في الموقع توصيف الجسيمات بويهميتي في المياه باستخدام SEM السائل
Summary
نقدم إجراء التصوير في الوقت الحقيقي وتحليل تكوين عنصري لجسيمات بويهميتي في المياه بالسائل في الموقع الميكروسكوب الإلكتروني المسح.
Abstract
ويتحقق في الموقع التصوير وعنصري تحليل الجزيئات بويهميتي (الوه) في المياه باستخدام النظام للتحليل في واجهة فراغ السائل (سالفي) والمسح الضوئي المجهر الإلكتروني (SEM). وتصف هذه الورقة الأسلوب والخطوات الرئيسية في دمج الفراغ سافلي متوافق مع وزارة شؤون المرأة والحصول على الإلكترونات الثانوية صور (جنوب شرق) من الجزيئات في السائل في فراغ عالية. مطيافية الأشعة السينية المشتتة الطاقة (EDX) يستخدم للحصول على تحليل عنصري للجسيمات في العينات السائلة والتحكم بما في ذلك المياه (DI) فقط وقناة فارغة، وكذلك. المركب بويهميتي (الووه) جسيمات معلقة في سائل تستخدم كنموذج في التوضيح SEM السائل. تظهر النتائج أن الجسيمات يمكن تصويرها في وضع سراج الدين مع قرار جيد (أي400 نانومتر). يظهر الطيف EDX الوه إشارة هامة من الألومنيوم (Al) بالمقارنة مع المياه دي ومراقبة قناة فارغة. في الوضع الطبيعي السائل SEM تقنية قوية لدراسة الجزيئات في السائل مع العديد من التطبيقات المثيرة. هذا الإجراء يهدف إلى توفير الدراية التقنية بغية إجراء التصوير سائلة بوزارة شؤون المرأة وتحليل EDX استخدام سالفي وتقليل المخاطر المحتملة عند استخدام هذا النهج.
Introduction
المسح الإلكتروني المجهري (SEM) طبق على نطاق واسع للتحقيق في مجموعة متنوعة من العينات بإنتاج الصور عالية الدقة1. مطيافية الأشعة السينية المشتتة الطاقة (EDX) المرتبطة بوزارة شؤون المرأة يتيح تحديد تكوين عنصري1. تقليديا، يتم تطبيق وزارة شؤون المرأة لتصوير العينات الجافة والصلبة فقط. في السنوات الثلاثين الأخيرة، وضعت SEM البيئي (اسيم) لتحليل العينات المائية جزئية في بخار بيئة2،3،،من45. ومع ذلك، اسيم غير قادر على الصور عينات الرطب، والسوائل تماما مع الدقة العالية المطلوبة6. كما تم تطوير الرطب SEM الخلايا لعينات صورة الرطب استخدام SEM7،8؛ ومع ذلك، هذه الخلايا وقد وضعت أساسا للعينات البيولوجية المستطار تصوير إلكترون ومتاحة أكثر للتطبيقات مع تلك التصاميم9،10.
للتصدي للتحديات في تحليل العينات المختلفة في بيئتها الأصلية السائل باستخدام SEM، نحن اخترع جهاز فراغ موائع جزيئية متوافقة، ونظام للتحليل في السائل الفراغ واجهة (سالفي)، لتمكين عالية الدقة المكانية الثانوية إلكترون (SE) التصوير وعنصري تحليل العينات السائلة استخدام وضع فراغ عالية في sem. يتضمن هذا الأسلوب رواية الميزات الفريدة التالية: 1) السائل هو سبر مباشرة في فتحه صغيرة من 1-2 ميكرومتر في القطر؛ 2) السائل هو عقد داخل الحفرة بالتوتر السطحي؛ و 3) سالفي المحمولة ويمكن تكييفها لأكثر من منصة تحليلية11،،من1213،14،15،16،17 ،18.
سالفي يتكون من 100 نانومتر السيليكون السميك نتريد (سين) غشاء و microchannel واسعة 200 ميكرون مصنوعة من كتلة بولي دايمثيل سيلوكسان (PDMS). يتم تطبيق الإطار غشاء الخطيئة لختم microchannel. تفاصيل تصنيع واعتبارات التصميم الرئيسية فصلت في الورقات السابقة والبراءات11،،من1920. حاليا، اشترت الشركة المصنعة الرائدة، وموزع لتوريد مستهلكات للفحص المجهري رخصة لبيع الأجهزة سالفي تجارياً للسائل SEM التطبيقات21،22.
لقد ثبت تطبيقات سالفي في أدوات تحليلية تستند إلى الفراغ باستخدام مجموعة متنوعة من المحاليل والمخاليط السائل المعقدة، بما في ذلك الأغشية الحيوية وخلايا الثدييات وجسيمات نانوية وقطب المواد12، 14 , 17 , 20 , 23 , 24-ومع ذلك، تستخدم معظم الأعمال المذكورة آنفا وقت الطيران الثانوية أيون الطيف الكتلي (ToF-سيمز) كأداة التحليل الرئيسية، ومن ثم تطبيق سائل وزارة شؤون المرأة مع سالفي لم تستكشف تماما. وقد استخدمت في هذا العمل، سالفي لدراسة الجسيمات الغروية غير كروية الأكبر حجماً في السائل باستخدام سائل SEM تصوير وتحليل عنصري EDX. العينة تتكون من جسيمات الوه توليفها في المختبر. الحجم سوبميكروميتير boehmite جزيئات معروفة موجودة في النفايات المشعة عالية المستوى في موقع هانفورد. وهي تذوب ببطء وقد يسبب مشاكل انسيابية في معالجة النفايات. ولذلك، من المهم أن تمتلك القدرة على توصيف الجسيمات بويهميتي في السائل25. يمكن استخدام هذا النهج التقني لدراسة بويهميتي في مختلف الظروف الفيزيائية لتحسين فهم هذه الجسيمات وخصائص انسيابية ذات الصلة. وقد استخدمت هذه الجسيمات خطوة بخطوة لشرح كيفية تطبيق سالفي للتفريغ العالي ووزارة شؤون المرأة ومن أجل دراسة الجسيمات معلقة في السائل. هي أبرز النقاط الفنية الرئيسية لاندماج سالفي ووزارة شؤون المرأة ووزارة شؤون المرأة الحصول على البيانات داخل الورقة.
وينص البروتوكول على مظاهرة لتحليل عينة السائل باستخدام سالفي والتصوير سائلة بوزارة شؤون المرأة، لأولئك الذين يرغبون في استخدام هذه التقنية الجديدة في تطبيقات متنوعة للسائل ووزارة شؤون المرأة في المستقبل.
Protocol
Representative Results
Discussion
وزارة شؤون المرأة تقنية قوية في توصيف السطحية للمواد العضوية وغير العضوية على مستوى النانو (nm) مع ارتفاع القرار1. على سبيل المثال، فإنه يستخدم على نطاق واسع لتحليل العينات الصلبة والجافة مثل المواد الجيولوجية26 وأشباه الموصلات27. ومع ذلك، فقد القيود ف?…
Declarações
The authors have nothing to disclose.
Acknowledgements
ونحن ممتنون للمختبر الوطني شمال غرب المحيط الهادئ (بننل) النووية عملية العلم مبادرة (نبسي)-صندوق دعم “المختبرات الموجهة للبحث” والتنمية (لدرد). الدكتور سايانديف تشاترجي قدم الجسيمات المركبة بويهميتي. الوصول الآلي قدمت من خلال “اقتراح المستخدم العام جورج ر. إيلي البيئية الجزيئي علوم المختبرات” (امسل). امسل منشأة مستخدم علمية وطنية برعاية “مكتب البيولوجية” والبحوث البيئية (البر) في بننل. وتتولى بننل Battelle للكيان التشغيلي المعين تحت العقد دي-AC05-76RL01830.
Materials
| Carbon Coater | Cressington | 208 Carbon | It is accompanied with thickness monitor MTM-10. |
| SEM | FEI | Quanta 3D FEG | It provides highly resolved scanning electron microscopy and elemental analysis. |
| System for Analysis at the Liquid Vacuum Interface (SALVI) | Pacific Northwest National Laboratory | N/A | SALVI is a unique, vacuum compatible microfluidic cell that enables the characterization of the liquid sample using vacuu- based scientific instrument. |
| PEEK Union | Valco | ZU1TPK | The polyether ether ketone union is used for connecting the inlet and outlet of SALVI |
| Syringe | BD | 309659 | 1 mL |
| Pipette | Thermo Fisher Scientific | 21-377-821 | Range: 100 to 1,000 mL |
| Pipette Tip 1 | Neptune | 2112.96.BS | 1,000 µL |
| Pipette Tip 2 | Rainin | 17001865 | 20 µL |
| Syringe Pump | Harvard Apparatus | 70-2213 | It is used to inject the liquid sample into the SALVI device. |
| pH meter | Fisher Scientific/accumet | 13-636-AP72 | It is used for measuring the pH of AlOOH in DI water. |
| Barnstead Ultrapure Water System, UV/UF | Thermo Scientific Barnstead | Nanopure diamond D11931 | It is used for producing DI water. |
| Centrifuge tubes | Fisher scientific/Falcon | 15-527-90 | 15 mL |
| Bransonic ultrasonic cleaner | Sigma-Aldrich | 2510 | It is used to ultrasonicate the AlOOH liquid sample. |
| Balance | Mettler Toledo | 11106015 | XS64 |
| AlOOH | Pacific Northwest National Laboratory | N/A | It is synthesized by scientists at Pacific Northwest National Laboratory. |
| xT microscope Control | FEI | Quanta 3D FEG | Default microscope control software of SEM Quanta 3D FEG |
| EDAX Genesis software | EDAX | N/A | The software is used for collecting the EDX elemental information of the samples. |
| Teflon tubing | SUPELCO | 58697-U | It is used for introducing the sample into the microchannel and holding adequate volume of liquid. |
Referências
- Goldstein, J., et al. . Scanning Electron Microscopy and X-Ray Microanalysis: A Text for Biologists, Materials Scientists, and Geologists. , (1992).
- Donald, A. M. The use of environmental scanning electron microscopy for imaging wet and insulating materials. Nat Mater. 2 (8), 511-516 (2003).
- Rossi, M. P., et al. Environmental Scanning Electron Microscopy Study of Water in Carbon Nanopipes. Nano Lett. 4 (5), 989-993 (2004).
- Nune, S. K., et al. Anomalous water expulsion from carbon-based rods at high humidity. Nat Nano. 11 (9), 791-797 (2016).
- Soumya, E. A., et al. . Scanning Electron Microscopy (SEM) and Environmental SEM: Suitable Tools for Study of Adhesion Stage and Biofilm Formation. , (2012).
- Thiberge, S. Y., Nechushtan, A., Sprinzak, D., Moses, E. Scanning electron microscopy of cells and tissues under fully hydrated conditions. Proc Natl Acad Sci U S A. 101 (10), 3346-3351 (2004).
- Thiberge, S., et al. Scanning electron microscopy of cells and tissues under fully hydrated conditions. Proc Natl Acad Sci U S A. 101 (10), 3346-3351 (2004).
- Thiberge, S., Zik, O., Moses, E. An apparatus for imaging liquids, cells, and other wet samples in the scanning electron microscopy. Rev Sci Instrum. 75 (7), 2280-2289 (2004).
- Yu, X. -. Y., et al. Systems and methods for analyzing liquids under vacuum. USA patent. , (2011).
- Yang, L., et al. In situ SEM and ToF-SIMS analysis of IgG conjugated gold nanoparticles at aqueous surfaces. Surf Interface Anal. 46 (4), 224-228 (2014).
- Liu, B., et al. In situ chemical probing of the electrode-electrolyte interface by ToF-SIMS. Lab Chip. 14 (5), 855-859 (2014).
- Ding, Y., et al. In situ Molecular Imaging of the Biofilm and Its Matrix. Anal Chem. 88 (22), 11244-11252 (2016).
- Hua, X., et al. Two-dimensional and three-dimensional dynamic imaging of live biofilms in a microchannel by time-of-flight secondary ion mass spectrometry. Biomicrofluidics. 9 (3), 031101 (2015).
- Hua, X., et al. Chemical imaging of molecular changes in a hydrated single cell by dynamic secondary ion mass spectrometry and super-resolution microscopy. Integr Biol. 8 (5), 635-644 (2016).
- Hua, X., et al. In situ molecular imaging of a hydrated biofilm in a microfluidic reactor by ToF-SIMS. Analyst. 139 (7), 1609-1613 (2014).
- Yu, J., et al. Capturing the transient species at the electrode-electrolyte interface by in situ dynamic molecular imaging. Chem Commun. 52 (73), 10952-10955 (2016).
- Yang, L., et al. Making a hybrid microfluidic platform compatible for in situ imaging by vacuum-based techniques. J Vac Sci Technol, A. 29 (6), (2011).
- Yang, L., et al. Probing liquid surfaces under vacuum using SEM and ToF-SIMS. Lab Chip. 11 (15), 2481-2484 (2011).
- Yao, J., et al. Switchable 1,8-diazabicycloundec-7-ene and 1-hexanol ionic liquid analyzed by liquid ToF-SIMS. Surf Sci Spectra. 23 (1), 9-28 (2016).
- Yu, J., et al. Capturing the transient species at the electrode-electrolyte interface by in situ dynamic molecular imaging. Chem Commun. 52 (73), 10952-10955 (2016).
- Clark, S. B., Buchanan, M., Wilmarth, B. . Basic Research Needs for Environmental Management. , (2016).
- Mills, O. P., Rose, W. I. Shape and surface area measurements using scanning electron microscope stereo-pair images of volcanic ash particles. Geosphere. 6, 805-811 (2010).
- Li, S., Jiang, F., Yin, Q., Jin, Y. Scanning electron acoustic microscopy of semiconductor materials. Solid State Commun. 99 (11), 853-857 (1996).
- Dohnalkova, A. C., et al. Imaging Hydrated Microbial Extracellular Polymers: Comparative Analysis by Electron Microscopy. Appl Environ Microbiol. 77 (4), 1254-1262 (2011).
- Yu, X. -. Y., Liu, B., Yang, L. Imaging liquids using microfluidic cells. Microfluid Nanofluid. 15 (6), 725-744 (2013).
- Barshack, I., et al. A Novel Method for “Wet” SEM. Ultrastruct Pathol. 28 (1), 29-31 (2004).
- Cameron, R. E., Donald, A. M. Minizing sample evaporation in the Environmental Scanning Microscope. J Microsc. (Oxford, U. K.). 173 (3), 227-237 (1994).
- Danilatos, G. D. REVIEW AND OUTLINE OF ENVIRONMENTAL SEM AT PRESENT. J Microsc (Oxford, U.K.). 162 (3), 391-402 (1991).
- Stokes, D. J. Recent advances in electron imaging, image interpretation and applications: environmental scanning electron microscopy. Philos Trans R Soc, A. 361 (1813), 2771-2787 (2003).
