Крио-просвечивающая электронная микроскопия (крио-ПЭМ) позволяет наблюдать образцы в состоянии, близком к их естественной форме, что делает её эффективным методом исследования биологических образцов. Этот метод предоставляет информацию о размере, форме и распределении образцов в замороженном растворителе. Однако до сих пор с помощью этого метода не удавалось точно визуализировать ещё один важный аспект — элементный состав органических образцов.
Определение элементного состава с помощью энергофильтрованного ПЭМ (ЭФ-ПЭМ)
Энергофильтрованный ПЭМ (ЭФ-ПЭМ) может определять элементный состав с помощью спектроскопии потерь энергии электронов (EELS), но у этого метода есть свои недостатки. Традиционный метод EELS/ЭФ-ПЭМ может существенно повредить образец и обычно приводит к дрейфу, что вызывает размытие изображения. Кроме того, традиционные наблюдения в основном применялись к металлам или образцам большой площади, а не к органическим наноматериалам.
Преодоление ограничений
Чтобы преодолеть эти ограничения, исследователи из Университета Тохоку разработали новый метод картирования элементов с использованием крио-EELS/ЭФ-ПЭМ, позволяющий одновременно визуализировать как структуру, так и распределение элементов наноматериалов в замороженных растворителях. Этот новый подход позволяет проводить анализ органических и биологически связанных материалов с высоким разрешением. Результаты исследования были опубликованы в журнале «Analytical Chemistry» 31 июля 2025 года.
Команда обнаружила, что плазмонные сигналы от льда значительно увеличивают фоновый сигнал — нежелательный эффект, поскольку исследователи сосредоточены на органическом образце и не заинтересованы в сигналах от самого льда. Чтобы исправить это, команда разработала новый метод визуализации, сочетающий метод трёх окон для точной коррекции фона с методами компенсации дрейфа. Кроме того, была создана новая программа для системы управления электронным микроскопом «ParallEM», позволяющая легко контролировать сдвиг энергии во время визуализации.
Используя этот метод, команда успешно визуализировала распределение кремния в наночастицах диоксида кремния в замороженном растворителе наряду с их структурой и дисперсией. Было определено, что наименьший размер частиц, обнаруживаемый с помощью картирования элементов, составляет около 10 нм.
Метод также был применён к частицам гидроксиапатита, основному компоненту костей и зубов, что позволило выявить распределение кальция и фосфора — ключевых биологических элементов.
Ожидается, что этот метод позволит проводить углублённый анализ различных материалов, включая биоматериалы, медицинские материалы, продукты питания, катализаторы и чернила. Таким образом, он может внести вклад в исследования в различных областях — от наук о жизни до материаловедения.
Предоставлено Университетом Тохоку.