Самая необычная техника наноизображения: изображения отдельных наночастиц в растворе.

Многопрофильная группа исследователей во главе с Национальной лабораторией Лоуренса Беркли Министерства энергетики США (DOE) (Лаборатория Беркли) разработала новую технику, названную «SINGLE», которая обеспечивает первые изображения коллоидных наночастиц в атомном масштабе. SINGLE, что означает «3D-структурная идентификация наночастиц с помощью графеновой жидкостной клеточной электронной микроскопии», был использован для раздельной реконструкции трехмерных структур двух отдельных наночастиц платины в растворе.

«Понимание структурных деталей коллоидных наночастиц необходимо для объединения наших знаний об их синтезе, механизмах роста и физических свойствах, чтобы облегчить их применение в возобновляемых источниках энергии, катализе и во многих других областях», — говорит директор лаборатории Беркли и специалист по нанотехнологиям Пол Аливисатос (Paul Alivisatos). кто руководил этим исследованием. «В то время как большинство структурных исследований коллоидных наночастиц проводится в вакууме после завершения роста кристаллов, наш ЕДИНЫЙ метод позволяет нам определить их трехмерную структуру в растворе, что является важным шагом на пути к совершенствованию конструкции наночастиц для катализа и исследований в области энергетики».Аливисатос, который также занимает почетную кафедру Samsung в области нанонауки и нанотехнологий в Калифорнийском университете в Беркли и руководит Институтом нанонаук Kavli Energy в Беркли (Kavli ENSI), является автором статьи, подробно описывающей это исследование, в журнале Science. Работа называется «Трехмерная структура индивидуальных нанокристаллов в растворе с помощью электронной микроскопии». Ведущими соавторами являются Юнгвон Парк из Гарвардского университета, Ханс Элмлунд из австралийского университета Монаш и Питер Эрсиус из лаборатории Беркли.

Другими соавторами являются Чон Мин Юк, Дэвид Лиммер, Цянь Чен, Кванпио Ким, Сан Хун Хан, Дэвид Вайц и Алекс Зеттл.Коллоидные наночастицы представляют собой кластеры из сотен и тысяч атомов, взвешенных в растворе, совокупные химические и физические свойства которых определяются размером и формой отдельных наночастиц. Методы визуализации, которые обычно используются для анализа трехмерной структуры отдельных кристаллов в материале, не могут быть применены к взвешенным наноматериалам, поскольку отдельные частицы в растворе не статичны.

Функциональность белков также определяется их размером и формой, и ученые, которые хотели получить трехмерное изображение белковых структур, столкнулись с аналогичной проблемой. Проблема визуализации белков была решена с помощью метода, называемого «криоэлектронная микроскопия единичных частиц», при котором записываются десятки тысяч 2D-изображений с помощью просвечивающего электронного микроскопа (ПЭМ) идентичных копий отдельного белка или белкового комплекса, замороженных в случайных ориентациях. затем вычислительно объединены в 3D-реконструкции с высоким разрешением. Аливисатос и его коллеги использовали эту концепцию для создания своей техники SINGLE.

«В материаловедении мы не можем предполагать, что все наночастицы в растворе идентичны, поэтому нам потребовалось разработать гибридный подход для реконструкции трехмерных структур отдельных наночастиц», — говорит со-ведущий автор научной статьи Питер Эрсиус, штатный научный сотрудник с Национальный центр электронной микроскопии (NCEM) в Molecular Foundry, учреждение для пользователей Управления науки Министерства энергетики США.«SINGLE представляет собой сочетание трех технологических достижений в области ПЭМ-визуализации в биологии и материаловедении», — говорит Эрциус. «Эти три достижения — это разработка графеновой жидкой ячейки, которая позволяет получать изображения с помощью просвечивающего электронного микроскопа наночастиц, свободно вращающихся в растворе, прямые электронные детекторы, которые могут создавать фильмы с миллисекундным разрешением по времени от кадра к кадру вращающихся нанокристаллов, и теория для ab initio 3D-реконструкция одиночной частицы ".Графеновая жидкая ячейка (GLC), которая помогла сделать это исследование возможным, также была разработана в лаборатории Беркли под руководством Аливисатос.

Для освещения и увеличения изображения с помощью ПЭМ используется пучок электронов, а не свет, но его можно использовать только в высоком вакууме, поскольку молекулы в воздухе нарушают электронный пучок. Поскольку жидкости испаряются в высоком вакууме, образцы в растворах должны быть герметично запечатаны в специальных твердых контейнерах, называемых ячейками, с очень тонким смотровым окном, прежде чем их можно будет отобразить с помощью ПЭМ.

В прошлом жидкие ячейки имели смотровые окна на основе кремния, толщина которых ограничивала разрешение и нарушала естественное состояние материалов образцов. ГЖХ, разработанная в лаборатории Беркли, имеет смотровое окно, сделанное из листа графена толщиной всего в один атом.«ГЖХ обеспечивает ультратонкое покрытие наших наночастиц при сохранении жидких условий в вакууме ТЕМ», — говорит Эрциус. «Поскольку графеновая поверхность GLC инертна, она не адсорбирует и не нарушает иным образом естественное состояние наших наночастиц».

Работая в TEAM I NCEM, самом мощном в мире электронном микроскопе, Эрсиус, Аливисатос и их коллеги смогли получить изображения на месте поступательного и вращательного движения отдельных наночастиц платины, которые были меньше двух нанометров в диаметре. Наночастицы платины были выбраны из-за их высокой силы рассеяния электронов и из-за того, что их детальная атомная структура важна для катализа.

«Наши более ранние исследования нанокристаллов платины методом ГЖХ показали, что они растут за счет агрегации, что приводит к образованию сложных структур, которые невозможно определить никаким ранее разработанным методом», — говорит Эрциус. «Поскольку SINGLE извлекает свои трехмерные структуры из изображений отдельных наночастиц, свободно вращающихся в растворе, он позволяет анализировать гетерогенные популяции потенциально неупорядоченных наночастиц, которые синтезируются в растворе, тем самым предоставляя средства для понимания структуры и стабильности дефектов на наноуровне. "Следующим шагом для SINGLE является восстановление полной трехмерной карты плотности коллоидных наночастиц с атомарным разрешением с использованием более совершенной камеры, установленной на TEAM I, которая может обеспечить 400 кадров в секунду и лучшее качество изображения.«Мы планируем отображать дефекты в наночастицах, сделанных из различных материалов, в частицах ядра и оболочки, а также в сплавах, состоящих из двух разных видов атомов», — говорит Эрциус.Здесь можно посмотреть фильм об одном вращающемся нанокристалле Pt, на котором показаны 2D-спроецированные снимки ПЭМ во многих ориентациях для реконструкции частиц ab initio (https://www.youtube.com/watch?v=W0WtYIlRLw4feature=youtu.be)


8 комментариев к “Самая необычная техника наноизображения: изображения отдельных наночастиц в растворе.”

  1. Евграф Елисеевич

    Знаешь, Путин отличный Лидер, в истории идет Петр I, потом Путин, но он оккупировал територию Суверенного государства, да, 1-2 года это будет пекло, для Украины, но и РФ пострадает очень сильно, также на грани, все эти грани гео-политики, печально, что имея такой шанс он превратил РФ в ужастик ЕС и всего Мира. В Украине власть сделало очень много ошибок, но Путин использовал их жадность, тупость, жажду денег, они игрался, молодец, но история не прощает таких ошибок, он не умнее Цезаря или Македонского, или Батыя или Чингис-Хана. Так что посмотрим.

  2. Еськин Руслан

    ЛДПР большой и очень успешный бизнес проект,основанный на харизматичном. лидере, поэтому и поведение соответствующее.

  3. Пока будет действовать фашистское нарушение базового международного принципа, тоесть пока Крым будет оккупирован, санкции будут нарастать, до полной изоляции и исключения РФ из всех мировых структур, включая ВТО,

  4. Хотя да. Нафига ставить опоры, если можно к веткам провода привязать…

  5. Валеев Степан

    В Украине должно быть ведомство, которое обязано каждый такой случай юридически инициировать и сопровождать в международном суде — за каждый такой штраф беззакония и оккупационного терора РФ должна заплатить эту же сумму штрафа в десятикратном размере.

Оставьте комментарий

Ваш адрес email не будет опубликован. Обязательные поля помечены *