Новый метод визуализации показывает распределение элементов в наноматериалах в замороженных растворах

Элементное картирование наночастиц с модифицированной поверхностью с помощью крио-EELS-визуализации. (Снизу слева) Обычное крио-TEM-изображение показывает размер, форму и состояние дисперсии наночастиц. (Сверху справа) На карте распределения кремния четко виден кремний из кремнеземных наночастиц. (Снизу справа) На карте углерода визуализирован углерод из поверхностно-модифицирующих белков, а также углерод из поддерживающей пленки на сетке. Автор: Дайсукэ Унабара и др.

Крио-просвечивающая электронная микроскопия (крио-TEM) позволяет наблюдать образцы в состоянии, близком к их естественной форме, что делает её эффективным методом для изучения биологических образцов. Однако до сих пор не удавалось точно визуализировать элементный состав органических образцов с помощью этой технологии.

Исследователи из Университета Тохоку разработали новый метод элементного картирования с использованием крио-EELS/EF-TEM, который позволяет одновременно визуализировать структуру и распределение элементов в наноматериалах в замороженных растворах. Результаты исследования были опубликованы в журнале Analytical Chemistry 31 июля 2025 года.

Ученые обнаружили, что плазмонные сигналы от льда создают сильный фоновый шум. Чтобы решить эту проблему, они разработали новый метод визуализации, сочетающий 3-оконный метод для точной коррекции фона с техниками компенсации дрейфа. Также была создана новая программа для системы управления электронным микроскопом «ParallEM», упрощающая контроль энергетического сдвига во время съемки.

Элементное картирование частиц гидроксиапатита с помощью крио-EELS-визуализации. (Слева) Обычное крио-TEM-изображение показывает размер, форму и дисперсию частиц гидроксиапатита. (В центре и справа) Успешно визуализированы кальций и фосфор — основные элементы гидроксиапатита. Автор: Дайсукэ Унабара и др.

С помощью этого метода ученые смогли визуализировать распределение кремния в кремнеземных наночастицах в замороженном растворе, а также их структуру и дисперсию. Минимальный размер частиц, который можно определить с помощью элементного картирования, составил около 10 нм.

Метод также был применен к частицам гидроксиапатита — основного компонента костей и зубов, что позволило выявить распределение кальция и фосфора.

Эта технология открывает новые возможности для анализа биоматериалов, медицинских материалов, продуктов питания, катализаторов и чернил, что может ускорить исследования в области наук о жизни и материаловедения.

Подробнее: Дайсукэ Унабара и др., Low-Dose Elemental Mapping of Light Atoms in Liquid-phase Materials Using Cryo-EELS, Analytical Chemistry (2025). DOI: 10.1021/acs.analchem.5c02121

Источник: Университет Тохоку