Name: Wykorzystanie mikroskopii elektronowej transmisji ciekłych komórek grafenowych do badania trawienia nanokryształów in situ (Wideo) | JoVE Journal
Uploaded: 2018-05-17T15:00:00.000+00:00
Duration: 6 min 18 s
Description: Poznaj mikroskopię elektronową transmisji z ciekłymi komórkami grafenowymi do obserwacji dynamiki nanokryształów w ciekłym środowisku. Ta metoda zapewnia wysoką rozdzielczość przestrzenną przy niskich kosztach startowych.

ai_agent_IP

ai_agent

maintenance

instantTrialDurationMinutes

isBiopharma

enableNewMyJoveSectionDesign

educationFeatures

seoMetaApi

ai_copilot_institution_blacklist

ai_chat_institution_blacklist

freeAccessWindow

ssoRoleCapture

scheduledMaintenanceBanner

joveLabsFeatures

disable_autoplay_for_bots

extended_trial_duration

5 minutes

playerTrialDesktop

Praca była wspierana przez Departament Energii Stanów Zjednoczonych, Biuro Nauki, Biuro Podstawowych Nauk Energetycznych, Wydział Nauk Materiałowych i Inżynierii, w ramach Kontraktu Nr. DE-AC02-05-CH11231 w ramach Programu Chemii Fizycznej Nanostruktur Nieorganicznych (KC3103).

1. Tworzenie siatek TEM pokrytych grafenem
<ol>
	<li>Wytnij około 2 cm 2 kawałek gotowego grafenu na miedzi (patrz tabela materiałów), który pasuje do około 6 do 8 siatek TEM. 
	UWAGA: Użycie grafenu 3-5-warstwowego zamiast grafenu jednowarstwowego zamyka kieszenie cieczy z wyższymi wskaźnikami sukcesu bez utraty rozdzielczości. Ponieważ grafen jest atomowo cienkim materiałem o niskiej zawartości Z, większość utraty rozdzielczości wynika z grubości cieczy w przypadku ogniw ciekłych grafenu.</li>
	<li>Wyczyść grafen za pomocą mycia acetonem (<klasa silna = "xfig">Rysunek 2A). 
	UWAGA: Ten krok ma na celu usunięcie wszelkich pozostałości PMMA [poli(metakrylanu metylu)] pozostawionych na powierzchni grafenu podczas procesu osadzania. Jeśli użytkownik ma pewność, że jego grafen jest czysty, ten krok jest zbędny.
	<ol>
		<li>Umieść grafen na miedzi w szklanej szalce Petriego i napełnij acetonem. 
		UWAGA: Aceton jest używany, ponieważ PMMA rozpuszcza się w acetonie.</li>
		<li>Delikatnie podgrzewać roztwór acetonu (~50 °C) przez 5 minut, okresowo mieszając roztwór. 
		UWAGA: Upewnij się, że obserwujesz aceton i temperaturę, aby uniknąć pożaru. Należy to zrobić w dygestorium.</li>
		<li>Usuń kawałek grafenu na miedzi z prania acetonem za pomocą pęsety i zastąp aceton nowym, czystym acetonem. 
		UWAGA: Uważaj, aby nie zeskrobać ani w inny sposób nie uszkodzić powierzchni grafenu pęsetą.</li>
		<li>Powtórz proces prania w sumie 3 razy.</li>
		<li>Poczekaj, aż grafen na miedzi dokładnie wyschnie przed przejściem do następnego kroku.</li>
	</ol>
	</li>
	<li>Wygładź grafen na miedzi, aby usunąć wszelkie makroskopowe zmarszczki (<silna klasa="xfig">Rysunek 2B). 
	UWAGA: Ten proces wygładzania jest wykonywany w celu zapewnienia, że perforowane folie nośne - siatki TEM (patrz Tabela materiałów) są w stanie prawidłowo związać się z powierzchnią grafenu. Nierówności i zagniecenia w grafenie na miedzi utrudniają utrzymanie dobrego kontaktu.
	<ol>
		<li>Weź dwa czyste szkiełka podstawowe i umieść złożoną chusteczkę (patrz Tabela materiałów) na dolnym szkiełku podstawowym. Na wierzchu chusteczki umieść kawałek grafenu na miedzi. Na koniec umieść drugie szklane szkiełko na górze. 
		UWAGA: Umieść kawałek grafenu na miedzi grafenową stroną do góry (dotykając szkiełka podstawowego), aby zapobiec zarysowaniu przez chusteczkę. Sfałdowana tkanka służy do stopniowego wypychania zmarszczek i zapobiegania fałdowaniu się nowych fałd.</li>
		<li>Dociśnij górny suwak, stopniowo wygładzając wszelkie zmarszczki w elemencie grafenu na miedzi. Zmniejsz liczbę fałd w tkance i powtórz proces prasowania. Kontynuuj proces, aż do ostatecznego naciśnięcia między dwoma szklanymi szkiełkami bez wycierania chusteczek.</li>
	</ol>
	</li>
	<li>Ułóż siatki TEM na elemencie grafenu na miedzi (<silna klasa="xfig">Rysunek 2C).
	<ol>
		<li>Umieść dziurawe amorficzne siatki nośne z włókna węglowego i TEM (patrz tabela materiałów) na grafenie z amorficznym węglem stykającym się z grafenem. 
		UWAGA: Uważaj, aby nie zginać ani nie deformować siatek TEM podczas podnoszenia ich pęsetą. Wygięte siatki TEM nie wiążą się prawidłowo z grafenem. Podniesienie siatek za krawędź siatki zapobiega deformacji kratek. W tym przypadku stosuje się złote siatki TEM, aby uniknąć wytrawiania siatek podczas etapu, który usuwa miedź z grafenu na miedzi.</li>
		<li>Umieść kilka kropelek izopropanolu na rusztach. 
		UWAGA: Jeśli jakiekolwiek kratki zachodzą na siebie, delikatnie przesuń je końcówką pęsety po nałożeniu izopropanolu na kratki. Uważaj, aby nie uszkodzić powierzchni grafenu.</li>
		<li>Pozostaw do wyschnięcia na 2+ godziny, aby upewnić się, że kratki są prawidłowo połączone. Ten proces suszenia sprawia, że dziurawy amorficzny węgiel ma lepszy kontakt z grafenem. 
		UWAGA: Aby sprawdzić, czy siatki przylegają do grafenu, delikatnie podnieś kawałek grafenu na miedzi i odwróć go do góry nogami. Jeśli grawitacja nie usunie kratek, należy je odpowiednio złączyć.</li>
	</ol>
	</li>
	<li>Wytrawić miedź roztworem nadsiarczanu sodu (<klasa silna = "xfig" > Rysunek 2D).
	<ol>
		<li>Przygotować roztwór z 1 g nadsiarczanu sodu w 10 ml wody dejonizowanej.</li>
		<li>Za pomocą pęsety ostrożnie umieść kawałek grafenu na miedzi na roztworze nadsiarczanu sodu miedzianą stroną do dołu. Niech kawałek unosi się na wierzchu roztworu nadsiarczanu sodu (<silna klasa = "xfig" >Rysunek 2D).</li>
		<li>Utrzymuj roztwór z siatkami pokrytymi grafenem na noc. Zwróć uwagę, że roztwór zmieni kolor na niebieski w miarę wytrawiania miedzi, a po zakończeniu trawienia nie będzie widocznej miedzi za arkuszem grafenu (<silna klasa = "xfig">Rysunek 2E).</li>
	</ol>
	</li>
	<li>Umyj kratki, aby usunąć nadsiarczan sodu.
	<ol>
		<li>Usuń pływające kratki z roztworu i umieść je na czystej, dejonizowanej wodzie (patrz Tabela materiałów dla filtra) na drugiej szalce Petriego. 
		UWAGA: Najłatwiejsza metoda przenoszenia siatek polega na użyciu szklanego szkiełka do podniesienia kratek, a następnie umieszczeniu ich na drugiej szalce Petriego wypełnionej wodą. Niektóre siatki opadną na dno szalki Petriego podczas procesu przenoszenia. Jest to zwykle znak, że grafen na siatce jest pęknięty lub w inny sposób uszkodzony.</li>
		<li>Powtórz ten proces 3 razy, aby usunąć wszystkie pozostałości nadsiarczanu sodu z siatek pokrytych grafenem.</li>
		<li>Podnieś siatki pęsetą, umieść kratki grafenową stroną do góry na bibule filtracyjnej i pozwól im wyschnąć. 
		UWAGA: To końcowe przeniesienie z myjki wodnej może być trudne, ponieważ siatki często przyklejają się do pęsety z powodu sił kapilarnych od resztek wody.</li>
	</ol>
	</li>
</ol>
2. Tworzenie kieszeni na komórki płynów
<ol>
	<li>Weź dwie siatki TEM pokryte grafenem i umieść je grafenową stroną do góry na szklanym szkiełku. Za pomocą małego ostrza skalpela chirurgicznego odetnij krawędź jednej z pokrytych grafenem siatek TEM, około 1/4 do 1/8 powierzchni siatki (<silna klasa="xfig">Rysunek 3A). 
	UWAGA: Przypuszcza się, że przecięcie jednej z siatek spowoduje zbliżenie grafenu na dwóch siatkach w celu zapewnienia lepszej interakcji grafen-grafen w celu utworzenia kieszeni.</li>
	<li>Przygotuj roztwór do kapsułkowania. 
	UWAGA: Roztwór jest specyficzny dla eksperymentu z wytrawianiem nanokryształów.
	<ol>
		<li>Przygotować roztwór HCl buforu Tris z wodą dejonizowaną o stężeniu 10-100 mM. 
		UWAGA: Odkryliśmy, że w przypadku przygotowania wodnych roztworów nanocząstek metalicznych, bufor Tris HCl prowadzi do wyższego wskaźnika sukcesu stabilnych kieszeni, chociaż potrzebne są dalsze badania, aby zrozumieć, dlaczego bufor Tris HCl pomaga tworzyć stabilne kieszenie. Wydaje się, że korzystanie z bazy buforowej Tris lub bez bufora Tris ma w tym przypadku znacznie niższe wskaźniki sukcesu w tworzeniu kieszeni. Każdy rozpuszczalnik i próbka prawdopodobnie będą wymagały optymalizacji w celu znalezienia warunków, które tworzą stabilne kieszenie, nie zakłócając jednocześnie badanej chemii. Krótki przegląd literatury wskazuje na sukces orto-dichlorobenzenu/oleiloaminy (stosunek 9:1), 23 0,5x Tris-boran-EDTA (TBE) i 200 mM roztwór NaCl, 33 i wodny roztwór 0,15 M NaCl30, a także prezentowany tutaj wodny system buforowy Tris HCl.</li>
		<li>Przygotować 40 mM roztworu FeCl3 w roztworze wody dejonizowanej z 1,8 μl HCl na ml wody. 
		UWAGA: FeCl3 jest wytrawiaczem do tego eksperymentu z trawieniem. Inne eksperymenty mogą dodawać różne rozwiązania w zależności od przeprowadzanego eksperymentu.</li>
		<li>Wykonaj złote nanopręty i zagęść próbkę nanopręta po oczyszczeniu1,34.</li>
		<li>Wymieszaj 0,15 ml 0,01-0,1 mM buforu Tris HCl, 0,1 ml 40 mM FeCl3 w HCl i 10 μl nanoprętów.</li>
	</ol>
	</li>
	<li>Umieść ~0,5 μl kropli roztworu do kapsułkowania na nieciętej siatce TEM pokrytej grafenem. Użyj pęsety, aby przytrzymać krawędź siatki TEM w dół podczas umieszczania kropli, tak aby siły kapilarne nie podniosły siatki TEM (<silna klasa = "xfig">Rysunek 3B). 
	UWAGA: Uważaj, aby kropla była jak najmniejsza i umieść ją jak najbliżej środka siatki.</li>
	<li>Szybko i ostrożnie umieść pokrytą grafenem siatkę TEM ściętym rogiem na wierzchu kropli; celem jest, aby druga siatka zatrzymała się na pierwszej siatce bez wyciskania cieczy (<silna klasa="xfig">Rysunek 3C). 
	UWAGA: Umieszczenie drugiej siatki w pęsetie samozamykającej się może przyspieszyć i ułatwić ten proces. Jest to prawdopodobnie najtrudniejszy etap procesu tworzenia komórek płynnych, z wieloma potencjalnymi awariami, które mogą wystąpić. Odłożenie górnej siatki podczas wyjmowania pęsety jest wyzwaniem, ponieważ pęseta może utknąć między dwiema kratkami. Ogólnie rzecz biorąc, najlepiej sprawdza się umieszczenie jednej krawędzi górnej siatki TEM w dół, a następnie stopniowe puszczanie siatki. Zwróć uwagę, że jeśli na szkiełku widać płyn, prawdopodobnie kieszenie nie uszczelniły się prawidłowo.</li>
	<li>Odczekaj 5 minut, aby utworzyły się kieszenie komórek cieczy grafenowej. 
	UWAGA: Podczas tworzenia się kieszeni może dojść do pewnego odparowania cieczy, ale po utworzeniu hermetycznego uszczelnienia nie jest prawdopodobne dodatkowe ubytek cieczy. Względne stężenia każdego gatunku w roztworze powinny pozostać stałe.</li>
	<li>Przynieś próbkę do TEM w celu zobrazowania. 
	UWAGA: Ilość czasu przeznaczonego na zapieczętowanie różni się w zależności od badacza. W przypadku eksperymentów z trawieniem pożądane jest skrócenie czasu przed doprowadzeniem płynnej komórki do TEM, aby uniknąć wstępnego trawienia.</li>
</ol>
3. Ładowanie i obrazowanie płynnej komórki grafenowej
Uwaga:Działanie transmisyjnego mikroskopu elektronowego przebiegało zgodnie ze standardowymi procedurami znajdującymi się w instrukcji obsługi. Każdy TEM będzie miał inne procedury dostosowawcze.
<ol>
	<li>Umieść ogniwo cieczy grafenowej w tradycyjnym uchwycie TEM z pojedynczym przechyłem (<klasa silna = "xfig" >Rysunek 4). 
	UWAGA: Można również stosować inne standardowe uchwyty, takie jak uchwyty z podwójnym przechyleniem lub uchwyty grzewcze. Uchwyty, które używają mechanizmu śrubowego do zabezpieczenia siatki TEM, mogą wywierać siłę ścinającą, która niszczy ogniwo ciekłego grafenu.</li>
	<li>Załaduj uchwyt TEM do kolumny TEM. 
	UWAGA: Ponieważ ogniwo ciekłe grafenu zawiera tak małą objętość cieczy bez zbiornika i ma oddzielne kieszenie, nie ma potrzeby rygorystycznego sprawdzania szczelności, jak w przypadku eksperymentów z płynnymi ogniwami z azotku krzemu. Nawet jeśli kieszeń na ogniwo cieczy grafenowej pęknie, uwalniana jest tylko bardzo niewielka ilość cieczy, a tym samym nie spowoduje to awarii systemu próżniowego TEM.</li>
	<li>Użyj nanocząstek i amorficznego węgla w próbce, aby prawidłowo wyrównać wiązkę TEM (nachylenie pistoletu, wyrównanie apertury kondensatora i stygmatyzacja kondensatora) oraz obraz (regulacja wysokości Z, stygmatyzacja obiektywu, wyrównanie środka obrotu i dostrojenie korekcji aberracji, jeśli dotyczy). Następnie zdejmij uchwyt ze ścieżki wiązki i skalibruj szybkość dawki wiązki elektronów.
	<ol>
		<li>Włącz filament TEM co najmniej 20 minut przed kalibracją, aby umożliwić mu ustabilizowanie się w celu uzyskania powtarzalnych dawek; ten czas oczekiwania może się różnić w zależności od systemu TEM i typu pistoletu elektronowego. 
		UWAGA: Mikroskopiści wyborczy często używają szybkości dawki, aby odnieść się do liczby elektronów dostarczonych na jednostkę powierzchni w jednostce czasu (e-/Å2s). W społeczności chemii radiacyjnej jest to znane jako gęstość strumienia, a szybkość dawki jest definiowana jako ilość energii pochłoniętej na jednostkę powierzchni w jednostce czasu. Ponieważ obliczenie ilości energii pochłoniętej przez próbkę jest trudne w przypadku złożonych geometrii występujących w ogniwach ciekłych, a także w celu zachowania spójności ze społecznością TEM, zdecydowaliśmy się użyć szybkości dawki w odniesieniu do elektronów na jednostkę powierzchni w jednostce czasu.</li>
		<li>Zagęścić wiązkę do najbardziej skondensowanej ilości, najwyższej dawki potrzebnej do eksperymentu, korzystając z ekranu podglądu (<silna klasa="xfig">Rysunek 5A). Odczyt i zapisz prąd soczewki dla wiązki skondensowanej. 
		UWAGA: Dla kroków od 3.3.2 do 3.3.5 został napisany niestandardowy skrypt mikrografu cyfrowego, który przejmuje kontrolę nad układem kondensatora TEM w celu skalibrowania prądu soczewki drugiego kondensatora (C2) z dostarczoną szybkością dawki elektronów. Dzięki temu badacz może w sposób powtarzalny ustawić szybkość dawki elektronów na dowolne wartości podczas eksperymentu.</li>
		<li>Rozłóż wiązkę do największej ilości rozrzutu, najniższej dawki potrzebnej do eksperymentu, korzystając z ekranu podglądu (<silna klasa = "xfig" >Rysunek 5B). Odczytaj i zapisz prąd soczewki dla wiązki rozproszonej.</li>
		<li>Podziel zakres prądów soczewki kondensatora na 10 równomiernie rozmieszczonych wartości i zbierz obrazy dla każdej wartości soczewki kondensatora za pomocą kamery CCD.</li>
		<li>Przelicz liczbę CCD na moc dawki, używając czułości CCD i kalibracji powiększenia dla każdego prądu obiektywu.</li>
		<li>Użyj danych strumienia elektronów przy różnych prądach soczewki, aby wykonać krzywą kalibracyjną. Użyj tej krzywej kalibracyjnej do końca eksperymentu, aby kontrolować wiązkę elektronów do pożądanego strumienia.</li>
		<li>Ponownie włóż próbkę do ścieżki wiązki.</li>
	</ol>
	</li>
	<li>Rozpocznij poszukiwanie nanocząstek w kieszeniach cieczy, utrzymując niską dawkę (zwykle około 20 e-/2s). 
	UWAGA: Utrzymywanie niskiej dawki zapobiega wytrawianiu nanocząstek podczas poszukiwania nanocząstek.</li>
	<li>Gdy nanocząstka zostanie znaleziona w kieszeni cieczy, należy precyzyjnie dostroić ostrość na nanocząstce, utrzymując niską dawkę. 
	UWAGA: Ustalenie, czy nanocząstka znajduje się w kieszeni cieczy, może być trudne, ale obecność pęcherzyków lub ruch cząstek jest często dobrym znakiem stabilnej kieszeni cieczy. Czasami, zamiast płynu, kieszenie przypominają bardzo gęsty żel z bąbelkami poruszającymi się niezwykle wolno. Sytuacje te są spowodowane parowaniem cieczy, potencjalnie z powodu nieuszczelnionych kieszeni lub pęknięć w grafenie. Dość łatwo jest odróżnić żele bez ruchu od środowisk płynnych z szybko poruszającymi się i zmieniającymi kształt bąbelkami. Podczas tworzenia dobrych kieszeni komórek cieczy może dojść do pewnego parowania, ale względne stężenia między reagentami pozostają stałe.</li>
	<li>Użyj krzywej kalibracyjnej (patrz krok 3.3), aby ustawić prąd soczewki kondensatora dla żądanej szybkości dawki (<silna klasa = "xfig" > Rysunek 5D). 
	UWAGA: Wewnętrzny skrypt służy do ustawiania prądu soczewki kondensora i parametrów akwizycji obrazu</li>
	<li>Rozpocznij zbieranie serii czasowych obrazów TEM z metadanymi dawki i znacznikami czasu osadzonymi w pliku obrazu.</li>
	<li>Po zakończeniu trawienia cząstki rozprowadź wiązkę i zacznij szukać innych nanocząstek w kieszeniach cieczy.</li>
	<li>Po zebraniu wystarczającej ilości nagrań wideo z wytrawiania nanocząstek, wyjmij uchwyt TEM z TEM zgodnie ze standardowymi procedurami TEM. Wyjmij ogniwo cieczy grafenowej z uchwytu TEM. 
	UWAGA: Typowa sesja obrazowania trwa około 2-3 godzin i obejmuje około 30 filmów. Liczba filmów z użytecznymi danymi zależy od jakości kieszeni i rodzaju eksperymentu z akwafortą.</li>
</ol>
4. Analiza obrazu filmów TEM za pomocą oprogramowania obliczeniowego
Uwaga: Ponieważ filmy TEM są dwuwymiarowymi projekcjami trójwymiarowych kształtów, należy przeprowadzić staranną analizę obrazu, aby wyodrębnić tempo trawienia lub zmiany kształtu.
<ol>
	<li>Konwertuj natywne pliki wideo DM3 do formatu avi za pomocą ImageJ i zaimportuj filmy avi do oprogramowania obliczeniowego (patrz Spis materiałów).</li>
	<li>Przeanalizuj każdy nanopręt w każdej klatce filmu.
	<ol>
		<li>Określ kontur nanopręta, progując obraz (<silna klasa="xfig">Rysunek 7A). 
		UWAGA: Wysoki kontrast nanocząstek metalicznych ułatwia analizę obrazu. Do badania systemów o niższym kontraście mogą być potrzebne dodatkowe filtry przed progowaniem.</li>
		<li>Na podstawie konturu nanopręta wyznacz główną i pomocniczą oś najbliższej dopasowanej elipsy (<silna klasa="xfig">Rysunek 7B). 
		UWAGA: Wbudowane oprogramowanie do analizy obrazu w celu wyznaczenia osi głównej i pomocniczej zakłada, że kształt jest elipsą. W przypadku nanopręta, który nie jest elipsą, wartości te nie powinny być stosowane przy wymiarowaniu nanocząstek.</li>
		<li>Użyj osi głównej, aby przeciąć kontur nanopręta na dwie połowy (Rysunek 7C).</li>
		<li>Dla każdej z tych połówek określ objętość i powierzchnię objętego kształtu, obracając ten kontur wokół osi głównej. 
		UWAGA: Ta metoda rachunku różniczkowego jest czasami określana jako metoda pierścieni. Ta metoda analizy działa tylko wtedy, gdy nanopręt jest symetryczny wokół osi głównej. Posiadanie dwóch połówek do porównywania objętości i powierzchni daje pewną pewność, że nanopręt jest naprawdę symetryczny rotacyjnie.</li>
	</ol>
	</li>
	<li>Po wyodrębnieniu objętości i powierzchni nanopręta dla każdej klatki wideo, skompiluj i zinterpretuj dane. 
	UWAGA: Ta metoda obrysowywania pozwala również na analizę fasetek nanokryształów o zdefiniowanych kształtach.</li>
</ol>

<ol><li>O'Brien, M. N., Jones, M. R., Brown, K. A., Mirkin, C. A. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Universal+Noble+Metal+Nanoparticle+Seeds+Realized+Through+Iterative+Reductive+Growth+and+Oxidative+Dissolution+Reactions%5BTitle%5D)+AND+%22Journal+of+American+Chemical+Society%22%5BJournal%5D)">Universal Noble Metal Nanoparticle Seeds Realized Through Iterative Reductive Growth and Oxidative Dissolution Reactions.</a> Journal of American Chemical Society. 136 (21), 7603-7606 (2014).</li>
<li>Alivisatos, A. P., et al. <a target="_blank" href="https://www.nature.com/articles/382609a0">Organization of &#34;Nanocrystal Molecules&#34; Using DNA.</a> Nature. , 609-611 (1996).</li>
<li>Mirkin, C. A., Letsinger, R. L., Mucic, R. C., Storhoff, J. J. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((A+DNA-Based+Method+for+Rationally+Assembling+Nanoparticles+into+Macroscopic+Materials%5BTitle%5D)+AND+%22Nature%22%5BJournal%5D)">A DNA-Based Method for Rationally Assembling Nanoparticles into Macroscopic Materials.</a> Nature. , 607-609 (1996).</li>
<li>Abrams, I. M., McBain, J. W. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((A+Closed+Cell+for+Electron+Microscopy%5BTitle%5D)+AND+%22Journal+of+Applied+Physics%22%5BJournal%5D)">A Closed Cell for Electron Microscopy.</a> Journal of Applied Physics. 15 (8), 607-609 (1944).</li>
<li>Williamson, M. J., Tromp, R. M., Vereecken, P. M., Hull, R., Ross, F. M. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Dynamic+Microscopy+of+Nanoscale+Cluster+Growth+at+the+Solid-Liquid+Interface%5BTitle%5D)+AND+%22Nature+Materials%22%5BJournal%5D)">Dynamic Microscopy of Nanoscale Cluster Growth at the Solid-Liquid Interface.</a> Nature Materials. 2 (8), 532-536 (2003).</li>
<li>Radisic, A., Ross, F. M., Searson, P. C. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((In+situ+Study+of+the+Growth+Kinetics+of+Individual+Island+Electrodeposition+of+Copper%5BTitle%5D)+AND+%22Journal+of+Physical+Chemistry+B%22%5BJournal%5D)">In situ Study of the Growth Kinetics of Individual Island Electrodeposition of Copper.</a> Journal of Physical Chemistry B. 110 (15), 7862-7868 (2006).</li>
<li>Niu, W., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Selective+Synthesis+of+Single-Crystalline+Rhombic+Dodecahedral%2C+Octahedral%2C+and+Cubic+Gold+Nanocrystals%5BTitle%5D)+AND+%22Journal+of+American+Chemical+Society%22%5BJournal%5D)">Selective Synthesis of Single-Crystalline Rhombic Dodecahedral, Octahedral, and Cubic Gold Nanocrystals.</a> Journal of American Chemical Society. 131 (2), 697-703 (2009).</li>
<li>de Jonge, N., Ross, F. M. <a target="_blank" href="https://www.nature.com/articles/nnano.2011.161">Electron Microscopy of Specimens in Liquid.</a> Nature Nanotechnology. 6 (11), 695-704 (2011).</li>
<li>Liao, H. G., Cui, L., Whitelam, S., Zheng, H. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Real-Time+Imaging+of+Pt3Fe+Nanorod+Growth+in+Solution%5BTitle%5D)+AND+%22Science%22%5BJournal%5D)">Real-Time Imaging of Pt3Fe Nanorod Growth in Solution.</a> Science. 336 (2012), 1011-1014 (2012).</li>
<li>Grogan, J. M., Schneider, N. M., Ross, F. M., Bau, H. H. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Bubble+and+Pattern+Formation+in+Liquid+Induced+by+an+Electron+Beam%5BTitle%5D)+AND+%22Nano+Letters%22%5BJournal%5D)">Bubble and Pattern Formation in Liquid Induced by an Electron Beam.</a> Nano Letters. 14, 359-364 (2013).</li>
<li>Tan, S. F., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Real-Time+Imaging+of+the+Formation+of+Au-Ag+Core-Shell+Nanoparticles%5BTitle%5D)+AND+%22Journal+of+American+Chemical+Society%22%5BJournal%5D)">Real-Time Imaging of the Formation of Au-Ag Core-Shell Nanoparticles.</a> Journal of American Chemical Society. 138, 5190(2016).</li>
<li>Woehl, T. J., Evans, J. E., Arslan, I., Ristenpart, W. D., Browning, N. D. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Direct+in+situ+Determination+of+the+Mechanisms+Controlling+Nanoparticle+Nucleation+and+Growth%5BTitle%5D)+AND+%22ACS+Nano%22%5BJournal%5D)">Direct in situ Determination of the Mechanisms Controlling Nanoparticle Nucleation and Growth.</a> ACS Nano. 6 (10), 8599-8610 (2012).</li>
<li>Sutter, E., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((In+situ+Liquid-Cell+Electron+Microscopy+of+Silver-palladium+Galvanic+Replacement+Reactions+on+Silver+Nanoparticles%5BTitle%5D)+AND+%22Nature+Communications%22%5BJournal%5D)">In situ Liquid-Cell Electron Microscopy of Silver-palladium Galvanic Replacement Reactions on Silver Nanoparticles.</a> Nature Communications. 5, 4946(2014).</li>
<li>Mehdi, B. L., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Observation+and+Quantification+of+Nanoscale+Processes+in+Lithium+Batteries+by+Operando+Electrochemical+%28S%29TEM%5BTitle%5D)+AND+%22Nano+Letters%22%5BJournal%5D)">Observation and Quantification of Nanoscale Processes in Lithium Batteries by Operando Electrochemical (S)TEM.</a> Nano Letters. 15 (3), 2168-2173 (2015).</li>
<li>Nielsen, M. H., Aloni, S., De Yoreo, J. J. <a target="_blank" href="http://science.sciencemag.org/content/345/6201/1158">In situ TEM Imaging of CaCO3 Nucleation Reveals Coexistence of Direct and Indirect Pathways.</a> Science. 345 (6201), 1158-1162 (2014).</li>
<li>Ahmad, N., Wang, G., Nelayah, J., Ricolleau, C., Alloyeau, D. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Exploring+the+Formation+of+Symmetric+Gold+Nanostars+by+Liquid-Cell+Transmission+Electron+Microscopy%5BTitle%5D)+AND+%22Nano+Letters%22%5BJournal%5D)">Exploring the Formation of Symmetric Gold Nanostars by Liquid-Cell Transmission Electron Microscopy.</a> Nano Letters. , (2017).</li>
<li>Ross, F. M. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Opportunities+and+Challenges+in+Liquid+Cell+Electron+Microscopy%5BTitle%5D)+AND+%22Science%22%5BJournal%5D)">Opportunities and Challenges in Liquid Cell Electron Microscopy.</a> Science. 350 (6267), (2015).</li>
<li>Niu, K. Y., Liao, H. G., Zheng, H. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Revealing+Dynamic+Processes+of+Materials+in+Liquids+Using+Liquid+Cell+Transmission+Electron+Microscopy%5BTitle%5D)+AND+%22Journal+of+Visualized+Experiments%22%5BJournal%5D)">Revealing Dynamic Processes of Materials in Liquids Using Liquid Cell Transmission Electron Microscopy.</a> Journal of Visualized Experiments. (70), (2012).</li>
<li>Liao, H. G., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Facet+Development+during+Platinum+Nanocube+Growth%5BTitle%5D)+AND+%22Science%22%5BJournal%5D)">Facet Development during Platinum Nanocube Growth.</a> Science. 345 (6199), 916-919 (2014).</li>
<li>Jungjohann, K. L., Evans, J. E., Aguiar, J. A., Arslan, I., Browning, N. D. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Atomic-Scale+Imaging+and+Spectroscopy+for+In+situ+Liquid+Scanning+Transmission+Electron+Microscopy%5BTitle%5D)+AND+%22Microscopy+and+Microanalysis%22%5BJournal%5D)">Atomic-Scale Imaging and Spectroscopy for In situ Liquid Scanning Transmission Electron Microscopy.</a> Microscopy and Microanalysis. 18 (3), 621-627 (2012).</li>
<li>Li, D., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Direction-Specific+Interactions+Control+Crystal+Growth+by+Oriented+Attachment%5BTitle%5D)+AND+%22Science%22%5BJournal%5D)">Direction-Specific Interactions Control Crystal Growth by Oriented Attachment.</a> Science. 336 (6084), 1014-1018 (2012).</li>
<li>Yuk, J. M., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Graphene+Veils+and+Sandwiches%5BTitle%5D)+AND+%22Nano+Letters%22%5BJournal%5D)">Graphene Veils and Sandwiches.</a> Nano Letters. 11 (8), 3290-3294 (2011).</li>
<li>Yuk, J. M., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((High-Resolution+EM+of+Colloidal+Nanocrystal+Growth+Using+Graphene+Liquid+Cells%5BTitle%5D)+AND+%22Science%22%5BJournal%5D)">High-Resolution EM of Colloidal Nanocrystal Growth Using Graphene Liquid Cells.</a> Science. 336 (6077), 61-64 (2012).</li>
<li>Ye, X., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Single-Particle+Mapping+of+Nonequilibrium+Nanocrystal+Transformations%5BTitle%5D)+AND+%22Science%22%5BJournal%5D)">Single-Particle Mapping of Nonequilibrium Nanocrystal Transformations.</a> Science. 354 (6314), 874-877 (2016).</li>
<li>Park, J., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((3D+Structure+of+Individual+Nanocrystals+in+Solution+by+Electron+Microscopy%5BTitle%5D)+AND+%22Science%22%5BJournal%5D)">3D Structure of Individual Nanocrystals in Solution by Electron Microscopy.</a> Science. 349 (6245), 290-295 (2015).</li>
<li>Shin, D., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Growth+Dynamics+and+Gas+Transport+Mechanism+of+Nanobubbles+in+Graphene+Liquid+Cells%5BTitle%5D)+AND+%22Nature+Communications%22%5BJournal%5D)">Growth Dynamics and Gas Transport Mechanism of Nanobubbles in Graphene Liquid Cells.</a> Nature Communications. 6, 1-6 (2015).</li>
<li>Jeong, M., Yuk, J. M., Lee, J. Y. <a target="_blank" href="https://pubs.acs.org/doi/abs/10.1021/acs.chemmater.5b00334">Observation of Surface Atoms during Platinum Nanocrystal Growth by Monomer Attachment.</a> Chemistry of Materials. , 3200-3202 (2015).</li>
<li>Wojcik, M., Hauser, M., Li, W., Moon, S., Xu, K. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Graphene-Enabled+Electron+Microscopy+and+Correlated+Super-Resolution+Microscopy+of+Wet+Cells%5BTitle%5D)+AND+%22Nature+Communications%22%5BJournal%5D)">Graphene-Enabled Electron Microscopy and Correlated Super-Resolution Microscopy of Wet Cells.</a> Nature Communications. 6 (1), 7384(2015).</li>
<li>Dahmke, I. N., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Graphene+Liquid+Enclosure+for+Single-Molecule+Analysis+of+Membrane+Proteins+in+Whole+Cells+Using+Electron+Microscopy%5BTitle%5D)+AND+%22ACS+Nano%22%5BJournal%5D)">Graphene Liquid Enclosure for Single-Molecule Analysis of Membrane Proteins in Whole Cells Using Electron Microscopy.</a> ACS Nano. 11 (11), 11108-11117 (2017).</li>
<li>Cho, H., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((The+Use+of+Graphene+and+Its+Derivatives+for+Liquid+Phase+Transmission+Electron+Microscopy+of+Radiation-Sensitive+Specimens%5BTitle%5D)+AND+%22Nano+Letters%22%5BJournal%5D)">The Use of Graphene and Its Derivatives for Liquid Phase Transmission Electron Microscopy of Radiation-Sensitive Specimens.</a> Nano Letters. 17 (1), 414-420 (2016).</li>
<li>Schneider, N. M., et al. <a target="_blank" href="https://pubs.acs.org/doi/abs/10.1021/jp507400n">Electron-Water Interactions and Implications for Liquid Cell Electron Microscopy.</a> Journal of Physical Chemistry C. 118 (38), 22373-22382 (2014).</li>
<li>Park, J. H., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Control+of+Electron+Beam-Induced+Au+Nanocrystal+Growth+Kinetics+through+Solution+Chemistry%5BTitle%5D)+AND+%22Nano+Letters%22%5BJournal%5D)">Control of Electron Beam-Induced Au Nanocrystal Growth Kinetics through Solution Chemistry.</a> Nano Letters. 15 (8), 5314-5320 (2015).</li>
<li>Chen, Q., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((3D+Motion+of+DNA-Au+Nanoconjugates+in+Graphene+Liquid+Cell+Electron+Microscopy%5BTitle%5D)+AND+%22Nano+Letters%22%5BJournal%5D)">3D Motion of DNA-Au Nanoconjugates in Graphene Liquid Cell Electron Microscopy.</a> Nano Letters. 13 (9), 4556-4561 (2013).</li>
<li>Nikoobakht, B., El-Sayed, M. A. <a target="_blank" href="https://pubs.acs.org/doi/abs/10.1021/cm020732l">Preparation and Growth Mechanism of Gold Nanorods (NRs) Using Seed-Mediated Growth Method.</a> Chemistry of Materials. 15 (10), 1957-1962 (2003).</li>
<li>Rasool, H., Dunn, G., Fathalizadeh, A., Zettl, A. <a target="_blank" href="https://onlinelibrary.wiley.com/doi/abs/10.1002/pssb.201600232">Graphene-Sealed Si/SiN Cavities for High-Resolution in situ Electron Microscopy of Nano-Confined Solutions.</a> Phys status solidi. 253 (12), 2351-2354 (2016).</li>
<li>Wadell, C., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Nanocuvette%3A+A+Functional+Ultrathin+Liquid+Container+for+Transmission+Electron+Microscopy%5BTitle%5D)+AND+%22ACS+Nano%22%5BJournal%5D)">Nanocuvette: A Functional Ultrathin Liquid Container for Transmission Electron Microscopy.</a> ACS Nano. 11 (2), 1264-1272 (2017).</li>
<li>Kelly, D. J., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Nanometer+Resolution+Elemental+Mapping+in+Graphene-Based+TEM+Liquid+Cells%5BTitle%5D)+AND+%22Nano+Letters%22%5BJournal%5D)">Nanometer Resolution Elemental Mapping in Graphene-Based TEM Liquid Cells.</a> Nano Letters. , (2018).</li>
</ol>

Autorzy nie mają nic do ujawnienia.

Mikroskopia elektronowa ciekłych komórek grafenowych może dostarczyć mechanistycznych informacji na temat wzrostu i trawienia nanokryształów o wysokiej rozdzielczości przestrzennej, ale ponieważ wytwarzanie ogniw ciekłych grafenu może być trudne i delikatne, technika ta wymaga dbałości o szczegóły w celu wydobycia użytecznych danych. Nawet po intensywnej praktyce wytwarzania płynnych ogniw grafenowych, tylko około połowa do jednej czwartej wytworzonych komórek płynnych z powodzeniem zamyka płynny roztwór. Krytycznym krokiem w tworzeniu komórek płynnych jest umieszczenie drugiej siatki na kropli cieczy. Typowe błędy obejmują utknięcie pęsety między dwiema siatkami, upuszczenie drugiej siatki zbyt daleko poza środek i rozpoczęcie od zbyt dużej kropli. Ponieważ montaż ogniw cieczy grafenowej jest delikatny i wymaga umiejętności motorycznych, zwykle potrzeba praktyki, aby skutecznie wykonać kieszenie cieczy. Ze względu na koszt siatek TEM pokrytych grafenem, zdecydowanie zaleca się, aby nowi użytkownicy ciekłych ogniw grafenowych najpierw przećwiczyli proces wytwarzania płynnych ogniw na tradycyjnych miedzianych, amorficznych siatkach TEM z węgla amorficznego, aby zaoszczędzić pieniądze.
Określenie przyczyn awarii komórek płynnych może być trudne, ponieważ badacz może nie wiedzieć, czy każdy krok zakończył się sukcesem, dopóki nie zobrazuje próbki na końcu, a błędy, takie jak zarysowanie grafenu, mogą pozostać niezauważone. Najłatwiejszym do zidentyfikowania błędem jest nieprawidłowy montaż, ponieważ badacz natychmiast zobaczy ciecz wyciekającą z ogniwa cieczy grafenowej. Problemy z wytwarzaniem grafenu na miedzianych siatkach, takie jak pękanie grafenu, mogą być trudniejsze do zidentyfikowania. Jakość grafenu można sprawdzić zarówno przed, jak i po pokryciu siatek TEM za pomocą spektroskopii Ramana, ale grafen zwykle nie nadaje się do użytku po tym badaniu. Dodatkowo ważne jest, aby używać grafenu z bezpośrednim transferem, ponieważ dwie strony grafenu, które są ze sobą łączone, muszą być czyste, aby prawidłowo utworzyć uszczelnienie za pomocą sił Van der Waalsa. Wytwarzanie siatek pokrytych grafenem za pomocą metod transferu polimeru może pozostawić pozostałości polimeru po stronie grafenu, które mają się ze sobą wiązać. Jeśli postępuje się zgodnie z właściwą procedurą przy użyciu odpowiednich siatek TEM, brak sukcesu z ogniwem ciekłym grafenu jest zwykle spowodowany niewłaściwym obchodzeniem się z grafenem i kratkami podczas montażu i produkcji.
Grafenowe TEM z płynnymi komórkami rozwijają istniejące techniki TEM z płynnymi komórkami, wykorzystując znacznie cieńszy materiał do enkapsulacji, który można stosować w dowolnym tradycyjnym uchwycie TEM, co znacznie ułatwia eksperymenty ze śledzeniem trajektorii o wysokiej rozdzielczości i fasetach. Dzięki rozdzielczości komercyjnych ciekłych ogniw z membraną z azotku krzemu, wiele informacji aspektowych i kinetycznych, które można uzyskać przez wytrawianie nanokryształów w ciekłym ogniwie grafenowym, zostałoby utraconych. Eksperymenty TEM z ciekłymi komórkami grafenowymi można również przeprowadzać na istniejących uchwytach TEM z pojedynczym pochyleniem, eliminując potrzebę stosowania nowych, drogich specjalistycznych uchwytów. Co więcej, ciekła komórka grafenowa może być umieszczona w dowolnym uchwycie, który akceptuje standardowe próbki siatki TEM, co pozwala na przeprowadzanie eksperymentów z ogniwami płynnymi w zaawansowanych uchwytach (ogrzewanie, podwójne pochylenie, chłodzenie, kriometria, katodoluminescencja), w których nie zaprojektowano ogniw płynnych z azotku krzemu. Ponadto ogniwa ciekłe grafenu nie stwarzają ryzyka załamania próżni kolumny TEM, jeśli kieszenie pękną, jak w przypadku innych technik TEM z płynnymi ogniwami. Chociaż ciekłe ogniwo grafenowe nie jest jeszcze wszechobecną techniką w dziedzinie nanokryształów, jego łatwość użycia i rozdzielczość przestrzenna sprawią, że w przyszłości będzie ono znacznie szerzej stosowane.
Nawet przy wielu zaletach, grafenowe ogniwa płynne TEM mają ograniczenia co do rodzajów eksperymentów, które można przeprowadzić. Część cieczy paruje, gdy tworzą się kieszenie, więc trudno jest dokładnie określić stężenie gatunków w roztworze, nawet bez uwzględnienia efektów wiązki elektronów. Ogniwa ciekłe grafenu mają również losowe rozmiary, wysokości i rozkłady małych kieszeni, więc ogniwa przepływowe z azotku krzemu mają tę zaletę, że charakteryzują się bardziej wymiernymi stężeniami wiązki wstępnej i dużymi, jednolitymi warstwami cieczy. Jak opisano w tej pracy, tylko wstępnie załadowane próbki mogą być oglądane za pomocą ciekłej komórki grafenowej w TEM, więc nie jest możliwe przepływanie w innych roztworach w celu wywołania reakcji chemicznych. Formy radiolizy powstające w wyniku oddziaływania wiązki elektronów z ciekłym roztworem są jedynym wyzwalaczem, który można wykorzystać do rozpoczęcia reakcji. Chociaż nie zostało to jeszcze zademonstrowane, procesy inicjowane termicznie mogą być uruchamiane w ogniwach ciekłych grafenu za pomocą standardowych uchwytów grzewczych. Efekty radiolizy wywołanej wiązką elektronów nadal nie są w pełni poznane i mogą być trudne do kontrolowania. Naukowcy opracowali modele kinetyczne do określenia zawartości kieszeni komórek ciekłych po interakcji wiązki 31,32, ale ich dokładność jest ograniczona liczbą reakcji zawartych w modelu i wszelkimi nieznanymi zmianami stężeń spowodowanymi suszeniem. Złożona początkowa zawartość kieszeni z wieloma reagującymi gatunkami, takimi jak FeCl3, Tris Buffer, a nawet grafen30, może być trudna do pełnego zrozumienia przy użyciu modelu kinetycznego. Kolejną wadą mikroskopii elektronowej w komórkach ciekłych jest to, że trudno jest scharakteryzować skład kryształów powstających podczas procesów dynamicznych. Na przykład w eksperymentach wzrostu układów wieloskładnikowych może być niemożliwe rozróżnienie, jakie fazy lub gatunki rosną, jeśli nowe nanokryształy są amorficzne, czy nie znajdują się na osi strefy. Jest to kolejny powód, dla którego pożądane jest wytrawianie wstępnie uformowanych nanokryształów o znanym składzie znajdujących się na znanej osi strefy. Wreszcie, nadal istnieją pewne argumenty, że reakcje wywołane wiązką w ciekłym ogniwie grafenowym nie reprezentują warunków reakcji ex situ w kolbie.
Przyszłe eksperymenty z ciekłymi ogniwami grafenowymi pomogą złagodzić niektóre z tych problemów, a jednocześnie wykorzystają nowe postępy w zakresie TEM do dalszego badania tajemnic leżących u podstaw nanokryształów. Korelacyjne eksperymenty z syntezą i trawieniem nanokryształów ex situ będą miały kluczowe znaczenie dla potwierdzenia mechanizmów obserwowanych w eksperymentach TEM z użyciem ciekłych komórek. Naukowcy rozpoczęli również prace nad dodaniem możliwości przepływu do ciekłych ogniw grafenowych TEM35 i tworzeniem bardziej kontrolowanych kieszeni36 , w tym układów ogniw z płynu grafenowego przy użyciu litograficznie przygotowanych otworów37. Postępy w zakresie mikroskopii elektronowej, rozdzielczości i szybkości kamery sprawią, że ciekłe ogniwo grafenowe będzie w stanie dalej badać dynamikę atomową podczas przemian nanokryształów. Owijanie małych kieszeni cieczy w atomowo cienki materiał, taki jak grafen, do wykorzystania w mikroskopii elektronowej ma wiele potencjalnych zastosowań i bez wątpienia stanie się podstawą badań nanobiologicznych w przyszłości.

Kontrolowane syntetyzowanie nanokryształów1 i łączenie nanocząstek w większe struktury2,3 wymaga zrozumienia podstawowych mechanizmów rządzących wzajemnymi oddziaływaniami i wiązaniem atomów i nanocząstek. Idealnie byłoby, gdyby badania tych procesów w nanoskali były prowadzone w ich naturalnym środowisku ciekłym z odpowiednią rozdzielczością przestrzenną niezbędną do obserwacji zjawisk będących przedmiotem zainteresowania, ale wymagania te stanowią wyzwanie ze względu na nanometrową skalę, w której działają te systemy. Naukowcy od dawna chcieli wykorzystać rozdzielczość przestrzenną mikroskopii elektronowej do obrazowania tych procesów, ale wysoka próżnia kolumny mikroskopu elektronowego wymaga enkapsulacji ciekłego roztworu4. Niektóre wczesne eksperymenty z mikroskopem elektronowym z cieczą komórkową zamknęły ciecz między dwiema membranami z azotku krzemu5,6,7,8, a metoda ta stała się obecnie komercyjnie dostępną techniką badania dynamicznych procesów w nanoskali.
Dostępne na rynku uchwyty TEM do płynnych ogniw z azotku krzemu dostarczyły niezbędną rozdzielczość, aby zobaczyć i zrozumieć wiele interesujących zjawisk w nanoskali9,10,11,12,13,14,15,16. Niektóre komercyjne uchwyty TEM z płynnymi komórkami mają dodatkowe możliwości, takie jak ogrzewanie, przepływ i połączenia elektryczne, które jeszcze bardziej rozszerzają zakres procesów nanoskalowych, które mogą być badane. Jednak przy wszystkich tych możliwościach systemy komercyjne nie są zoptymalizowane pod kątem osiągnięcia najwyższej rozdzielczości przestrzennej. Dla badaczy, którzy potrzebują lepszej rozdzielczości przestrzennej, zmniejszenie grubości okna i zmniejszenie grubości cieczy to dwie potencjalne drogi do mniejszego rozpraszania wiązki elektronów i lepszej rozdzielczości17. Niektóre grupy, które używają ogniw ciekłych z azotku krzemu, wytwarzają własne okna, co zapewnia większą kontrolę nad oknem i grubością cieczy. 18 Zmniejszone rozproszenie tych domowych komórek płynnych umożliwiło badania mikroskopii elektronowej z większą rozdzielczością przestrzenną, w tym badania rozdzielczości atomowej19,20,21.
Ponieważ grubość materiału hermetyzującego jest jednym z aspektów, który negatywnie wpływa na rozdzielczość przestrzenną eksperymentów z komórkami cieczowymi, atomowo cienkie materiały o niskiej zawartości Z, takie jak grafen, byłyby idealnymi materiałami do kapsułkowania22,23. Arkusze grafenu są nadal wystarczająco mocne, aby chronić kieszenie cieczy przed różnicą ciśnień kolumny. Ponadto te kieszenie komórek cieczy grafenowej zwykle zawierają cieńsze warstwy cieczy, co dodatkowo zwiększa osiągalną rozdzielczość przestrzenną. Zbadano wiele interesujących procesów w nanoskali za pomocą ogniw ciekłych grafenu, w tym badania podążające za trajektoriami fasetek nanocząstek i dynamiką nanocząstek z rozdzielczością atomową23,24,25,26,27. Niezamierzoną zaletą techniki ciekłych ogniw grafenowych jest to, że tak wysoką rozdzielczość przestrzenną można osiągnąć bez konieczności zakupu innego uchwytu TEM lub specjalistycznej produkcji krzemu. Eksperymenty z użyciem ogniw z azotku krzemu, które osiągnęły wysoką rozdzielczość, również wymagały dużych nanocząstek złożonych z ciężkich atomów, podczas gdy rozdzielczość uzyskana przez ogniwo z cieczy grafenowej może zapewnić rozdzielczość atomową dla nanocząstek o długości fali poniżej 2 nm25. Dodatkowo, ciekła komórka grafenowa otworzyła możliwości badania próbek biologicznych za pomocą mikroskopii elektronowej ze względu na elastyczną naturę grafenu do enkapsulacji28,29 oraz zdolność grafenu do łagodzenia niektórych szkodliwych skutków wiązki elektronów30. Ze względu na te zalety, grafenowa mikroskopia elektronowa z ciekłymi komórkami ma potencjał, aby stać się standardową techniką w społeczności nanonaukowej, gdy większa liczba badaczy lepiej zrozumie, czy technika ta może pomóc w ich badaniach i jak ją zastosować.
Badacze z dziedzin chemicznych, nanomateriałów, biologicznych i innych pragnący przestrzennej rozdzielczości transformacji in situ mogą skorzystać z zastosowania techniki mikroskopii elektronowej z ciekłymi komórkami grafenowymi. Ta metoda in situ jest szczególnie cenna w przypadku procesów nierównowagowych, które wymagają wizualizacji podczas transformacji. Jedną z istotnych wad technik TEM z komórek płynnych jest generowanie form radiolizy przez perturbacyjną wiązkę elektronów31, które mogą indukować niepożądane zmiany w delikatnych próbkach. Naukowcy opracowali modele, aby spróbować określić ilościowo chemię sterowaną wiązką31,32, i opracowywane są strategie mające na celu złagodzenie tych efektów30,32. Dodatkowym wyzwaniem jest to, że TEM z płynnych ogniw grafenowych jest delikatny i często trudny do wykonania, szczególnie dla naukowców początkujących w tej technice. Celem tego artykułu jest podzielenie się szczegółami na temat tego, w jaki sposób można przeprowadzać eksperymenty TEM z ciekłymi komórkami grafenowymi (Rysunek 1), na przykładzie eksperymentu obserwującego wytrawianie pojedynczych cząstek nanokryształów, i miejmy nadzieję, że pokazanie, że eksperymenty z ciekłymi komórkami grafenowymi są możliwe dla prawie każdej grupy z dostępem do mikroskopu elektronowego. Protokół obejmie powlekanie siatek grafenem, tworzenie komórek ciekłych, wykorzystanie TEM do eksperymentów z wytrawianiem ciekłych komórek grafenu oraz techniki analizy obrazu. Kluczowe etapy tworzenia płynnych komórek, takie jak wielkość kropli zamkniętej w kapsułkach, staranne rozważenie zawartości płynnego roztworu i użycie wyłącznie grafenu z bezpośrednim transferem, zostaną omówione z dodatkowymi poradami, jak uniknąć powtórzenia pułapek poprzednich badaczy. Grafenowe ogniwa ciekłe TEM to nowa technika badań w nanoskali, a ten artykuł umożliwi nowym uczestnikom rozpoczęcie stosowania tej techniki.

<table><tbody><tr><td>2-propanol (izopropanol)</td><td>Sigma Aldrich</td><td>190764-4L</td><td></td></tr><tr><td>Aceton</td><td>Fisher Chemical</td><td>A949-4 HPLC Grade</td><td></td></tr><tr><td>FeCl3</td><td>Sigma Aldrich</td><td>44944-250g</td><td></td></tr><tr><td>Złoto Quantifoil, amorficzne węglowe siatki TEM</td><td>SPI dostarcza</td><td>4230G-XA</td><td>300 Mesh Gold, R1.2 / 1.3- Często szeroko na zamówienie</td></tr><tr><td>Graphene</td><td>ACS Materials</td><td>GnVCu3 ~ 5L-4x2in</td><td>Specjalnie zamawiamy to, aby uzyskać grafen tylko z jednej strony. Dwustronny numer produktu to CVCU3022. Zwykle używamy 3-5 warstwowego grafenu do produkcji płynnych ogniw grafenowych. Jeśli naukowcy potrzebują jednowarstwowego grafenu do swoich płynnych komórek, ostatnio używamy Grolltex</td></tr><tr><td>Płyta grzejna</td><td>IKA</td><td>C-MAG HS 7 Cyfrowy</td><td></td></tr><tr><td>kwas chlorowodorowy</td><td>Fisher Chemical</td><td>7647-01-0</td><td></td></tr><tr><td>Chusteczki Kimwipe</td><td>Kimberly-Clark</td><td>34120</td><td></td></tr><tr><td>Matlab</td><td>Mathworks</td><td></td><td></td></tr><tr><td>Millipore Filtr do wody</td><td>Millipore</td><td></td><td></td>F4NA85846D</tr><tr><td>Nadsiarczan sodu</td><td>Sigma Aldrich</td><td>71890-500g</td><td></td></tr><tr><td>Chirurgiczne ostrze skalpela</td><td>Swann-Morton</td><td>No. 6</td><td></td></tr><tr><td>TEM</td><td>FEI</td><td>Tecnai T20 S-Twin</td><td>TEM musi być połączone z oprogramowaniem do akwizycji kamery, aby umożliwić procedury kalibracji dawki. &nbsp;</td></tr><tr><td>TEM Cameara do zbierania danych in situ</td><td>Gatan</td><td>Orius SC200&nbsp;</td><td>Niestandardowe cyfrowe skrypty mikrograficzne (napisane wewnętrznie) do kalibracji wartości soczewki C2 do dawki i zbierania zestawów danych in situ</td></tr><tr><td>Uchwyt na próbkę TEM z pojedynczym pochyleniem</td><td>FEI</td><td></td><td></td></tr><tr><td>Chlorowodorek tris(hydroksymetylo)aminometanu (Tris Buffer HCl)</td><td>Pęseta Fisher Biotech</td><td>1185-53-1</td><td></td></tr><tr><td></td><td>Excelta</td><td>7-SA</td><td></td></tr></tbody></table>

wykorzystanie mikroskopii elektronowej transmisji ciekłych komórek grafenowych do badania trawienia nanokryształów in situ

Using Graphene Liquid Cell Transmission Electron Microscopy to Study in Situ Nanocrystal Etching

Mikroskopia elektronowa z ciekłymi komórkami grafenowymi daje możliwość obserwacji przemian chemicznych i dynamiki w nanoskali, ponieważ reakcje zachodzą w środowisku ciekłym. Niniejszy manuskrypt opisuje proces wytwarzania ogniw ciekłych grafenu na przykładzie eksperymentów z mikroskopią elektronową transmisyjną w ciekłych komórkach grafenowych (TEM) dotyczących trawienia nanokryształów złota. Protokół wytwarzania ogniw z cieczy grafenowej polega na pokryciu złotych, dziurawo-węglowych siatek TEM grafenem z chemicznego osadzania z fazy gazowej, a następnie użyciu tych pokrytych grafenem siatek do hermetyzacji cieczy między dwiema powierzchniami grafenu. Te kieszenie cieczy, wraz z interesującym nas nanomateriałem, są obrazowane w mikroskopie elektronowym, aby zobaczyć dynamikę procesu w nanoskali, w tym przypadku oksydacyjnego trawienia nanoprętów złota. Kontrolując szybkość dawki wiązki elektronów, która moduluje formy trawiące w płynnej komórce, można lepiej zrozumieć mechanizmy leżące u podstaw usuwania atomów z nanokryształów w celu utworzenia różnych faset i kształtów. Zaletą grafenowych płynnych ogniw TEM jest wysoka rozdzielczość przestrzenna, kompatybilność z tradycyjnymi uchwytami TEM oraz niskie koszty rozpoczęcia działalności dla grup badawczych. Obecne ograniczenia obejmują delikatne przygotowanie próbki, brak zdolności przepływu i zależność od produktów radiolizy generowanych wiązką elektronów w celu wywołania reakcji. Dzięki dalszemu rozwojowi i kontroli, ciekła komórka grafenowa może stać się wszechobecną techniką w nanomateriałach i biologii, a już teraz jest wykorzystywana do badania mechanizmów rządzących procesami wzrostu, trawienia i samoorganizacji nanomateriałów w cieczy na poziomie pojedynczych cząstek.

Klatki z reprezentatywnego filmu przedstawiającego trawienie nanopręta pod wpływem wiązki elektronów o gęstości 80 e-/Å2s pokazano na Rysunku 6. Roztwór wymaga około 20 s naświetlania wiązką, zanim nanopręt zacznie ulegać trawieniu oksydacyjnemu. Po rozpoczęciu trawienia nanopręta tempo usuwania atomów pozostaje stałe, podczas gdy nanopręt utrzymuje również stały stosunek wymiarów. Nanopręty zazwyczaj nie wykazują znaczącego ruchu podczas filmowania, co jest zgodne z wcześniejszymi badaniami TEM z wykorzystaniem ogniw ciekłych i nanocząstek o tej wielkości24. Ponieważ nanocząstki nie poruszają się znacząco, powstawanie i ruch pęcherzyków są zazwyczaj najlepszymi sposobami na określenie, czy nanocząstka znajduje się w kieszeni z cieczą. W miarę jak nanopręt staje się mniejszy, zaczyna on rotować i przemieszczać się w głąb oraz poza płaszczyznę ogniskowania, co potwierdza, że nanopręt znajduje się w środowisku ciekłym.
Najczęstszym powodem niepowodzenia w przypadku grafenowych ogniw cieczowych jest brak możliwości zamknięcia stabilnych kieszeni z cieczą. Czasami może to prowadzić do powstania całkowicie suchych kieszeni, które charakteryzują się brakiem pęcherzyków oraz brakiem ruchu lub zmiany rozmiaru nanocząstek. Ponadto kieszeń może początkowo zawierać ciecz i pęcherzyki, ale z czasem wyschnąć przed całkowitym wytrawieniem nanocząstki. Zazwyczaj w dobrze przygotowanym ogniwie cieczowym każda kieszeń pozostaje stabilna przez około 2-3 min przy danej dawce wytrawiania, a wysychanie kieszeni staje się problemem jedynie w przypadku dużych nanocząstek lub wolnych procesów wytrawiania. Czasami ciecz może odparować z kieszeni, pozostawiając żelowaty roztwór o bardzo wysokim stężeniu soli. Żele te są zazwyczaj łatwo zauważalne podczas obrazowania ze względu na wysoki kontrast roztworu oraz niezwykle powolny ruch pęcherzyków i cząstek. Dane zebrane w takich żelowatych roztworach nie są wiarygodne.
Po zebraniu danych z TEM z wykorzystaniem ogniwa ciekłego, analizowane są nagrania wideo z trawieniem nanocząstek. Można wyekstrahować i dalej oceniać objętości, powierzchnie i ścianie (jeśli dotyczy) (Rycina 7). Jednym z wskaźników obecności kieszeni wysychającej jest znaczne spowolnienie tempa trawienia w czasie, zatem wykreślenie objętości w funkcji czasu może być skuteczną metodą sprawdzania stabilności kieszeni i wiarygodności danych. Inne nieoptymalne wyniki obejmują niesymetryczne trawienie, wskazujące na niejednorodną zawartość kieszeni, oraz niepożądane wytrącanie się związków wodorotlenku żelaza z trawiącego chlorku żelaza. Podsumowując, kluczowym elementem sukcesu w przypadku grafenowych ogniw ciekłych jest stabilne środowisko ciekłe, które zapewnia powtarzalną dynamikę nanokryształów w wielu nanocząstkach i kieszeniach ciekłych.
<img alt="Schemat nanoarchitektury grafenowej do badań optycznych; przedstawia strukturę i analizę absorpcji." class="xfigimg" src="/files/ftp_upload/57665/57665fig1.jpg" data-altupdatedat="1788250015000" data-alt="Rysunek 1"> 
Rysunek 1Schemat techniki TEM z wykorzystaniem ciekłej komórki grafenowej. (A) Aby zmontować grafenową komórkę cieczową, kroplę roztworu umieszcza się na perforowanej siatce TEM z węgla powlekanej grafenem. Drugą siatkę powlekaną grafenem kładzie się na kropli, tworząc kieszeń. Należy zwrócić uwagę, że obraz ten nie jest zachowany w skali, a kropla cieczy jest o około 3% zbyt duża. (B) Powiększony schemat kieszeni z cieczą podczas obrazowania nanostrutur złota metodą TEM. Ten schemat nie zachowuje rzeczywistych proporcji. <a href="/files/ftp_upload/57665/57665fig1large.jpg" target="_blank">Prosimy kliknąć tutaj, aby wyświetlić powiększoną wersję tego rysunku.</a>
<img alt="Procedura syntezy chemicznej przedstawiająca kolejne etapy z wykorzystaniem płyty grzejnej, szkiełek przedmiotowych i naczyń." class="xfigimg" src="/files/ftp_upload/57665/57665fig2.jpg" data-altupdatedat="1788250015000" data-alt="Rycina 2"> 
Rycina 2Procedura przygotowywania siatek TEM powlekanych grafenem (A) Mycie fragmentu grafenu na miedzi w ciepłym acetonie (B) Usuwanie zmarszczek makroskopowych poprzez spłaszczanie grafenu na miedzi pomiędzy dwiema szkiełkami przedmiotowymi. Pod fragment grafenu na miedzi umieszcza się chusteczkę, aby zapobiec powstawaniu nowych zagięć. (C) Umieszczanie amorficznych perforowanych siatek węglowych TEM na grafenie na miedzi, tak aby amorficzna strona węglowa siatek TEM stykała się z grafenem. (D) Flotacja siatek miedziowych/grafenowych/TEM na trawioncie z nadsiarczanu sodu. Proces ten usuwa miedź z siatek. (E) Siatki TEM pokryte grafenem po wytrawieniu miedzi. Roztwór ma kolor niebieski, a na siatkach pokrytych grafenem nie pozostała miedź. Dla odniesienia wielkości: średnica szklanej płytki Petriego wynosi około 6 cm, a szkiełko przedmiotowe ma wymiary 7,5 cm na 2,5 cm. <a href="/files/ftp_upload/57665/57665fig2large.jpg" target="_blank">Kliknij tutaj, aby wyświetlić powiększoną wersję tej ryciny.</a>
<img alt="Analiza formowania kropli; obraz z mikroskopii; eksperyment wykazujący różnice w jakości kropli." class="xfigimg" src="/files/ftp_upload/57665/57665fig3.jpg" data-altupdatedat="1788250015000" data-alt="Rysunek 3"> 
Rycina 3Proces tworzenia ciekłych ogniw grafenowych (A) Dwie pokryte grafenem siatki TEM przygotowane na szkiełku przedmiotowym, z odciętą krawędzią jednej z nich. Skalpel chirurgiczny użyty do odcięcia siatki znajduje się w prawym górnym rogu obrazu. (B) Kropla roztworu kapsułkującego na siatce powlekanej grafenem. Kropla na górnej siatce ma odpowiednią wielkość i utworzyła ładną sferę na grafenie. Kropla na dolnej siatce przeniknęła przez grafen, prawdopodobnie z powodu pęknięcia w warstwie grafenowej. (C) Druga siatka pokryta grafenem została umieszczona na pierwszej siatce z kroplą roztworu. Ta grafenowa komórka cieczowa jest teraz gotowa do wprowadzenia do TEM. Dla odniesienia, szkiełko przedmiotowe ma wymiary 7,5 cm na 2,5 cm. <a href="/files/ftp_upload/57665/57665fig3large.jpg" target="_blank">Prosimy kliknąć tutaj, aby wyświetlić powiększoną wersję tej ryciny.</a>
<img alt="Konfiguracja sondy spektroskopowej do pomiarów wzbudzenia optycznego w badaniach z zakresu fizyki eksperymentalnej." class="xfigimg" src="/files/ftp_upload/57665/57665fig4.jpg" data-altupdatedat="1788250015000" data-alt="Rysunek 4"> 
Rysunek 4Ładowanie ciekłej komórki grafenowej do standardnego uchwytu TEM z pojedynczym nachyleniem. Grafenowa komórka cieczowa pasuje do standardowego uchwytu TEM z pojedynczym nachyleniem w taki sam sposób, w jaki do uchwytu pasuje zwykła siatka TEM. Dla odniesienia w kwestii rozmiaru, siatka TEM ma średnicę 3 mm. <a href="/files/ftp_upload/57665/57665fig4large.jpg" target="_blank">Kliknij tutaj, aby wyświetlić powiększoną wersję tej ryciny.</a>
<img alt="Emisja zielonego światła; wykres regresji; parametry szeregów czasowych; konfiguracja eksperymentu; analiza widmowa." class="xfigimg" src="/files/ftp_upload/57665/57665fig5.jpg" data-altupdatedat="1788250015000" data-alt="Rysunek 5"> 
Rycina 5Sterowanie wiązką TEM. (A) Skondensowana wiązka elektronów do kalibracji mocy dawki obserwowana przy użyciu ekranu fluorescencyjnego. (B) Rozszerzona wiązka elektronów do kalibracji mocy dawki obserwowana za pomocą ekranu fluorescencyjnego. Intensywność maleje wraz ze spadkiem liczby elektronów na jednostkę powierzchni w jednostce czasu, dlatego wiązka elektronów jest bardzo słabo widoczna. (C) Krzywa kalibracyjna określająca zależność między szybkością dawki wiązki elektronów a prądem soczewki kondensora. Krzywa kalibracyjna ta jest wykorzystywana do kontrolowania szybkości dawki wiązki podczas obrazowania. (D) Parametry wykorzystywane podczas rejestracji filmów TEM nanocząstek w ciekłych ogniwach grafenowych. Konkretne wartości poszczególnych parametrów mogą ulegać zmianie w zależności od obrazowanego materiału oraz wymaganej rozdzielczości. <a href="/files/ftp_upload/57665/57665fig5large.jpg" target="_blank">Prosimy kliknąć tutaj, aby wyświetlić powiększoną wersję tej figury.</a>
<img alt="Kurczenie się nanocząstek w czasie; sekwencja obrazów z mikroskopii elektronowej wykazująca redukcję rozmiaru w określonych odstępach czasu." class="xfigimg" src="/files/ftp_upload/57665/57665fig6.jpg" data-altupdatedat="1788250015000" data-alt="Rycina 6"> 
Rycina 6Trawienie nanoprętów złota w kieszeni ciekłokrystalicznej komórki grafenowej. Klatki reprezentatywnego filmu TEM z trawienia nanoprętów złota przy dawce 80 e--/Å2Po początkowym okresie braku trawienia nanostruktura trawiona jest ze stałą prędkością. <a href="/files/ftp_upload/57665/57665fig6large.jpg" target="_blank">Kliknij tutaj, aby wyświetlić powiększoną wersję tej ryciny.</a>
<img alt="Równowaga statyczna; ΣFx=0; schemat wyrównania elipsy; analiza pomiaru pikseli na osiach." class="xfigimg" src="/files/ftp_upload/57665/57665fig7v2.jpg" data-altupdatedat="1788250015000" data-alt="Rysunek 7"> 
Rysunek 7. Metoda analizy klatek wideo (A) Wyznaczanie obrysu nanopręta za pomocą progowania w oprogramowaniu do analizy obrazu. (patrz Tabela materiałów) Pozwala to oddzielić nanocząstkę od tła i wyznaczyć kształt do analizy ilościowej. (B) Wyznaczanie osi głównej i pomocniczej nanopręta. (C) Wyodrębnienie każdej połowy dwuwymiarowego obrysu wyciętego wzdłuż osi głównej. Na podstawie tych obrysów zrekonstruowano kształt trójwymiarowy poprzez obrót obrysu wokół osi x. <a href="/files/ftp_upload/57665/57665fig7v2large.jpg" target="_blank">Prosimy kliknąć tutaj, aby wyświetlić powiększoną wersję tej ryciny.</a>

Mikroskopia elektronowa z ciekłych komórek grafenowych może być używana do obserwacji dynamiki nanokryształów w środowisku ciekłym z większą rozdzielczością przestrzenną niż inne techniki mikroskopii elektronowej w ciekłych komórkach. Wytrawianie gotowych nanokryształów i śledzenie ich kształtu za pomocą transmisyjnej mikroskopii elektronowej z ciekłymi ogniwami grafenowymi może dostarczyć ważnych informacji mechanistycznych na temat przemian nanocząstek.

Wykorzystanie mikroskopii elektronowej transmisji ciekłych komórek grafenowych do badania trawienia nanokryształów in situ

Graphene liquid cell electron microscopy provides the ability to observe nanoscale chemical transformations and dynamics as the reactions are occurring in ...

Ogólnym celem tej procedury jest zamknięcie małych kieszeni cieczy między arkuszami grafenu w celu obrazowania nanomateriałów za pomocą transmisyjnej mikroskopii elektronowej (TEM). Metoda ta może pomóc w znalezieniu odpowiedzi na kluczowe pytania w dziedzinie nanomateriałów, takie jak wzrost i trawienie nanokryształów z wysoką rozdzielczością przestrzenną mikroskopii elektronowej. Główną zaletą tej techniki jest możliwość przeprowadzania przez grupy badawcze eksperymentów TEM z wykorzystaniem płynnej komórki przy użyciu istniejącego uchwytu przy niskich kosztach uruchomienia i wysokiej rozdzielczości przestrzennej.Ogólnie rzecz biorąc, osoby, które są nowe w tej metodzie, będą miały trudności, ponieważ obsługa siatek TM pokrytych grafenem jest trudna i wymaga dużo praktyki. Na początek wytnij na miedzi kawałek gotowego grafenu o grubości około dwóch centymetrów kwadratowych, który mieści się w około sześciu do ośmiu siatkach TEM. Po oczyszczeniu grafenu zgodnie z opisem w protokole tekstowym, wygładź grafen na kawałku miedzi, aby usunąć wszelkie mikroskopijne zmarszczki.Aby to zrobić, weź dwa czyste szkiełka podstawowe i umieść złożoną chusteczkę na dolnym szkiełku podstawowym. Na wierzchu chusteczki umieść grafen na kawałku miedzi. Na koniec umieść drugie szklane szkiełko na górze.Dociśnij górny szkiełko, stopniowo wygładzając wszelkie zmarszczki w grafenie na kawałku miedzi. Zmniejsz liczbę fałd w tkance i powtórz proces prasowania. Kontynuuj proces, aż do ostatecznego naciśnięcia między dwoma szklanymi szkiełkami bez wycierania chusteczek.Ułóż siatki TEM na grafenie na kawałku miedzi, najpierw umieszczając dziurawe siatki TEM z amorficznej folii nośnej z węgla w dół na grafenie z amorficznym węglem stykającym się z grafenem. Umieść kilka kropelek izopropanolu na rusztach. Pozostaw kratki do wyschnięcia na ponad dwie godziny, aby upewnić się, że są prawidłowo połączone.Ten proces suszenia sprawia, że dziurawy amorficzny węgiel ma lepszy kontakt z grafenem. Następnie wytraw miedź za pomocą roztworu nadsiarczanu sodu. Za pomocą pęsety ostrożnie umieść grafen na kawałku miedzi na roztworze nadsiarczanu sodu miedzianą stroną do dołu.Niech kawałek unosi się na wierzchu roztworu nadsiarczanu sodu. Utrzymuj roztwór z siatkami pokrytymi grafenem na noc. Zwróć uwagę, że roztwór zmieni kolor na niebieski, gdy miedź będzie wytrawiana, a po zakończeniu trawienia nie będzie widocznej miedzi za arkuszem grafenu.Umyj kratki, aby oczyścić z nadsiarczanu sodu, usuwając pływające kratki z roztworu i umieszczając je na wierzchu czystej, dejonizowanej wody na drugiej szalce Petriego. Powtórz ten proces trzy razy, aby usunąć wszystkie pozostałości nadsiarczanu sodu z siatek pokrytych grafenem. Podnieś siatki pęsetą.Umieść kratki grafenową stroną do góry na bibule filtracyjnej i pozwól im wyschnąć. Weź dwie siatki TEM pokryte grafenem i umieść je grafenową stroną do góry na szklanym szkiełku. Za pomocą małego ostrza skalpela chirurgicznego odetnij krawędź jednej z siatek TEM pokrytych grafenem, w przybliżeniu od jednej czwartej do jednej ósmej powierzchni siatki.Następnie umieść około 0,5 mikrolitra kropli roztworu, który ma być zamknięty w kapsułkach, na nieciętej siatce TEM pokrytej grafenem. Użyj pęsety, aby przytrzymać krawędź siatki TEM w dół podczas umieszczania kropli, tak aby siły kapilarne nie podnosiły siatki TEM. Bardzo ważne jest, aby umieścić kroplę na środku siatki TEM, najlepiej jak najmniejszą kroplę.Jeśli siatki TEM zostaną prawidłowo wykonane, ciecz utworzy na hydrofobowej powierzchni grafenu kształt przypominający kulkę. Szybko i ostrożnie umieść pokrytą grafenem siatkę TEM ściętym rogiem na wierzchu kropli. Celem jest, aby druga siatka spoczęła na pierwszej siatce i nie wyciskała z niej płynu.Odczekaj pięć minut, aby utworzyły się kieszenie komórek cieczy grafenowej. Umieszczenie drugiej siatki TEM na kropli cieczy wymaga starannej kontroli ręcznej. Zwykle najlepiej jest najpierw położyć krawędź górnej siatki w dół, a następnie stopniowo usuwać pęsetę.Umieść ciekłą komórkę grafenową w tradycyjnym uchwycie TEM z pojedynczym przechyłem. Załaduj uchwyt TEM do kolumny TEM. Po przygotowaniu TEM zgodnie z opisem w protokole tekstowym należy rozpocząć poszukiwanie nanocząstek w kieszeniach cieczy, utrzymując niską dawkę dawki.Gdy nanocząstka zostanie znaleziona w kieszeni cieczy, należy precyzyjnie dostroić ostrość na nanocząstce, utrzymując niską dawkę dawki. Użyj krzywej kalibracyjnej, aby ustawić prąd soczewki kondensatora dla żądanej wielkości dawki. Rozpocznij zbieranie serii czasowych obrazów TEM z metadanymi dawki i znacznikami czasu osadzonymi w pliku obrazu.Film TEM z wytrawiania nanokryształów można podzielić na poszczególne klatki. Dla każdej klatki nanokryształ może zostać narysowany za pomocą oprogramowania do analizy obrazu. Na podstawie konturu można określić główną i mniejszą oś nanopręta.Dwuwymiarowy kontur można przeciąć wzdłuż osi głównej. Każdy z tych nowych konturów połowy nanopręta może być wykorzystany do zrekonstruowania trójwymiarowego kształtu poprzez obrócenie konturu wokół głównej osi. Po obejrzeniu tego filmu powinieneś dobrze zrozumieć, jak wytwarzać ogniwa ciekłe grafenu do obrazowania nanomateriałów za pomocą mikroskopii elektronowej.Chociaż metoda ta może być stosowana do nanomateriałów, może być również stosowana do badania materiałów miękkich lub biologicznych w ich naturalnym środowisku ciekłym.

using-graphene-liquid-cell-transmission-electron-microscopy-to-study

Research

JoVE Journal

Chemistry

Chemia

Opracowaliśmy niezależną komórkę cieczową, która umożliwia obrazowanie przez ciecze za pomocą transmisyjnego mikroskopu elektronowego. Dynamiczne procesy zachodzące w nanocząstkach w cieczach mogą być ujawniane w czasie rzeczywistym z rozdzielczością subnanometrową.

Odkrywanie dynamicznych procesów materiałów w cieczach za pomocą mikroskopii elektronowej transmisji komórek ciekłych

Ten protokół opisuje działanie uchwytu na próbki przepływu cieczy do skanowania transmisyjnej mikroskopii elektronowej AuNPs w wodzie, używanej do obserwacji dynamicznych procesów w nanoskali.

Badanie procesów dynamicznych nano-rozmiarów obiektów w cieczy za pomocą skaningowej transmisyjnej mikroskopii elektronowej

Tutaj wprowadzamy eksperymentalne protokoły obserwacji procesu samoorganizacji w czasie rzeczywistym za pomocą mikroskopii elektronowej transmisyjnej komórki cieczowej.

Mikroskopia elektronowa transmisyjna z ciekłymi komórkami do śledzenia samoorganizacji nanocząstek

Tutaj prezentujemy protokół produkcji i przygotowania płynnego ogniwa grafenowego do obserwacji w mikroskopii elektronowej in situ, wraz z syntezą materiałów elektrodowych i testami elektrochemicznych ogniw akumulatorowych.

Przygotowanie ogniw ciekłych grafenu do obserwacji materiału baterii litowo-jonowych

Przedstawiono protokół przygotowania mikrodobitkowych komórek płynnych z grafenem do mikroskopii elektronowej in situ nanokryształów złota z roztworu prekursorowego HAuCl4. Ponadto przedstawiono procedurę analizy w celu ilościowego określenia obserwowanego trawienia i dynamiki wzrostu.

Przygotowanie ciekłych komórek mikrostudzienkowych na bazie grafenu do transmisyjnej mikroskopii elektronowej in situ

Prezentowany jest tutaj protokół oznaczania białek błonowych w komórkach ssaków i pokrywania próbki grafenem do skanowania w fazie ciekłej transmisyjnej mikroskopii elektronowej. Za pomocą tego protokołu można również badać stabilność próbek w stosunku do uszkodzeń spowodowanych promieniowaniem.

Grafenowa obudowa chemicznie utrwalonych komórek ssaków do mikroskopii elektronowej w fazie ciekłej

Tutaj opisujemy protokół stosowania pojedynczej monowarstwy grafenu na siatkach mikroskopii elektronowej i jak przygotować je do użycia w określaniu struktury krioEM.

Wytwarzanie jednowarstwowych siatek pokrytych grafenem do mikroskopii krioelektronowej

Zastosowanie warstw nośnych do siatek kriogenicznej mikroskopii elektronowej (cryoEM) może zwiększyć gęstość cząstek, ograniczyć interakcje z interfejsem powietrze-woda, zredukować ruch wywołany wiązką i poprawić rozkład orientacji cząstek. W artykule opisano solidny protokół powlekania siatek krioEM monowarstwą grafenu w celu lepszego przygotowania próbek kriogenicznych.

Zastosowanie jednowarstwowego grafenu w siatkach mikroskopii krioelektronowej do określania struktury w wysokiej rozdzielczości

Nieukierunkowana metabolomika dostarcza hipotezy generującej migawkę profilu metabolicznego.  Protokół ten zademonstruje ekstrakcję i analizę metabolitów z komórek, surowicy lub tkanki.  Szereg metabolitów jest badany za pomocą ekstrakcji ciecz-faza cieczowa, ultraprzepływowej chromatografii cieczowej/spektrometrii mas o wysokiej rozdzielczości (UPLC-HRMS) w połączeniu z oprogramowaniem do analizy różnicowej.

Nieukierunkowana metabolomika ze źródeł biologicznych przy użyciu ultrasprawnej chromatografii cieczowej ze spektrometrią mas o wysokiej rozdzielczości (UPLC-HRMS)

Dwuwymiarowy materiał modelowy z dyskotycznego fosforanu cyrkonu został opracowany. Nieorganiczny kryształ o strukturze blaszkowej zsyntetyzowano metodami hydrotermalnymi, refluksowymi i mikrofalowymi. Podczas eksfoliacji cząsteczkami organicznymi warstwowe kryształy mogą zostać przekształcone w monowarstwy, a nematyczna faza ciekłokrystaliczna została utworzona przy wystarczającym stężeniu monowarstw.

Synteza i złuszczanie dyskotycznych fosforanów cyrkonu w celu otrzymania koloidalnych ciekłych kryształów

Poznaj mikroskopię elektronową transmisji z ciekłymi komórkami grafenowymi do obserwacji dynamiki nanokryształów w ciekłym środowisku. Ta metoda zapewnia wysoką rozdzielczość przestrzenną przy niskich kosztach startowych.

Wykorzystanie mikroskopii elektronowej transmisji ciekłych komórek grafenowych do badania trawienia nanokryształów in situ

Przeglądaj więcej filmów