Situ Nanocrystal gravür çalışmaya Graphene sıvı hücre iletim elektron mikroskobu kullanarak
17 Mayıs 2018
Grafen sıvı hücre elektron mikroskopi nanocrystal dynamics sıvı ortamda diğer sıvı hücre elektron mikroskobu teknikleri daha büyük uzaysal çözünürlük ile gözlemlemek için kullanılabilir. Gravür nanocrystals ve graphene sıvı hücre iletim elektron mikroskobu kullanarak onların şekli getirebilecek birini nanopartikül dönüşümleri hakkında önemli mekanik bilgi erken.
Bu prosedürün genel amacı, transmisyon elektron mikroskobu veya TEM kullanarak nanomalzemeleri görüntülemek için grafen tabakaları arasında küçük sıvı ceplerini kapsüllemektir. Bu yöntem, elektron mikroskobunun yüksek uzamsal çözünürlüğü ile nanokristallerin büyümesi ve aşındırılması gibi nanomalzemeler alanındaki temel soruların yanıtlanmasına yardımcı olabilir. Bu tekniğin temel avantajı, araştırma gruplarının düşük başlangıç maliyetleri ve yüksek uzamsal çözünürlüğe sahip mevcut bir tutucuyu kullanarak sıvı hücre TEM deneyleri gerçekleştirme yeteneğidir.
Genel olarak, bu yönteme yeni olan kişiler mücadele edecektir, çünkü grafen kaplı TM ızgaralarını kullanmak zordur ve çok fazla pratik gerektirir. Başlamak için, yaklaşık altı ila sekiz TEM ızgarasına uyan bakır üzerine kabaca iki santimetre karelik önceden yapılmış bir grafen parçası kesin. Grafeni metin protokolünde ayrıntılı olarak açıklandığı gibi temizledikten sonra, mikroskobik kırışıklıkları gidermek için grafeni bakır parça üzerinde düzeltin.
Bunu yapmak için iki temiz cam slayt alın ve alttaki cam sürgünün üzerine katlanmış bir mendil yerleştirin. Mendilin üzerine, grafeni bakır parçanın üzerine yerleştirin. Son olarak, ikinci cam sürgüyü üstüne yerleştirin.
Bakır parça üzerindeki grafendeki kırışıklıkları yavaş yavaş düzelterek üst slayta bastırın. Dokudaki kıvrım sayısını azaltın ve presleme işlemini tekrarlayın. Kağıt mendil silmeden iki cam slayt arasına son bir baskı yapılana kadar işleme devam edin.
Grafen ile temas halinde olan amorf karbon ile önce delikli amorf karbon destek folyosu TEM ızgaralarını grafen üzerine yerleştirerek TEM ızgaralarını bakır parça üzerine yerleştirin. Izgaraların üzerine birkaç damla izopropanol yerleştirin. Izgaraların düzgün bir şekilde bağlandığından emin olmak için ızgaraları iki saatten fazla kurumaya bırakın.
Bu kurutma işlemi, delikli amorf karbonu grafen ile daha iyi temas ettirir. Daha sonra, bakırı bir sodyum persülfat çözeltisi kullanarak aşındırın. Cımbız kullanarak, grafeni bakır tarafı aşağı bakacak şekilde sodyum persülfat çözeltisinin üzerindeki bakır parçanın üzerine dikkatlice yerleştirin.
Parçanın sodyum persülfat çözeltisinin üzerinde yüzmesine izin verin. Çözeltiyi gece boyunca oturan grafen kaplı ızgaralarla tutun. Bakır aşındırdıkça çözeltinin maviye döneceğini ve aşındırma bittiğinde grafen tabakasının arkasında görünür bakır olmayacağını unutmayın.
Sodyum persülfatı temizlemek için ızgaraları yıkayın, yüzen ızgaraları çözeltiden çıkarın ve ikinci bir Petri kabında temiz, deiyonize suyun üzerine yerleştirin. Grafen kaplı ızgaralardan tüm sodyum persülfat kalıntılarını çıkarmak için bu işlemi üç kez tekrarlayın. Izgaraları cımbızla alın.
Izgaraları, grafen tarafı yukarı bakacak şekilde bir filtre kağıdına yerleştirin ve kurumasını bekleyin. İki grafen kaplı TEM ızgarası alın ve grafen tarafı yukarı bakacak şekilde bir cam slayt üzerine yerleştirin. Küçük bir cerrahi neşter bıçağı kullanarak, grafen kaplı TEM ızgaralarından birinin kenarını, ızgara alanının yaklaşık dörtte biri ila sekizde biri kadar kesin.
Daha sonra, kesilmemiş grafen kaplı TEM ızgarasına kapsüllenecek yaklaşık 0,5 mikrolitre bir çözelti damlası yerleştirin. Damlacığı yerleştirirken TEM ızgarasının kenarını aşağıda tutmak için cımbız kullanın, böylece kılcal kuvvetler TEM ızgarasını kaldırmaz. Damlacığı TEM ızgarasının merkezine, tercihen mümkün olduğunca küçük bir damlacık koymak çok önemlidir.
TEM ızgaraları doğru bir şekilde yapılırsa, sıvı hidrofobik grafen yüzeyinde boncuk benzeri bir şekil oluşturacaktır. Grafen kaplı TEM ızgarasını, kesik köşesi damlacığın üzerine gelecek şekilde hızlı ve dikkatli bir şekilde yerleştirin. Amaç, ikinci ızgaranın hiçbir sıvı sıkılmadan ilk ızgaranın üzerinde durmasını sağlamaktır.
Grafen sıvı hücre ceplerinin oluşması için beş dakika bekleyin. İkinci TEM ızgarasını sıvı damlacığının üzerine yerleştirmek, dikkatli bir el kontrolü gerektirir. Genellikle önce üst ızgaranın kenarını aşağıya yerleştirmek ve ardından cımbızı yavaş yavaş çıkarmak en iyi sonucu verir.
Grafen sıvı hücresini geleneksel bir TEM tek eğimli tutucuya yerleştirin. TEM tutucuyu TEM sütununa yükleyin. TEM'i metin protokolünde açıklandığı gibi hazırladıktan sonra, doz oranını düşük tutarken sıvı ceplerde nanopartiküller aramaya başlayın.
Sıvı bir cepte bir nanopartikül bulunduğunda, düşük bir doz oranını korurken nanopartikül üzerindeki odağı ince ayarlayın. Kondenser lens akımını istenen doz oranına ayarlamak için kalibrasyon eğrisini kullanın. Görüntü dosyasına katıştırılmış doz hızı ve zaman damgalarının meta verileriyle bir zaman serisi TEM görüntüsü toplamaya başlayın.
Nanokristal aşındırmanın TEM videosu, her bir kareye bölünebilir. Her çerçeve için nanokristal, görüntü analiz yazılımı kullanılarak ana hatlarıyla belirtilebilir. Anahattan, nanorodun ana ve küçük ekseni belirlenebilir.
İki boyutlu anahat, ana eksen boyunca kesilebilir. Nanoçubuğun yarısının bu yeni ana hatlarının her biri, taslağı ana eksen etrafında döndürerek üç boyutlu şekli yeniden oluşturmak için kullanılabilir. Bu videoyu izledikten sonra, elektron mikroskobu kullanarak nanomalzemeleri görüntülemek için grafen sıvı hücrelerinin nasıl üretileceğini iyi anlamış olmalısınız.
Bu yöntem nanomalzemelere uygulanabilse de, yumuşak malzemeleri veya biyolojik malzemeleri doğal sıvı ortamlarında incelemek için de kullanılabilir.
Genel Bakış
Bu makale, nanokristal dinamiklerini sıvı ortamlarda gözlemlemek için grafen sıvı hücreli elektron mikroskobu kullanımını ele almaktadır. Yöntem, geleneksel tekniklere kıyasla daha yüksek uzamsal çözünürlük sunarak, nanoparçacık dönüşümlerinin detaylı çalışmalarına olanak tanımaktadır.
Çalışmanın Temel Bileşenleri
Bilim Alanı
- Nanomalzemeler
- Elektron Mikroskobu
- Grafen Teknolojisi
Arka Plan
- Grafen sıvı hücreli TEM, nanomalzemelerin sıvı ortamda görüntülemesine izin verir.
- Nanokristal büyümesi ve aşındırması çalışmaları için yüksek uzamsal çözünürlük kritik öneme sahiptir.
- Mevcut tutucular kullanılabilir, başlangıç maliyetlerini en aza indirir.
- Grafen kaplı ızgaraların kullanımı pratik gerektirir.
Çalışmanın Amacı
- Nanomalzemeleri görüntülemek için sıvı ceplerin kapsüllenmesi.
- Nanokristal dinamiklerini yüksek çözünürlükte araştırmak.
- Bu tekniğe yeni başlayan araştırmacılar için detaylı bir protokol sağlamak.
Kullanılan Yöntemler
- TEM ızgaraları için bakır üzerinde grafen hazırlanması.
- Grafen sıvı hücreleri oluşturmak için bakır aşındırması.
- Sıvı damlacıklarının grafen ızgaraları arasına kapsüllenmesi.
- Geçiş elektron mikroskobu kullanarak nanoparçacıkların görüntülenmesi.
Ana Sonuçlar
- Görüntüleme için sıvı ceplerin başarılı şekilde kapsüllenmesi.
- Nanokristal dinamiklerinin yüksek çözünürlüklü görüntülenmesi.
- Grafen sıvı hücreleri hazırlamak için detaylı metodoloji.
- Zaman serisi görüntüleme ile nanoparçacık dönüşümleri üzerine içgörüler.
Sonuçlar
- Grafen sıvı hücreli TEM, nanomalzemeleri incelemek için etkilidir.
- Yöntem, yumuşak ve biyolojik malzemeler için de uyarlanabilir.
- Fabrikasyon sürecini anlamak, başarılı uygulama için esastır.
Sıkça Sorulan Sorular
Executive Industry Relevance
Graphene liquid cell TEM enables direct visualization of nanoscale chemical transformations in liquid, providing unprecedented insight into nanocrystal dynamics relevant to early-stage drug delivery and nanomaterial design. This capability supports mechanistic de-risking and predictive confidence at critical discovery inflection points. The method's compatibility with existing TEM infrastructure and low start-up costs make it accessible for enterprise R&D teams seeking to advance nanomaterial-enabled therapeutics.
Strategic Applications in Biopharma R&D
Early Discovery & Target Validation
- Enables real-time observation of nanocrystal growth and etching mechanisms at atomic resolution.
- Supports functional validation of nanomaterial behavior in physiologically relevant liquid environments.
- Facilitates mechanistic de-risking by revealing atomistic transformation pathways.
- Improves predictive confidence for nanomaterial selection and optimization.
Screening & Assay Development
- Provides quantitative imaging outputs for nanomaterial morphology and transformation kinetics.
- Supports standardization of nanomaterial preparation and encapsulation protocols.
- Enables reproducible assessment of nanomaterial stability and reactivity under controlled conditions.
- Prepares validated nanomaterial systems for downstream functional assays.
Translational & Preclinical Research
- Allows study of nanomaterial interactions in native-like liquid environments, supporting translational relevance.
- Facilitates continuity from discovery imaging to preclinical model development for nanomedicine applications.
- Enables risk-adjusted advancement decisions based on direct mechanistic evidence.
- Supports alignment with translational biomarker strategies when studying nanomaterial-cell interactions.
Pipeline & Workflow Integration
This method integrates into the discovery-to-preclinical continuum by enabling direct visualization of nanomaterial transformations, informing both early discovery and translational research workflows.
- Discovery Biology: Supports hypothesis testing and mechanistic clarification of nanomaterial behavior in liquid.
- Screening: Delivers quantitative, reproducible imaging outputs for nanomaterial assessment.
- Analytics: Provides time-resolved, metadata-rich datasets for comparative analysis of nanocrystal dynamics.
- Translational Research: Bridges discovery imaging with preclinical model validation for nanomaterial-enabled therapeutics.
- Enterprise Reuse: Establishes a reusable imaging platform for diverse nanomaterial and soft matter studies.
Operational & Enterprise Impact
- Scientific Value: Enhances predictive confidence and reduces mechanistic ambiguity in nanomaterial R&D.
- Operational Value: Offers standardized, scalable imaging workflows compatible with existing TEM holders.
- Strategic Value: Informs go/no-go decisions and improves capital efficiency by de-risking nanomaterial selection.
- Portfolio Impact: Enables risk-adjusted prioritization of nanomaterial candidates for further development.
Implementation Considerations
- Requires expertise in graphene handling and TEM sample preparation.
- Needs access to transmission electron microscopy and image analysis infrastructure.
- Demands cross-team standardization of encapsulation and imaging protocols.
- Adaptation may be needed for different nanomaterial or biological systems.
- Current limitations include delicate sample handling and lack of flow capability in the liquid cell.
