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Small Methods:石墨烯液體池電子顯微學研究進展:工作原理、機遇與挑戰

液相過程在衆多的科學技術領域扮演着重要的角色,如細胞中的生物活動、生物礦化、納米顆粒合成以及電化學反應儲能。如何在高空間分辨率下實時觀測液相反應便成為人們一直追求的目标。傳統的透射電子顯微學技術雖能在原子尺度提供物質的結構與成分信息,但是其所要求的高真空環境與液體較高的飽和蒸氣壓相抵觸,僅限于固态薄膜樣品的表征。近年來,微納加工技術的進步推動了液體透射電鏡技術的誕生與發展。利用微納加工制備的微流芯片作為液體池(liquid cell),可以有效地将液體與高真空環境隔離開來。目前商業化的Si基芯片多采用SiNx作為觀察窗口薄膜。由于SiNx膜的厚度較大(>50 nm)以及在高真空下易向外脹形(bulging)等問題,使得采用該類 Si 基微芯片的原位液體電鏡能獲到的實際分辨率有限。為此,研究人員提出利用單層石墨烯作為窗口薄膜來彌補當前Si基微流芯片的不足。單層石墨烯的高機械強度、對小分子的不滲透性,不僅可以封裝液體,同時可減少電子束的散射,将分辨率提高到原子級别,為高空間分辨率下研究物質在液體環境中的動态過程提供了新的契機。

Small Methods:石墨烯液體池電子顯微學研究進展:工作原理、機遇與挑戰

美國伊利諾伊大學芝加哥分校生物工程系Tolou Shokuhfar博士、機械與工業工程系Reza Shahbazian‐Yassar教授和Constantine M. Megaridis教授在Small Methods (DOI: 10.1002/smtd.201900026)上發表了題為“Advances in Graphene-Based Liquid Cell Electron Microscopy: Working Principles, Opportunities, and Challenges”的綜述性文章,總結了石墨烯液體池電鏡技術的工作原理以及應用進展。文章首先回顧了不同的石墨烯液體池的制備方法以及各自的優缺點。随後,讨論了液體包的幾何特征如何影響石墨烯液體池内的壓力和目前對于石墨烯液體池中輻照反應、緩解電子束輻照損傷機理的理解。最後,進一步評述了石墨烯液體池電鏡技術在材料科學(晶體的成核與生長、腐蝕、電化學)、生命科學(細胞器與蛋白質高分辨成像)等領域的應用,并對未來可能的研究方向及相應的挑戰提出了展望。

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