven in het tekstprotocol, begin met het zoeken naar nanodeeltjes in vloeistofzakjes terwijl u de dosissnelheid laag houdt.
Wanneer een nanodeeltje wordt gevonden in een vloeistofzakje, verfijn de focus op het nanodeeltje terwijl u een lage dosissnelheid handhaaft. Gebruik de kalibratiecurve om de condensorlensstroom in te stellen voor de gewenste dosissnelheid. Begin met het verzamelen van een tijdreeks van TEM-beelden met metadata van dosissnelheid en tijdstempels ingesloten in het beeldbestand.
Het TEM-video van het etsen van het nanokristal kan worden opgedeeld in elk van de individuele frames. Voor elk frame kan het nanokristal worden geschetst met behulp van beeldanalysesoftware. Uit de omtrek kunnen de grote en kleine as van de nanostaaf worden bepaald.
De tweedimensionale omtrek kan worden gesneden langs de grote as. Elk van deze nieuwe omtrekken van de helft van de nanostaaf kan worden gebruikt om de driedimensionale vorm te reconstrueren door de omtrek rond de grote as te draaien. Na het bekijken van deze video zou u een goed begrip moeten hebben van hoe u grafeen vloeistofcellen maakt voor het beeldvormen van nanomaterialen met behulp van elektronenmicroscopie.
Hoewel deze methode kan worden toegepast op nanomaterialen, kan deze ook worden gebruikt om zachte materialen of biologische materialen in hun natuurlijke vloeibare omgeving te bestuderen.
Overzicht
Dit artikel bespreekt het gebruik van grafeen vloeistofcel elektronenmicroscopie om nanokristaldynamica in vloeibare omgevingen te observeren. De methode biedt een grotere ruimtelijke resolutie in vergelijking met traditionele technieken, waardoor gedetailleerde studies van nanodeeltjetransformaties mogelijk zijn.
Belangrijkste studiecomponenten
Wetenschapsgebied
- Nanomaterialen
- Elektronenmicroscopie
- Grafeentechnologie
Achtergrond
- Grafeen vloeistofcel TEM maakt beeldvorming van nanomaterialen in vloeistof mogelijk.
- Hoge ruimtelijke resolutie is cruciaal voor het bestuderen van nanokristalgroei en -etsen.
- Bestaande houders kunnen worden gebruikt, wat de startkosten minimaliseert.
- Het hanteren van grafeen-gecoate roosters vereist oefening.
Doel van het onderzoek
- Om vloeistofzakken te encapsuleren voor beeldvorming van nanomaterialen.
- Om de dynamica van nanokristallen met hoge resolutie te onderzoeken.
- Om een gedetailleerd protocol te bieden voor onderzoekers die nieuw zijn in deze techniek.
Gebruikte methoden
- Bereiding van grafeen op koper voor TEM roosters.
- Etsen van koper om grafeen vloeistofcellen te creëren.
- Encapsulatie van vloeistofdruppels tussen grafeen roosters.
- Beeldvorming van nanodeeltjes met behulp van transmissie-elektronenmicroscopie.
Belangrijkste resultaten
- Succesvolle encapsulatie van vloeistofzakken voor beeldvorming.
- Hoge resolutie beeldvorming van nanokristaldynamica.
- Gedetailleerde methodologie voor het bereiden van grafeen vloeistofcellen.
- Inzichten in nanodeeltjestransformaties door middel van tijdreeksenbeeldvorming.
Conclusies
- Grafeen vloeistofcel TEM is effectief voor het bestuderen van nanomaterialen.
- De methode kan ook worden aangepast voor zachte en biologische materialen.
- Begrip van het fabricageproces is essentieel voor een succesvolle toepassing.
Veelgestelde vragen
Executive Industry Relevance
Graphene liquid cell TEM enables direct visualization of nanoscale chemical transformations in liquid, providing unprecedented insight into nanocrystal dynamics relevant to early-stage drug delivery and nanomaterial design. This capability supports mechanistic de-risking and predictive confidence at critical discovery inflection points. The method's compatibility with existing TEM infrastructure and low start-up costs make it accessible for enterprise R&D teams seeking to advance nanomaterial-enabled therapeutics.
Strategic Applications in Biopharma R&D
Early Discovery & Target Validation
- Enables real-time observation of nanocrystal growth and etching mechanisms at atomic resolution.
- Supports functional validation of nanomaterial behavior in physiologically relevant liquid environments.
- Facilitates mechanistic de-risking by revealing atomistic transformation pathways.
- Improves predictive confidence for nanomaterial selection and optimization.
Screening & Assay Development
- Provides quantitative imaging outputs for nanomaterial morphology and transformation kinetics.
- Supports standardization of nanomaterial preparation and encapsulation protocols.
- Enables reproducible assessment of nanomaterial stability and reactivity under controlled conditions.
- Prepares validated nanomaterial systems for downstream functional assays.
Translational & Preclinical Research
- Allows study of nanomaterial interactions in native-like liquid environments, supporting translational relevance.
- Facilitates continuity from discovery imaging to preclinical model development for nanomedicine applications.
- Enables risk-adjusted advancement decisions based on direct mechanistic evidence.
- Supports alignment with translational biomarker strategies when studying nanomaterial-cell interactions.
Pipeline & Workflow Integration
This method integrates into the discovery-to-preclinical continuum by enabling direct visualization of nanomaterial transformations, informing both early discovery and translational research workflows.
- Discovery Biology: Supports hypothesis testing and mechanistic clarification of nanomaterial behavior in liquid.
- Screening: Delivers quantitative, reproducible imaging outputs for nanomaterial assessment.
- Analytics: Provides time-resolved, metadata-rich datasets for comparative analysis of nanocrystal dynamics.
- Translational Research: Bridges discovery imaging with preclinical model validation for nanomaterial-enabled therapeutics.
- Enterprise Reuse: Establishes a reusable imaging platform for diverse nanomaterial and soft matter studies.
Operational & Enterprise Impact
- Scientific Value: Enhances predictive confidence and reduces mechanistic ambiguity in nanomaterial R&D.
- Operational Value: Offers standardized, scalable imaging workflows compatible with existing TEM holders.
- Strategic Value: Informs go/no-go decisions and improves capital efficiency by de-risking nanomaterial selection.
- Portfolio Impact: Enables risk-adjusted prioritization of nanomaterial candidates for further development.
Implementation Considerations
- Requires expertise in graphene handling and TEM sample preparation.
- Needs access to transmission electron microscopy and image analysis infrastructure.
- Demands cross-team standardization of encapsulation and imaging protocols.
- Adaptation may be needed for different nanomaterial or biological systems.
- Current limitations include delicate sample handling and lack of flow capability in the liquid cell.
