Name: liquid-cell transmission electron microscopy for tracking self-assembly of nanoparticles
Uploaded: 2017-10-16T13:00:00.000+00:00
Duration: 8 min 39 s
Description: Watch this Scientific Journal Video about Liquid-cell Transmission Electron Microscopy for Tracking Self-assembly of Nanoparticles at JoVE.com

우리는 유용한 토론에 대 한 캘리포니아 대학교 교수 A. 폴 Alivisatos, 버클리와 서울 대학교에서 교수 Taeghwan 현 감사합니다. 이 작품은 IBS-R006-d 1에 의해 지원 되었다. W.C.L.에는 한 양 대학교 (HY-2015-N)의 연구 기금에서 지원을 기꺼이 인정 한다.

1. 나노 입자 합성 <ol><li>백 금 나노 입자의 합성 <ol><li>암모늄 hexachloroplatinate(IV)의 결합 17.75 mg ((NH 4) 2 Pt (IV) Cl 6), 3.72 mg의 암모늄 tetrachloroplatinate(II) ((NH 4) 2 Pt (II) Cl 4), 에틸 평범한 사람, poly(vinylpyrrolidone)의 109 mg의 115.5 mg (MW: 29, 000), 그리고 에틸렌 글리콜의 볶음 바 100ml 3 목 둥근 바닥 플라스 크에 10 mL 고무 심장 장착.</li>
		<li>환류 콘덴서와 플라스 크를 장비 하 고 진공에서 제거. 1000 rpm에서 자기 볶음 바 반응 혼합물을 저 어.</li>
		<li>아르곤의 흐름에서 10 ° C/min의 속도로 난방 맨 틀에서 180 ° C에 반응 혼합물이 열.</li>
		<li>20 분 (180 ° C) 온도 유지합니다. 솔루션은 어두운 갈색 색상 됩니다.</li>
		<li>실내 온도에 냉각 수 있도록 난방 맨 틀에서 플라스 크를 제거.</li>
		<li>전송 50 mL 원심 분리기 튜브 제품. 나노 입자를 침전 하 고 원심 10 분에 대 한 2400 x g에서 샘플 제품을 30 mL 아세톤의 추가 
		참고: 안전을 위해,이 과정에서에서 수행 되어야 합니다 증기 두건.</li>
		<li>는 상쾌한 삭제 하 고 다시 분산의 에탄올 10 mL와 함께 검은 침전.</li>
		<li>는 톨루엔의 30 mL와 함께 제품을 침전 하 고 원심 10 분 삭제에 대 한 2400 x g에 정지는 상쾌한 다시 에탄올 10 mL와 함께 검은 침전을 분산. 이 과정을 3 회 반복.</li>
		<li>백 금 나노 입자를 oleylamine의 5 mL을 추가 하 고 100 mL 둥근 바닥 플라스 크에 분산 전송. 역류 성 식도 염 발생에 ligand 교환 반응 수 있도록 1000 rpm에서 자기 교 아래 하룻밤 분산.</li>
		<li>리간드-교환 나노 솔루션에서 그들을 분리 하기 위하여 30 분 10000 x g에서 원심.</li>
		<li>는 상쾌한 삭제 하 고 10 mL 톨루엔, 헥 산, 클로 프롬 등 소수 성 용 매에서 백 금 나노 입자 분산.</li>
	</ol></li> <li>리드 셀 렌 나노 입자의 합성 <ol><li>리드 oleate의 준비 <ol><li>납 아세테이트 안 (Pb(Ac) 2 ·3H 2 O)의 758 mg, 올레산, 2.5 mL와 10 mL 디 페 닐 에테르의 결합 고무 심장 장착 100 mL 3 목 둥근 바닥 플라스 크에 볶음 바.</li>
			<li>환류 콘덴서와 플라스 크를 장비.</li>
			<li>2 시간 진공 조건 하에서 70 ° C에 혼합물을 드 고 1000 rpm에서 자기 볶음 바.</li>
			<li>아르곤과 플라스 크를 제거 하 고 실내 온도에 냉각 후.</li>
		</ol></li> <li>Trioctylphosphine 셀 렌 (TOPSe)의 준비 <ol><li>별도 그릇에 결합 474 m g 셀레늄의 고 공기는 시 약의 노출을 방지 하는 글러브를 사용 하 여 불활성 분위기에서 trioctylphosphine (맨 위)의 6 mL.</li>
			<li>110 W, 40 kHz, ultrasonication 여 상단에 셀레늄 분말을 녹이 고 솔루션 가시 투명 해질 때까지 소용돌이 믹서를 사용 하 여 혼합.</li>
		</ol></li> <li>별도 250 mL 3 목 둥근 바닥 플라스 크에 드 디 페 닐 에테르 30 분에 대 한 1000 rpm에서 자석 교 반 진공 상태에서 120 ° C에서의 15 mL</li>
		<li>아르곤와 플라스 크를 제거 하 고 다음 열 230에 디 페 닐 에테르 ° c.</li>
		<li>는 미리가 열된 디 페 닐 에테르에 빠르게 리드 oleate와 TOPSe 솔루션을 삽입할. 온도 주입 시 어느 정도 떨어질 것 이다. 설정 노화 온도 170 ° c.</li>
		<li>발생할 지도 셀 렌 나노 입자의 성장 수 있도록 활발 한 교 반으로 10 분 동안 170 ° C에 혼합물의 온도 유지.</li>
		<li>실내 온도에 냉각 수 있도록 난방 맨 틀에서 플라스 크를 제거.</li>
		<li>두 50 mL 원심 분리기 튜브를 준비 하 고 동일한 볼륨으로 제품을 분할 하 고 관에 전송. 각 튜브는 나노 입자를 침전 하 고 10 분에 대 한 2400 x g에서 현 탁 액을 원심에 에탄올 30 mL를 추가</li>
		<li>는 상쾌한 삭제 하 고 다시 톨루엔의 10 mL와 함께 검은 침전 분산.</li>
		<li>에탄올 30 mL와 함께 제품을 침전 하 고 원심 10 분 삭제에 대 한 2400 x g에 정지는 상쾌한 다시 분산 톨루엔의 10 mL와 함께 검은 침전. 이 과정을 3 회 반복.</li>
		<li>는 상쾌한 삭제 하 고 10 mL 톨루엔, 헥 산, 클로 프롬 등 소수 성 용 매에에서 지도 셀 렌 나노 입자 분산.</li>
	</ol></li></ol> 2. 액체-셀 제조 <ol><li>실리콘 나이트 라 이드 액체-셀 ( 그림 3a ) <ol><li>실리콘 질 화물 층 <ol><li>의 보증금 100에 낮은 스트레스 실리콘 나이트 라 이드 필름 저압 화학 기상 증 착 (LPCVD) 835 ° C와 100 sccm dichlorosilane 및 50 sccm 암모니아의 흐름 140 mTorr의 압력에 의해 µ m 두께 실리콘 웨이퍼 (4 인치) 25 수 실리콘 질 화물 층의 두께 제어 증 착 시간을 변화 하 여 nm. 증 착 속도 2.5-3.0 nm/min, 하지만 각 증 착에 대 한 약간 다릅니다.</li>
		</ol></li> <li>위쪽 및 아래쪽 칩 참고: 25 제작 과정에 대 한 자세한 설명에 대 한 참조를 참조 하십시오.
		웨이퍼를 완전히 젖은 충분 한 포토 레지스트를 사용 하 여 <ol><li>스핀 코트 10ml 30 3000 rpm에서 실리콘 나이트 라 이드/실리콘 웨이퍼에 긍정적인 감광 s. 
			참고: Ultrathin 실리콘 웨이퍼가 쉽게 회전 하는 동안. 우리는 일반적으로 500의 두께가 다른 실리콘 웨이퍼에 ultrathin 웨이퍼 연결을 파손을 피하기 위해 레지스트를 사용 하 여 µ m. 스핀 코팅 후 얇은 웨이퍼는 아세톤에 침수에 의해 두꺼운 웨이퍼에서 분리 된다. 있으 나이 기술은 ultrathin 실리콘 웨이퍼에 스핀 코팅에 대 한 다음 프로세스에도 사용할 수 있습니다.</li>
			<li>빵 60 85 ° C에서 뜨거운 접시에 웨이퍼 s. 
			참고: 준비 된 웨이퍼의 온도에서 구워 하지 마십시오 &#62; 110 ° C. 베이킹 높은 온도에서 감광 제 하면 부정적인 감광 긍정적인에서 변경 하는 레지스트.</li>
			<li>자외선에 감광 제 코팅 된 웨이퍼를 노출 (365 nm) 10 크롬 마스크 ( 그림 1a)를 통해 s.</li>
			<li>담가 40 대 개발자 솔루션 50 mL에 감광 제 코팅 웨이퍼 s. 웨이퍼 세척을 1 분 동안 이온된 물 50 mL에 개발 된 웨이퍼를 담근 다. 세척 과정을 두번 반복.</li>
			<li>1 분 황 hexafluoride의 50 sccm의 흐름 반응 이온 에칭을 사용 하 여 실리콘 나이트 라 이드 엣지.</li>
			<li>최고 칩과 하단 칩 2 분은 포토 레지스트를 제거 하는 아세톤에 젖어. 효과적으로 포토 레지스트를 제거 하 손으로 접시를 부드럽게 흔들어.</li>
			<li>Etch 1.5-2 헤 85 ° C에서 수산화 칼륨 (30 mg/mL)의 용액으로 실리콘 에칭 솔루션 균일 한 온도 프로 파일은 되도록 물 목욕을 사용 합니다. 고르지 않은 온도 e를 지나치게 되 고 일부 지역으로 이어질 것입니다.tched 동안 일부 불완전 하 게 새겨져 있다.</li>
			<li>완전히 맨 눈으로 에칭 되어 창이 나타나면 중지는 에칭 고 에칭 솔루션에서 셀. 창 가로 해제 하는 경우 발생할 수 있는 부 력으로 나눠지지의 기회를 피하기 위해 에칭 솔루션에서 제거 하는 경우 셀을 기울기.</li>
			<li>하단 칩 ( 그림 1b)에 대 한 마스크와이 절차를 반복. 
			참고: 위쪽 및 아래쪽 칩의 윈도우는 매우 얇고, 약 25 nm, 그들은 매우 깨지기. 따라서, 주의 취해야 한다 처리할 때. 창 측면 해야 항상 수 위쪽으로 향하게 칩 표면에 휴식 하는 때.</li>
		</ol></li> <li>위쪽 및 아래쪽 칩 본딩 <ol><li>스핀 코트 10ml 30 3000 rpm에서 실리콘 나이트 라 이드/실리콘 웨이퍼에 긍정적인 감광 s.</li>
			<li>60 90 ° C에서 뜨거운 접시에 웨이퍼를 구워 s.</li>
			<li>자외선에 감광 제 코팅 된 웨이퍼를 노출 (365 nm) 10 크롬 마스크 ( 그림 1c)를 통해 s.</li>
			<li>담가 40 대 개발자 솔루션 50 mL에 감광 제 코팅 웨이퍼 s. 웨이퍼 세척을 1 분 동안 이온된 물 50 mL에 개발 된 웨이퍼를 담근 다. 세척 과정을 두번 반복.</li>
			<li>열 증발 기를 사용 하 여 하단 칩에 인듐의 ~ 100 nm 두꺼운 층을 예금 한다. 인듐 레이어 스페이서와 바다 표범 어업 물자로 사용 됩니다.</li>
			<li>담가 포토 레지스트 제거를 2 분 동안 아세톤에 칩. 효과적으로 포토 레지스트를 제거 하 손으로 접시를 부드럽게 흔들어.</li>
			<li>하단 및 상단 칩은 동기 기를 사용 하 여 정렬 하 고 100에 본드 ° c.</li>
		</ol></li></ol></li> <li>실리콘 액체-셀 ( 그림 3b ) <ol><li>위쪽 및 아래쪽 칩의 준비 <ol><li>의 레이어 두께와 p 형 실리콘에 절연체 (SOI) 웨이퍼를 사용 100 nm, 400 nm, 그리고 최고의 실리콘 600 µ m 묻혀 SiO 2 및 실리콘 처리 레이어, 각각.</li>
			<li>수행 습식된 산화 실리콘 산화물의 층 170의 두께와 성장 950-1100 ° C에서 산화로 SOI 웨이퍼의 nm.</li>
			<li>Etch 버퍼링 된 산화물으로 SOI 웨이퍼를 담거 서 실리콘 산화물 에칭 실리콘 산화물의 젖은 etchant는 2 분 동안 실내 온도에 (비오이) 솔루션. 2.2.1.2, 2.2.1.3 단계의 목적은 25 SOI 웨이퍼의 최고 실리콘 층의 두께 줄이기 위해 nm.</li>
			<li>두께가 25 저 응력 실리콘 질 화물의 층을 예금 LPCVD 단계 2.1.1.1 에서처럼 동일한 프로세스 조건을 사용 하 여 SOI 웨이퍼 (4 인치)에 nm.</li>
			<li>같은 프로세스를 사용 하 여 실리콘 나이트 라 이드 패턴 및 단계 2.1.2.1-2.1.2.4에서 패턴을 마스크.</li>
			<li>담가 포토 레지스트 제거를 2 분 동안 아세톤에 웨이퍼. 효과적으로 포토 레지스트를 제거 하 손으로 접시를 부드럽게 흔들어.</li>
			<li>30 비오이 솔루션으로 실리콘 산화물 에칭 s.</li>
			<li>7-12 헤 Trimethylamine 산화물 (TMAH) 수성 해결책 또한 실리콘 에칭에 대 한 사용할 수 있습니다 (500 mg/mL) 80 ° C에서 수산화 칼륨의 용액으로 실리콘 에칭.</li>
			<li>10 분에 대 한 160 ° C에서 85% 인산으로 실리콘 질 화물 식 각</li>
			<li>Etch 3 분에 대 한 실 온에서 비오이 솔루션으로 실리콘 산화물</li>
			<li>단계 2.2.1.1-아래 칩 ( 그림 1b)에 대 한 마스크와 2.2.1.10의 절차 반복.</li>
		</ol></li> <li>위쪽 및 아래쪽 칩 본딩 <ol><li>스핀 코트 10ml 30 3000 rpm에서 실리콘 나이트 라 이드/실리콘 웨이퍼에 긍정적인 감광 s.</li>
			<li>60 90 ° C에서 뜨거운 접시에 웨이퍼를 구워 s.</li>
			<li>자외선에 감광 제 코팅 된 웨이퍼를 노출 (365 nm) 10 크롬 마스크 ( 그림 1c)를 통해 s.</li>
			<li>담가 40 대 개발자 솔루션 50 mL에 감광 제 코팅 웨이퍼 s. 웨이퍼 세척을 1 분 동안 이온된 물 50 mL에 개발 된 웨이퍼를 담근 다. 세척 과정을 두번 반복.</li>
			<li>열 증발 기를 사용 하 여 하단 칩에 인듐의 ~ 100 nm 두꺼운 층을 예금 한다. 인듐 레이어 스페이서와 바다 표범 어업 물자로 사용 됩니다.</li>
			<li>담가 포토 레지스트 제거를 2 분 동안 아세톤에 칩. 효과적으로 포토 레지스트를 제거 하 손으로 접시를 부드럽게 흔들어.</li>
			<li>하단 및 상단 칩은 동기 기를 사용 하 여 정렬 하 고 100에 본드 ° c.</li>
		</ol></li></ol></li></ol> 3. 액체-셀 편 <ol><ol><li>5 mL으로 나노 분산 (프로토콜 1.1 및 1.2)의 추가 20 µ L 로드 하는 솔루션 <li>유리병과 10 분 분산 용 매 혼합물 (o-dichlorobenzene의 1 mL에에서 나노 입자의 공기에서 건조 250 µ L의 pentadecane, 그리고 oleylamine의 10 µ L). 
		참고: 가난한 나노 분산 될 수 있습니다 및 연장된 기간에 대 한 높은 온도, 낮은 압력, 같은 극단적인 조건에서 건조. Ligand 입자 상호 작용은 동적 이후 극단적인 조건에서 ligand 분리 후 입자의 응집의 높은 확률이입니다. O-dichlorobenzene, pentadecane, 및 oleylamine 다른 증기압 때문에, 건조 과정 용 매 비율 일정 하 게 유지 하는 로드 프로세스 직전 실시 해야 합니다.</li>
		<li>액체-세포는 광학 현미경을 사용 하 여 검사. 
		참고: 어떤 액체 셀의 창 깨진 경우, 사용 하지 마십시오 셀.</li>
		<li>저수지에 나노 분산의 부하 ~ 100 nL ( 그림 2a 및 2b)는 액체-세포의. 액체-세포의 저수지에 효과적으로 분산의 작은 금액을 로드 하 ultrathin 모 세관 ( 그림 2c)를 장착 하는 인젝터를 사용할 수 있습니다. 
		참고: 일반적으로, 나노 분산 주입된 양의 저수지의 용량을 초과합니다. 분산 저수지에서 오버플로, 액체 셀 완전히 밀봉 하지 않을 수 있습니다. 따라서, 저수지에 밖에 서 어떤 넘쳐 분산 팬 모양으로 잘라 필터 종이의 끝에 흡수 해야 합니다. 흡수 하는 동안 창 접촉을 피하십시오.</li>
		<li>노출 10 분 o dichlorobenzene를 건조 공기에 액체 셀.</li>
		<li>진공 그리스 2 m m의 크기와 구멍 크기 600 µ m의 구리 조리개 눈금의 1 개의 측에 적용 하 고 봉인된 환경을 만들기 위해 조리개 눈금의 기름칠된 측을 가진 액체 셀 커버. 
		참고: 창에 크게 입금 진공 그리스 가장 해상도 줄일 수 있습니다. 따라서, 첫 번째 시도에서 셀의 창 구리 조리개 눈금의 구멍에 맞게 실패 하지 해결 한다; 오히려, 셀을 삭제 해야 하 고 새로운 한 준비.</li>
	</ol></li> <li>가장 측정 <ol><li>에 표준 편 홀더 액체 셀을 배치. 액체-세포는 표준 홀더에 맞게 설계 되었습니다. 
		참고: 가장 소유자의 오염을 피하기 위하여 장갑을 사용.</li>
		<li>연속 이미지 획득 모드에는 가장을 설정합니다. 200의 가속 전압에서 가장 이미지 ~ 700 A/m 2의 전류 밀도와 kV. 
		참고: 자주 가장 압력 레벨을 확인 합니다. 압력 수준 비정상적인 경우 이미징 즉시 중지 하 고 가능한 한 빨리 가장 상공에서 소유자를 제거. 액체-셀 가장 낮은 대비 이미지 집중에 어려움이 발생 합니다. 고급 정렬 및 초점 윈도우의 가장자리에 거친 초기 초점에 의해 쉽게 수행할 수 있습니다. 건조 속도 전류 밀도 변경 하 여 제어할 수 있습니다. 2D 건조 속도 변화 건조 패치의 크기를 추적 하 여 측정할 수 있습니다. 그러나, 그것은 어렵다-quanti건조 년도 볼륨의 측면에서 평가.</li>
		<li>는 ImageJ 소프트웨어 패키지를 사용 하 여 원래 가장 이미지를 엽니다. 프로그램의 멀티 포인트 아이콘을 선택 하 고 센터의 이미지, 그리고 다음 추출 x의 모든 개별 나노 입자 및 선택 된 입자의 y 좌표를 지정.</li>
		<li>방사형 분포 함수 (RDF) 계산: 
		<img alt="Equation 1" src="/files/ftp_upload/56335/56335eq1.jpg" /> r은 interparticle 거리, N은 입자의 수, A는 입자에 의해 커버 된 지역, ρ는 2D 영역 밀도의 입자 (N / A), <img alt="Equation 2" src="/files/ftp_upload/56335/56335eq2.jpg" />는 입자 k, 입자 j에서 위치 벡터 및 δ (r)는 디랙 델타 함수. 우리를 사용 하 여 <img alt="Equation 3" src="/files/ftp_upload/56335/56335eq3.jpg" /> 어디 는 0.8 = 현실적인 계산 디랙 델타 함수로 nm.</li>
	</ol>
	</li>
</ol>

<ol>
	<li>Shevchenko, E. V., Talapin, D. V., Kotov, N. A., O'Brien, S., Murray, C. B. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Structural+Diversity+in+Binary+Nanoparticle+Superlattices.">Structural Diversity in Binary Nanoparticle Superlattices.</a> Nature. 439, 55-59 (2006).</li><li>Talapin, D. V., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Quasicrystalline+Order+in+Self-Assembled+Binary+Nanoparticle+Superlattices.">Quasicrystalline Order in Self-Assembled Binary Nanoparticle Superlattices.</a> Nature. 461, 964-967 (2009).</li><li>Evers, W. H., Friedrich, H., Filion, L., Dijkstra, M., Vanmaekelbergh, D. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Observation+of+a+Ternary+Nanocrystal+Superlattice+and+Its+Structural+Characterization+by+Electron+Tomography.">Observation of a Ternary Nanocrystal Superlattice and Its Structural Characterization by Electron Tomography.</a> Angew. Chem., Int. Ed. 48, 9655-9657 (2009).</li><li>Maillard, M., Motte, L., Pileni, M. P. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Rings+and+Hexagons+Made+of+Nanocrystals.">Rings and Hexagons Made of Nanocrystals.</a> Adv. Mater. 13, 200-204 (2001).</li><li>Sztrum, C. G., Rabani, E. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Out-of-Equilibrium+Self-Assembly+of+Binary+Mixtures+of+Nanoparticles.">Out-of-Equilibrium Self-Assembly of Binary Mixtures of Nanoparticles.</a> Adv. Mater. 18, 565-571 (2006).</li><li>Han, W., Lin, Z. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Learning+From+&amp;#34;coffee+Rings&amp;#34;:+Ordered+Structures+Enabled+by+Controlled+Evaporative+Self-Assembly.">Learning From &amp;#34;coffee Rings&amp;#34;: Ordered Structures Enabled by Controlled Evaporative Self-Assembly.</a> Angew. Chem., Int. Ed. 51, 1534-1546 (2012).</li><li>Bigioni, T. P., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Kinetically+Driven+Self+Assembly+of+Highly+Ordered+Nanoparticle+Monolayers.">Kinetically Driven Self Assembly of Highly Ordered Nanoparticle Monolayers.</a> Nat. Mater. 5, 265-270 (2006).</li><li>Govor, L. V., Reiter, G., Parisi, J., Bauer, G. H. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Self-Assembled+Nanoparticle+Deposits+Formed+at+the+Contact+Line+of+Evaporating+Micrometer-Size+Droplets.">Self-Assembled Nanoparticle Deposits Formed at the Contact Line of Evaporating Micrometer-Size Droplets.</a> Phys. Rev. E. 69, 61609 (2004).</li><li>Kletenik-Edelman, O., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Drying-Mediated+Hierarchical+Self-Assembly+of+Nanoparticles:+A+Dynamical+Coarse-Grained+Approach.">Drying-Mediated Hierarchical Self-Assembly of Nanoparticles: A Dynamical Coarse-Grained Approach.</a> J. Phys. Chem. C. 112, 4498-4506 (2008).</li><li>Kletenik-Edelman, O., Sztrum-Vartash, C. G., Rabani, E. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Coarse-Grained+Lattice+Models+for+Drying-Mediated+Self-Assembly+of+Nanoparticles.">Coarse-Grained Lattice Models for Drying-Mediated Self-Assembly of Nanoparticles.</a> J. Mater. Chem. 19, 2872-2876 (2009).</li><li>Rabani, E., Reichman, D. R., Geissler, P. L., Brus, L. E. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Drying-mediated+self-assembly+of+nanoparticles.">Drying-mediated self-assembly of nanoparticles.</a> Nature. 426, 271-274 (2003).</li><li>Loubat, A., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Growth+and+Self-Assembly+of+Ultrathin+Au+Nanowires+into+Expanded+Hexagonal+Superlattice+Studied+by+in+Situ+SAXS.">Growth and Self-Assembly of Ultrathin Au Nanowires into Expanded Hexagonal Superlattice Studied by in Situ SAXS.</a> Langmuir. 30, 4005-4012 (2014).</li><li>Connolly, S., Fullam, S., Korgel, B., Fitzmaurice, D. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Time-Resolved+Small-Angle+X-Ray+Scattering+Studies+of+Nanocrystal+Superlattice+Self-Assembly.">Time-Resolved Small-Angle X-Ray Scattering Studies of Nanocrystal Superlattice Self-Assembly.</a> J. Am. Chem. Soc. 120, 2969-2970 (1998).</li><li>Lu, C., Akey, A. J., Dahlman, C. J., Zhang, D., Herman, I. P. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Resolving+the+Growth+of+3D+Colloidal+Nanoparticle+Superlattices+by+Real-Time+Small-Angle+X-Ray+Scattering.">Resolving the Growth of 3D Colloidal Nanoparticle Superlattices by Real-Time Small-Angle X-Ray Scattering.</a> J. Am. Chem. Soc. 134, 18732-18738 (2012).</li><li>Zheng, H., Claridge, S. A., Minor, A. M., Alivisatos, A. P., Dahmen, U. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Nanocrystal+Diffusion+in+a+Liquid+Thin+Film+Observed+by+in+Situ+Transmission+Electron+Microscopy.">Nanocrystal Diffusion in a Liquid Thin Film Observed by in Situ Transmission Electron Microscopy.</a> Nano Lett. 9, 2460-2465 (2009).</li><li>Jungjohann, K. L., Bliznakov, S., Sutter, P. W., Stach, E. A., Sutter, E. A. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=In+Situ+Liquid+Cell+Electron+Microscopy+of+the+Solution+Growth+of+Au-Pd+Core-Shell+Nanostructures.">In Situ Liquid Cell Electron Microscopy of the Solution Growth of Au-Pd Core-Shell Nanostructures.</a> Nano Lett. 13, 2964-2970 (2013).</li><li>Yuk, J. M., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=High-Resolution+EM+of+Colloidal+Nanocrystal+Growth+Using+Graphene+Liquid+Cells.">High-Resolution EM of Colloidal Nanocrystal Growth Using Graphene Liquid Cells.</a> Science. 336, 61-64 (2012).</li><li>Park, J., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Direct+Observation+of+Nanoparticle+Superlattice+Formation+by+Using+Liquid+Cell+Transmission+Electron+Microscopy.">Direct Observation of Nanoparticle Superlattice Formation by Using Liquid Cell Transmission Electron Microscopy.</a> ACS Nano. 6, 2078-2085 (2012).</li><li>Lee, W. C., Kim, B. H., Choi, S., Takeuchi, S., Park, J. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Liquid+Cell+Electron+Microscopy+of+Nanoparticle+Self-Assembly+Driven+by+Solvent+Drying.">Liquid Cell Electron Microscopy of Nanoparticle Self-Assembly Driven by Solvent Drying.</a> J. Phys. Chem. Lett. 8, 647-654 (2017).</li><li>Park, J., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=3D+Structure+of+Individual+Nanocrystals+in+Solution+by+Electron+Microscopy.">3D Structure of Individual Nanocrystals in Solution by Electron Microscopy.</a> Science. 349, 290-295 (2015).</li><li>Chee, S. W., Baraissov, Z., Loh, N. D., Matsudaira, P. T., Mirsaidov, U. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Desorption-Mediated+Motion+of+Nanoparticles+at+the+Liquid-Solid+Interface.">Desorption-Mediated Motion of Nanoparticles at the Liquid-Solid Interface.</a> J. Phys. Chem. C. 120, 20462-20470 (2016).</li><li>Liu, Y., Lin, X. -. M., Sun, Y., Rajh, T. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=In+Situ+Visualization+of+Self-Assembly+of+Charged+Gold+Nanoparticles.">In Situ Visualization of Self-Assembly of Charged Gold Nanoparticles.</a> J. Am. Chem. Soc. 135, 3764-3767 (2013).</li><li>Verch, A., Pfaff, M., de Jonge, N. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Exceptionally+Slow+Movement+of+Gold+Nanoparticles+at+a+Solid/Liquid+Interface+Investigated+by+Scanning+Transmission+Electron+Microscopy.">Exceptionally Slow Movement of Gold Nanoparticles at a Solid/Liquid Interface Investigated by Scanning Transmission Electron Microscopy.</a> Langmuir. 31, 6956-6964 (2015).</li><li>Sutter, E., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=In+Situ+Microscopy+of+the+Self-Assembly+of+Branched+Nanocrystals+in+Solution.">In Situ Microscopy of the Self-Assembly of Branched Nanocrystals in Solution.</a> Nat. Commun. 7, 11213 (2016).</li><li>Niu, K. -. Y., Liao, H. -. G., Zheng, H. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Revealing+Dynamic+Processes+of+Materials+in+Liquid+Using+Transmission+Electron+Microscopy.">Revealing Dynamic Processes of Materials in Liquid Using Transmission Electron Microscopy.</a> J. Vis. Exp. (70), e50122 (2012).</li><li>Hermannsd&#246;rfer, J., de Jonge, N. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Studying+Dynamic+Processes+of+Nano-sized+Objects+in+Liquid+using+Scanning+Transmission+Electron+Microscopy.">Studying Dynamic Processes of Nano-sized Objects in Liquid using Scanning Transmission Electron Microscopy.</a> J. Vis. Exp. (120), e54943 (2017).</li><li>Tsung, C. K., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Sub-10+nm+Platinum+Nanocrystals+with+Size+and+Shape+Control:+Catalytic+Study+for+Ethylene+and+Pyrrole+Hydrogenation.">Sub-10 nm Platinum Nanocrystals with Size and Shape Control: Catalytic Study for Ethylene and Pyrrole Hydrogenation.</a> J. Am. Chem. Soc. 131, 5816-5822 (2009).</li><li>Cho, K. S., Talapin, D. V., Gaschler, W., Murray, C. B. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Designing+PbSe+Nanowires+and+Nanorings+through+Oriented+Attachment+of+Nanoparticles.">Designing PbSe Nanowires and Nanorings through Oriented Attachment of Nanoparticles.</a> J. Am. Chem. Soc. 127, 7140-7147 (2005).</li><li>Manthiram, K., Beberwyck, B. J., Talapin, D. V., Alivisatos, A. P. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Seeded+Synthesis+of+CdSe/CdS+Rod+and+Tetrapod+Nanocrystals.">Seeded Synthesis of CdSe/CdS Rod and Tetrapod Nanocrystals.</a> J. Vis. Exp. (82), e50731 (2013).</li><li>Woehl, T. J., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Experimental+Procedures+to+Mitigate+Electron+Beam+Induced+Artifacts+During+in+situ+Fluid+Imaging+of+Nanomaterials.">Experimental Procedures to Mitigate Electron Beam Induced Artifacts During in situ Fluid Imaging of Nanomaterials.</a> Ultramicroscopy. 127, 53-63 (2013).</li><li>Shin, D., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Growth+Dynamics+and+Gas+Transport+Mechanism+of+Nanobubbles+in+Graphene+Liquid+Cells.">Growth Dynamics and Gas Transport Mechanism of Nanobubbles in Graphene Liquid Cells.</a> Nat. Commun. 6, 6068 (2015).</li></ol>

저자는 공개 없다.

백 금 나노 입자 크기의 7 nm 암모늄 hexachloroplatinate (IV) 및 용 매와 원제27 ligand와 에틸렌 글리콜 폴 리 (vinylpyrrolidone) (PVP)를 사용 하 여 암모늄 tetrachloroplatinate (II)의 감소를 통해 합성 했다 . Oleylamine와 리간드-교환 반응에 소수 성 용 매 입자를 분산 위해 수행 되었습니다. 리드 셀 렌 나노 셀레늄 소스28 (29 칼코게나이드 나노의 자세한 합성에 대...

자기 조립 나노 콜 로이드 입자의은 관심의 개별 나노 입자11의 집단 물리적 속성에 액세스할 수 있는 기회를 제공 하기 때문에. 휘발성 용 매6,,78, 의 증발을 통해 기판에 나노 입자의 자기 조직화는 자기 조립 실용적인 장치-스케일 응용 프로그램에서 사용의 가장 효과적인 방법 중 하나 9 , 10 , 11.이 용 매 증발 메서드는 증발 속도 및 나노-기판 상호 작용의 변화 같은 운동 요인에 의해 크게 좌우 하는 nonequilibrium 과정. 그러나, 그것은 예측 하 고 키네틱 요소를 제어 하기 어려운, 이후 용 매 증발에 의해 자기 조립 나노 기계적 이해 완전히 성숙 하지 않습니다. 앙상블 평균 정보를 제공 하는 x 선 산란 연구 현장에 는 nonequilibrium의 나노 자기 조립을12,,1314처리,이 기술은 수 없습니다. 개별 나노 입자의 움직임을 확인 하 고 전반적인 궤도 함께 그들의 협회 쉽게 액세스할 수 없습니다.
액체-셀 편은 개별 나노 입자의 궤적을 추적 하기 위한 새로운 도구 나노 움직임의 이질성과 앙상블 동작15,16에 그들의 기여를 이해 하는 데 사용 17,18,19,20,21,22,23,,2425, 26. 우리가 이전 액체 셀 편 용 경계의 움직임 유도 기판18 에 자기 조립 나노에 대 한 주요 원동력 임을 보여주는 용 매 증발 하는 동안 개별 나노 입자의 움직임을 추적 하기 위해 사용 , 19. 여기, 우리가 어디 우리가 나노 액체-세포 가장을 사용 하 여 자기 조립의 과정을 관찰할 수 있는 실험 소개. 첫째, 우리는 백의 합성에 대 한 프로토콜을 제공 하 고 셀 렌 나노 입자, 액체-액체-세포에 나노 입자를 로드 하는 방법에 대 한 가장 셀의 제조 절차를 도입 하기 전에 리드. 대표적인 결과로 우리는 나노 자기 조립 용 매 건조에 의해 구동의 가장 영화에서 스냅숏 이미지를 보여줍니다. 이 영화에서 개별 입자를 추적, 우리 자기 조립 단일 나노 수준에서 용 매 건조 중재의 상세한 메커니즘을 이해할 수 있다. 동안 자기 조립, 실리콘 질 화물 창에 백 금 나노 입자 주로 따라 증발 용 매 앞의 운동 용 박막에 강한 모 세관 힘 때문에. 비슷한 현상 또한 다른 나노 입자 (셀 렌 리드)과 기질 (실리콘), 용 매 앞의 모 세관 힘 입자 마이그레이션 기판 근처에 중요 한 요소가 나타내는 관찰 되었다.

<table><tbody><tr><td>ammonium hexachloroplatinate (IV)</td><td>Sigma-Aldrich</td><td>204021</td><td></td></tr><tr><td>ammonium tetrachloroplatinate (II)</td><td>Sigma-Aldrich</td><td>206105</td><td></td></tr><tr><td>tetramethylammonium bromide, 98%</td><td>Sigma-Aldrich</td><td>195758</td><td></td></tr><tr><td>poly(vinylpyrrolidone) powder</td><td>Sigma-Aldrich</td><td>234257</td><td>Mw ~29,000</td></tr><tr><td>ethylene glycol, anhydrous, 99.8%</td><td>Sigma-Aldrich</td><td>324558</td><td></td></tr><tr><td>n-hexane, anhydrous, 95%</td><td>Samchun Chem.</td><td>H0114</td><td></td></tr><tr><td>ethanol, anhydrous, 99.5%</td><td>Sigma-Aldrich</td><td>459836</td><td></td></tr><tr><td>oleylamine, 70%</td><td>Sigma-Aldrich</td><td>O7805</td><td>Technical grade</td></tr><tr><td>lead(II) acetate trihydrate, 99.99%</td><td>Sigma-Aldrich</td><td>467863</td><td></td></tr><tr><td>oleic acid, 90%</td><td>Sigma-Aldrich</td><td>364525</td><td>Technical grade</td></tr><tr><td>diphenyl ether, 99%</td><td>Sigma-Aldrich</td><td>P24101</td><td>ReagentPlus</td></tr><tr><td>selenium powder, 99.99%</td><td>Sigma-Aldrich</td><td>229865</td><td></td></tr><tr><td>tri-n-octylphosphine, 97%</td><td>Strem</td><td>15-6655</td><td>Air sensistive</td></tr><tr><td>Toluene, anhydrous, 99.9%</td><td>Samchun Chem.</td><td>T2419</td><td></td></tr><tr><td>acetone 99.8%</td><td>Daejung Chem.</td><td>1009-2304</td><td></td></tr><tr><td>potassium hydroxide, 95%</td><td>Samchun Chem.</td><td>P0925</td><td></td></tr><tr><td>p-type silicon-on-insulator wafers</td><td>Soitec</td><td>Power-SOI</td><td>for liquid cells with silicon windows</td></tr><tr><td>tetramethylammonium hydroxide, 25% in H&lt;sub&gt;2&lt;/sub&gt;O</td><td>J.T.Baker</td><td>02-002-109</td><td></td></tr><tr><td>AZ 5214 E</td><td>AZ Electronic Materials</td><td>AZ 5214 E</td><td>Positive photorest</td></tr><tr><td>AZ-327</td><td>AZ Electronic Materials</td><td>AZ-327</td><td>AZ 5214 develper</td></tr><tr><td>indium pellets 99.98-99.99%</td><td>Kurt J. Lesker Company</td><td>EVMIN40EXEB</td><td>thermal evaporator target</td></tr><tr><td>1,2-dichlorobenzene, &gt;99%</td><td>TCI</td><td>D1116</td><td></td></tr><tr><td>pentadecane, &gt;99%</td><td>Sigma-Aldrich</td><td>P3406</td><td></td></tr><tr><td>buffered oxide etch 7:1</td><td>microchemicals</td><td>BOE 7-1 VLSI</td><td></td></tr><tr><td>phosphoric acid, 85%</td><td>Samchun Chem.</td><td>P0449</td><td></td></tr></tbody></table>

liquid-cell transmission electron microscopy for tracking self-assembly of nanoparticles

나노 분산 건조, 나노 입자의 자기 조립된 구조를 만들 수 있는 다양 한 방법 이지만이 과정의 메커니즘을 완전히 이해 되지 않습니다. 우리 액체 셀 전송 전자 현미경 (TEM)을 사용 하 여 어셈블리 프로세스의 메커니즘을 조사 하는 개별 나노 입자의 궤적을 추적 했습니다. 여기, 우리 존재의 액체-셀 편 연구에 대 한 사용 되는 프로토콜은 자기 조립 메커니즘. 첫째, 우리는 균일 하 게 크기의 백 금 생산 셀 렌 나노 입자를 리드 하는 데 사용 하는 자세한 합성 프로토콜을 소개 합니다. 다음, 우리는 실리콘 질 화물 또는 실리콘 윈도우 액체 셀을 생산 하 고 다음 로드 및 이미징 액체 셀 편 기술의 절차를 설명 하는 데 사용 하는 제작 프로세스를 제시. 몇 가지 메모 깨지기 쉬운 셀 창을 관리 하는 방법을 포함 하는 전체 프로세스에 대 한 유용한 정보를 제공 포함 되어 있습니다. 액체-셀 편으로 추적 하는 나노 입자의 개별 움직임 증발으로 인 한 부실 경계에 변화 영향 나노 입자의 자기 조립 과정을 공개 했다. 솔벤트 경계 주로 양식 비정 질 집계, 2 차원 (2D) 자기 조립된 구조를 생성 하는 집계의 병합 뒤 나노 입자 운전. 이러한 행동은 또한 다른 나노 입자 종류 및 다른 액체 셀 구성이 관찰 됩니다.

액체-셀 최고 칩 및 하단 칩 25의 두께 가진 전자 빔에 투명 실리콘 질 화물 창을 갖추고로 구성 된다 nm. 최고의 칩은 샘플 솔루션 및 증발된 용 매를 저장 하기 위한 저수지. 칩25를 처리 하는 기존의 제작을 통해 만들어집니다. 그림 1a 에서 위쪽 및 아래쪽 칩에 사용 하는 마스크 표시 됩니다 및 1b, 각각. <stro...

Watch this Scientific Journal Video about Liquid-cell Transmission Electron Microscopy for Tracking Self-assembly of Nanoparticles at JoVE.com

Liquid-cell Transmission Electron Microscopy for Tracking Self-assembly of Nanoparticles

나노 입자의 자기 조립 추적에 대 한 액체 셀 전송 전자 현미경 검사 법

자기 집합 프로세스의 실시간 관측 실험 프로토콜 소개 액체 셀 전송 전자 현미경 검사 법을 사용 하 여.

Drying a nanoparticle dispersion is a versatile way to create self-assembled structures of nanoparticles, but the mechanism of this process is not fully ...

liquid-cell-transmission-electron-microscopy-for-tracking-self

Universidad San Sebastian

Research

JoVE Journal

Chemistry

12.6K 조회수.  Institute for Basic Science (IBS). 자기 집합 프로세스의 실시간 관측 실험 프로토콜 소개 액체 셀 전송 전자 현미경 검사 법을 사용 하 여.

비디오: Liquid-cell Transmission Electron Microscopy for Tracking Self-assembly of Nanoparticles

Revealing Dynamic Processes of Materials in Liquids Using Liquid Cell Transmission Electron Microscopy

The recent development for in situ transmission electron microscopy, which allows imaging through liquids with high spatial resolution, has attracted significant interests across the research fields of materials science, physics, chemistry and biology. The key enabling technology is a liquid cell. We fabricate liquid cells with thin viewing windows through a sequential microfabrication process, including silicon nitride membrane deposition, photolithographic patterning, wafer etching, cell bonding, etc. A liquid cell with the dimensions of a regular TEM grid can fit in any standard TEM sample holder. About 100 nanoliters reaction solution is loaded into the reservoirs and about 30 picoliters liquid is drawn into the viewing windows by capillary force. Subsequently, the cell is sealed and loaded into a microscope for in situ imaging. Inside the TEM, the electron beam goes through the thin liquid layer sandwiched between two silicon nitride membranes. Dynamic processes of nanoparticles in liquids, such as nucleation and growth of nanocrystals, diffusion and assembly of nanoparticles, etc., have been imaged in real time with sub-nanometer resolution. We have also applied this method to other research areas, e.g., imaging proteins in water. Liquid cell TEM is poised to play a major role in revealing dynamic processes of materials in their working environments. It may also bring high impact in the study of biological processes in their native environment.

We have developed a self-contained liquid cell, which allows imaging through liquids using a transmission electron microscope. Dynamic processes of nanoparticles in liquids can be revealed in real time with sub-nanometer resolution.

액체 셀 전송 전자 현미경을 사용하여 액체의 재료의 동적 프로세스를 공개

The recent development for in situ transmission electron microscopy, which allows imaging through liquids with high spatial resolution, has attracted ...

연구

공학

Method to Visualize and Analyze Membrane Interacting Proteins by Transmission Electron Microscopy

Monotopic proteins exert their function when attached to a membrane surface, and such interactions depend on the specific lipid composition and on the availability of enough area to perform the function. Nanodiscs are used to provide a membrane surface of controlled size and lipid content. In the absence of bound extrinsic proteins, sodium phosphotungstate-stained nanodiscs appear as stacks of coins when viewed from the side by transmission electron microscopy (TEM). This protocol is therefore designed to intentionally promote stacking; consequently, the prevention of stacking can be interpreted as the binding of the membrane-binding protein to the nanodisc. In a further step, the TEM images of the protein-nanodisc complexes can be processed with standard single-particle methods to yield low-resolution structures as a basis for higher resolution cryoEM work. Furthermore, the nanodiscs provide samples suitable for either TEM or non-denaturing gel electrophoresis. To illustrate the method, Ca2+-induced binding of 5-lipoxygenase on nanodiscs is presented.

Many proteins perform their function when attached to membrane surfaces. The binding of extrinsic proteins on nanodisc membranes can be indirectly imaged by transmission electron microscopy. We show that the characteristic stacking (rouleau) of nanodiscs induced by the negative stain sodium phosphotungstate is prevented by the binding of extrinsic protein.

방법은 시각화 및 투과 전자 현미경에 의해 막 상호 작용하는 단백질을 분석하는

Monotopic proteins exert their function when attached to a membrane surface, and such interactions depend on the specific lipid composition and on the ...

생화학

In situ TEM of Biological Assemblies in Liquid

Researchers regularly use Transmission Electron Microscopes (TEMs) to examine biological entities and to assess new materials. Here, we describe an additional application for these instruments- viewing viral assemblies in a liquid environment. This exciting and novel method of visualizing biological structures utilizes a recently developed microfluidic-based specimen holder. Our video article demonstrates how to assemble and use a microfluidic holder to image liquid specimens within a TEM. In particular, we use simian rotavirus double-layered particles (DLPs) as our model system. We also describe steps to coat the surface of the liquid chamber with affinity biofilms that tether DLPs to the viewing window. This permits us to image assemblies in a manner that is suitable for 3D structure determination. Thus, we present a first glimpse of subviral particles in a native liquid environment.

In situ TEM of Biological Assemblies in Liquid

Here we describe a procedure to image viral complexes in liquid at nanometer resolution using a transmission electron microscope.

시투에서 액체에 있는 생물학 어셈블리의 TEM

Researchers regularly use Transmission Electron Microscopes (TEMs) to examine biological entities and to assess new materials. Here, we describe an ...

생체공학

Studying Dynamic Processes of Nano-sized Objects in Liquid using Scanning Transmission Electron Microscopy

Samples fully embedded in liquid can be studied at a nanoscale spatial resolution with Scanning Transmission Electron Microscopy (STEM) using a microfluidic chamber assembled in the specimen holder for Transmission Electron Microscopy (TEM) and STEM. The microfluidic system consists of two silicon microchips supporting thin Silicon Nitride (SiN) membrane windows. This article describes the basic steps of sample loading and data acquisition. Most important of all is to ensure that the liquid compartment is correctly assembled, thus providing a thin liquid layer and a vacuum seal. This protocol also includes a number of tests necessary to perform during sample loading in order to ensure correct assembly. Once the sample is loaded in the electron microscope, the liquid thickness needs to be measured. Incorrect assembly may result in a too-thick liquid, while a too-thin liquid may indicate the absence of liquid, such as when a bubble is formed. Finally, the protocol explains how images are taken and how dynamic processes can be studied. A sample containing AuNPs is imaged both in pure water and in saline.

This protocol describes the operation of a liquid flow specimen holder for scanning transmission electron microscopy of AuNPs in water, as used for the observation of nanoscale dynamic processes.

스캔 전송 전자 현미경을 사용하여 액체에 나노 크기의 개체의 동적 프로세스를 공부

Samples fully embedded in liquid can be studied at a nanoscale spatial resolution with Scanning Transmission Electron Microscopy (STEM) using a ...

Visualizing Diffusional Dynamics of Gold Nanorods on Cell Membrane using Single Nanoparticle Darkfield Microscopy

Analyzing the diffusional dynamics of nanoparticles on cell membrane plays a significant role in better understanding the cellular uptake process and provides a theoretical basis for the rational design of nano-medicine delivery. Single particle tracking (SPT) analysis could probe the position and orientation of individual nanoparticles on cell membrane, and reveal their translational and rotational states. Here, we show how to use traditional dark-field microscopy to monitor the dynamics of gold nanorods (AuNRs) on live cell membrane. We also show how to extract the location and orientation of AuNRs using ImageJ and MATLAB, and how to characterize the diffusive states of AuNRs. Statistical analysis of hundreds of particles show that single AuNRs perform Brownian motion on the surface of U87 MG cell membrane. However, individual long trajectory analysis shows that AuNRs have two distinctly different types of motion states on the membrane, namely long-range transport and limited-area confinement. Our SPT methods can be potentially used to study the surface or intracellular particle diffusion in different biological cells and can become a powerful tool for investigations of complex cellular mechanisms.

Here, we show the use of traditional dark-field microscopy to monitor the dynamics of gold nanorods (AuNRs) on cell membrane. The location and orientation of single AuNRs are detected using ImageJ and MATLAB, and the diffusive states of AuNRs are characterized by single particle tracking analysis.

단일 나노 입자 암장 현미경 검사를 사용하여 세포 막에 금 나노로드의 확산 역학 시각화

Analyzing the diffusional dynamics of nanoparticles on cell membrane plays a significant role in better understanding the cellular uptake process and ...

Studying the Effects of Temperature on the Nucleation and Growth of Nanoparticles by Liquid-Cell Transmission Electron Microscopy

Temperature control is a recent development that provides an additional degree of freedom to study nanochemistry by liquid cell transmission electron microscopy. In this paper, we describe how to prepare an in situ heating experiment for studying the effect of temperature on the formation of gold nanoparticles driven by radiolysis in water. The protocol of the experiment is fairly simple involving a special liquid cell with uniform heating capabilities up to 100 &#176;C, a liquid-cell TEM holder with flow capabilities and an integrated interface for controlling the temperature. We show that the nucleation and growth mechanisms of gold nanoparticles are drastically impacted by the temperature in liquid cell. Using STEM imaging and nanodiffraction, the evolution of the density, size, shape and atomic structure of the growing nanoparticles are revealed in real time. Automated image processing algorithms are exploited to extract useful quantitative data from video sequences, such as the nucleation and growth rates of nanoparticles. This approach provides new inputs for understanding the complex physico-chemical processes at play during the liquid-phase synthesis of nanomaterials.

Temperature control during liquid-phase electron microscopy experiments opens up new perspectives of studying the dynamic of nanoparticles in liquid environments mimicking their formation or application media. Using recently developed heating liquid cells, we directly observed the influence of temperature on the nucleation and growth processes of gold nanoparticles in water.

액체 세포 전송 전자 현미경 검사법에 의한 나노 입자의 핵 형성 및 성장에 온도의 효과 연구

Temperature control is a recent development that provides an additional degree of freedom to study nanochemistry by liquid cell transmission electron ...

화학

Advancing High-Resolution Imaging of Virus Assemblies in Liquid and Ice

Interest in liquid-electron microscopy (liquid-EM) has skyrocketed in recent years as scientists can now observe real-time processes at the nanoscale. It is extremely desirable to pair high-resolution cryo-EM information with dynamic observations as many events occur at rapid timescales - in the millisecond range or faster. Improved knowledge of flexible structures can also assist in the design of novel reagents to combat emerging pathogens, such as SARS-CoV-2. More importantly, viewing biological materials in a fluid environment provides a unique glimpse of their performance in the human body. Presented here are newly developed methods to investigate the nanoscale properties of virus assemblies in liquid and vitreous ice. To accomplish this goal, well-defined samples were used as model systems. Side-by-side comparisons of sample preparation methods and representative structural information are presented. Sub-nanometer features are shown for structures resolved in the range of ~3.5-&#197;-10 &#197;. Other recent results that support this complementary framework include dynamic insights of vaccine candidates and antibody-based therapies imaged in liquid. Overall, these correlative applications advance our ability to visualize molecular dynamics, providing a unique context for their use in human health and disease.

Here protocols are described to prepare virus assemblies suitable for liquid-EM and cryo-EM analysis at the nanoscale using transmission electron microscopy.

액체와 얼음에서 바이러스 어셈블리의 고해상도 이미징 향상

Interest in liquid-electron microscopy (liquid-EM) has skyrocketed in recent years as scientists can now observe real-time processes at the nanoscale. It ...

Single-Molecule Diffusion and Assembly on Polymer-Crowded Lipid Membranes

Cellular membranes are highly crowded environments for biomolecular reactions and signaling. Yet, most in vitro experiments probing protein interaction with lipids employ naked bilayer membranes. Such systems lack the complexities of crowding by membrane-embedded proteins and glycans and exclude the associated volume effects encountered on cellular membrane surfaces. Also, the negatively charged glass surface onto which the lipid bilayers are formed prevents the free diffusion of transmembrane biomolecules. Here, we present a well-characterized polymer-lipid membrane as a mimic for crowded lipid membranes. This protocol utilizes polyethylene glycol (PEG)-conjugated lipids as a generalized approach for incorporating crowders into the supported lipid bilayer&#160;(SLB). First, a cleaning procedure of the microscopic slides and coverslips for performing single-molecule experiments is presented. Next, methods for characterizing the PEG-SLBs and performing single-molecule experiments of the binding, diffusion, and assembly of biomolecules using single-molecule tracking and photobleaching are discussed. Finally, this protocol demonstrates how to monitor the nanopore assembly of bacterial pore-forming toxin Cytolysin A (ClyA) on crowded lipid membranes with single-molecule photobleaching analysis. MATLAB codes with example datasets are also included to perform some of the common analyses such as particle tracking, extracting diffusive behavior, and subunit counting.

Here, a protocol to perform and analyze the binding, mobility, and assembly of single molecules on artificial crowded lipid membranes using single-molecule total internal reflection fluorescence (smTIRF) microscopy is presented.

단일 분자 확산 및 폴리머가 밀집된 지질 막에서의 조립

Cellular membranes are highly crowded environments for biomolecular reactions and signaling. Yet, most in vitro experiments probing protein interaction ...

단백질 국소화 분석을 위한 금 나노입자의 직접 합성

Direct Synthesis of EM-Visible Gold Nanoparticles in Cells for Protein Localization Analysis with Well-Preserved Ultrastructure

Analyzing the precise localization of protein molecules in cells with ultrastructural resolution is of great significance for the study of various physiological or pathological processes in all living organisms. Therefore, the development of clonable tags that can be used as electron microscopy probes is of great value, just as fluorescent proteins have played a crucial role in the field of optical imaging. The autonucleation suppression mechanism (ANSM) was recently uncovered, which allows for the specific synthesis of gold nanoparticles (AuNPs) on cysteine-rich tags, such as metallothionein (MT) and antifreeze protein (AFP).
Based on the ANSM, an electron microscopy labeling technology was developed, which enables the specific detection of tagged proteins in prokaryotic and eukaryotic cells with an unprecedented labeling efficiency. This study illustrates a protocol for the detection of MTn (an engineered MT variant lacking aldehyde-reactive residues) fusion proteins in mammalian cells with well-preserved ultrastructure. In this protocol, high-pressure freezing and freeze-substitution fixation were performed using non-aldehyde fixatives (such as tannic acid, uranyl acetate) to preserve near-native ultrastructure and avoid damage to the tag activity caused by aldehyde crosslinking.
A simple one-step rehydration was used prior to the ANSM-based AuNP synthesis. The results showed that the tagged proteins targeted various organelles, including the membranes and the lumen of the endoplasmic reticulum (ER), and mitochondrial matrices were detected with high efficiency and specificity. This research provides biologists with a robust protocol to address an enormous range of biological questions at the single-molecule level in cellular ultrastructural contexts.

저자 스포트라이트: Direct synthesis of EM-Visible gold nanoparticles in cells for Protein Localization Analysis with Well-Preserved Ultrastructure(잘 보존된 초세구조를 이용한 단백질 국소화 분석을 위한 세포 내 EM-Visible 금 나노입자의 직접 합성)

The present protocol describes a clonable electron microscopy labeling technology for detecting metallothionein-tagged proteins in cells using a novel autonucleation suppression mechanism-based gold nanoparticle synthesis technique.