Электронная микроскопия in situ

Электронная микроскопия in situ — это метод исследования, при котором электронный микроскоп используется для наблюдения за реакцией образца на раздражитель в режиме реального времени. Из-за природы высокоэнергетического луча электронов, используемого для изображения образца в электронном микроскопе, микроскописты уже давно заметили, что образцы обычно изменяются или повреждаются электронным лучом. Начиная с 1960-х годов, используя трансмиссионные электронные микроскопы (ПЭМ), ученые предприняли целенаправленные попытки модифицировать материалы, пока образец находился в камере для образцов, и получить изображения вызванных повреждений во времени.

Также в 1960-х годах ученые-материаловеды с помощью ТЭМ начали изучать реакцию электронно-прозрачных металлических образцов на облучение электронным лучом. Это было сделано для того, чтобы лучше понять усталость металла во время авиационных и космических полетов. Эксперименты проводились на приборах с высокими ускоряющими напряжениями; разрешение изображения было низким по сравнению с субнанометровым разрешением, доступным в современных ТЭМ.

Улучшения в электронной микроскопии, начиная с 1960-х годов, были сосредоточены на увеличении пространственного разрешения. Это потребовало повышения стабильности всей платформы визуализации, но особенно области вокруг предметного столика. Усовершенствованные системы захвата изображений с использованием камер устройств с зарядовой связью и достижения в стадиях обработки образцов в сочетании с более высоким разрешением привели к созданию систем, предназначенных для применения стимулов к образцам в специализированных держателях и захвата нескольких кадров или видео реакций образцов.

Помимо образцов материалов, электронная микроскопия in situ проводится на биологических образцах и используется для проведения экспериментов, включающих механические, химические, термические и электрические реакции. В ранних экспериментах в основном использовались ПЭМ, поскольку изображение фиксируется в одном кадре, тогда как сканирующий электронный микроскоп должен перемещаться или сканировать образец во время применения стимулов, изменяя образец.

Ранние проблемы, ограничивавшие электронную микроскопию in situ, включали механическую вибрацию во всех масштабах (от самого микроскопа до образца), а также тепловые и электрические помехи, особенно в держателе образца. Все эти проблемы требовали быстрого захвата. Однако быстрое время захвата создает изображение с низким соотношением сигнал/шум , ограничивает разрешение изображения, а также ограничивает количество времени, доступного для проведения эксперимента.

Источники

• Бехар, В. (2005). Применение нового метода СЭМ для анализа гидратированных образцов. Микроскопия и анализ, 19 (4): 9-11.
• Чай, К. (2012). Графеновые жидкие ячейки облегчают электронно-микроскопические исследования формирования нанокристаллов. Наноматериалы и нанотехнологии, 4,11-14.
• Чен , Дж. , Бадиоли , М. , Гонсалес , П. , Тонграттанасири , С. , Хут , Ф. , Осмонд , Дж. , Спасенович , М. , Рай , А. , Пескера , А. , Годиньон , П. , Элорза А., *Камера Н., Белоу Ф., Хилленбранд Р. и Коппенс Ф. (2012). Оптическое наноизображение графемных плазмонов с перестраиваемыми затворами. Природа, 487, 77-81.
• Дяб, АкФ и Паунов, В.Н. (2010). Эмульсии, стабилизированные частицами, изученные методом WETSEM. Мягкая материя, 6, 2613–2615 гг.
• Феррейра П.Дж., Стах Э. и Мицуиси К. (2008). «Просвечивающая электронная микроскопия in-situ», Бюллетень МРС, Том 33, №2.
• Гилеади О. и Саббан А. (2003). Сперма кальмара для яиц моллюсков: визуализация влажных образцов в сканирующем электронном микроскопе. Биол. Бык. 205: 177–179.
• Губта, Б.Л., и Берридьюг, М.Дж. (1966)Путь повторяющейся субъединицы на цитоплазматической поверхности плазматической мембраны в рецитальных сосочках мясной мухи calliphora erythrocephala (MEIG), исследование in situ с помощью электронной микроскопии. Краткие заметки. 376–382.
• Хан З. и Портер А.Э. (2020). Электронная микроскопия in situ сложных биологических и наноразмерных систем: проблемы и возможности. Границы нанотехнологий, 2. doi.org/10.3389/fnano.2020.606253.
• Джу, Л., Гэн, Б., Хорнг, Б., Гирит, К., Мартин, М., Хао, З., Бектел, Х., Лян, К., Зеттл, А., Шен, Р., И Ван, Ф. (2011). Графеновая плазмоника для перестраиваемых терагерцовых метаматериалов. Природа Нанотехнологий, 6, 630–634.
• Камари Ю., Коэн Х., Шаиш А., Битзур Р., Афек А., Шен С., Вайнштейн А. и Харац Д. (2008). Характеристика атеросклеротических поражений с помощью сканирующей электронной микроскопии (СЭМ) влажной ткани. Исследования диабета и сосудистых заболеваний, 5(1): 44–47.
• Кац А., Бентур А. и Ковлер К. (2007). Новая система для наблюдения на месте ранних реакций гидратации во влажных условиях с помощью обычного СЭМ. Исследования цемента и бетона 37, 32–37.
• Колмакова Н. и Колмаков А. (2010). Сканирующая электронная микроскопия для in situ мониторинга межфазных процессов полупроводник-жидкость: электронно-ассистированное восстановление ионов Ag из водного раствора на поверхности рутиловой нанопроволоки TiO2. Дж. Физ. хим. 114, 17233–17237.
• Столл, Дж. Д., Колмаков А. (2012) Электронно-прозрачные графеновые окна для сканирующей электронной микроскопии окружающей среды в жидкостях и плотных газах. Нанотехнологии 23, 50, 505704.
• Аль-Асади, Ахмед С., Чжан Дж., Ли Дж., Потираило Р.А., Колмаков А. (2015). Разработка и применение установки переменной температуры для сканирующей электронной микроскопии газов и жидкостей в условиях окружающей среды. Микроскопия и микроанализ 21 (3), 765-770.
• Лю, XH, Ван, JW, Лю, Ю., Чжэн, Х., Кушима, А., Хуан, С., Чжу, Т., Мао, SX, Ли, Дж., Чжан, Сулин, З., Лу , В., Тур, Дж. М. и Хуанг, Дж. Ю. (2012). Просвечивающая электронная микроскопия in situ электрохимического литиирования, делитирования и деформации отдельных графеновых нанолент. J, Carbon 50. 3836–3844.
• Мао С., Лу Г. и Чен Дж. (2009). Характеристика аэрозольных наночастиц с помощью трансмиссионной электронной микроскопии с использованием углеродных нанотрубок. Аэрозольная наука, 40, 180–184..
• Ныска А., Каммингс К.А., Вайнштейн А., Надлер Дж., Езов Н., Грюнфельд Ю., Гилеади О. и Бехар В. (2004). Электронная микроскопия влажных тканей: пример патологии почек. Токсикологическая патология, 32:357–363.
• Одахара Г., Отани С., Осима К., Судзуки М., Ясуэ Т. и Косикава Т. (2011). Наблюдение роста графена на Ni (111) in-situ. Наука о поверхности 605, 1095–1098.
• Петков Н. (2013). ПЭМ в режиме реального времени in situ выявляет рост, трансформацию и функционирование одномерных наноразмерных материалов: с точки зрения нанотехнологий. Дж., ISRN Нанотехнологии. (2013) 21.
• Поча Дж. Ф., Барна А. и Барна Б. (1969) Процессы формирования пленок индия, осажденных в вакууме, и термодинамические свойства субмикроскопических частиц, наблюдаемые с помощью электронной микроскопии in situ. Дж. Архивы вакуумной науки и техники. (6) 4.
• QuantomiX Ltd. 2005 Продается доменное имя Quantomix.com. Спросите сейчас.
• Руах-Нир И., Зрихан О. и Цабари Ю. (2006). Капсула для динамических исследований процессов гидратации на месте с помощью обычного СЭМ. Микроскопия и анализ, 20(4):19-21.
• Такаянаги К., Яги К., Кобагаши К. и Хондзё Г. (1978) Методы рутинной СВВ-электронной микроскопии in situ процессов роста эпитаксиальных тонких пленок. Дж., физ. Э: Наука. Инструмент. (11) 441–448.
• Тиберг, С. (2004). Аппарат для визуализации жидкостей, клеток и других влажных образцов в сканирующей электронной микроскопии. Преподобный учёный. Инструмент., 75,2280-2289.
• Торрес, Э.А., и Рамирес, А.Дж. (2011)Сканирующая электронная микроскопия in situ. Дж. Наука и технология сварки и соединения. 16(1)68-78.
• Вэй Т., Луо Г., Фань З., Чжэн К., Ян Дж., Яо К., Ли В. и Чжан К. (2009) Получение композитов графеновых нанолистов и полимеров с использованием in situ восстановительно-экстракционного диспергирования. J, Carbon 47. 2290–2299.
• Йе, Г., Брейгель, Б., Стровен, П. (2002) Характеристика развития микроструктуры и пористости материалов на основе цемента путем численного моделирования и анализа изображений ESEM, Материалы и структуры 35 (254): 603–613.
• Юк, Дж., Парк, Дж., Эрсиус, П., Ким, К., Хеллебуш, Дж., Кромми, Ф., Ли, Дж., Зеттл, А. и Пол, А. (2013). Наблюдение механизмов роста коллоидных нанокристаллов с использованием графеновых жидких ячеек с помощью трансмиссионной электронной микроскопии высокого разрешения. Национальная лаборатория Лоуренса Беркли.