Mikroskopia elektronowa in situ - In situ electron microscopy

Mikroskopia elektronowa in situ to technika badawcza, w której mikroskop elektronowy służy do obserwowania w czasie rzeczywistym odpowiedzi próbki na bodziec. Ze względu na charakter wysokoenergetycznej wiązki elektronów używanej do obrazowania próbki w mikroskopie elektronowym, mikroskopiści od dawna zaobserwowali, że próbki są rutynowo zmieniane lub uszkadzane przez wiązkę elektronów. Począwszy od lat 60. XX wieku, przy użyciu transmisyjnych mikroskopów elektronowych (TEM), naukowcy podjęli celowe próby modyfikacji materiałów, gdy próbka znajdowała się w komorze z próbkami, oraz przechwytywania obrazów w czasie wywołanych uszkodzeń.

Również w latach sześćdziesiątych naukowcy zajmujący się materiałami przy użyciu TEM zaczęli badać reakcję próbek metali przezroczystych dla elektronów na napromieniowanie wiązką elektronów. Miało to na celu lepsze zrozumienie zmęczenia metalu podczas lotnictwa i lotów kosmicznych. Eksperymenty przeprowadzono na instrumentach z wysokimi napięciami przyspieszającymi; rozdzielczość obrazu była niska w porównaniu z rozdzielczością poniżej nanometra dostępną w nowoczesnych TEM-ach.

Ulepszenia w mikroskopii elektronowej od lat 60. XX wieku koncentrowały się na zwiększeniu rozdzielczości przestrzennej. Wymagało to zwiększonej stabilności całej platformy obrazowania, ale w szczególności obszaru wokół stolika z próbką. Udoskonalone systemy przechwytywania obrazu z wykorzystaniem kamer ze sprzężeniem ładunkowym oraz postępy w stadiach próbek w połączeniu z wyższą rozdzielczością doprowadziły do ​​stworzenia systemów przeznaczonych do stosowania bodźców do próbek w wyspecjalizowanych uchwytach i przechwytywania wielu klatek lub filmów z odpowiedzi próbek.

Oprócz próbek materiałów mikroskopia elektronowa in situ jest wykonywana na próbkach biologicznych i służy do przeprowadzania eksperymentów obejmujących reakcje mechaniczne, chemiczne, termiczne i elektryczne. Wczesne eksperymenty wykorzystywały głównie TEM, ponieważ obraz jest rejestrowany w pojedynczej ramce, podczas gdy skaningowy mikroskop elektronowy musi poruszać się lub skanować w poprzek próbki podczas stosowania bodźców, zmieniając próbkę.

Wczesne problemy, które ograniczały mikroskopię elektronową in situ, obejmowały drgania mechaniczne we wszystkich skalach (od samego mikroskopu po próbkę) oraz zakłócenia termiczne i elektryczne, szczególnie w uchwycie próbki. Wszystkie te problemy wymagały krótkich czasów przechwytywania. Jednak krótki czas przechwytywania tworzy obraz o niskim stosunku sygnału do szumu , ogranicza rozdzielczość obrazu, a także ogranicza ilość czasu dostępnego na przeprowadzenie eksperymentu.

Bibliografia

Źródła

  • Behar, V.(2005). Zastosowania nowej techniki SEM do analizy próbek uwodnionych. Mikroskopia i analiza,19 (4):9-11.
  • Chai, C. (2012). Grafenowe ogniwa płynne ułatwiają badania pod mikroskopem elektronowym tworzenia nanokryształów. Nanomateriały i nanotechnologia,4,11-14
  • Chen, J., Badioli, M., Gonzalez, P., Thongrattanasiri.S., Huth, F.,Osmond.J., Spasenovic, M., Centeno, A., Pesquera, A., Godignon, P., Elorza, A., *Camara, N., de Abajo, F., Hillenbrand, R. & Koppens, F. (2012). Optyczne nanoobrazowanie przestrajalnych przez bramkę plazmonów grafemowych. Natura, 487, 77-81.
  • Dyab, AkF i Paunov, VN (2010). Emulsje stabilizowane cząstkami badane techniką WETSEM. Miękka materia, 6, 2613–2615.
  • Ferreira, PJ, Stach, E. i Mitsuishi, K.(2008). „Transmisyjna mikroskopia elektronowa in-situ”, Biuletyn MRS, tom 33, nr 2.
  • Gileadi, O. i Sabban, A. (2003). Plemniki kałamarnicy do jaj małży: obrazowanie wilgotnych próbek w skaningowym mikroskopie elektronowym. Biol. Byk. 205: 177–179.
  • Gubta, BL, & Berriduge, MJ (1966) Powłoka powtarzającej się podjednostki na powierzchni cytoplazmatycznej błony plazmatycznej w brodawkach motywu muchy plujkiej calliphora erythrocephala (MEIG), badanie in situ za pomocą mikroskopu elektronowego. Krótkie notatki. 376–382.
  • Han, Z. i Porter, AE (2020). Mikroskopia elektronowa in situ złożonych systemów biologicznych i nanoskalowych: wyzwania i możliwości. Granice nanotechnologii, 2. doi.org/10.3389/fnano.2020.606253
  • Ju, L., Geng, B., Horng,B., Girit, C., Martin, M., Hao, Z., Bechtel,H., Liang, X., Zettl, A., Shen,R., & Wang, F. (2011). Plazmonika grafenowa dla przestrajalnych metamateriałów terahercowych. Nanotechnologia natury, 6, 630–634 .
  • Kamari, Y., Cohen, H., Shaish, A., Bitzur, R., Afek.A., Shen.S., Vainshtein, A.,and Harats,D.(2008). Charakterystyka zmian miażdżycowych za pomocą skaningowej mikroskopii elektronowej (SEM) mokrej tkanki. Badania nad cukrzycą i chorobami naczyniowymi, 5(1): 44–47.
  • Katz, A., Bentur, A. i Kovler, K. (2007). Nowatorski system do obserwacji in situ wczesnych reakcji hydratacji w wilgotnych warunkach w konwencjonalnym SEM. Badania cementu i betonu 37, 32–37.
  • Kolmakowa, N. i Kolmakow, A. (2010). Skaningowa mikroskopia elektronowa do monitorowania in situ procesów międzyfazowych półprzewodnik-ciecz: wspomagana elektronowo redukcja jonów Ag z roztworu wodnego na powierzchni nanodrutu rutylowego TiO2. J. Fiz. Chem. 114, 17233–17237.
  • Stoll, JD, Kolmakov A. (2012) Elektronowo przezroczyste okna grafenowe do środowiskowej skaningowej mikroskopii elektronowej w cieczach i gęstych gazach. Nanotechnologia 23, 50, 505704.
  • Al-Asadi, Ahmed S., Zhang, J., Li, J., Potyrailo, RA, Kolmakov, A. (2015). Projektowanie i zastosowanie ustawień zmiennej temperatury do skaningowej mikroskopii elektronowej w gazach i cieczach w warunkach otoczenia. Mikroskopia i Mikroanaliza 21 (3),765-770.
  • Liu, XH, Wang, JW, Liu, Y., Zheng, H., Kushima, A., Huang, S., Zhu, T., Mao, SX, Li, J., Zhang, Sulin, Z., Lu , W., Tour, JM i Huang, JY (2012). Transmisyjna mikroskopia elektronowa in situ litowania elektrochemicznego, delitacji i deformacji poszczególnych nanowstążek grafenowych. J, węgiel 50. 3836-3844.
  • Mao, S., Lu, G. i Chen, J.(2009). Charakterystyka elektronowej mikroskopii transmisyjnej nanocząstek aerozolu z użyciem nanorurek węglowych. Nauka o aerozolu, 40, 180–184..
  • Nyska,A, Cummings,CA, Vainshtein.A., Nadler, J., Ezov,N., Grunfeld,Y., Gileadi,O. i Behar, V.(2004). Mikroskopia elektronowa wilgotnych tkanek: studium przypadku w patologii nerek. Patologia toksykologiczna, 32:357-363.
  • G. Odahara, S. Otani, C. Oshima, M. Suzuki, T. Yasue i T. Koshikawa (2011). Obserwacja in situ wzrostu grafenu na Ni (111). Nauka o powierzchni 605, 1095-1098.
  • Petkow,N.(2013). TEM in situ w czasie rzeczywistym ujawnia wzrost, transformację i funkcję jednowymiarowych materiałów w nanoskali: z perspektywy nanotechnologii. J, ISRN Nanotechnologia. (2013) 21.
  • Pocza, JF, Barna, A., & Barna, B. (1969) Procesy tworzenia próżniowo osadzonych warstw indu i właściwości termodynamiczne cząstek submikroskopowych obserwowane za pomocą mikroskopii elektronowej in situ. J, Próżniowe archiwa nauki i technologii. (6) 4.
  • QuantomiX Ltd. 2005 Domena Quantomix.com jest na sprzedaż. Zapytaj teraz.
  • Ruach-Nir, I., Zrihan, O. i Tzabari, Y. (2006). Kapsułka do dynamicznych badań in situ procesów hydratacji za pomocą konwencjonalnego SEM. Mikroskopia i analiza, 20(4):19-21.
  • Takayanagi, K., Yagi, K., Kobagashi, K. & Honjo, G. (1978) Techniki rutynowej mikroskopii elektronowej UHV in situ procesów wzrostu cienkich warstw epitaksjalnych. J, Fiz. E: Nauka. Instrument. (11) 441–448.
  • Thiberge, S.(2004). Aparatura do obrazowania cieczy, komórek i innych mokrych próbek w skaningowej mikroskopii elektronowej. Ks. Instrument., 75,2280-2289.
  • Torres, EA, & Ramı´rez, AJ (2011) Skaningowa mikroskopia elektronowa in situ. J, Nauka i technologia spawania i łączenia. 16(1)68-78.
  • Wei, T., Luo, G., Fan, Z., Zheng, C., Yan, J., Yao, C., Li, W., & Zhang, C. (2009) Przygotowanie nanoarkuszów grafenowych/kompozytów polimerowych z wykorzystaniem dyspersji redukcyjno-ekstrakcyjnej in situ. J, węgiel 47. 2290-2299.
  • Ye, G., Breugel, B., Stroeven, P. (2002) Charakterystyka rozwoju mikrostruktury i porowatości materiałów na bazie cementu za pomocą symulacji numerycznej i analizy obrazu ESEM, Materials and Structures 35 (254): 603–613.
  • Yuk, J., Park.J., Ercius.P., Kim.K., Hellebusch.J.,Crommie.F., Lee.J.,Zettl.A. i Paweł A. (2013). Obserwacja za pomocą transmisyjnej mikroskopii elektronowej mechanizmów wzrostu koloidalnych nanokryształów przy użyciu ciekłych ogniw grafenowych. Laboratorium Krajowe im. Lawrence'a Berkeley'a.