Microscopia eletrônica de transmissão de líquido-celular para rastreamento auto-montagem de nanopartículas

O objetivo geral deste procedimento é usar microscropy eletrônico de transmissão de célula líquida para investigar o movimento de nanopartículas na fase de solução em tempo real. Este método pode ajudar a responder a questões-chave no campo da nanociência, por exemplo, sobre como as nanopartículas formam estruturas automontadas durante a secagem do solvente. A principal vantagem dessa técnica é que ela possibilita a verificação do movimento das nanopartículas no espaço e em tempo real.

As implicações desta técnica de célula líquida tendem a rastrear movimentos individuais de nanopartículas que não são mostradas por métodos convencionais. Embora este método possa fornecer informações sobre a automontagem de nanopartículas, ele também pode ser aplicado em outros modelos, como fixação orientada de nanopartículas. Para iniciar o procedimento, coloque em um frasco de fundo redondo de 100 mililitros e três gargalos 17,75 miligramas de hexacloroplatinato de amônio, 3,72 miligramas de tetracloroplatinato de amônio e 115,5 miligramas de brometo de tetrametilamônio.

Adicione ao frasco 109 miligramas de polivinilpirrolidona e 10 mililitros de etilenoglicol anidro. Equipar o balão com uma barra de agitação, um septo de borracha e um condensador de refluxo. Ligue o motor de agitação e, agitando a 1000 rpm, desgaseifique o balão de reação sob vácuo por uma hora.

Em seguida, sob um fluxo de argônio, aqueça a mistura de reação a 180 graus Celsius a 10 graus por minuto. Mexa a mistura a 180 graus Celsius por 20 minutos e deixe a mistura esfriar até a temperatura ambiente. Transfira a mistura resfriada para um tubo de centrífuga de 50 mililitros.

Adicione ao tubo 30 mililitros de acetona para precipitar as nanopartículas de platina. Centrifugue a mistura a 2400 vezes G por 10 minutos. Rejeitar o sobrenadante e dispersar o precipitado em 10 mililitros de etanol.

Obtenha um wafer de silício de quatro polegadas e 100 mícrons revestido com cerca de 25 nanômetros de nitreto de silício. Carregue a fotorresistência usando um revestidor giratório. Em seguida, use fotorresistente para montar o wafer ultrafino em um wafer de silício de 500 mícrons de espessura.

Gire o revestimento do wafer com 10 mililitros de fotorresistência positiva a 3000 rpm por 30 segundos. Asse o wafer a 85 graus Celsius por 60 segundos. Em seguida, cubra o wafer com uma máscara de cromo e exponha o wafer à luz de 365 nanômetros por 10 segundos.

Mergulhe o wafer em 50 mililitros da solução reveladora apropriada por 40 segundos e depois em 50 mililitros de água deionizada por um minuto. Mergulhe o wafer em 50 mililitros de água deionizada por um minuto e, em seguida, coloque o wafer padronizado em um gravador de íons reativo. Gravar o nitreto de silício exposto durante um minuto.

Use um banho-maria para aquecer uniformemente um recipiente com uma solução aquosa de hidróxido de potássio de 30 miligramas por litro a 85 graus Celsius. Mergulhe o wafer ultrafino no hidróxido de potássio quente por duas horas para gravar o silício exposto. Quando o silício exposto parecer ter sido completamente gravado, remova cuidadosamente o wafer da solução em um ângulo para evitar romper a janela de nitreto de silício.

Repita este processo com a segunda máscara de cromo para obter os chips superior e inferior. Use a terceira máscara de cromo para padronizar espaçadores de índio no chip inferior. Alinhe os chips superior e inferior e una os chips a 100 graus Celsius.

Transfira 20 microlitros da dispersão de nanopartículas preparada para um frasco de cinco mililitros. Deixar evaporar o solvente em condições ambientais durante 10 minutos. Inspecione a célula líquida sob um microscópio óptico para verificar se as janelas de nitreto de silício estão intactas.

Em seguida, disperse as nanopartículas em uma mistura de um mililitro de ortodiclorobenzeno, 250 microlitros de pentadecano e 10 microlitros de oleilamina. Com a célula líquida sob o microscópio óptico, use um injetor com capilar ultrafino para carregar 100 nanolitros da dispersão nos reservatórios de células líquidas. Use papel de filtro para absorver o excesso de dispersão fora dos reservatórios.

Deixe a célula descansar no ar ambiente por 10 minutos para evaporar o ortodiclorobenzeno. Em seguida, aplique graxa a vácuo em um lado de uma grade de abertura de cobre de dois milímetros com um orifício de 600 mícrons. Cubra cuidadosamente a célula líquida com a grade, tendo o cuidado de alinhar a abertura com a janela da célula líquida.

Monte a célula em um suporte MET padrão e carregue a célula no instrumento. Adquira imagens no modo de aquisição contínua de imagem à medida que o solvente seca. Use o software de processamento de imagem para calcular a função de distribuição radial das partículas em cada imagem adquirida.

Imagens TEM de uma suspensão de nanopartículas de platina secando em uma célula líquida de nitreto de silício mostraram as nanopartículas sendo puxadas para dentro pela frente do solvente recuada. Esse comportamento foi atribuído às fortes forças capilares da fina camada de solvente e à redução da energia livre das nanopartículas na interface do solvente. As nanopartículas inicialmente formaram aglomerados amorfos multicamadas à medida que eram reunidas.

À medida que o solvente secava, os aglomerados se achatavam em uma monocamada ordenada. Essa ordenação é refletida nas funções de distribuição radial derivadas das imagens MET. A função de distribuição radial da imagem tirada após 90 segundos teve um grande pico de 8,3 nanômetros.

As nanopartículas de platina cobertas de oleilamina têm cerca de 8,3 nanômetros de diâmetro, sugerindo que um número significativo de partículas foi montado o mais próximo possível. Uma vez dominada, essa técnica pode ser feita em dois dias se for executada corretamente. Geralmente, os indivíduos que são novos neste método podem ter dificuldades porque fabricar e trabalhar com a célula líquida requer diferentes níveis de otimização para diferentes nanopartículas ou composições de células líquidas.

Ao tentar este procedimento, lembre-se de proteger as janelas da célula líquida de quebrar. Seguindo este procedimento, outros métodos, como a aplicação de tensões à célula líquida, podem ser realizados para responder a perguntas adicionais sobre a automontagem de nanopartículas na presença de forças externas. Após seu desenvolvimento, essa técnica abriu caminho para pesquisadores no campo da nanociência explorarem o processo de montagem de nanopartículas no mecanismo seco geral.

Depois de assistir a este vídeo, você deve ter uma boa compreensão de como preparar células líquidas e medir os movimentos das nanopartículas no experimento TEM. Não se esqueça de que trabalhar com o agente KUH pode ser extremamente perigoso. Precauções como o uso de óculos de segurança devem sempre ser tomadas durante a realização deste experimento.