Microscopía electrónica de fase líquida - Liquid-Phase Electron Microscopy

TEM de una muestra en líquido encerrado por dos ventanas de membrana soportadas por microchips de silicio. El espesor del líquido t se mantiene lo suficientemente pequeño con respecto a la longitud media del camino libre de la dispersión de electrones en los materiales, de modo que el haz de electrones se transmite a través de la muestra para su detección. Las ventanas de membrana sobresalen hacia el vacío.

ESEM de nanopartículas en líquido colocadas en una cámara de vacío que contiene una presión de fondo de vapor. La etapa de soporte de la muestra se enfría para lograr la condensación, por ejemplo, a 4 ° C para 813 Pa de vapor de agua. La óptica electrónica en alto vacío está separada de la cámara de muestra por una abertura de limitación de la bomba. La detección de electrones secundarios o retrodispersados ​​es óptima cuando se aplica un potencial eléctrico positivo V entre la muestra y el detector, de modo que se crea una cascada de electrones e iones.

La microscopía electrónica de fase líquida (LP EM) se refiere a una clase de métodos para obtener imágenes de muestras en líquido con resolución espacial nanométrica utilizando microscopía electrónica . LP-EM supera la limitación clave de la microscopía electrónica: dado que la óptica electrónica requiere un alto vacío, la muestra debe ser estable en un entorno de vacío. Sin embargo, muchos tipos de muestras relevantes para la biología, la ciencia de los materiales, la química, la geología y la física cambian sus propiedades cuando se colocan en el vacío.

La capacidad de estudiar muestras líquidas, particularmente aquellas que involucran agua, con microscopía electrónica ha sido un deseo desde los primeros días de la microscopía electrónica, pero las dificultades técnicas impidieron que los primeros intentos lograran una alta resolución. Existen dos enfoques básicos para obtener imágenes de muestras líquidas: i) sistemas cerrados, principalmente denominados EM de celda líquida (LC EM), y ii) sistemas abiertos, a menudo denominados sistemas ambientales. En los sistemas cerrados, se utilizan ventanas delgadas hechas de materiales como nitruro de silicio o grafeno para encerrar un líquido para colocarlo en el microscopio al vacío. Las celdas cerradas han encontrado un uso generalizado en la última década debido a la disponibilidad de tecnología confiable de microfabricación de ventanas. El grafeno proporciona la ventana más delgada posible. El sistema abierto más antiguo que ganó un uso generalizado fue la microscopía electrónica de barrido ambiental (ESEM) de muestras líquidas en una etapa enfriada en una cámara de vacío que contiene una presión de vapor de fondo. Los líquidos de baja presión de vapor, como los líquidos iónicos, también se pueden estudiar en sistemas abiertos. Se han desarrollado sistemas LP-EM de tipo abierto y cerrado para los tres tipos principales de microscopía electrónica, es decir, microscopía electrónica de transmisión (TEM), microscopía electrónica de transmisión de barrido (STEM) y microscopio electrónico de barrido (SEM). También se han desarrollado instrumentos que integran SEM en fase líquida con microscopía óptica. La observación microscópica electrónica en líquido se ha combinado con otros métodos analíticos como las mediciones electroquímicas y la espectroscopia de rayos X de dispersión de energía (EDX).

El beneficio de LP EM es la capacidad de estudiar muestras que no resisten el vacío o de estudiar las propiedades y reacciones de los materiales que requieren condiciones líquidas. Ejemplos de medidas que permite esta técnica son el crecimiento de nanopartículas o estructuras metálicas en líquido, cambios de materiales durante el ciclo de las baterías, procesos electroquímicos como la deposición de metales, dinámica de películas delgadas de agua y procesos de difusión, procesos de biomineralización, dinámica y estructura de proteínas, la localización de una sola molécula de proteínas de membrana en células de mamíferos y la influencia de los fármacos en los receptores de las células cancerosas.

La resolución espacial alcanzable puede estar en el rango subnanométrico y depende de la composición, estructura y grosor de la muestra, cualquier material de ventana presente y la sensibilidad de la muestra a la dosis de electrones requerida para la formación de imágenes. La resolución nanométrica se obtiene incluso en capas de agua de un espesor de un micrómetro para STEM de nanomateriales de alto número atómico. Se encontró que el movimiento browniano estaba muy reducido con respecto a un líquido a granel. La detección STEM también es posible en ESEM para obtener imágenes de nanomateriales y células biológicas en líquido. Un aspecto importante de LP EM es la interacción del haz de electrones con la muestra, ya que el haz de electrones inicia una secuencia compleja de reacciones radiolíticas en el agua. No obstante, el análisis cuantitativo de los datos de LP EM ha arrojado información única en una variedad de áreas científicas.

Referencias