Waiting
Login processing...

Trial ends in Request Full Access Tell Your Colleague About Jove
Click here for the English version

Engineering

Het bestuderen van dynamische processen van Nano-sized Objecten in Vloeistof met behulp van Scanning Transmission Electron Microscopy

Published: February 5, 2017 doi: 10.3791/54943

Summary

Dit protocol beschrijft de werking van een vloeistofstroom monsterhouder voor het scannen van transmissie elektronenmicroscopie van AuNPs in water, zoals gebruikt voor de observatie van nanoschaal dynamische processen.

Abstract

Monsters volledig geïntegreerd in vloeistof kan worden bekeken op nanoschaal ruimtelijke resolutie met Scanning Transmission Electron Microscopy (STEM) met een microfluïde kamer gemonteerd in de monsterhouder Transmissie Elektronen Microscopie (TEM) en STEM. De microfluïdische systeem bestaat uit twee silicium chips ondersteunen dunne silicium nitride (SiN) membraan ramen. Dit artikel beschrijft de basisstappen van het monster het laden en data-acquisitie. Het allerbelangrijkste is dat de vloeistofkamer correcte montage, waardoor een dunne vloeistoflaag en een vacuüm afdichting. Dit protocol bevat ook een aantal tests die nodig zijn om uit te voeren tijdens monster laden om een ​​correcte montage te garanderen. Zodra het monster in de elektronenmicroscoop wordt geplaatst, de vloeistof dikte moet worden gemeten. Verkeerde montage kan resulteren in een te dikke vloeistof, terwijl een te dun vloeibare afwezigheid van vloeistof, bijvoorbeeld wanneer een luchtbel wordt gevormd kunnen wijzen. Ten slotte is het protocoluitgelegd hoe beelden worden opgenomen en hoe dynamische processen kunnen worden bestudeerd. Een monster dat AuNPs wordt afgebeeld, zowel in zuiver water en in een zoutoplossing.

Introduction

Conventionele Scanning Transmission Electron Microscopy (STEM) wordt beperkt door het bereik van monsters geschikt voor analyse, in het bijzonder de droge en vaste monsters geschikt voor plaatsing in een hoog vacuüm. Echter, veel wetenschappelijke en technologische vragen hebben betrekking op nanoschaal materialen en processen in vloeibare omgeving. Monsters volledig geïntegreerd in vloeistof kan nu worden bestudeerd STEM wijze het begrip dat een microfluïde kamer gemonteerd in de monsterhouder Transmissie Elektronen Microscopie (TEM) en bèta 1 omvat. Deze nieuw ontwikkelde techniek wordt steeds populairder, omdat het nieuwe inzicht in belangrijke processen diverse onderzoeks- onderwerpen, zoals de groei, ontbinding, en aggregatie van nanodeeltjes 2, 3, 4, 5, 6. Niet alleen metalen, maar ook Biominerals 7 en biologische systemen kunnen worden bestudeerd 8, 9, 10, 11. Het monster laden en beeldopname voor vloeistoffase STEM anders is dan voor de bèta van de droge monsters en omvatten een protocol dat speciale training nodig.

De microfluïdische systeem bestaat uit twee silicium microchips ondersteunende Silicon nitride (SiN) membraan vensters transparant voor de elektronenbundel 200 keV energie 12 (zie figuur 1A). Details over de afmetingen en de behandeling van deze microchips kunnen elders worden gevonden 12, 13. Het monster bevat meestal nanoschaal objecten. In dit artikel zagen we goud nanodeeltjes (AuNPs). De AuNPs worden geïmmobiliseerd op het bovenste venster (ten opzichte van een neerwaartse-reizen elektronenstraal) of drijven in het vloeibare zeeID kaart. Nanoschaal ruimtelijke resolutie in STEM wordt verkregen door het scannen van de elektronenbundel over de AuNPs en het verzamelen van uitgezonden verstrooide elektronen met behulp van de ringvormige Dark Field (ADF) detector 9. De twee microchips worden in een kleine opening in de punt van de vloeistofstroom TEM houder 1 (de houder werkt zowel bèta en TEM maar wordt aangeduid als de houder TEM). Een van de microchips bevat een afstandhouder zodat een vloeistofkamer wordt gevormd tussen de chips. O-ringen aan weerszijden van de twee chips verschaffen vacuümafdichting van de vloeistofkamer 13 (zie figuur 1B).

Het doel van dit artikel is om de basisstappen van het monster het laden en data-acquisitie te tonen, zodat geïnteresseerde gebruikers eenvoudig toegang tot deze opkomende nieuwe techniek kan vinden. Een systeem verkrijgbaar bij een specifiek bedrijf wordt gebruikt, maar het protocol ook voor systemen van andere bedrijven. De techniek iscomplexer dan conventionele TEM en STEM en een aantal praktische aspecten moeten worden overwogen bij het werken met een vloeibaar houdersysteem 13. Het allerbelangrijkste is dat de vloeistofkamer correcte montage, waardoor een dunne vloeistoflaag en een vacuüm afdichting. Daarom is het zeer belangrijk om netjes werken en stofvorming tijdens de voorbereiding en montage van de vloeistofstroom TEM houder te voorkomen. Met name de O-ringen en twee silicium chips nodig vrij van verontreinigingen zijn. Zelfs kleine stofdeeltjes op een van de microchips kan ernstig de dikte van de geassembleerde cel die het bereiken van een bruikbare ruimtelijke resolutie kan voorkomen verhogen. Een vacuümafdichting is belangrijk, zodat geen vervuiling of beschadiging zal worden achtergelaten in de elektronenmicroscoop na het experiment. Dit protocol beschrijft het laden procedure en een aantal noodzakelijke tests. De werking van de elektronenmicroscoop is eenvoudig, but het vereist enige extra stappen in vergelijking met microscopie van vaste monsters. Met toenemende dikte vloeistof worden meerdere elektronen geabsorbeerd en verstrooid door de vloeistof; een meting van de vloeistof dikte essentieel. Tenslotte het protocol uitgelegd hoe beelden worden genomen en hoe dynamische processen kunnen worden bestudeerd.

Figuur 1
Figuur 1: Liquid Flow Cell voor Scanning Transmission Electron Microscopy (STEM). (A) Schematische weergave van de samengestelde vloeistof cel. Twee silicium microchips met Silicon Nitride (SiN) membraan vensters zijn tussen twee O-ringen. De vloeistof is opgesloten tussen het SiN membraan en wordt dus gescheiden van het vacuüm in de elektronenmicroscoop. Een gerichte elektronenbundel scans over het monster. Contrast wordt verkregen uit verstrooide elektronen. Gouden nanodeeltjes (AuNPs) worden geïmmobiliseerd binnen de vloeistof bij het SiN membraan maar kan ook bewegen in devloeistof. (B) Schematische zijaanzicht dwarsdoorsnede van de stapel twee microchips met O-ringen. Klik hier om een grotere versie van deze figuur te bekijken.

Protocol

Figuur 2
Figuur 2: Reinigen orde van de Si Microchips. (A) Twee bekers gevuld met 40-60 ml aceton en ethanol elk. (B) De Si microchips worden in het bekerglas gevuld met aceton. De kant met de SiN membraan moet naar boven wijzen. De reflectie van de twee Si microchips toont duidelijk de groef aan de achterzijde van twee microchips. (C) Na 2 min, worden de Si microchips overgebracht naar de tweede beker gevuld met ethanol. Na nog 2 min, worden de Si microchips overgebracht in een cleanroom weefsel te drogen. Klik hier om een grotere versie van deze figuur te bekijken.

figuur 3
Figuur 3: Liquid Flow Transmission Electron Microscopy (TEM) Holder Equipment. (A) De vloeistofstroom TEM houder met kunststof slang en een spuit voor vloeistofstroom. (B) Het uiteinde van de vloeistofstroom TEM houder uit de houder as, het deksel van de cryostaat compartiment, O-ringen, en twee silicium microchips. De buis steekt vanaf de linkerzijde van de tip. (C) De cryostaat compartiment dat één O-ring, de gleuf voor de plaatsing microchip. (D) Verschillende pincet op een stofvrije ondergrond (aluminiumfolie). (E) Het deksel van de vloeistof cel compartiment met de twee O-ringen. (F) Twee silicium microchips met SiN membraan ramen. Links: het monster microchip zonder afstandhouder; rechts: de cover microchip met een 200 pm spacer. (G) Een microfluïdische pompsysteem. Klik hier om een grotere versie van deze Figu bekijkenopnieuw.

1. Voorbereiding van de Microchips

1. Reiniging van de microchips

  1. Bereid een werkruimte met een laag stof niveau in een laminaire luchtstroom kap met een stofdeeltje filter.
  2. Reinig een lichtmicroscoop glasplaatje met een fiber-vrij weefsel en pure ethanol voor de plaatsing en het transport van de microchips. Plaats het glaasje op een cleanroom weefsel in een petrischaal.
    OPMERKING: Vermijd het gebruik van technische ethanol te allen tijde.
  3. Selecteer 5 base microchips (zonder een tussenstuk) voor monster plaatsing en 5 microchips met een afstandhouder 200 nm dik.
    Opmerking: Het venster afmetingen zijn 20 x 400 urn 2 en SiN dikte 50 nm. Omdat er enige tolerantie op de afmetingen, is het raadzaam om de afmetingen met behulp van een lichtmicroscoop controleren.
  4. Gebruik koolstof beklede pincet om de microchips van de opbergbox te verwijderen en leg ze op het glaasje. Pak de microchips stevig maar voorzichtig op hun long kanten. Behandel de microchip, zodanig dat de SiN membraan zijde altijd naar boven is gericht.
    LET OP: Raak de kwetsbare SiN membraan aan de bovenzijde. Wees ook voorzichtig met het hanteren van de microchips om te voorkomen dat het kraken van hun scherpe randen, die problemen als gevolg van silicium deeltjes die zich op de microchip of later lekkages kunnen veroorzaken.
    LET OP: training voor de procedure om de microchips van de kleverige oppervlak te verwijderen kan worden uitgevoerd op (goedkope) dummy microchips.
  5. Plaats de microchips op een cleanroom weefsel in een petrischaal. Sluit het gerecht en overbrengen naar de zuurkast.
    LET OP: De stappen met aceton worden uitgevoerd in een zuurkast voor de chemische veiligheid.
  6. Neem twee 120 ml glazen bekers. Spoel een beker met aceton en de andere met ethanol om ze schoon. Vul het eerste met 40-60 ml aceton en de andere met 40-60 ml ethanol.
    NB: Het is belangrijk om HPLC-grade vloeistoffen ook gebruiken voor deze stap in het protocol.
  7. Overdrachtde microchips in de beker met aceton teneinde de beschermende verwijderen resistlaag. Beweeg de beker met de hand om effectief te spoelen de microchips, maar wees voorzichtig niet aan de microchips zijn kop te zetten - zie figuur 2.
  8. Na 2 minuten, verwijder de microchips en zo snel mogelijk ze in de beker met de ethanol. Beweeg de beker met de hand met ethanol gedurende 2 minuten om eventuele resten van de resistlaag te verwijderen. Dek het bekerglas af met aluminiumfolie en overbrengen naar de laminaire luchtstroom werkbank.
    LET OP: Laat de microchips uitdrogen tijdens de overdracht om de afzetting van vuil te voorkomen.
  9. Verwijder de microchips uit de beker en leg ze op een nieuwe cleanroom weefsel. Laat ze drogen voor een paar minuten en de overdracht van de microchips op de lichtmicroscoop glaasje in de petrischaal.
    LET OP: De natte microchips kan eenvoudig klep rond, draai ondersteboven, of vasthouden aan de pincet wanneer zij worden vrijgegeven. Dit kan worden vermeden door preszingen de microchips zachtjes op het filter papier en het trekken van de pincet weg in de horizontale richting.
  10. Sluit de petrischaal en microchips dragen aan het plasma schoner.
  11. Plaats het glaasje met de microchips in het plasma schoner. Voer een 5 min reinigingsprogramma aan het oppervlak van het siliciumnitride membraan hydrofiel te maken en koolwaterstoffen te verwijderen.
    OPMERKING: Geschikt instellingen toegepast voor onze plasma schoner zijn: 70 mTorr, gasstroom van 11,5 sccm gedurende O 2 en 35,0 sccm gedurende Ar, 50 W forward Radio Frequency (RF) doel, 5 W RF-bereik en max gereflecteerd RF. Elke plasma kan induceren een oppervlaktelading geschikt.
  12. Zet het glaasje met de microchip terug in de petrischaal, sluit het deksel, en over te dragen aan de lichtmicroscoop.
  13. Onderzoek de microchips onder een lichtmicroscoop voor mogelijke membraan scheurt of resterende vuildeeltjes. Wees extra voorzichtig met het raam gebieden en controleer op kleine plekken aangeven arupture van het membraan. Ontslaan microchips met beschadigde membranen.
  14. Sluit de petrischaal en op te slaan in de laminaire luchtstroom werkbank.

2. Bereiding van het monster op de microchips

  1. Bereid een waterige oplossing AuNP (citraat gestabiliseerd) door mengen van kleine hoeveelheden van de voorraadoplossingen van 30 nm diameter, citraat gestabiliseerd AuNPs bij een concentratie van ~ 3 M.
  2. Plaats de microchips op een schoon, kleverige oppervlak in een transportbox voor druppel application / sample depositie.
  3. Plaats een druppel (1-2 ui) van de monsteroplossing op de SiN membraan van het vers plasma gereinigde microchip (gebruik een microchip zonder spacer) en laat de oplossing droog in de laminaire luchtstroom werkbank.
    Opmerking: Deze procedure kan worden herhaald om de concentratie van AuNPs verhogen SiN membraan.
  4. Breng 1 pl gedeïoniseerd water om de microchip voor de verwijdering van zout en / of oppervlakteactieve stoffen. Na 30 s voorzichtigVerwijder de druppel water met filter papier. Laat de microchips te drogen in de lucht in de laminaire luchtstroom werkbank.
    LET OP: Een voldoende groot aantal AuNPs zal gehandeld hebben om de microchip en zal niet verdwijnen in het water meer worden gewassen.
  5. Gebruik de voorbereide monster microchips binnen 4 uur als de SiN verliest zijn hydrofiele teruggegeven oppervlakte-eigenschappen na verloop van tijd, die ertoe kunnen leiden dat de vloeistof zich anders gedragen tijdens een experiment. Opmerking: Raadpleeg de discussie sectie voor meer details.
  6. Een gesloten transportbox voor de opslag en overslag van de microchips.

2. Voorbereiding van de vloeistofstroom TEM Holder

  1. Het schoonmaken van de vloeistofstroom TEM houder
    1. Reinig alle gereedschappen (pincet en schroevendraaier) die in contact komen met vacuüm onderdelen middels aceton en ethanol in een ultrasoon bad en plaats ze op de stofvrije door een stuk nieuwe aluminiumfolie die op de werkbank. Werk met handschoenenom vervuiling van de vloeistofstroom TEM houder voorkomen.
      LET OP: De instrumenten hoeven niet te uitgebreid worden gereinigd als men er zeker van dat ze schoon zijn voor het werken met vacuüm onderdelen. Handschoenen kunnen worden vermeden als één staat de behandeling van de apparatuur zonder het aanraken van het vacuüm onderdelen is.
    2. Plaats de vloeistofstroom TEM houder onder de binoculaire lichtmicroscoop zodanig dat het uiteinde van de houder bevattende de vloeistofkamer kan worden waargenomen. Zie figuur 3.
    3. Verwijder het deksel van de houder tip en plaats het op de stofvrije ondergrond.
      OPMERKING: De titanium deksel is gevoelig voor krassen veroorzaakt door hardere materialen zoals pincet. Het wordt aanbevolen om met polymeer beklede pincet gebruiken materialen.
    4. Maak minstens 1-2 ml van zuiver water (HPLC-kwaliteit).
      LET OP: Als men maakt geen gebruik van HPLC-kwaliteit vloeistof, dan is het aanbevolen om te controleren of de vloeistoffen die niet microdeeltjes die mogelijk kunnen leiden tot klompen van de stroming systeem niet bevatten; filtre van de vloeistof indien nodig met een micro-poriën filter.
    5. Gebruik een glazen spuit (1 ml) om de gehele stroomsysteem spoelen met 0,5 ml zuiver water. Het wordt aanbevolen om een ​​spuitpomp microfluïdische systeem. Gebruik een pipet en / of filtreerpapier om de vloeistof in de vloeistof cel compartiment uitgeworpen verwijderen. Test alle buizen voor vloeistofstroom. Droog de houder tip daarna met behulp van filter papier en / of een pipet.
    6. Gebruik de lichtmicroscoop om te controleren of het uiteinde van de houder is schoon en droog. Indien nodig, was de tip van de houder met water of ethanol aan een vaste residuen die misschien achter de gedroogde oplossing gelaten verwijderen. Verwijder stukjes stof en resten van vezels ook. Haal deze stukken met een pincet, waardoor het vermijden van krassen op het titanium oppervlak. Controleer ook in de O-ring groeven en verwijder de restanten van de vloeistof met een klein stukje van de cleanroom weefsel.
      LET OP: Als de houder niet schoon doet wordt met deze procedure, dan is het aanbevolenaan het uiteinde uit de houder en het reinigen in aceton gedurende 2 minuten en in ethanol gedurende 2 min met behulp van een ultrasoonbad.
    7. Controleer alle andere delen van de tip (O-ringen, deksel, en schroeven) onder de lichtmicroscoop en verwijder stof, vezels, etc ...
      LET OP: soms moeten kleine stukjes afkomstig zijn van de schroeven of de Si microchips ook worden verwijderd. Eventueel kort reinigen vacuüm onderdelen met HPLC-kwaliteit ethanol. Het deksel en schroeven kunnen worden gereinigd met ultrageluid, zoals beschreven voor de tip. Plaats de O-ringen vaak in ethanol, omdat de O-ringen brosse mettertijd maken, verminderen de vacuümdichtheid. Het systeem wordt bediend zonder vacuüm vet, maar als afdichtingsproblemen optreden, kan vacuüm vet worden gebruikt.
    8. Plaats de O-ringen in de respectievelijke groeven van de houder en controleer of ze passen en niet uitsteken op een zijde van de groef.
    9. Houd de vloeistofstroom TEM houder vrij van stof tot monster laden (bv., Door te bedekken met aluminiumfolie).
  2. Montage van de vloeistofstroom TEM houder
    OPMERKING: De volgende procedure beschrijft het laden procedure van microchips in een monsterhouder met een optimale oriëntatie voor de bèta. In deze configuratie zal de basis microchip met het monster de bovenste microchip keer overgebracht in de microscoop. Zie Figuur 4. Voor TEM, wordt de hoogste ruimtelijke resolutie verkregen onder in de vloeistof cel ten opzichte van een neerwaartse-reizende elektronenbundel. Dus de microchips worden omgekeerd gemonteerd.
    1. Gebruik gebogen pincet om het monster microchip te grijpen aan de lange kant en plaats deze in de sleuf (zak) in de punt van de vloeistofstroom TEM houder. Houd de SiN kant naar boven. De correcte plaatsing van de microchip in de sleuf met behulp van een binoculaire lichtmicroscoop.
      OPMERKING: Als de O-ring onder de microchip is niet goed geplaatst, kan de microchip f uitstekenrom de sleuf.
    2. Plaats een druppel van 0,3 ul van de gefiltreerde vloeistof voor het experiment met het monster microchip met een micropipet. Indien nodig, bevestig de microchip op zijn plaats met een pincet, omdat de capillaire krachten van de druppel de microchip kunnen trekken uit zijn zak.
    3. Gebruik ondersteboven gebogen pincet om de tweede microchip (die met de afstandslaag) nemen. Draai de microchip op zijn kop. Plaats de afstandhouder microchip op de basis microchip in de sleuf.
      OPMERKING: Deze procedure om voldoende snel worden gedaan om het drogen van de druppel op het monster microchip te voorkomen moet worden.
    4. Controleer de juiste plaatsing met behulp van een verrekijker lichtmicroscoop tijdens het verplaatsen van een stuk van licht-reflecterend materiaal onder het topje van de preparaathouder. Beide microchips moeten exact evenwijdig aan de beste overlap van de SiN ramen bereiken.
      LET OP: In het geval dat de ramen niet overlappen, de microchips kan worden verplaatst door te drukken aan de ene kant met een tip vande pincet, maar beweeg de microchips te veel, de SiN membraan gemakkelijk beschadigd raken. Sommige microchips hebben een gekruiste configuratie (het raam van een microchip is loodrecht op het raam in de andere microchip); Deze configuratie vergemakkelijkt de uitlijning van de twee chips maar vermindert ook het gezichtsveld in de elektronenmicroscoop.
    5. Neem de voorzijde van het monster kamer deksel met de pincet en zet hem ondersteboven. Zonder het microchips, plaatst de achterzijde van de deksel op de tip. Open langzaam de pincet zodanig dat het deksel alleen rust op de onderste tak van de pincet. lager voorzichtig het deksel totdat het rust op de twee microchips. Verwijder de pincet.
    6. Controleer de uitlijning van de ramen van beide microchips. Indien nodig, verwijder het deksel, past u de positionering van de microchips, en opnieuw de positie van de deksel.
    7. Plaats de schroeven en bevestig ze in hun gebruikelijke plaatsen. Controleer de uitlijning van de twee vensters. ikf nodig, verwijder de schroeven weer en pas de microchips.
      LET OP: Draai de schroeven niet te strak vast te stellen, omdat dit schade kan veroorzaken. Een vacuüm seal wordt bereikt wanneer de schroeven gewoon vast.
    8. Controleer de afdichting door het initiëren van een vloeistofstroom door het systeem met een stroomsnelheid van 4 ul / min. Als er geen lekken waargenomen aan weerszijden van de punt, is dit een goede indicatie van de vacuüm afdichting.
    9. Breng de houder aan de vacuümpomp station en controleer of het vacuüm dichtheid. Het vacuüm niveau moet ten minste 10 -5 mbar bereiken binnen 5 min van pompen.
      OPMERKING: Het wordt aanbevolen om het pompstation testen met een dummy houder voorafgaand aan het gebruik.
    10. Breng de houder de elektronenmicroscoop in de behuizing om te voorkomen dat stof verzamelen.
      OPMERKING: Elke commerciële houder wordt geleverd met een behuizing.

3. STEM van een model in Liquid

  1. Aanpassing van de elektronenmicroscoop voor bèta LET OP: De werking van de elektronenmicroscoop beschreven in dit protocol is gebaseerd op standaard procedures die kunnen worden gevonden in de gebruikershandleiding. Het protocol beschrijft de vereiste detail verder dan de standaard procedures voor data-acquisitie op vloeibare exemplaren.
    1. Start de microscoop met STEM-modus uitgelijnd. In het monster houder, plaatst u een monster, bestaande uit een dunne film met carbon AuNPs. Pas de instellingen van de STEM microscoop als volgt: stel de probe stroom 0,18 nA en de convergentie halve hoek van de elektronenstraal 20 mrad een vlekgrootte van 4C en het doel opening van 30 urn kiezen. Selecteer een 8 cm camera lengte.
    2. Noteer het aangegeven stroomdichtheid gemeten op de fluorescentie-scherm terwijl de ADF detector wordt geplaatst. Verwijder de preparaathouder.
      Opmerking: Deze stroomwaarde is nodig later aan de dikte van de vloeistof te schatten.
    3. Start de vloeistofstroom met zuiver water. Neem niet meer dan een stroom van 2ul / min.
    4. Plaats de vloeistofstroom TEM houder in de elektronenmicroscoop en start evacuatie. Controleer zowel het vacuüm indicatie van de prevacuüm kamer en de duur van evacuatie. Als het vacuümniveau is standaard en de duur van de pompprocedure niet overschrijdt normale evacuatietijd (ongeveer 1 minuut) met een factor twee, plaats de houder.
    5. Open de bundel ventiel bij het vacuüm van de hoofdmonsterkamer in het gebied dat de opening toelaat. Plaats de ADF detector door op de ADF toets.
      NB: Dit protocol verwijst naar een ADF detector boven het fosforscherm van de elektronenmicroscoop geplaatst.
    6. Stel de microscoop in continue beeldacquisitie-modus met een beeldgrootte van 512 x 512 pixels, een pixel verblijftijd van 2 microseconden, en een vergroting van 20.000. Zoek naar het venster SiN door het vertalen van de fase in de x- en y-richting.
      NB: De microchips te blokkeren elke elektronen die door het monster in de richting van de sporenof; signaal alleen toegankelijk ter plaatse van de SiN. Zie figuur 5. Soms is het gemakkelijker om het venster SiN vinden door het bekijken van de fluorescentie scherm.
    7. Zodra het venster is gevonden, het contrast en helderheid (met de respectievelijke knoppen) zodat de rand van het venster zichtbaar. Verplaats de rand naar het midden van het gezichtsveld door de x- en y-translatie knoppen van de preparaattafel. Druk op de resetknop van het objectief.
      OPMERKING: De helderheid moet grotendeels worden verminderd in vergelijking met een vacuüm monster wegens sterke verstrooiing in de vloeistof.
    8. Doe vervolgens grof richten van de scherpe hoek aan de rand van het venster SiN door instelling van de verticale positie (z-translatie) van de preparaattafel. Controleer of het monster positie op de eucentrische hoogte door het draaien van het podium met 5 ° en draaien terug. Kenmerken van het monster en de hoek van het venster SiN mag niet verschuiven bij lage vergrotingen.
    9. Stel de verticale positie nodig vensterrand opnieuw plaatsen in het midden van het gezichtsveld. Sla de positie van het podium met behulp van de winkel knop van de software.
    10. Naar een positie waar klein afval of andere materialen met een hoog contrast (bijv AuNPs) aanwezig door het vertalen van de fase in de x en y richtingen. Pas de scherpstelling van het objectief, zodat alle objecten verschijnen scherp in focus.
    11. Noteer de huidige dichtheid gemeten bij het fosforscherm zichtbaar via de besturingssoftware, met vermelding van de verzonden stroom door de vloeistof houder en door de opening van de ADF detector. Bereken de dikte van de cryostaat via Vergelijking 1. Ga indien de vloeistof dikte is vastgesteld en niet meer dan 3 pm.
      14
      vergelijking 1 vergelijking 1
      met SiN t de dikte van de amorfe siliciumnitride membraan en water t de dikte van de waterlaag. De gemiddelde vrije weglengte bedragen l SiN = 0,79 pm van SiN, = en l water = 3,0 urn van water voor de detector openen semi-hoek van 35 mrad 14.
    12. observeer de vloeistof bij lagere vergrotingen zorgvuldig om ervoor te zorgen dat de gasbellen niet aanwezig zijn. Gasbellen kan voorkomen worden door een continue vloeistofstroom en sonde stroom die kleiner is dan 0. 5 nA.
    13. Vertalen de fase van de x- en y-richting tot een gebied dat ten minste 20 AuNPs has gevonden. Stel het beeldformaat in op 1024 x 1024 pixels, de pixel verblijftijd tot 19 microseconden, en de vergroting tot 400.000. Acquire beelden van AuNPs gehandeld op grond van de SiN membraan door het indrukken van de overname-knop.
      LET OP: Zodra beelden zijn verkregen, waarin de AuNPs zichtbaar zijn met een sterk contrast en scherpe randen (zie figuur 6), kan men er zeker van zijn dat het experiment correct is ingesteld. In het geval dat onverwachte problemen voordoen, niet doorgaan met het experiment, maar zorg ervoor om de oorzaak op te lossen.
  2. STEM van de ontbinding van AuNPs
    1. Verwijder de vloeistofstroom TEM houder van de microscoop en stop de vloeistofstroom.
    2. Maak minstens 1 ml van een oplossing van 0,1 M natriumchloride in HPLC-grade water in een glazen spuit.
    3. Stel het stroomsysteem met een snelheid van 20 pl / min en spoel het gehele stroomsysteem met 0,3 ml van zoutoplossing. Gebruik filter papier om de vloeistof te verzamelen over de uitgeworpenandere uiteinde van de slang. Daarna, opnieuw aan te passen de stroom systeem om 2 pl / min.
    4. Controleer de integriteit van het venster SiN met een binoculaire lichtmicroscoop. Als er geen lekkage wordt waargenomen, plaats de vloeistofstroom TEM houder in de microscoop.
    5. Controleer het vacuüm indicatie van de pre-vacuümkamer en de duur van evacuatie. Als het vacuümniveau is standaard en de duur van de pompprocedure niet overschrijdt normale evacuatietijd (ongeveer 1 minuut) met een factor twee, de houder plaatst
    6. Verplaats het podium achterkant van de microscoop terug naar zijn vorige positie met behulp van de opgeslagen podium positie. Stel de microscoop in continue beeldacquisitie-modus met een beeldgrootte van 512 x 512 pixels, een pixel verblijftijd van 2 microseconden, en een vergroting van 20.000 x. Pas het contrast, helderheid, focus en eucentrische hoogte, zoals beschreven in de stappen 3.1.7-3.1.9.
    7. Een locatie van belang door het vertalen van de fase in de x- en y-richting. Stel de beeldgroottetot 1024 x 1024 pixels, de pixel verblijftijd tot 2 microseconden, en de vergroting tot 500.000. Neem een ​​reeks STEM beelden door handmatig te drukken op de overname knop de vorige afbeelding is opgeslagen.
      OPMERKING: De AuNPs beginnen zodra de elektronenbundel wordt afgetast over het monster oplost. Deeltjes buiten het bestraalde gebied zijn niet getroffen en kan onmiddellijk na acht worden genomen. De tijdstempel wordt opgeslagen in de header image. Het is ook mogelijk om software voor het automatisch verzamelen van een reeks beelden in een film.
  3. Demontage en schoonmaken van de TEM-houder na het experiment
    1. Wanneer de vloeibare fase TEM experimenten zijn uitgevoerd en de houder wordt teruggetrokken uit de elektronenmicroscoop, reinigen van de leidingen, de vloeistofkamer en de componenten om vaste deeltjes overblijvende zouten die betrekking hebben met toekomstige experimenten verwijderen.
    2. Draai de achterste schroef iets, zodat het nog steeds vastin de sleuf, maar het deksel gemakkelijk kan worden verwijderd. Draai de voorste schroef, verwijder deze, en plaats deze in een stofvrije omgeving.
    3. Verwijder het deksel en plaats deze in stofvrije omgeving voor opslag.
    4. Verwijder de twee microchips uit de zak. Scheiden door ze voorzichtig dompelen in water of in de resterende oplossing van het experiment. Plaats de microchips op tissue papier met de SiN membraan kant naar boven en laat ze drogen aan de lucht voor verdere analyse.
    5. Verwijder de O-ringen en reinig de respectievelijke groeven HPLC-kwaliteit water. Bewaar de O-ringen in een stofvrije omgeving.
    6. Gebruik een glazen spuit (5 ml) aan alle buizen (invoer en uitvoer), elke spoeling met 5 ml HPLC kwaliteit water. Het verzamelen van de vloeistof met een kleine beker onder de TEM houder tip geplaatst. Na spoelen Gebruik een pipet en / of filtreerpapier om de resterende vloeistof uit de vloeistofkamer verwijderen.
    7. Inspecteer het topje van de TEM-houder en resten te verwijderen, zoals gebroken randen van het silicium microchips, vezels of stof. Als zout is nog steeds zichtbaar, herhaalt u de reinigingsprocedure. Zet de O-ringen om hun grooves.
    8. Bewaar de TEM houder en zijn componenten in een stofvrije omgeving.
  4. Procedure alternatief voor 3.2: STEM van het verplaatsen van goud nanodeeltjes
    OPMERKING: Een ander montageprocedure is vereist om de beweging van AuNPs bestuderen vloeistof.
    1. Weglaten stap 1.2. Laad de AuNPs op de silicium microchip onmiddellijk voordat u deze in de TEM-houder in stap 2.2. Bewaar het monster onder een vloeistoflaag te allen tijde om een ​​sterke hechting van de AuNPs de SiN membraan voorkomen. De andere stappen van het protocol zijn hetzelfde. Een reeks STEM beelden verkregen in stap 3.2.6.

figuur 4
Figuur 4: Het assembleren van de vloeistofstroom TEM Holder. (A) De vloeistof cel compartiment met the kleinere O-ring geplaatst in de groef. De inzet toont het bovenaanzicht. (B) De basis microchip is geplaatst in de betreffende bus. De inzet toont het zijaanzicht op een zodanige hoek dat de microchip is zichtbaar vanaf lichtreflectie. (CD) Een druppel van de oplossing wordt toegevoegd aan de microchip. (EG) Plaatsing van het deksel microchip. (HI) Plaatsing van het deksel van de vloeistof cel compartiment. (J) Fixatie van het deksel met de twee schroeven. (K) gemonteerd vloeistofstroom TEM houder. Klik hier om een grotere versie van deze figuur te bekijken.

figuur 5
Figuur 5: Eerste Plaatsing en scherpstellen met behulp van STEM Microfoto. (A) Om het venster SiN te lokaliseren, wordt het podium verplaatst in de richting van de helderste signal. De silicium microchip is dun genoeg voor sommige elektronen door te dicht bij het raam passeren. (B) De rand van de gerichte SiN venster met een aantal AuNPs verschijnen fel op de donkere (minder verstrooiing) SiN membraan venster. De rand van de microchip is licht door overmatige verstrooiing. (C) met aandacht wordt gedaan op de hoek van het venster SiN. De beelden tonen onder-gericht, in focus, en over-gerichte situaties. Klik hier om een grotere versie van deze figuur te bekijken.

Representative Results

De stroom TEM houder vloeistof werd gebruikt om het gedrag van AuNPs in vloeibare bestuderen. AuNPs werden stabiel geïmmobiliseerd op het SiN membraan zuiver water en werden afgebeeld met nanoschaal resolutie met behulp van vloeistoffase STEM (figuur 6). Uitstekend contrast werd verkregen op de sterk verstrooiende goud. De huidige dichtheid op het fosforscherm gemeten voor een droge monster was 20 Pa / cm², terwijl het bedrag van 8 pA / cm² met de vloeistofstroom TEM houder geplaatst. Gebruik Vergelijking 1, t = water 2,4 ± 0,5 pm, veel groter dan wat werd verwacht op basis van de afstandhouder dikte van 200 nm. Niettemin is de dikte niet te groot voor de beeldvorming van de AuNPs met nanometer ruimtelijke resolutie. De vloeistof dikte was dikker dan 200 nm door de afstandhouder ingesteld door bolling van de SiN membranen, niet-vlakheid van de microchips en vuil die zich op de microchips.

16, hoewel reactieve radiolyseproducten (e - AQ, H •, H +, OH •) afkomstig van de interactie van de elektronenbundel met water kan oxideren enkele gouden atomen, leidt tot een vormverandering van de AuNPs 15. Echter, wanneer de vloeistofstroom werd gebruikt om chloride-ionen te voeren in een tweede experiment werd de stabiliteit van de AuNPs veranderd. Ionen zijn kan stabiliseren geoxideerd goud atomen in de vorm van tetrachloroaureat, AuCl 4 -. Figuur 7 toont dat de AuNPs loste langzaam gedurende een STEM beeldvorming time-lapse reeks Soortgelijke resultaten eerder 16 vermeld. Voor de gebruikte elektronen dosering, het duurde ~ 300 s naar de 30 nm-sized AuNPs ontbinden.

De bewegingen van AuNPs in wate r werden bestudeerd in een derde experiment (Figuur 8). Voorafgaand aan het experiment werd de stroming TEM houder vloeistof gereinigd om alle sporen van zout te verwijderen. Verschilt van het eerste experiment, werd een alternatieve monstervoorbereiding benadering een zwakkere hechting van de AuNPs de SiN membraan 14 bereikt. In dit experiment werd de oplossing AuNP op de silicium chip geplaatst en geassembleerd in de vloeistofstroom TEM houder zonder dat de oplossing uitdrogen. Zo de AuNPs gemakkelijk los van de SiN membraan aan beeldvorming met een dosis gebruikt. Enkele AuNPs afgestapt van het gezichtsveld in de bulk oplossing, terwijl de overige AuNPs binnen het gezichtsveld bleef dicht bij het venster SiN. Het verloop van deze AuNPs werden waargenomen, en uiteindelijk geperst ze. Na een tijdje, deze agglomeraten ook los van de SiN membraan en verhuisd van het gezichtsveld en in de oplossing.

ntent "fo: keep-together.within-page =" 1 "> figuur 6
Figuur 6: Scanning Transmission Electron Microscopy (STEM) Deze coupe van AuNPs 30 nm in diameter op de Top van een zuiver water Layer. De getoonde afbeelding is een geselecteerd gebied van de originele afbeelding. Het beeldformaat is 1024 x 1024 pixels, de pixel verblijftijd was 19 microseconden, de pixelgrootte was 0,73 nm, en de vergroting was 400,000X. Het elektron dosis was dus 7,1 x 10 4 e - / Nm². De stroomdichtheid gemeten bij het fosforscherm was 8 pA / cm 2, zodat de vloeistof dikte werd berekend bedraagt 2,4 urn. Klik hier om een grotere versie van deze figuur te bekijken.

figuur 7
Figuur 7: Time-lapse-serievan STEM Microfoto van AuNPs in Saline. (AD) Beelden geëxtraheerd uit de time-lapse serie STEM beelden op 30 s intervallen. De AuNPs geleidelijk oplossen in vloeistof als gevolg van de aanwezigheid van chloride-ionen. De pixel verblijftijd was 2 microseconden, het frame tijd van de time lapse serie werd 1,75 s, de pixelgrootte was 0,44 nm, en de vergroting was 500,000X. Het elektron dosis per beeld was 1,2 x 10 4 e - / Nm². De vloeistof dikte was 2,4 urn. Klik hier om een grotere versie van deze figuur te bekijken.

Figuur 8
Figuur 8: STEM Micrograaf van AuNPs Bewegen in zuiver water. (A) SiN membraan met AuNPs, waarvan verscheidene zijn geselecteerd met pijlen. (B) Motion tracksvan de geselecteerde AuNPs (zie A). Sommige AuNPs verder van het gezichtsveld in de tijd van beeldvorming. De resterende AuNPs bewegen zijdelings langs het SiN membraan en beginnen agglomereren. Bij het bereiken van een kritische cluster grootte, zij verzenden van het membraan en verder weg van het gebied van view.The pixelverblijftijd werd 1 microseconde is het frame bedroeg 0,52 s, de pixelgrootte was 1,8 nm, en de vergroting was 120,000X. Het elektron dosis per beeld was 3,5 x 10 2 e - / Nm² en de vloeistof dikte 2,4 micrometer. Klik hier om een grotere versie van deze figuur te bekijken.

Discussion

De beschreven protocol laat STEM van AuNPs in een vloeistof, waaronder de waarneming van dynamische processen. De montage van de houder is een makkelijk te leren techniek. Wel moet een aantal aspecten worden overwogen bij het werken met de vloeistofstroom TEM houder. Zo kan gebroken randen van de Si microchip of grote deeltjes op de O-ringen leiden tot lekkage van de vloeistof cel. Anderzijds, grote deeltjes (> 200 nm, bijvoorbeeld stof of Si materiaal) kan de SiN membraan leiden tot een verhoogde dikte van de vloeibaar cel, wat leidt tot een lage imaging contrast of een lage ruimtelijke resolutie en kan zelfs leiden SiN ramen te breken. Belangrijk is dat resten van zout of andere chemicaliën het resultaat van de experimenten invloed op ongewenste wijze. Daarom is het cruciaal dat de verschillende stappen van het monster voorbereiding en houder montage zorgvuldig en in een schone en stofvrije omgeving worden uitgevoerd.

De dikte van de vloeibare cell bepaalt de haalbare resolutie en het contrast van de verkregen beelden 17. Deze dikte kan worden aangepast via spacers op een van de twee Si microchips. Afhankelijk van de afmetingen van het monster kunnen verschillende dikten van de cryostaat gerealiseerd. Voor de studie van AuNPs, is het mogelijk om kleine afstandhouders (200-500 nm) gebruikt, terwijl hele eukaryote cellen moeten grotere afstandhouders tot 5 urn. De dikte van de cryostaat wordt verder beïnvloed door de bolling van de SiN membraan ramen gevolg van het drukverschil tussen de cryostaat en het omliggende vacuüm. Dit effect wordt meer uitgesproken met grotere SiN membraan ramen. Aldus teneinde de dikte van de vloeibaar cel te minimaliseren, is het raadzaam om kleine SiN membraan vensters. In geval is het moeilijk te vinden een overlap tussen twee kleine vensters, kunnen ze worden samengesteld in een gekruiste configuratie met een andere base microchip. Alternatieve configuraties largEly voorkomen bolling en bestaan uit een monolitische microchip 18 of membraan vensters ondersteund door pilaren 19, maar die nadelen vertonen met betrekking monster laden. Een van de grootste uitdagingen van de huidige technologie is het gebrek aan precieze controle over de dikte vloeistof. Vaak is de vloeistof veel dikker dan wat wordt verwacht van de afstandhouder afmetingen gebruikt, zoals hier is getoond. Verschillende groepen gebruikt gesloten vloeistofreservoirs 4, 20, 21, 22; Deze systemen hebben een aantal voordelen op het gebied van ruimtelijke resolutie, aangezien de vloeistof dikte worden verminderd door het induceren van een bel in de vloeistof. Alternatief kunnen SiN ramen gedwongen te storten, wat leidt tot een dunnere vloeistoflaag. Ten derde, de behuizing van andere dunner vensters bestaat (bijvoorbeeld grafeen) 23, eveneens resulteert in veel dunnere vloeistoffendan wat mogelijk is met de in dit protocol beschreven systeem. Het is echter onmogelijk om vloeistofstroom in die systemen.

Zoals voor elke hoge resolutie microscopie techniek, moet aan een aantal experimentele aspecten worden beschouwd. Het belangrijkste aspect is de interactie van de elektronenbundel met de vloeistof of het monster. Naast stralingsschade, die de haalbare ruimtelijke resolutie voor vele vaste monsters 24 beperkt, worden de vloeistofmonsters ook beïnvloed door elektronen opgewekte radiolyseproducten 15, 25. Aangezien deze producten het experiment van invloed kunnen zijn, een zorgvuldige interpretatie van de gegevens en de experimentele opzet zijn van essentieel belang 26. De microscoop instellingen moeten worden gekozen op basis van de doelstellingen van een bepaalde studie. ADF STEM is krachtiger voor de beeldvorming nanodeeltjes van een hoog atoomnummer (Z) in grotere diktes van de vloeistof cel, whilele TEM geeft een beter contrast op low-Z materialen en is meestal sneller, maar vereist dunner vloeibare lagen 3. In plaats van de ADF detector, wordt de helder- (BF) detector soms gebruikt om beeld de cryostaat, aangezien BF STEM is voordelig voor het afbeelden van lage-Z materialen in dikke lagen 27. Bij toenemende dikte van de cryostaat, wordt meer stroom nodig. Hierdoor neemt echter ook de concentraties van radiolyseproducten en verhoogt stralingsschade. Ook moet worden opgemerkt dat een omkering van contrast waargenomen in de ADF detector dikke vloeistoffen (> 10 urn voor water).

De vloeibare voorwaarden werden gewijzigd tussen onze experimenten door het verwijderen van de houder van de microscoop en het uitwisselen van zowel het monster en de vloeistof. Naast het veranderen van de zoutconcentratie, het gemakkelijk mogelijk andere eigenschappen van de vloeistof te veranderen door het laten stromen in verschillende vloeistoffen (bijvoorbeeld, kan eenGebruik bufferoplossingen om een bepaalde pH 16 ingesteld of kunnen organische oplosmiddelen of andere toevoegingen) introduceren. Het is ook mogelijk om de vloeistof te veranderen terwijl de houder nog steeds in de microscoop wordt ingebracht door het laten stromen van vloeistoffen door het microfluïdische systeem. In dit geval is het niet bekend op welk tijdstip de vloeistof bij het monster verandert. Het is ook opmerkelijk dat de microchips ondersteunen van elektroden zijn beschikbaar, dus nanoschaal elektrochemie experimenten kunnen 28 worden uitgevoerd.

Het studieobject zijn niet beperkt tot AuNPs in water, maar een groot aantal monsters kan worden onderzocht volgens de hierboven beschreven protocol, zoals siliciumoxide, titaniumoxide en polymeren. Als bewegingen van de objecten te snel te leggen in een beeld in de overname, kan de viscositeit verlaagd met een orde van grootte onder toepassing van een mengsel van 50% glycerol en 50% water.

Van de bovengenoemde punten,een aantal voordelen, mogelijkheden en ook nadelen duidelijk geworden. Bij het werken met vloeistoffase STEM, de belangrijkste nadelen te overwegen zijn dat: 1) een experiment wordt beïnvloed door de dynamische interactie van de elektronenbundel met het gehele monster (het waargenomen object, de vloeistof en de SiN membraan); 2) sample handling is vervelend, en het is vaak moeilijk om een ​​dunne vloeistoflaag te bereiken, omdat het monster of de microchips enkele micrometer-deeltjes bevatten; 3) de vloeistof dikte verschilt meestal mede bepaald door de beoogde dikte van de afstandhouder vast te stellen; en 4) de ruimtelijke resolutie en het contrast sterk afhangen van de vloeistof dikte en het verschil tussen de verandering van de dichtheid waargenomen object en de vloeistof.

Op dit moment, voldoende methoden bestaan ​​voor de microscopie van objecten in vloeistof met nanometer ruimtelijke resolutie. Elektronenmicroscopie in amorfe ijs is een krachtige techniek 29,maar de betrokken experimentele procedures zijn gevoelig, niet alle experimenten kan de bereiding van het monster in ijs en tijdsopgeloste experimenten mogelijk. Röntgenmicroscopie 30, 31 kunnen in principe worden gebruikt, maar heeft een beperkte ruimtelijke resolutie en is niet algemeen beschikbaar in laboratoria. Atomic force microscopy in vloeistof is vastgesteld, maar is een oppervlakte techniek slechts 32, 33, 34, 35. Lichtmicroscopie niet vertonen voldoende ruimtelijke resolutie. Op het moment elektronenmicroscopie in vloeibare lijkt de meest krachtige techniek voor directe microscopie van nanoschaal voorwerpen en werkwijzen in vloeistof.

Vloeistoffase TEM en STEM zijn nog niet routine analytische technieken, maar zijn nog in ontwikkeling. Het aantal parameters rekening te houden is aanzienlijk en is often moeilijk te reproduceren experimentele resultaten. Bovendien kwantitatieve gegevens moeilijk te verkrijgen omdat de effecten onderzochte verweven zijn met processen die zich voordoen als gevolg van de elektronenbundel. De hier beschreven protocol beoogt de experimentele protocol standaardiseren, waardoor waarbij voor alle relevante aspecten basis van het experiment. We hopen dat dit protocol zal leiden tot een betere reproduceerbaarheid van experimenteel werk op dit nieuwe terrein.

Materials

Name Company Catalog Number Comments
Binocular light microscope Leica M60 CMO
Scanning transmission electron mircoscope with spherical aberration corrector JEOL ARM200F
Liquid flow TEM specimen holder DENS Solutions Ocean
Microfluidic syringe pump Harvard Scientific PicoPlus
Plasma cleaner Gatan Solarus950
Chemicals
Acetone, Rotisolv  Plus for HPLC Sigma-Aldrich 7328.2
Water, chromasolv Plus for HPLC Sigma-Aldrich 34877-2.5L
Ethanol, Rotisolv HPLC grade Carl Roth P076.2
Gold colloid citrate stabilized, diameter 30 nm British-Biocell EM.GC20
Materials
Base silicon microchips with silicon nitride membranes of 50 nm thickness and dimensions of 20 µm x 0.40 mm DENS Solutions for Ocean system
Spacer silicon microchips with silicon nitride membranes of 50 nm thickness, dimensions of 20 µm x 0.40 mm, and spacer thickness of 200 nm DENS Solutions for Ocean system
Microfluidic peek tubing Upchurch Scientific 1570
Plastic Replaceable tips Tweezers
(Anti-Magnetic Anti-Acid Stainless Steel body with ESD PVDF (SV) tips) ideal-tek 2ASVR.SA
Teflon coated bent steel tweezers (EMS SA with "PTFE" Coating) Electron Microscopy Sciences 78322-7Te
Teflon coated broad beak steel tweezers (EMS 2A "PTFE" Coating) Electron Microscopy Sciences 78322-2ATe
Hamilton syringe, 1 mL, gastight (Model 1001 TLLX SYR) Hamilton 81323
Clean room tissue Sontara Micropure AP (224 x 224mm) DuPont Sontara MicroPure

DOWNLOAD MATERIALS LIST

References

  1. Ring, E. A., de Jonge, N. Microfluidic system for transmission electron microscopy. Microsc. Microanal. 16, 622-629 (2010).
  2. Ross, F. M. Opportunities and challenges in liquid cell electron microscopy. Science. 350, 9881-9889 (2015).
  3. de Jonge, N., Ross, F. M. Electron microscopy of specimens in liquid. Nat. Nanotechnol. 6, 695-704 (2011).
  4. Zheng, H., Smith, R. K., Jun, Y. W., Kisielowski, C., Dahmen, U., Alivisatos, A. P. Observation of single colloidal platinum nanocrystal growth trajectories. Science. 324, 1309-1312 (2009).
  5. Evans, J. E., Jungjohann, K. L., Browning, N. D., Arslan, I. Controlled growth of nanoparticles from solution with in situ liquid transmission electron microscopy. Nano Lett. 11, 2809-2813 (2011).
  6. Alloyeau, D., et al. Unravelling kinetic and thermodynamic effects on the growth of gold nanoplates by liquid transmission electron microscopy. Nano Lett. 15, 2574-2581 (2015).
  7. Smeets, P. J., Cho, K. R., Kempen, R. G., Sommerdijk, N. A., De Yoreo, J. J. Calcium carbonate nucleation driven by ion binding in a biomimetic matrix revealed by in situ electron microscopy. Nat. Mater. 14, 394-399 (2015).
  8. Peckys, D. B., de Jonge, N. Liquid Scanning Transmission Electron Microscopy: Imaging Protein Complexes in their Native Environment in Whole Eukaryotic Cells. Microsc. Microanal. 20, 346-365 (2014).
  9. de Jonge, N., Peckys, D. B., Kremers, G. J., Piston, D. W. Electron microscopy of whole cells in liquid with nanometer resolution. Proc. Natl. Acad. Sci. 106, 2159-2164 (2009).
  10. Evans, J. E., et al. Visualizing macromolecular complexes with in situ liquid scanning transmission electron microscopy. Micron. 43, 1085-1090 (2012).
  11. Dukes, M. J., et al. Improved microchip design and application for in situ transmission electron microscopy of macromolecules. Microsc. Microanal. 20, 338-345 (2014).
  12. Ring, E. A., Peckys, D. B., Dukes, M. J., Baudoin, J. P., de Jonge, N. Silicon nitride windows for electron microscopy of whole cells. J. Microsc. 243, 273-283 (2011).
  13. de Jonge, N., Pfaff, M., Peckys, D. B. Practical aspects of transmission electron microscopy in liquid. Adv. Imag. Electr. Phys. 186, 1-37 (2014).
  14. Verch, A., Pfaff, M., De Jonge, N. Exceptionally slow movement of gold nanoparticles at a solid:liquid interface investigated by scanning transmission electron microscopy. Langmuir. 31, 6956-6964 (2015).
  15. Schneider, N. M., Norton, M. M., Mendel, B. J., Grogan, J. M., Ross, F. M., Bau, H. H. Electron-water interactions and implications for liquid cell electron microscopy. J. Phys. Chem. C. 118, 22373-22382 (2014).
  16. Hermannsdoerfer, J., de Jonge, N., Verch, A. Electron beam induced chemistry of gold nanoparticles in saline solution. Chem. Comm. 51, 16393-16396 (2015).
  17. Schuh, T., de Jonge, N. Liquid scanning transmission electron microscopy: Nanoscale imaging in micrometers-thick liquids. C. R. Phys. 15, 214-223 (2014).
  18. Jensen, E., Burrows, A., Molhave, K. Monolithic chip system with a microfluidic channel for in situ electron microscopy of liquids. Microsc. Microanal. 20, 445-451 (2014).
  19. Creemer, J. F., et al. A MEMS reactor for atomic-scale microscopy of nanomaterials under industrially relevant conditions. J. Microelectromech. Syst. 19, 254-264 (2010).
  20. Williamson, M. J., Tromp, R. M., Vereecken, P. M., Hull, R., Ross, F. M. Dynamic microscopy of nanoscale cluster growth at the solid-liquid interface. Nat. Mater. 2, 532-536 (2003).
  21. Thiberge, S., et al. Scanning electron microscopy of cells and tissues under fully hydrated conditions. Proc. Natl. Acad. Sci. 101, 3346 (2004).
  22. Chen, Q., et al. 3D motion of DNA-Au nanoconjugates in graphene liquid cell electron microscopy. Nano Lett. 13, 4556-4561 (2013).
  23. Yuk, J. M., et al. High-resolution EM of colloidal nanocrystal growth using graphene liquid cells. Science. 336, 61-64 (2012).
  24. Reimer, L., Kohl, H. Transmission electron microscopy: physics of image formation. , Springer. (2008).
  25. Abellan, P., Woehl, T. J., Parent, L. R., Browning, N. D., Evans, J. E., Arslan, I. Factors influencing quantitative liquid (scanning) transmission electron microscopy. Chem. Commun. 50, 4873-4880 (2014).
  26. Woehl, T. J., Jungjohann, K. L., Evans, J. E., Arslan, I., Ristenpart, W. D., Browning, N. D. Experimental procedures to mitigate electron beam induced artifacts during in situ fluid imaging of nanomaterials. Ultramicroscopy. 127, 53-63 (2013).
  27. Hohmann-Marriott, M. F., et al. Nanoscale 3D cellular imaging by axial scanning transmission electron tomography. Nat. Methods. 6, 729-731 (2009).
  28. Unocic, R. R., et al. Quantitative electrochemical measurements using in situ ec-S/TEM devices. Microsc. Microanal. 20, 452-461 (2014).
  29. Kourkoutis, L. F., Plitzko, J. M., Baumeister, W. Electron Microscopy of Biological Materials at the Nanometer Scale. Annu. Rev. Mater. Res. 42, 33-58 (2012).
  30. Chao, W., Harteneck, B. D., Liddle, J. A., Anderson, E. H., Attwood, D. T. Soft X-ray microscopy at a spatial resolution better than 15 nm. Nature. 435, 1210-1213 (2005).
  31. Larabell, C. A., Nugent, K. A. Imaging cellular architecture with X-rays. Curr Opin Struct Biol. 20, 623-631 (2010).
  32. Muller, D. J., Helenius, J., Alsteens, D., Dufrene, Y. F. Force probing surfaces of living cells to molecular resolution. Nat. Chem. Biol. 5, 383-390 (2009).
  33. Allison, D. P., Mortensen, N. P., Sullivan, C. J., Doktycz, M. J. atomic force microscopy of biological samples. Wiley Interdiscip. Rev. Nanomed. Nanobiotechnol. 2, 618-634 (2010).
  34. Fleming, A. J., Kenton, B. J., Leang, K. K. Bridging the gap between conventional and video-speed scanning probe microscopes. Ultramicroscopy. 110, 1205-1214 (2010).
  35. Sulchek, T., Hsieh, R., Adams, J. D., Minne, S. C., Quate, C. F., Adderton, D. M. High-speed atomic force microscopy in liquid. Rev. Sci. Instr. 71, 2097-2099 (2000).

Tags

Engineering scanning transmissie elektronenmicroscopie STEM vloeistoffase STEM dynamische processen goud nanodeeltjes microchip siliciumnitride membraan
Het bestuderen van dynamische processen van Nano-sized Objecten in Vloeistof met behulp van Scanning Transmission Electron Microscopy
Play Video
PDF DOI DOWNLOAD MATERIALS LIST

Cite this Article

Hermannsdörfer, J., de Jonge,More

Hermannsdörfer, J., de Jonge, N. Studying Dynamic Processes of Nano-sized Objects in Liquid using Scanning Transmission Electron Microscopy. J. Vis. Exp. (120), e54943, doi:10.3791/54943 (2017).

Less
Copy Citation Download Citation Reprints and Permissions
View Video

Get cutting-edge science videos from JoVE sent straight to your inbox every month.

Waiting X
Simple Hit Counter