研究人员使用TEM来记录软材料的3D动态成像

石墨烯液体细胞的该示意图表示多个液体袋，其含有单纳米颗粒，二聚体由不同长度的Dsdna桥组成，和三聚体。

通过使用透射电子显微镜和独特的石墨烯液体细胞，伯克利实验室研究人员记录了DNA连接到金纳米晶体的三维运动。

随着夏令的大片褪色和节日季节尚未开放，秋季通常对大型特种效果电影不佳。跌倒更常见的是关于小型科目的周到电影的时间，这使得揭幕在美国能源部（DOE）劳伦斯伯克利国家实验室（Berkeley Lab）的研究人员展开。通过透射电子显微镜（TEM）和其独特的石墨烯液体细胞的组合，研究人员已经记录了连接到金纳米晶体的DNA的三维运动。这是第一个TEM已被用于所谓的软材料的3D动态成像。

“我们的3D动态成像的示范超出了TEM的常规用途，在看到平坦的，干燥样品中，为研究生物大分子组件和人工纳米结构的动态而开放了许多令人兴奋的机会，”本研究领导者的物理学家Alex Zettl说。“我们的新石墨烯液体细胞可以满足使用TEM到图像软材料的挑战来实现这些结果。”

ZETTL有联合任用与伯克利实验室的材料科学科和UC BERKELE的物理部门，他指导纳米机械系统的中心，是纳米字母的纸张中的共同作者之一，描述了这项研究。本文标题为“石墨烯液体电子细胞电子显微镜中的DNA-Au纳米缀合物的3D运动”。

Paul Alivisatos，Berkeley Lab Director和UC Berkeley的三星尊贵的椅子在纳米科技和纳米技术，是相应作者。其他作者是钱辰，杰西卡史密斯，jungwon公园，kwanpyo金，戴维浩和海滨rasool。

该TEM电影（左）和3D重建（右）显示了通过DNA（绿色）连接的金纳米颗粒三聚体（黄色球体）的运动。红色箭头突出显示旋转运动和暗圆形后面的修剪器是计算匹配TEM电影中所示的投影。

术语“软材料”占多种东西，包括DNA，蛋白质和其他生物化合物，塑料，治疗药，柔性电子产品和某些类型的光伏。尽管在我们的日常生活中存在普遍存在，但柔软的材料会造成许多问题，因为他们在纳米级，特别是生物系统中的动态研究是一项挑战。TEM，其中，用于照明和放大的电子束而不是光，为这些研究提供了分辨率，但是只能在高真空中使用，因为空气中的分子破坏电子束。由于液体在高真空中蒸发，因此已经被描述为“高度粘性流体”的软材料样品必须在用TEM成像之前在特殊的固体容器（称为细胞）中密封。

在过去，液体细胞特征在于硅基观察窗，其厚度有限的分辨率和扰动软材料的自然状态。Zettl和Alivisatos及其各自的研究组随着仅基于石墨烯膜的液体厚的液体克服了这些限制。这一发展是与国家电子显微镜（NCEM）的研究人员密切合作，位于伯克利实验室。

“我们的石墨烯液体电池将液相TEM成像的空间分辨率推向原子尺度，但仍然集中在金属纳米晶体的生长轨迹上，”阿里凡州的研究组的博士后研究员毕业作者钱辰表示。“现在我们采用了对软材料的3D动态进行成像的技术，从连接到金纳米晶体的双链（DSDNA）并实现纳米分辨率。”

为了产生细胞，通过van der Waals吸引力彼此粘合两个相对的石墨烯片。这形成了密封的纳米级室，并在腔室内产生稳定的水溶液袋，其高度约100纳米和直径一微米。细胞的单个原子厚石墨烯膜对TEM电子束基本透明，最小化了与基于硅的窗口相比的较高的成像电子的丧失并提供了优异的对比度和分辨率。水管允许最多两分钟的柔软材料样品连续成像，暴露于200千伏的成像电子束。在此期间，软材料样品可以自由旋转。

在证明其石墨烯液体细胞可以对TEM高真空密封水性样品溶液后，伯克利研究人员使用它来研究已被广泛用作动态等离子体探针的金对DSDNA纳米缀合物的类型。

“双链DNA分子的存在包括研究生物样品与液相TEM的动态的主要挑战，”阿里黎各斯说。“高对比金纳米晶体促进了跟踪我们的标本。”

Alivisatos和Zettl组能够观察二聚体，通过单件DSDNA的一对金纳米颗粒，以及三种三聚纳米颗粒，通过两个单件DSDNA连接到线性构型中。从样本旋转时捕获的一系列2D投影TEM图像，研究人员将在随着时间的推移时重建样本的3D配置和运动。

“这种信息与传统的TEM技术将无法访问，”陈说。

这项研究部分由国防威胁减少机构和国家科学基金会得到支持。2012年期刊科学杂志上的液体细胞技术的发展是由DOE科学厅的支持。

出版物：钱辰等，“三维纳米少变酸盐在石墨烯液体微观影子中的3D运动”，“纳米字母，2013,13（9），PP 4556-4561; DOI：10.1021 / nl402694n.

图像：劳伦斯·伯克利国家实验室