日立应用 | 电镜液体样品的原位观察方案
前言
由于扫描电镜内部的高真空环境,其对于液体样品的观察是一个巨大的挑战。为了保持液体样品的原始形貌,通常会将其密封在一个薄膜胶囊内,通过特定材质的窗口进行观察。
SEM(左)和TEM(右)的密封薄膜胶囊观察液体样品
这类液池还是通过电镜本身的成像模式观察,如扫描电镜中的背散射电子(BSE)信号进行成像。考虑到液体以及薄膜对分辨率以及信号的影响,通常所需较高的加速电压观察,对样品的成分衬度要求也较高。因此,这种液池成像模式通常适合重元素样品的观察,而对轻元素样品会有较大的损伤,也不利于成分衬度的观察。
Toshihiko Ogura等[1]在文献中报道了一种全新的液体样品观察模式(Scanning Electron-Assisted Dielectric Microscope,SE-ADM),它借助扫描电镜的电子束来扫描样品,依据样品内部的介电常数差异产生的衬度来成像。这种成像模式不仅可以保留液体样品的原始形貌,同时可以采用低电压成像,其对样品损伤和成分衬度要求较低,非常适合有机生物样品的观察。日立针对这一特殊的成像模式,开发了独特的Vitro Detector探测器,从而实现了液体样品的原位观察。
SE-ADM成像模式基本原理
SE-ADM成像的优点
? 电子束的作用是产生电子-空穴对,而非与样品直接接触,其所需的电压较低(<5kV),因此对样品的损伤小;
? 成像的衬度取决于样品的介电常数而非常规的背散射电子信号,因此对样品的成分差异要求低,适合生物、有机材料等样品。
应用
f:乳脂球 w:水 c:酪蛋白
上图为液体牛奶的原位观察。牛奶中含有乳脂球、水、酪蛋白等成分,其中酪蛋白是哺乳动物包括母牛、羊和人奶中的主要蛋白质。通过Vitro Detector可以对牛奶中的轻元素成分直接观察。图中可见液体牛奶中包含的乳脂球(约150nm-3um)、酪蛋白胶束颗粒和水分的分布情况。
聚苯乙烯乳胶颗粒 脂质体
上图为液体中的聚苯乙烯乳胶颗粒和脂质体的原位观察。聚苯乙烯和脂质体都是由轻元素组成,通过常规BSE信号很难观察,而通过Vitro Detector可以对液体中的有机纳米颗粒直接观察。
参考文献
[1] Ogura, T. et al.: Microscopy and Microanalysis, 29, 1037-1046 (2023)
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场发射扫描电镜 SU3900SE(左) ,SU3800SE(右)
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