原位透射电镜观测液相环境中的纳米颗粒

液态纳米颗粒的动态

Ocean原位TEM液相环境样品台系列使研究人员能在称为纳米池的微加工流体池中进行材料和生物样品的成像。该纳米池确保样品充分水合,可以控制液相环境为静态或流动。Ocean系列开辟了许多新的令人兴奋的研究领域, 并将您的TEM转变为原位液相环境表征实验室。
 

100%清洁的环境
快速、可靠的功效
无以伦比的稳定性

Ocean应用领域

 

纳米科学

纳米粒子成核的合成机理、生长形态和聚集控制组装动力学

 

细胞和癌症生物学

额外细胞的DNA和染色体细胞转移分裂机制
 

生物化学和纳米生物技术

蛋白药物传递纳米颗粒毒性的蛋白质-蛋白质相互作用、蛋白质生物物理化学

 

液体力学

 

化学和生物分子传感的聚合机制

20纳米的Au纳米粒子被预加载,在STEM模式下, 实时动态观察作为ph 值函数的聚集动态。

H. Su MSc & J. Xu TU Delft, The Netherlands Youku video

聚苯乙烯纳米粒子的聚合与融合机制

利用悬浮在水中未污染的聚苯乙烯颗粒, 记录了核壳结构的成像, 显示了在和电子束相互作用下粒子的融合。

Dr. N. Jose & Dr. C. Ducati Cambridge University, United Kingdom

 

样品制备操作简单

直接将样品滴在纳米池里

可用吸管方便地将样品滴到纳米池的底层芯片上。对于生物样品的制备,底部芯片置于多井上,可以直接进行细胞培养。

纳米池

在电镜中打造液相环境

Ocean纳米池是免污染的一次性样品台,在形成纳米池的上下芯片中心有可穿透电子的透明窗口。有一系列不同尺寸的隔板适用不同的实验, 高质量的氮化硅使每个纳米纳米池都具有极低的机械应力。

模块化设计的样品杆

可拆换的管道和芯片仓确保实验无污染

一旦将纳米池置放入样品杆顶端的自校准槽内,盖上o 形环和盖子就可以进行真空测试。由于芯片仓是可拆卸的, 内部液体管道也可以随时更换, 避免了堵塞/交叉污染。对于STEM, 可以将杆尖转180°, 以确保样品在上芯的可穿透电子的透明窗口上。

可更换的管道和样品杆尖
杆尖可旋转180度实现TEM或者 STEM模式的最佳精度
 
自校准纳米池

完整的解决方案

包括液体真空泵和真空检测站

Ocean系统包含允许通过纳米池最大流量10微米/分钟和最低流速或 25 nl/分钟的真空泵。此外, 真空检测站确保一旦样品杆完全密封无泄漏, 可插入到显微镜。

常见问题

实验准备通常需要多久?
系统运行实验准备通常需要20分钟左右:

  • 5分钟在纳米反应池上加载样品  
  • 5分钟安装样品杆尖: 放入纳米池并关闭盖子
  • 10分钟做泄漏测试 

注意:以上时间不包括制样, 因为不同样品差异较大。更换内部管道通常需要15分钟。
 

环境液体可以使用哪些?
在实验中, 液体将与PEEK, Ti, Vitron 和氮化硅相互作用。LPCVD 氮化物对化学攻击极具抵抗力。要知道确切可以使用的液体 , 请参阅化学惰性表。
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需要使用真空泵吗?
仅为静态实验泵不是强制的。在这种情况下, 你可以在下芯片上放一滴液体, 盖上纳米池并进行实验。然而, 人们必须考虑相应的困难 (即低蒸气压、快速蒸发、难以减轻如形成气泡等不良影响)。
有可能通过液体STEM记录活体真核细胞图像吗?
利用纳米池有可能可以记录活细胞的图像。然而, 损伤的症状可能在随后数分钟内恶化, 最终导致细胞死亡。损伤的第一个症状可能导致局部细胞膜损伤导致胞浆化合物的渗漏。因此, 人们可以想象使用液体STEM模式获得分子定位的纳米分辨率 “快照”。由于在液体STEM中需要相当短的成像时间,结合时间失效活细胞荧光数据这样的快照可以方便地解释揭示特定的分子模式。如果实验允许, 细胞通过化学固定在戊二醛中有助保存的生物结构。
如何维持细胞在电子束中的存活, 避免大量的辐射损伤?
对于真核细胞, 经验证小剂量低于未固定生物材料在液体中的结构损伤阈值。这些参数的一个例子包括:使用的STEM探针电流为I = 0.1 nA, T = 5 μs, s = 8.7 nm,  U = 200 keV,每张图片的剂量为 0.4 e−/Å2。然而,损伤的症状可能在随后数分钟内出现并恶化, 最终导致细胞死亡。
如果减少液体厚度是否能够提高分辨率?
是的, 液体层越薄, 分辨率就越高。对比度可在特定标签上获取。对比度和分辨率通常过低, 无法立即识别细胞中的单个生物分子 (即蛋白质、胞器、脂类等)。因此, 需要特定的免疫标签, 包括具有高原子序数的元素 (如黄金、铀等的重物质), 也称为高 z 数, 来定位所研究的生物 (例如, 金纳米粒子耦合到某些抗体)。纳米颗粒给出能在稠密的细胞基质中识别的对比。通过使用STEM对重材料标示过的生物样品进行成像, 可以得到更佳的分辨率。
液相(S)TEM相比现有的(STED, PALM, STORM)方法有什么优点?
虽然现有的超高分辨率光学方法, 如光活化的定位显微镜 (PALM), 受激辐射损耗 (STED) 和随机光学重建显微镜 (STORM) 可以提供横向分辨率, 甚至 20nm, 但不足以成像,例如单独标记的需要在分子水平上了解细胞功能的蛋白质。此外, 这些超高分辨率光学方法的成像速度有限 (最高分辨率最多一小时)。在另一侧,液相(S)TEM可以实现 5 nm分辨率, 同时在20秒像素凝时时间成像。因此,液相(S)TEM提供了在整个细胞成像单个分子的特殊的能力, 这是大大改善了现有的方法所实现的空间分辨率和成像速度。此外, 液相(S)TEM是一种实时技术, 不需要任何目前所有的高分辨率光学方法所需要的数据后处理。
是否有可能做液相(S)TEM和荧光显微学之间的关联表征?
当使用含有荧光量子点而不是金纳米粒子的标签时, 可以采用关联荧光显微学和液相(S)TEM表征。量子点也可以在低 z 元素 (即水、生物组织) 产生的背景信号中检测到。标签的概念类似于荧光显微镜, 除了更高的分辨率的液相(S)TEM(它甚至可以达到一个因子50或更好的分辨率)。
如何减少在生物样本STEM成像时二次电子引起的充电效应?
当使用生物样品时, 后者可以放在水和盐的溶液 (即100mM氯化钠)里。盐在液体中提供电导, 以降低充电效果。另外, 用户可以使用PBS溶液 (磷酸盐缓冲盐水),这是一个水基盐溶液。等渗的PBS在有机病例研究上有许多用途,与人体相同的水平的离子浓度,对多数细胞无毒。
如何才能减轻热梯度和充电不导电液体的影响?
液体 (即低于 1 ul/分钟的流量) 可以帮助减少可能随着与电子束成像而积累产生电荷和/或温度梯度。同样, 流动的液体可以最大程度上帮助减少气泡形成。在成像过程中, 液体连续流动是很有用的, 可以消除多余的热量、成像区域的自由电子, 氢气和自由基等水辐产品子。
如何防止样品流出视野?
在某些情况下, 最好是尽可能防止样品的移动。为了促进细胞黏附, 氮化硅窗口可以和多聚赖氨酸。实验表明, 这些细胞能够帖服地附着在氮化硅膜上, 而不会在液体中移动。额外的分子可以用来激发表面和创造约束样品移动的化学健。此外, 据报道, 在液体中样品的布朗运动不妨碍实现纳米尺度的分辨率。还有报告说,经测量在氮化硅膜旁的漂浮的纳米颗粒的运动, 比在散装液体中漂浮的纳米颗粒的移动要小三个数量级
是否有可能倾转该样品台?
我们不保证Ocean S3 可以做任何特定的倾斜。然而, 任何α倾斜将取决于极靴间隙和目标孔径的位置。
是否可以加热或者加电?
在这一点上,Ocean系统的纳米池是静止的, 不包含加热或加点电探针。然而, 敬请期待未来我们的升级! 另外有些实验中, 样品在引入系统之前, 可以预热液体。
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