Name: Przygotowanie nanocząstek do analizy ToF-SIMS i XPS (Wideo) | JoVE Journal
Uploaded: 2020-09-13T14:00:00.000+00:00
Duration: 6 min 24 s
Description: Poznaj metody przygotowania nanocząstek do analizy powierzchniowej, w tym odlewanie kroplowe, spin coating i kriofiksację. Techniki te zapewniają niezawodną charakteryzację właściwości powierzchniowych.

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

Ten projekt otrzymał dofinansowanie z programu Unii Europejskiej Horyzont 2020 (H2020) na podstawie umowy o grant nr 720952 (ACEnano). Autorzy chcieliby podziękować Sigrid Benemann za pomiary SEM, Markusowi Schneiderowi za pomiary ToF-SIMS i PCA oraz Philippowi Reichardtowi za pomoc w filmowaniu.

UWAGA: Właściwości toksykologiczne nanocząsteczek są nadal badane; ze względu na ich rozmiar mogą stanowić unikalne zagrożenie zarówno dla ludzi, jak i dla środowiska, nawet jeśli składają się z materiałów z natury bezpiecznych. Przed podjęciem jakichkolwiek prac z nanocząstkami należy przeprowadzić odpowiednią ocenę ryzyka i wprowadzić odpowiednie kontrole inżynieryjne, procedury laboratoryjne i środki ochrony osobistej (PPE), w zależności od poziomu zagrożenia badanych materiałów29,30,31,32.
1. Przygotowanie wafli Si
UWAGA: Te kroki są niezbędne do usunięcia niepożądanych (organicznych) zanieczyszczeń i zwiększenia zwilżalności powierzchni. Wszystkie stosowane rozpuszczalniki powinny być co najmniej klasy ACS. Odpowiednia jest standardowa kąpiel sonikująca (35 kH i 120 watów).
<ol>
	<li>Chemiczne czyszczenie na mokro wafli krzemowych
	<ol>
		<li>Umieść wafel Si w zlewce z izopropanolem i ultradźwiękami na 5 minut.</li>
		<li>Przenieś wafel Si do zlewki z roztworem do czyszczenia szkła alkalicznego i ultradźwiękami przez 10 minut.</li>
		<li>Umieść wafel w zlewce z ultraczystą wodą. Zmień wodę 10 razy, wylewając wodę i ponownie napełniając zlewkę; wafle Si pozostaną na dnie ze względu na efekt kapilarny.</li>
		<li>Osuszyć wafel czystym gazemN2. 
		UWAGA: Suszenie za pomocą N2 zapobiega tworzeniu się "pierścieni kawy" i innych artefaktów pochodzących z wysychania wody.</li>
		<li>Umieść wafel w drugiej zlewce z izopropanolem i ultradźwiękami na 10 minut.</li>
		<li>Osuszyć wafel czystym gazemN2.</li>
		<li>Umieść wafel w zlewce z etanolem i ultradźwiękami na 10 minut.</li>
		<li>Osuszyć wafel czystym gazemN2. W tym miejscu protokół można wstrzymać.</li>
	</ol>
	</li>
	<li>Czyszczenie plazmowe lub UV/ozonowe płytek krzemowych
	<ol>
		<li>Wprowadzić płytkę krzemową do środka do czyszczenia plazmowego lub UV/ozonowego i włączyć na 30 minut 
		UWAGA: Wafle należy czyścić plazmowo lub promieniami UV/ozonem bezpośrednio przed użyciem.</li>
	</ol>
	</li>
</ol>
2. Osadzanie nanocząsteczek z zawiesiny
UWAGA: Najczęstszą drogą narażenia na nanocząstki jest wdychanie. Praca z zawieszeniami może zminimalizować ryzyko narażenia.
<ol>
	<li>Przygotowanie zawiesiny nanocząstek z proszku 
	UWAGA: Wszystkie opisane tutaj ilości są przykładowe. Metoda powinna być zoptymalizowana pod kątem konkretnych nanocząstek stosowanych w każdym przypadku.
	<ol>
		<li>Dokładnie zważyć 15 mg nanocząstek w proszku (± 10%) do probówki o pojemności 10 ml.</li>
		<li>Dokładnie zważ około 8 ml ultraczystej wody.</li>
		<li>Zamknij probówkę, zapakuj ręcznikiem papierowym do probówki wirówkowej o pojemności 50 ml i umieść w wirowniku z prędkością 3 000 obr./min na 15 minut.</li>
	</ol>
	</li>
	<li>Odlewanie kroplowe przewodzących prąd elektryczny nanocząstek z zawiesiny wodnej
	<ol>
		<li>Umieść wafel w środku do czyszczenia UV/ozonem na 30 minut.</li>
		<li>Umieść wafel w jednej połowie uchwytu na wafel i umieść 3 μl kropli zawiesiny nanocząstek na środku pierścienia.</li>
		<li>Zamontuj O-ring z Vitonu o średnicy 6,07 mm na płytce wokół kropli. Uważaj, aby pierścień nie dotykał kropli.</li>
		<li>Umieścić wafel w eksykatorze próżniowym pod ciśnieniem 4 mbar na 15 minut w celu wysuszenia płytki.</li>
		<li>Wyjąć płytkę z eksykatora i zbadać za pomocą mikroskopii świetlnej i XPS w celu ustalenia, czy warstwa cząstek jest jednorodna i zamknięta. Powtarzać kroki 2.2.1 i 2.2.2, aż analiza wykaże zamkniętą i jednorodną warstwę. W tym miejscu protokół można wstrzymać.</li>
	</ol>
	</li>
	<li>Powlekanie spinowe nieprzewodzących elektrycznie nanocząstek z zawiesiny wodnej
	<ol>
		<li>Umieść wafel w urządzeniu do czyszczenia UV/ozonem na 30 min. 
		UWAGA: Poprzez powlekanie wirowe zawiesin o różnych stężeniach przy użyciu tego samego protokołu, można osiągnąć różne poziomy pokrycia powierzchni.</li>
		<li>Zaprogramować maszynę do powlekania. Odpowiedni przykładowy program to: krok 1: Przejście od 500 obr./min do 1 000 obr./min (5 s); Krok 2: Rampa od 1 000 obr./min do 2 000 obr./min (3 min); Krok 3: Zwalnianie od 2,000 obr./min do 0 obr./min.</li>
		<li>Włóż wafel do wirówki i włącz próżnię w celu utrwalenia.</li>
		<li>Umieść 80 μl zawiesiny na płytce i uruchom program.</li>
		<li>Wyjmij wafel z wirówki.</li>
		<li>Przechowywać próbkę w nowej, czystej tacce na wafle. W tym miejscu protokół można wstrzymać.</li>
		<li>Przeanalizuj próbkę za pomocą SEM, aby potwierdzić pokrycie podłoża bez przerw.</li>
	</ol>
	</li>
</ol>
3. Osadzanie nanocząsteczek z proszku
<ol>
	<li>Osadzanie nanocząstek na dwustronnych taśmach klejących ("stick and go")
	<ol>
		<li>Przymocuj dwustronny klej do uchwytu na próbkę i usuń wkładkę.</li>
		<li>Weź końcówkę szpatułki proszku z nanocząsteczkami i zanurz ją w kleju.</li>
		<li>Rozprowadź próbkę na kleju i wciśnij w klej szpatułką, aż jak najwięcej proszku zostanie przyklejone.</li>
		<li>Sprawdzić, czy proszek jest zamocowany na kranie, odwracając i stukając w uchwyt próbki oraz wdmuchując w niego strumień gazu (np. azotu). Protokół można wstrzymać tutaj. 
		UWAGA: Alternatywnie niewielką ilość proszku można umieścić na oczyszczonej powierzchni (folia aluminiowa lub szkiełko podstawowe) i docisnąć od góry za pomocą kleju i dwustronnego uchwytu na próbkę.</li>
		<li>Umieść końcówkę proszku na oczyszczonej powierzchni. Dociśnij uchwyt próbki z klejem do proszku od góry.</li>
		<li>Sprawdzić, czy proszek jest zamocowany na kranie, odwracając i stukając w uchwyt próbki oraz wdmuchując w niego strumień gazu (np. azotu). W tym miejscu protokół można wstrzymać.</li>
	</ol>
	</li>
	<li>Przygotowanie sprasowanych granulek proszku
	<ol>
		<li>Dokładnie wyczyść wszystkie części matrycy do peletów, uważając, aby nie zarysować wypolerowanej powierzchni.</li>
		<li>Odwróć matrycę pelletu i opocznij na małej przekładce.</li>
		<li>Włóż tłok i jedną granulkę ze stali nierdzewnej, polerowaną stroną do góry, a następnie przeciągnij tłok, aż będzie wystarczająco dużo miejsca, aby napełnić sproszkowaną próbkę.</li>
		<li>Napełnij matrycę niewielką ilością próbki (1 duża końcówka szpatułki), a następnie włóż drugi granulek ze stali nierdzewnej polerowaną stroną skierowaną w stronę próbki.</li>
		<li>Umieść podstawę na ciele i ostrożnie odwróć. Jeśli próżnia jest pożądana i dostępna, przymocuj pompę próżniową do podstawy matrycy do peletów.</li>
		<li>Umieść matrycę w prasie, upewniając się, że jest wyśrodkowana.</li>
		<li>Zastosuj lekkie obciążenie (2 kN) przez około 20 s i zwolnij.</li>
		<li>Przyłóż większy ładunek (6 kN) przez 2 minuty i zwolnij.</li>
		<li>Po zwolnieniu ładunku zwolnij pompę próżniową. 
		UWAGA: Ze względu na różne właściwości materiałowe różnych nanocząstek, korzystne może być przygotowanie serii granulek o różnych obciążeniach i czasach obciążenia w celu określenia optymalnych warunków prasowania granulek.</li>
		<li>Odwróć matrycę, umieść pierścień ekstrakcyjny na miejscu i umieść lekki ładunek (do 1 kN) między tłokiem a pierścieniem ekstrakcyjnym.</li>
		<li>Wyjmij części matrycy z prasy i ostrożnie wyciągnij próbkę granulki za pomocą pęsety.</li>
		<li>Delikatnie zamocuj próbkę na oczyszczonej płytce krzemowej za pomocą dwustronnego kleju. W tym miejscu protokół można wstrzymać.</li>
	</ol>
	</li>
</ol>
4. Kriofiksacja zawiesin nanocząstek
<ol>
	<li>Napełnij główną komorę urządzenia do szybkiego zamrażania ciekłym azotem.</li>
	<li>Napełnij schłodzoną komorę szybkiego zamrażania kriogenem (propanem).</li>
	<li>Poczekaj, aż urządzenie do szybkiego zamrażania ostygnie do temperatury roboczej. 
	UWAGA: Urządzenie do szybkiego zamrażania potrzebuje trochę czasu, aby osiągnąć temperaturę roboczą przed przygotowaniem próbki, dlatego wymagane są rozsądne ramy czasowe (kilka godzin) na kriofiksację próbek.</li>
	<li>Odlać pipetą 10–20 μl zawiesiny NP na oczyszczoną płytkę krzemową.</li>
	<li>Trzymając wafel Si za pomocą pęsety mocującej, umieść go w urządzeniu do zamrażania wgłębnego.</li>
	<li>Przesuń pęsetę mocującą do pozycji zanurzenia.</li>
	<li>Naciśnij przycisk, aby wrzucić próbkę do kriogenu.</li>
	<li>Odczekać kilka sekund, aż próbka zostanie całkowicie zamrożona.</li>
	<li>Zamrożone próbki należy przenieść tak szybko, jak to możliwe, do schłodzonego środowiska.</li>
	<li>Umieść próbkę kriofix (wafel Si) w uchwycie na próbkę i przenieś ją do wnętrza urządzenia. 
	UWAGA: Do transportu zalecany jest suchy lód i możliwe jest krótkotrwałe przechowywanie próbki. Próbki mogą być mierzone w stanie zamrożonym za pomocą schłodzonego przyrządu lub przy konwencjonalnych ustawieniach ToF-SIMS po ustabilizowaniu poprzez liofilizację próbki.</li>
</ol>

Autorzy nie mają żadnych sprzecznych interesów, które mogliby ujawnić.

Przedstawiono szereg metod przygotowania nanocząstek do analizy powierzchni z wykorzystaniem XPS i ToF-SIMS. W tabeli 2 podsumowaliśmy zalety i wady tych metod, a także możliwe źródła błędów i przydatność dla różnych materiałów. Jak pokazują reprezentatywne wyniki, przygotowanie nanocząstek może mieć duży wpływ na powodzenie uzyskanej analizy powierzchni. Ponadto nie wszystkie metody są odpowiednie dla wszystkich typów cząstek ze względu na takie czynniki, jak zakłócenia sygnału z podłożem lub materiałami montażowymi, efekty ładowania w grubych warstwach nieprzewodzących, stan nanocząstek w postaci proszku lub zawiesiny, potencjalne uszkodzenie wrażliwych warstw zewnętrznych, niszczenie struktur biologicznych oraz informacji o agregacji i granicy faz lub podatność czułych przyrządów ultrawysokopróżniowych na wolne nanocząstki.
Ponieważ pomiary XPS i ToF-SIMS są uśredniane na obszarze, a nie mierzą pojedynczych cząstek, możliwe jest uzyskanie powtarzalnych wyników tylko z jednorodnych warstw; W związku z tym należy unikać agregacji lub aglomeracji cząstek na podłożu. Dodatkowo, zbyt grube warstwy materiałów nieprzewodzących powodują efekty ładowania podczas analizy, co może prowadzić do niepożądanych artefaktów w widmach, zwłaszcza częściowego ładowania, którego nie można skompensować za pomocą pistoletu powodziowego. Z drugiej strony, niekompletne folie wykazują silne sygnały z podłoża lub materiałów montażowych (np. klejów), które mogą zakłócać wrażliwe piki z powierzchni cząstek. Idealna grubość folii jest zależna od materiału i powinna być określona doświadczalnie poprzez analizę folii o różnych grubościach. W szczególności próbki przygotowane przy użyciu powlekania wirowego powinny być analizowane za pomocą SEM w celu zapewnienia kompletności powłoki.
Praca z zawiesinami NP wiąże się z mniejszymi zagrożeniami narażenia i wymogami bezpieczeństwa w porównaniu do pracy z proszkami NP. Odlewanie matrycowe jest stosunkowo prostą metodą o niskich wymaganiach sprzętowych i jest szczególnie odpowiednie dla przewodzących nanocząstek w zawiesinie, gdzie grubość warstwy nie stanowi problemu. Podczas gdy próbki można łatwo suszyć w warunkach atmosferycznych, eksykator próżniowy służy do skrócenia czasu suszenia kropel, a także do ochrony płytek przed zanieczyszczeniem. Pierścień Viton służy do modyfikowania wzorców parowania kropel, a tym samym do minimalizacji tworzenia się pierścieni kawy. Na wzorce parowania można również wpływać poprzez zmianę hydrofilowości podłoża za pomocą protokołów czyszczenia lub poprzez zastosowanie alternatywnych powłok51,52, przez odparowanie w atmosferze rozpuszczalnika53, a nawet przez ogrzewanie podłoża54. Powlekanie spinowe jest zalecane do zawiesin nieprzewodzących nanocząstek w zawiesinie, ponieważ jest w stanie wytworzyć jednorodną warstwę cząstek, która jest wystarczająco cienka, aby uniknąć efektów ładowania, ale nadal wystarczająco gruba, aby zapobiec przyczynianiu się substratu Si do widm XPS i ToF-SIMS. Dla każdego indywidualnego systemu i stężenia NP zarówno parametry wirówki, jak i powlekania wirowego muszą być zoptymalizowane, a następnie mogą być bardzo niezawodnie odtwarzane nawet na różnych urządzeniach. Ponieważ kropla pokryta wirowo znajduje się zawsze w środku płytki, promień obrotu nie ma znaczenia i można użyć jednostki "obroty na minutę" (rpm). Zawiesinę można alternatywnie osadzić na płytce po uruchomieniu programu; Wymagałoby to jednak innych parametrów powlekania wirowego i większej ilości zawiesiny, aby uzyskać grubszą powłokę.
Ze względu na ich wyjątkowo małe rozmiary, nanocząstki mogą odrywać się od podłoża i swobodnie przemieszczać się w komorze ultrawysokiej próżni po uderzeniu wiązką jonów lub promieni rentgenowskich. Jest to szczególny problem w przypadku próbek przygotowanych z użyciem proszku. W niektórych przypadkach nanocząstki mogą przenikać do wrażliwych elementów instrumentu, co wymaga kosztownej i czasochłonnej konserwacji. Ze względu na przyłożone napięcie przyspieszenia, niebezpieczeństwo uszkodzenia wrażliwych części jest większe w przypadku ToF-SIMS niż w przypadku XPS. Próbki w proszku, szczególnie te przygotowane metodą "stick and go", powinny być dokładnie sprawdzane, aby upewnić się, że proszki są wystarczająco bezpiecznie utrwalone, szczególnie do analizy ToF-SIMS. Można to potwierdzić na przykład poprzez trzymanie próbki do góry nogami i wdmuchiwanie w nią strumienia gazu (np. N2). Przed analizą próbki można również pozostawić na noc w śluzie powietrznej lub innej początkowej komorze wejściowej próbki przyrządu, gdzie stabilna próżnia może wskazywać, że w próbce nie ma luźnych cząstek. Nanocząstki przygotowane w postaci granulek mogą być jednak nawet rozpylane (przy niskich napięciach przyspieszenia) bez uszkadzania instrumentu; Metoda ta może wyeliminować zanieczyszczenia, w szczególności węglowodory, wprowadzone z prasy, a także może umożliwić masową analizę cząstek.
Przygotowanie proszków NP w króćcu uchwytu próbki pozwala na przygotowanie próbek o określonej geometrii i makroskopowo płaskiej powierzchni. Punktami krytycznymi są czystość narzędzia do prasowania próbki oraz zastosowanie niskiego ciśnienia, aby uniknąć zmian na powierzchni nanocząstek spowodowanych tą procedurą. Ma to wadę polegającą na potrzebie stosunkowo dużej ilości materiału i potencjalnych problemach z utratą materiału w instrumentach wysokopróżniowych. Nie zalecamy tej metody do analizy ToF-SIMS, ponieważ cząstki nie są w żaden sposób ściskane ani zabezpieczane.
Jeśli chodzi o materiał NP, pierwszą kwestią, którą należy wziąć pod uwagę przy przygotowywaniu próbek, jest eliminacja lub minimalizacja interferencji między NP a substratami z podobnego materiału; na przykład płytki krzemowe są nieodpowiednim substratem do analizy cząstek SiO2 przy użyciu XPS i ToF-SIMS, nawet przy wystarczającym pokryciu próbki. Nanocząstki metaliczne lub nieorganiczne mogą być łatwo analizowane jako proszek na kleju (zakładając, że nie zawierają żadnych warstw organicznych ani powłok) ze względu na brak interferencji sygnału między nanocząstkami a dwustronnym klejem, co jest metodą przygotowania, która byłaby nieodpowiednia dla polimerowych nanocząsteczek. Nanocząstki metaliczne mają większą elastyczność pod względem możliwej grubości warstwy ze względu na brak efektów ładowania, i mogą być rzucane w kropli przy stosunkowo niewielkiej ilości sprzętu; Jednak mogą one zawierać duże ilości zanieczyszczeń i stabilizatorów pochodzących z ich syntezy, które należy ostrożnie usunąć bez uszkodzenia cząstek. Nanocząstki polimerowe mogą łatwiej ulec uszkodzeniu przez prasowanie matrycowe, ale mogą również łatwiej utrzymywać się razem w granulce, w zależności od zastosowanych ciśnień. Granulki lub miękkie powłoki organiczne na powierzchni NP również mogą być wrażliwe na uszkodzenia. Bezpośrednie osadzanie z roztworu może uszkodzić wrażliwe powłoki zarówno w wyniku zawiesiny, jak i procesu suszenia, ale jest korzystne dla analizy nanocząsteczek już obecnych w zawiesinie. Kriofiksacja jest odpowiednią metodą do analizy struktur chemicznych, powierzchni lub granic faz w zawiesinie, które zostałyby uszkodzone lub zniszczone przez różne inne techniki przygotowania próbek, ale wymaga specjalistycznego sprzętu kriogenicznego zarówno dla XPS, jak i ToF-SIMS46'47.
Chociaż w niniejszym artykule opisano kilka przykładowych metod, które można zastosować do przygotowania próbki, w każdym przypadku metoda powinna być zoptymalizowana i zwalidowana przy użyciu alternatywnych metod analitycznych. Niedawno opublikowano szczegółowy przegląd wpływu różnych czynników22. Oprócz opracowania i walidacji odpowiednich metod przygotowania, niezwykle ważne jest również udokumentowanie tych etapów40. Niniejsza publikacja przedstawia kilka łatwych w obsłudze metod i jest przewodnikiem do modyfikowania lub opracowywania nowych metod zgodnie z wymaganiami konkretnego zadania.

Nanomateriały definiuje się jako materiały o dowolnym wymiarze zewnętrznym od 1 nm do 100 nm lub o strukturze wewnętrznej lub powierzchniowej w tej skali1. Ze względu na unikalne właściwości wynikające m.in. z ich niewielkiej skali i odpowiednio dużej powierzchni, znajdują coraz większe zastosowanie w wielu różnych dziedzinach, m.in. w rolnictwie, chemii, budownictwie samochodowym, kosmetyce, środowisku, medycynie, poligrafii, energetyce i tekstyliach. To zwiększone wykorzystanie oznacza, że zarówno ludzie, jak i środowisko będą narażeni, na nieznaną dotąd skalę, na te materiały, których właściwości toksykologiczne nie są jeszcze w pełni znane, a których rozmiar umożliwia ich łatwą integrację z systemami biologicznymi lub środowiskowymi2.
Po podstawowych właściwościach pola powierzchni i rozkładu wielkości cząstek, chemia powierzchni i powłoki zostały zidentyfikowane jako najważniejsze właściwości nanomateriałów3; mniejsze cząstki mają większą powierzchnię na jednostkę masy, a zatem wyższy stosunek powierzchni do objętości atomów. Rzeczywiście, w przypadku nanocząstek o wielkości 1 nm ponad 70% atomów można znaleźć w rogach lub krawędziach; Ma to duży wpływ na właściwości powierzchni, takie jak chemisorpcja, która jest silnie zależna od morfologii powierzchni w skali atomowej4. Przepisy dotyczące nanomateriałów wymagają dokładnych danych dotyczących właściwości fizykochemicznych oraz wiarygodnych szacunków właściwości toksykologicznych tych materiałów. Aby skutecznie oszacować właściwości toksykologiczne na podstawie właściwości fizycznych i chemicznych nanomateriałów, społeczność zajmująca się nanomateriałami wymaga wiarygodnych, ustandaryzowanych i zweryfikowanych procedur analitycznych. Projekty takie jak ACEnano5 mają na celu zebranie i skorelowanie dokładnych i weryfikowalnych danych fizycznych z nanocząstek w ramach umożliwiających lepszą regulację i charakterystykę nanomateriałów. To dążenie do standaryzacji procedur analitycznych zostało również poparte przez redakcję ACS Nano, pragnąc "skonsolidować i uzgodnić metody charakterystyki i minimalne poziomy analizy materiałów6". Co więcej, XPS i ToF-SIMS oferują nowe możliwości wyjaśnienia architektury cząstek nanocząstek typu rdzeń-powłoka7,8.
Spektroskopia fotoelektronów rentgenowskich (XPS) i spektrometria mas jonów wtórnych (ToF-SIMS) w czasie przelotu, porównane w Tabeli 1, są dobrze znanymi metodami badania atomów powierzchniowych. W XPS próbka jest naświetlana promieniami rentgenowskimi o energii od 1 do 2 keV, powodując emisję elektronów w wyniku efektu fotoelektrycznego. Te wyemitowane elektrony, mające energię kinetyczną w tym samym zakresie, korelują z energią wiązania elektronów w ciele stałym; Pojawienie się fotoelektronów przy tych zdefiniowanych energiach wiązania i mierzalnych intensywnościach pozwala zatem na ilościową analizę składu. Ponieważ średnia droga swobodna tych fotoelektronów jest mniejsza niż 10 nm, XPS jest wysoce czułą powierzchniowo techniką analizy ilościowej. Ponadto szczegółowa analiza energii wiązania w widmach o wysokiej rozdzielczości umożliwia ilościowe określenie stanów walencyjnych tych elektronów.
W ToF-SIMS powierzchnia jest napylana za pomocą skupionej wiązki jonów (jonów pierwotnych), a jony wyrzucane z materiału (jony wtórne) są zbierane i analizowane w spektrometrze masowym czasu przelotu. Uzyskany wzór masy/ładunku pozwala na określenie składu pierwiastkowego, izotopowego lub molekularnego. Ze względu na średnią drogę swobodną jonów wtórnych, technika ta jest również bardzo wrażliwa powierzchniowo i ma głębokość informacji 1–2 nm, ale jest w najlepszym razie półilościowa, ze względu na efekt matrycy, w którym prawdopodobieństwo jonizacji (a tym samym wydajność) jonów wtórnych jest silnie uzależnione od otaczającej je matrycy. ToF-SIMS może być obsługiwany zarówno w trybie statycznym, jak i dynamicznym; Różnica między nimi polega na pierwotnym strumieniu jonów uderzającym w powierzchnię. Statyczny SIMS utrzymuje pierwotny strumień jonów na poziomie, który uderza (tj. we fragmenty) maksymalnie 1%-10% powierzchni; Powierzchnia pozostaje względnie niezakłócona, co pozwala na analizę górnych warstw atomowych materiału. Ponieważ nawet statyczny SIMS powoduje pewne zniszczenia na powierzchni, uważa się, że jest mniej "nieniszczący" z tych dwóch metod.
Te techniki wrażliwe na powierzchnię pozwalają na analizę pierwszych kilku nanometrów materiału, w tym zamierzonych lub niezamierzonych powłok, które w przypadku nanomateriałów mogą znacząco wpływać na właściwości materiału. Przykładami celowych powłok są nakładanie warstw na kropki kwantowe w celu poprawy wydajności kwantowej fotoluminescencji i zmniejszenia reaktywności środowiskowej9, powłoki z tlenku glinu lub krzemionki w celu zapobiegania aktywności fotokatalitycznej nanocząstek tytanu w blokerach przeciwsłonecznych10, funkcjonalizacja powierzchni w celu umożliwienia biokoniugacji i późniejszej aktywności biologicznej11, powłoki do zastosowań diagnostycznych i dostarczania leków12 oraz powłoki fluorowęglowe na cząstkach magnetycznych dla ferrofluidów i układów metalicznych typu rdzeń-powłoka w celu poprawy właściwości katalizatora<klasa sup="xref">13. Niezamierzone powłoki, takie jak utlenianie, zanieczyszczenie powierzchni lub korony białkowe w systemach biologicznych, mają podobnie silny wpływ na właściwości nanocząstek, dlatego kluczowe jest, aby eksperymentalne procedury przygotowania zapewniały, że powłoka i, bardziej ogólnie, chemia powierzchni nanomateriału nie zostaną zniszczone lub przekształcone. Kluczowe jest również oszacowanie właściwości nanocząstek w trakcie ich występowania in situ, ponieważ ich właściwości mogą zostać drastycznie zmienione przez zmianę2,14,15. Ponadto stężenie stabilizatorów w zawiesinie nanocząstek może dramatycznie wpłynąć na analizę i integralność strukturalną nanocząstek; obecność stabilizatora może skutkować dużymi niepożądanymi sygnałami (na przykład C, H, O i Na) w analizie, podczas gdy jego usunięcie może spowodować uszkodzenie lub aglomerację nanocząstek.
Ze względu na ich rozmiar i powierzchnię, warunki przechowywania nanocząsteczek również wpływają na ich zachowanie, zarówno jako przechowywane proszki/zawiesiny, jak i jako przygotowane próbki. W różnych badaniach wykazano, że wpływ nieoptymalnych warunków przechowywania, w szczególności przechowywania w temperaturze pokojowej i ekspozycji na światło, powoduje degradację nanocząstek, co jak wykazano, zmienia właściwości fizyczne, chemiczne i/lub toksykologiczne cząstek14,15,16,17,18. Wykazano, że mniejsze nanocząstki utleniają się szybciej niż większe, a szybkość utleniania/degradacji zależy od warunków przechowywania15 oraz chemii powierzchni14. Wykazano, że skutki degradacji nanocząstek podczas przechowywania znacząco wpływają na właściwości fizykochemiczne, w tym toksyczność14, podczas gdy wzrost oksydacyjny może postępować do wewnątrz kosztem core15.
Staranne przechowywanie i przygotowanie nanomateriałów jest zatem niezbędne do dokładnej analizy powierzchni, a wszelkie czynniki, które mogłyby wpłynąć na powierzchnię próbki i/lub jakość pomiarów, powinny być starannie rozważone. Należy zauważyć, że ze względu na stosunkowo niską rozdzielczość przestrzenną XPS (w zakresie μm) i ToF-SIMS (kilkaset nm), można badać tylko niewielki podzbiór nanocząstek; Metody te uśredniają obszar i nie mają możliwości obrazowania pojedynczych cząstek, co jest możliwe w przypadku technik takich jak mikroskopia elektronowa. Z tego powodu każda analiza wymaga osadzania nanocząstek w ciągłej warstwie, aby zapewnić brak zakłóceń ze strony podłoża. Mikroskopia elektronowa i XPS/ToF-SIMS są zatem często stosowane razem jako uzupełniające metody analizy nanomateriałów.
Oprócz zmian w chemii powierzchni, głównymi wyzwaniami dla przygotowania próbek nanocząstek do analizy XPS i ToF-SIMS jest przygotowanie warstwy, która jest: jednorodna, aby zwiększyć odtwarzalność; bez przerw, aby zminimalizować udział substratu w widmach; wystarczająco cienka, aby uniknąć efektów ładowania (dla próbek nieprzewodzących); i bezpiecznie przymocowana do podłoża, aby zapobiec przedostawaniu się wolnych nanocząstek i uszkadzaniu przyrządów do ultrawysokiej próżni
Nanocząsteczki mogą być osadzane na podłożu z zawiesiny lub w postaci proszku. Po pierwsze, omówimy różne metody osadzania nanocząstek z zawiesiny. Wafle krzemowe są powszechnie stosowanym substratem do osadzania zawiesiny, ponieważ są stosunkowo tanie, łatwo dostępne jako wysoce czysty produkt składający się z czystego lub domieszkowanego krzemu (domieszkowanie pozwala uniknąć efektów ładowania), a dla większości nanocząstek piki widmowe nie pokrywają się z pikami typowymi dla nanocząstek. Ten ostatni punkt jest ważny; Przed analizą należy upewnić się, że piki substratu są dobrze oddzielone od pików oczekiwanych od nanocząstek, w przeciwnym razie interpretacja widm jest skomplikowana lub niemożliwa, a ciągłe pokrycie substratu nanocząstkami nie może być zweryfikowane. Przed użyciem wafli krzemowych konieczne jest przeprowadzenie szeroko zakrojonej procedury czyszczenia (opisanej w niniejszej publikacji) w celu usunięcia zanieczyszczeń (organicznych) i zwiększenia zwilżalności powierzchni. Inne odpowiednie podłoża, takie jak folie złota, wysoce uporządkowany grafit pirolityczny (HOPG) lub folie indowe, zostały z powodzeniem zastosowane, ale dyskusja na temat ich przygotowania wykracza poza zakres tej pracy19,20,21,22.
Po drugie, prezentujemy metody osadzania nanocząsteczek w proszku na podłożu do analizy XPS i ToF-SIMS oraz prezentujemy zalety i wady każdej metody, pozwalając badaczom nowym w tych technikach znaleźć optymalną metodę przygotowania dla ich celów. Po trzecie, omawiamy kriofiksację, która jest odpowiednią metodą przygotowania w celu zachowania takich cech, jak zachowanie aglomeracji, korona organiczna, granica faz ciało stałe/woda23,24 lub dystrybucja w podłożach biologicznych25 NPs. Kriofiksacja, zazwyczaj szybkie zamrażanie materiału w kriogenie chłodzonym ciekłym azotem i analiza w stanie zamrożono-uwodnionym, umożliwia analizę i wizualizację nanocząstek bezpośrednio w złożonych matrycach. Procedura ta nie powoduje tworzenia się kryształków lodu, ale tworzy amorficzny lód, który utrzymuje błony oraz struktury komórkowe i tkankowe w ich naturalnym stanie biologicznym, unikając uszkodzeń spowodowanych procesami krystalizacji wody i umożliwiając utrzymanie dokładnej dystrybucji chemicznej wszystkich metabolitów komórkowych i związków błony komórkowej26,27,28. Ta metoda przygotowania może być szczególnie interesująca ze względu na przedstawienie dokładnej mapy chemicznej rzeczywistego aglomeratu lub heteroaglomeratu NP, wizualizację dokładnej przestrzeni chemicznej w bliskiej odległości od nanocząstki bezpośrednio w zawiesinie lub skorelowanie cech specyficznych dla tkanki komórkowej lub przedziałów wewnątrzkomórkowych w aglomeratach NP lub heteroaglomeratach.
Jak pokazują wyniki przedstawione w tej pracy, najbardziej odpowiednia procedura w konkretnym przypadku zależy od różnych parametrów, takich jak hydrofilowość nanocząstek, stabilność, przewodność, stan (np. proszek lub zawiesina) oraz pytanie analityczne (np. rozmiar, właściwości masowe lub powłoki powierzchniowe). Przedstawiono tu różnorodne metody, które można wykorzystać do przygotowania nanocząsteczek do analizy powierzchniowej, a także porównanie ich zalet i wad.

<table><tbody><tr><td>4-figurowa waga laboratoryjna</td><td>Kern & Sohn GmbH</td><td>ADB200-4A 5 mm Matryca</td><td></td></tr><tr><td>do peletów</td><td>Specac</td><td>GS03060</td><td></td></tr><tr><td>Roztwór do czyszczenia szkła alkalicznego</td><td>Sigma-Aldrich</td><td>Hellmanex&trade; III Z805939</td><td>Specjalny roztwór czyszczący do kuwet</td></tr><tr><td>Zakładki z klejem węglowym</td><td>Plano</td><td>"Leit-Tabs" G3347</td><td></td></tr><tr><td>Czyste zlewki laboratoryjne</td><td>dowolne</td><td></td><td>, np. 300 ml</td></tr><tr><td>Kriozamrażarka</td><td>Mikroskopia elektronowa Nauki</td><td>EMS-002 Kriostacja</td><td></td>robocza</tr><tr><td>Rurka do dializy z elementami mocującymi</td><td>Medicell Membranees Ltd</td><td>DTV12000.06.30</td><td>Molekularny odcięcie masy (MWCO) 12-14 kDa</td></tr><tr><td>Prasa matrycowa</td><td>dowolna</td><td></td><td>Zdolna do siły 2 kN</td></tr><tr><td>Jednorazowa strzykawka, 1 ml, Luer-slip</td><td>TH Geyer</td><td>Labsolute 7657545</td><td>Można użyć dowolnej odpowiedniej objętości</td></tr><tr><td>Dwustronny klej</td><td>3M</td><td>Usuwalna taśma repozycyjna 665</td><td></td></tr><tr><td>Suchy lód</td><td>Linde AG</td><td>ICEBITZZZ&reg; </td><td>Do krótkotrwałego przechowywania/chłodzenia</td></tr><tr><td>Pipeta transferowa i końcówki Eppendorf</td><td>Eppendorf</td><td>różne</td><td>Sprawdź prawidłowy rozmiar dla planowanej objętości pipetowania</td></tr><tr><td>Etanol, klasa ACS</td><td>Merck KGaA</td><td>1009832500</td><td></td></tr><tr><td>maska FFP2 lub FFP3</td><td>różne</td><td></td><td>Do pracy z nanocząstkami z materiałów innych niż niebezpieczne, gdy nie znajdują się w dygestoriach lub komorze rękawicowej</td></tr><tr><td>Izopropanol, klasa ACS</td><td>Merck KGaA</td><td>1096342500</td><td></td></tr><tr><td>Fartuch laboratoryjny, rękawice i gogle</td><td>dowolna</td><td></td><td></td></tr><tr><td>Wirówka laboratoryjna</td><td>Eppendorf</td><td>Wirówka 5430</td><td></td></tr><tr><td>Dygestorium laboratoryjne</td><td>niezbędne</td><td></td><td>do pracy z nanocząstkami</td></tr><tr><td>Mieszadło laboratoryjne i mieszadło</td><td>NeoLab</td><td>D-6010</td><td></td></tr><tr><td>Chusteczki niestrzępiące się</td><td>Chusteczki Kimberley Clark Professional</td><td>Kimtech Science</td><td>Precision Zalecane do pracy z waflami Si</td></tr><tr><td>Ciekły azot</td><td>Linde AG</td><td>Stickstoff fl&uuml; ssig 5.0</td><td>Tylko do chłodzenia kriogenu.</td></tr><tr><td>Mikroprobówka/probówka wirówkowa 1,5</td><td>mL T.H. Geyer GmbH & Co. KG</td><td>Labsolute 7696751</td><td></td></tr><tr><td>Azot 5.0</td><td>o</td><td></td><td>czystości 99,999% Pipeta</td></tr><tr><td>Pasteura, PE, tworzywo sztuczne 3 ml</td><td>TH Geyer</td><td>Labsolute 7 691 203</td><td></td></tr><tr><td>Pipeta Pasteura, PE, tworzywo sztuczne 3 mL</td><td>TH Geyer</td><td>Labsolute 7 691 203</td><td></td></tr><tr><td>Uchwyt na próbki proszku</td><td>Warsztat</td><td></td> <td>BAM"Domowy" uchwyt na próbkę</td></tr><tr><td>Propan</td><td>Sigma-Aldrich</td><td>769037</td><td>Kriogen powinien mieć najwyższą możliwą czystość.</td></tr><tr><td>Fiolka na próbkę lub probówka wirówkowa 1 ml</td><td>Greiner Bio-One GmbH</td><td>Cellstar 188 261</td><td>Powinna być możliwa do zamocowania w płytkach Vortexer</td></tr><tr><td>Silicon</td><td>dowolna</td><td></td><td>, najlepiej 1cm2 wstępnie przycięta</td></tr><tr><td>Wirówka</td><td>SPS Europe</td><td>SPIN150i-NPP</td><td></td></tr><tr><td>Filtr strzykawkowy 0,45 &mikro; m</td><td>Th Geyer</td><td>Labsolute 7699803</td><td>Dla mniejszych próbek; istnieją większe wersje dla większych objętości próbek</td></tr><tr><td>ToF-SIMS</td><td>IONTOF GmbH</td><td>ToF-SIMS IV lub V, wyposażony w Bi LMIG i pistolet</td><td></td>zalewowy</tr><tr><td>Pęseta do przenoszenia wafli Si</td><td>dowolna</td><td></td><td></td></tr><tr><td>woda ultraczysta</td><td>TKA</td><td>MicroPure 08.1202</td><td></td></tr><tr><td>Ultrasonograf</td><td>Bandelin</td><td>Sonorex Super</td><td></td></tr><tr><td>Środek czyszczący UV/ozonem</td><td>NanoBioAnalytics</td><td>UVC-1014</td><td></td></tr><tr><td>Eksykator próżniowy</td><td>dowolny</td><td></td><td></td></tr><tr><td>Pompa próżniowa (membrana/membrana)</td><td>Vacuubrand GmbH</td><td>Typ MD-4T</td><td></td></tr><tr><td>O-ring Viton 6,07 x 1,78 mm</td><td>Betech GmbH</td><td>2-010, FKM 80</td><td></td></tr><tr><td>Vortexer</td><td>Heathrow Scientific</td><td>Vortexer HS120212</td><td></td></tr><tr><td>Uchwyt na wafle Moneta 25 mm</td><td>Semiconductor Production Systems Europe</td><td>eWB0091-ASSY-1</td><td></td></tr><tr><td>XPS</td><td>Kratos</td><td>Axis Ultra DLD</td><td></td></tr></tbody></table>

przygotowanie nanocząstek do analizy tof-sims i xps

Preparation of Nanoparticles for ToF-SIMS and XPS Analysis

Nanocząstki zyskują coraz większą uwagę w ostatnich latach ze względu na ich potencjał i zastosowanie w różnych dziedzinach, w tym w medycynie, kosmetyce, chemii, a także ich potencjał do tworzenia zaawansowanych materiałów. Aby skutecznie zrozumieć i uregulować właściwości fizykochemiczne i potencjalne niekorzystne skutki nanocząstek, należy opracować zwalidowane procedury pomiarowe dla różnych właściwości nanocząstek. Chociaż procedury pomiaru wielkości i rozkładu wielkości nanocząstek są już ustalone, znormalizowane metody analizy składu chemicznego ich powierzchni nie są jeszcze stosowane, chociaż wpływ chemii powierzchni na właściwości nanocząstek jest niekwestionowany. W szczególności przechowywanie i przygotowanie nanocząstek do analizy powierzchni ma duży wpływ na wyniki analityczne z różnych metod, a w celu uzyskania spójnych wyników przygotowanie próbki musi być zarówno zoptymalizowane, jak i ustandaryzowane. W niniejszym artykule szczegółowo przedstawiamy kilka standardowych procedur przygotowania nanocząstek do analizy powierzchni. Zasadniczo nanocząstki mogą być osadzane na odpowiednim podłożu z zawiesiny lub w postaci proszku. Wafle krzemowe (Si) są powszechnie stosowane jako podłoże, jednak ich czyszczenie ma kluczowe znaczenie dla procesu. W przypadku przygotowania próbki z zawiesiny omówimy odlewanie matrycowe i powlekanie wirowe, w których nie tylko czystość podłoża i czystość zawiesiny, ale także jej stężenie odgrywają ważną rolę dla powodzenia metodyki przygotowania. W przypadku nanocząstek z wrażliwymi otoczkami lub powłokami ligandowymi bardziej odpowiednie jest osadzanie w postaci proszków, chociaż metoda ta wymaga szczególnej staranności przy utrwalaniu próbki.

Przedstawiono szereg różnych procedur przygotowania nanocząstek do analizy powierzchni (odlewanie kroplowe, powlekanie wirowe, osadzanie z proszków i kriofiksacja). Omawiamy wyzwania, możliwości i możliwe zastosowania każdej z metod, w szczególności w odniesieniu do zmian we właściwościach powierzchni spowodowanych różnymi metodami przygotowania.

Przygotowanie nanocząstek do analizy ToF-SIMS i XPS

Nanoparticles have gained increasing attention in recent years due to their potential and application in different fields including medicine, cosmetics, ...

Ze względu na unikalne właściwości nanocząstek, proste przygotowanie ma znaczący wpływ na pomiary analizy powierzchni. Metody te zapewniają kilka różnych opcji przygotowania próbki, w zależności od pytania analitycznego i formy, w jakiej nanocząstki są dostępne. Główne obawy dotyczą bezpieczeństwa i zanieczyszczeń.Ponieważ metody te mogą i powinny być modyfikowane odpowiednio do eksperymentu, ważne jest, aby zweryfikować każdy krok za pomocą innych technik analitycznych. Aby przygotować nanocząstki z zawiesiny, należy zważyć 15 miligramów proszku nanocząstek w 10-mililitrowej probówce, a następnie dodać osiem mililitrów ultra czystej wody. Po zamknięciu umieść rurkę w wirze na 3000 obrotów na 15 minut.Aby wykonać metodę drop dry, najpierw przenieś przygotowaną płytkę silikonową do środka czyszczącego UV ozonem na 30 minut, a następnie umieść wafel w jednej połowie uchwytu wafla. Umieść zawiesinę nanocząstek w kropli trzech mikrolitrów w środku pierścienia i zamontuj O-ring o średnicy 6,07 milimetra na płytce wokół kropli, uważając, aby pierścień nie dotykał kropli. Umieść wafel w debezbarze próżniowym pod ciśnieniem czterech milibarów na 15 minut, aby wysuszyć wafel.I obejrzyj płytkę pod mikroskopem świetlnym, aby ocenić rozkład cząstek na powierzchni płytki. Następnie powtarzaj suszenie kroplowe, aż do uzyskania jednorodnej warstwy cząstek. Aby przygotować zawiesiny nanocząstek metodą powlekania wirowego, należy umieścić przygotowaną płytkę w urządzeniu do czyszczenia ozonem UV na 30 minut i zaprogramować koder wirowy zgodnie ze wskazaniami.Pod koniec zabiegu włóż wafel do kodera wirującego i włącz próżnię w celu utrwalenia. Umieść 80 mikrolitrów zawiesiny na płytce i uruchom program. Pod koniec osadzania przenieś próbkę do czystej tacki na płytki waflowe i przeanalizuj próbkę za pomocą skaningowej mikroskopii elektronowej, aby potwierdzić bezszczelinowe pokrycie podłoża.W celu osadzenia nanocząstek z proszku przymocuj kawałek dwustronnej taśmy klejącej do uchwytu próbki i usuń wkładkę. Następnie zbierz końcówkę szpatułki z nanocząsteczkami proszku i umieść próbkę na kleju. Użyj szpatułki, aby rozprowadzić próbkę na kleju, a następnie mocno dociśnij próbkę do kleju, aż jak największa część próbki zostanie przyklejona.Odwróć i postukaj w uchwyt próbki, a następnie przedmuchaj strumień gazu przez próbkę, aby potwierdzić, że proszek jest przymocowany do taśmy. Alternatywnie umieść końcówkę proszku szpatułką na czystej powierzchni i dociśnij uchwyt z klejem do proszku od góry. Następnie sprawdź, czy proszek jest przymocowany do taśmy, jak pokazano.W celu kriofiksacji osadzonej zawiesiny nanocząstek należy zbudować główną komorę urządzenia do szybkiego zamrażania ciekłym azotem i napełnić schłodzoną komorę szybkiego zamrażania kriogenem. Na urządzeniu do szybkiego zamrażania, schłodzonym do temperatury roboczej, za pomocą pipety upuść od 10 do 20 mikrolitrów zawiesiny nanocząstek na czystą płytkę krzemową. Trzymając wafel pęsetą mocującą, umieść wafel w urządzeniu do zamrażania wgłębnego i przesuń pęsetę do pozycji zanurzenia.Naciśnij przycisk, aby wrzucić próbkę do kriogenu i poczekaj kilka sekund, aż próbka zostanie całkowicie zamrożona. Jak tylko próbka zostanie zamrożona, przenieś wafel do schłodzonego środowiska i umieść próbkę płytki krzemowej w uchwycie na próbkę. Zwiększenie zwilżalności powierzchni poprzez obróbkę UV lub ozonem pozwala uniknąć efektu pierścienia kawy, co skutkuje bardziej jednorodnym rozmieszczeniem nanocząstek.Obrazowanie za pomocą skaningowej mikroskopii elektronowej wykazało znaczne zniesławienie 60-nanometrowych nanocząstek złota srebra po dializie, podczas gdy odwirowane i ponownie wydzielone cząstki pozostały nienaruszone. Odlewanie kroplowe nanocząstek zwykle wymaga wielokrotnych aplikacji w celu uzyskania warstwy o pełnym pokryciu. Ten reprezentatywny film odlany z zawiesiny o stężeniu 90 miligramów na mililitr wykazuje grube i bezszczelinowe wielowarstwowe pokrycie, a także zauważalny brak pików krzemu w widmach XPS, co czyni go idealną próbką do analizy powierzchni.Ta próbka odlana z zawiesiny o stężeniu dziewięciu miligramów na mililitr pokazuje cząstki i małą pojedynczą warstwę glomeranu, które nie pokrywają całkowicie powierzchni, co czyni ją nieodpowiednią do analizy powierzchni nanocząstek, ale idealną do analizy, na przykład, rozkładu wielkości cząstek. Próbka odlana ze stężeniem 0,9 miligrama na mililitr nie zapewnia ani ciągłego pokrycia, ani wystarczającej gęstości cząstek, aby nadawała się do analizy chemicznej powierzchni lub rozkładu wielkości cząstek. Oprócz zachowania większych struktur w zawiesinie, utrwalanie kriogeniczne pozwala uniknąć efektów pierścienia kawy, co skutkuje zmniejszeniem sygnałów, co można przypisać solom lub innym zanieczyszczeniom zaobserwowanym przy użyciu innych metod przygotowania próbek.Przeprowadzając analizę powierzchni nanomateriałów, należy pamiętać o walidacji krzyżowej metody przy użyciu techniki analitycznej, aby konsekwentnie przygotowywać metodę i starannie dokumentować wyniki. Te metody przygotowania są ważną częścią wiarygodnej charakterystyki powierzchni nanocząstek i są niezbędne do szczegółowego zrozumienia, w jaki sposób nanocząstki oddziałują ze swoim środowiskiem.

preparation-of-nanoparticles-for-tof-sims-and-xps-analysis

Research

JoVE Journal

Chemistry

Chemia

Miękkie lądowanie masowo wybranych jonów na powierzchniach jest skutecznym podejściem do wysoce kontrolowanego przygotowania nowych materiałów. W połączeniu z analizą za pomocą spektrometrii mas jonów wtórnych in situ (SIMS) i spektroskopii absorpcyjnej odbicia w podczerwieni (IRRAS), miękkie lądowanie zapewnia bezprecedensowy wgląd w interakcje dobrze zdefiniowanych gatunków z powierzchniami.

In Situ Spektroskopia SIMS i IR dobrze zdefiniowanych powierzchni przygotowanych przez miękkie lądowanie jonów o wybranej masie

Opisano zastosowanie tomografii rentgenowskiej z dyspersją energii w skaningowym transmisyjnym mikroskopie elektronowym do scharakteryzowania rozkładów pierwiastków w pojedynczych nanocząstkach w trzech wymiarach.

Tomografia rentgenowska z dyspersją energii do mapowania pierwiastkowego 3D pojedynczych nanocząstek

Przedstawiamy protokół łączący metrologię atomową Skaningowego Mikroskopu Tunelowego do modelowania powierzchni z selektywnym osadzaniem warstw atomowych i reaktywnym trawieniem jonowym. Korzystając z solidnego procesu obejmującego liczne ekspozycje atmosferyczne i transport, wytwarzane są nanostruktury 3D z metrologią atomową.

Wytwarzanie nanostruktur identyfikowalnych atomowo

Raportujemy protokoły "polimeryzacji" różnych typów nanocząsteczek metalowych w kapsułkach polimerowych w długie łańcuchy "homo-" i "kopolimerów".

Wykorzystanie nanocząstek metali pokrytych blokiem polistyrenu (kwas akrylowy) jako monomerów do ich homo- i kopolimeryzacji

Opisano nowatorską metodę syntezy nanocząstek z metalowym rdzeniem przy użyciu stabilnego w wodzie silanolu.

Wytwarzanie nanocząstek o zerowym rdzeniu metalowym przy użyciu n-(2-aminoetylo)-3-aminolohydrotriolu

Opisujemy syntezę i właściwości wielofunkcyjnych nanocząstek Fe2O3-Au wytwarzanych metodą mokrej chemii i badamy ich właściwości fototermiczne za pomocą promieniowania laserowego. Kompozytowe nanocząstkiFe2O3-Au zachowują właściwości obu materiałów, tworząc wielofunkcyjną strukturę o doskonałych właściwościach magnetycznych i plazmonicznych.

Wielofunkcyjne hybrydowe nanocząstki Fe2O3-Au do wydajnego ogrzewania plazmonicznego

Ta praca przedstawia protokół postępowania z cieczą i wprowadzania próbki do mikrokanału do analizy in situ spektrometrii mas jonów wtórnych biomolekuł białkowych w roztworze wodnym w czasie przelotu.

In Situ Charakterystyka uwodnionych białek w wodzie za pomocą SALVI i ToF-SIMS

Opisujemy procedurę wykrywania pierwiastków chemicznych obecnych in situ w komórkach ludzkich, jak również ich kwantyfikację in vitro. Metoda ta jest odpowiednia dla każdego typu komórek i jest szczególnie przydatna do ilościowych analiz chemicznych w pojedynczych komórkach po ekspozycji na nanocząstki tlenku metalu in vitro.

In Situ Wykrywanie i kwantyfikacja pojedynczych komórek nanocząstek tlenków metali za pomocą analizy mikrosondy jądrowej

Dla ciągłej i skalowalnej syntezy nanokompozytów na bazie metali szlachetnych, opracowywany jest nowy reaktor fotokatalityczny, w którym opisano jego strukturę, zasady działania i strategie optymalizacji jakości produktu.

Reaktor fotokatalityczny o przepływie ciągłym do precyzyjnie kontrolowanego osadzania nanocząstek metalicznych

Spektrometria mas jonów wtórnych czasu przelotu jest stosowana do zademonstrowania mapowania chemicznego i morfologii korozji na styku metalu i farby stopu aluminium po wystawieniu na działanie roztworu soli w porównaniu z próbką wystawioną na działanie powietrza.

Obrazowanie korozji na granicy faz metal-farba przy użyciu spektrometrii mas jonów wtórnych czasu przelotu

Analiza morfologii, składu i rozmieszczenia blaszek rozpuszczających może dostarczyć niezbędnych informacji do zrozumienia procesów geologicznych związanych z wulkanizmem i metamorfizmem. Przedstawiamy nowatorskie zastosowanie APT do charakterystyki takich blaszek i porównujemy to podejście z konwencjonalnym zastosowaniem mikroskopii elektronowej i nanotomografii opartej na FIB.

Tomografia atomowa Analiza rozpuszczonych faz mineralnych

Poznaj metody przygotowania nanocząstek do analizy powierzchniowej, w tym odlewanie kroplowe, spin coating i kriofiksację. Techniki te zapewniają niezawodną charakteryzację właściwości powierzchniowych.

Przygotowanie nanocząstek do analizy ToF-SIMS i XPS

Przeglądaj więcej filmów