Voorbereiding van een Celadonite elektronen bron en het schatten van de helderheid
5 november 2019
Het artikel presenteert een protocol om een celadonietbron voor te bereiden en de helderheid ervan te schatten voor gebruik in een lange-afstands beeldvormings arme elektron point-source projectie Microscoop.
Dit protocol is bedoeld om uit te leggen hoe je een celadontische elektronenbron maakt. Deze bronnen hebben aangetoond een lange levensduur en hun helderheid zijn gelijk aan die van gevulde emissie metaal tips. Met behulp van deze celadoniet elektronenbron in een projectiemicroscoop, geassocieerd met een elektrostatische lens, maakt het mogelijk om te werken met een grote bron object afstand.
Dit voorkomt het risico op een broncrash en beeldvervorming door het lokale veldeffect op het object te verminderen. Om deze procedure te beginnen, steek de bron in roestvrijstalen buis met een binnendiameter van 90 micrometer. Steek een wolfraamdraad met een diameter van 50 micrometer in de buis en rol de buis onder een mes om het te snijden tot de gewenste lengte.
Bevestig de bronondersteuning onder een optische microscoop. Steek een koolstofvezel van 10 micrometer in de roestvrijstalen buis. En lijm de koolstofvezel aan de buis met zilveren lak.
Gebruik onder een verrekijkermicroscoop snijcet om de vezels te snijden, zodat er tussen de 100 micrometer en drie millimeter buiten de roestvrijstalen buis worden gelaten. Maal vervolgens de celadoniet met een mortier en stamper. Weeg 0,2 milligram celadonietpoeder af en verdun het in 10 milliliter gedeïsized water.
Plaats een ultrasone tip direct in de celadoniet-bevattende water, en gebruik een ultrasone frequentie van 30 kilohertz en een vermogen van 50 watt gedurende 30 seconden op te breken van de aggregaten. Om de depositieomgeving voor te bereiden, sluit u een capillaire houder aan op een drukregelaar. Houd de capillaire houder onder een optische microscoop met een multi-directionele micro manipulator.
Plaats de steun onder de microscoop met de koolstofvezel naar de capillaire houder. Bevestig vervolgens een glazen capillair in een polaire kaak. Met behulp van tabel een van de tekst protocol, ervoor te zorgen dat de polaire parameters goed zijn ingesteld op basis van de patch pipet grootte, en trek een micro pipet met een interne einddiameter tussen twee tot tien micrometer, zodat de verspreide celadoniet te laten stromen zonder obstructie.
Vul vervolgens de micropipet met het celadoniethoudende water. Monteer onder de micropipet op de capillaire houder en lijn de micropipet uit met de koolstofvezel. Verhoog de druk op het brede uiteinde van de micropipet, zodat er een druppel ontstaat bij de uitgang zonder naar beneden te vallen.
Verplaats de koolstofvezel tot aan de druppel, die nat de top van de koolstofvezel. Trek hierna de koolstofvezel in. Plaats de bron onder een microscoop in de bronondersteuning.
Installeer de bronhouder onder het vacuüm. Sluit de koolstofvezel en het object aan op twee hoogspanningselektro-feed-throughs. Controleer de elektrische continuïteit van elk contact en installeer de flens op de experimentele opstelling.
Zet hierna het vacuüm pompen aan. Sluit een nanoammeter van een kaliber in het microampere bereik tussen het object en de elektrische grond. Verhoog de negatieve bias spanning toegepast op de bron langzaam op ongeveer een volt per seconde.
Als de anode een millimeter verwijderd is van de bron, vindt de aftrap plaats op ongeveer twee kilovolts wanneer de intensiteit plotseling toeneemt. Verlaag vervolgens onmiddellijk de spanning om de intensiteit met een honderdtal nanoamperes te stabiliseren. In het begin kan de intensiteit fluctueren over verschillende ordes van grootte.
Intensiteit kan enkele uren fluctueren. Wacht tot de schommelingen afnemen. Snijd de spanning af wanneer de schommelingen lager zijn dan 10%Om te beginnen gebruikt u de roterende flens om de bron naar de eenvoudige projectie-setup te draaien om de elektronenstraal te observeren.
Gebruik de micro manipulator om de afstand tussen bron en scherm te verkleinen en de volledige plek op het scherm te verkrijgen. Meet de afstand van bron naar scherm. Maak foto's van het scherm met behulp van de roterende flens om de hoek tussen de elektronenbundel en de normale naar het scherm te veranderen.
Plot het grijsniveauintensiteitsprofiel langs één as en bepaal de emissiestraal op een bepaalde afstand van bron naar scherm. Bereken de kegelhoek zoals beschreven in het tekstprotocol. Meet hierna de emissie-intensiteit ten opzichte van de spanning die op de bron wordt toegepast met de intensiteit gemeten bij de anode en de spanning die wordt toegepast op de koolstofvezel.
Maak een Fowler-Nordheim plot naar de celadonite bron zoals beschreven in het tekstprotocol. De curve toont een afnemende rechte lijn met verzadiging voor de hoogste spanning. De langste rechte lijn is de ondertekening van het veldemissieproces.
Om de brongrootte te meten, gebruikt u de roterende flens om de bron naar de elektrostatische lens te draaien. Pas de intensiteit aan om het signaal nog steeds bij de hoogste vergroting te hebben. Maak een eerste vergroting met L1 en nader het object vervolgens naar de bron.
Activeer ten slotte L2 om een projectiebeeld te produceren dat een enorm fresneldiffractiepatroon langs de rand van een object bevat. Meet de scherpste zichtbare details op het scherm en bereken de brongrootte zoals beschreven in het tekstprotocol. Verschillende scanning elektronenmicrograaf beelden van celadoniet afgezet op koolstofvezels, werden verkregen op 15 kilovolt of drie kilovolt.
Bronnen vertonen een, soms twee kristallen op hun top. Echter, het gebruik van de SEM gaat om een andere ondersteuning voor de koolstofvezel, die moeilijk te monteren en te de-mount zonder breken. Het is veiliger om directe elektronenemissies te proberen.
Tests in een projectiemicroscoop tonen aan dat elke op deze manier voorbereide bron uitzendt. De aftrap is slechts één keer vereist. De meeste van deze bronnen tonen één enkele puntbron.
Het emissieprofiel geeft slechts één blijvend beeld aan zonder enige andere plek. De Fowler-Nordheim plot vertoont 10 ordes van grootte recht en verzadiging bij hogere spanning. Het verzadigingsregime verkregen voor een bepaalde spanning is afhankelijk van de structuur, maar de helling neemt systematisch af voor hogere huidige intensiteiten van ongeveer 10 microamperes.
De brongrootte wordt vervolgens geschat door het kleinste detail op de geproduceerde afbeelding te meten. Dit beeld is het fresnel diffractiepatroon van het object. Hier wordt het verlies van interferentieranden toegeschreven aan de grootte van de bron.
In dit protocol is het belangrijkste om een enkel kristal celadoniet te verkrijgen aan de top van een tiplied-vormige geleider, om een object naar de bron te kunnen benaderen om het onderwerp te beelden. Waarschijnlijk is de cruciale stap is waar een kleine druppel van de goed gesedelde celadoniet-bevattende water, wordt afgezet aan de top van de vezel. Met behulp van deze celadoniet elektronenbron in een projectiemicroscoop uitgerust met een elektrostatische lens maakt het werken met een grote bron object afstand.
Dit maakt het mogelijk om off-axis autografische technieken te ontwikkelen, om magnetische en elektrische velden rond nanometrische objecten te verkennen.
Bekijk het volledige transcript en krijg toegang tot duizenden wetenschappelijke video's
Overzicht
Dit artikel presenteert een protocol voor het voorbereiden van een celadoniete elektronenbron, die een lange levensduur en helderheid heeft aangetoond, vergelijkbaar met gevulde emissie metalen tips. Het gebruik van deze bron in een projectiemicroscoop maakt een grote afstand tussen bron en object mogelijk, waardoor het risico van broncrash en beeldvervorming wordt verminderd.
Belangrijkste studieonderdelen
Wetenschapsgebied
- Neurowetenschap
- Beeldvormingstechnieken
- Elektronenbronnen
Achtergrond
- Celadonietbronnen staan bekend om hun lange levensduur.
- Helderheid is cruciaal voor effectieve beeldvorming.
- Projectiemicroscopen profiteren van stabiele elektronenbronnen.
- Het minimaliseren van lokale veldeffecten verbetert de beeldkwaliteit.
Doel van de studie
- Om een betrouwbare celadoniete elektronenbron te ontwikkelen.
- Om de helderheid van de bereide bron te evalueren.
- Om beeldvormingstechnieken in laag-energie elektronenmicroscopie te verbeteren.
Gebruikte methoden
- Invoegen van de bron in een roestvrijstalen buis.
- Gebruik van wolfraamdraad voor elektronenemissie.
- Snijden van de buis tot de vereiste lengte met behulp van een mesblad.
- Implementatie van een elektrostatische lens in de microscoopopstelling.
Belangrijkste resultaten
- De celadoniete bron vertoonde een lange operationele levensduur.
- De helderheidsniveaus kwamen overeen met die van traditionele metalen tips.
- Beeldvervorming werd aanzienlijk verminderd.
- Grote afstanden tussen bron en object werden succesvol bereikt.
Conclusies
- Celadonietbronnen zijn een haalbaar alternatief voor elektronenmicroscopie.
- Ze bieden stabiliteit en hoge helderheid voor beeldvormingstoepassingen.
- Dit protocol kan de prestaties van laag-energie elektronenmicroscopen verbeteren.
Veelgestelde vragen
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.
