Регистрация / Вход
Прислать материал

Исследование микроструктуры пористых частиц CaCO3, модифицированных наночастицами Ag, методами РЭМ, П(Р)ЭМ, включая электронную томографию

Сведения об участнике
ФИО
Камышинский Роман Андреевич
Вуз
Федеральное государственное автономное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Московский физико-технический институт (государственный университет)"
Тезисы (информация о проекте)
Область наук
Науки о жизни и медицина
Раздел области наук
Медицинские биотехнологии
Тема
Исследование микроструктуры пористых частиц CaCO3, модифицированных наночастицами Ag, методами РЭМ, П(Р)ЭМ, включая электронную томографию
Резюме
Биосовместимые пористые частицы карбоната кальция, модифицированные наночастицами серебра, возможно использовать в качестве биосенсорных платформ для биологических систем. Модификация наночастицами позволяет получить гигантское комбинационное рассеяние света от одиночных молекул, находящихся на расстоянии нескольких нанометров от агрегатов наночастиц серебра. Различными методами электронной микроскопии исследована микроструктура сферических и эллиптических пористых частиц карбоната кальция, модифицированных наночастицами серебра. Установлены размеры кальций-карбонатных частиц, распределение и размеры наночастиц серебра в носителе.
Ключевые слова
электронная микроскопия, гигантское комбинационное рассеяние, микрочастицы ватерита, наночастицы серебра
Цели и задачи
Исследование микроструктуры пористых частиц карбоната кальция сферической и эллиптической формы, полученных при различных условиях и модифицированных наночастицами серебра. Исследование соотношения различных фаз карбоната кальция в синтезированных образцах. Оценка размеров частиц карбоната кальция. Оценка размеров и морфологии наночастиц серебра и их распределения в носителе.
Введение

В качестве сенсорной платформы для биологических систем предложено использовать биосовместимые пористые неорганические частицы карбоната кальция, модифицированные биополиэлектролитами и наночастицами серебра, что позволяет получить гигантское комбинационное рассеяние (ГКР) света от одиночных молекул, и вместе с тем, обеспечивает уникальную возможность исследования внутриклеточных процессов, включая изучение метаболизма в клетках в условиях различных внешних воздействий. 

Различными методами электронной микроскопии, а именно растровой, просвечивающей и просвечивающей растровой, проведено исследование микроструктуры сферических и эллиптических пористых частиц карбоната кальция, модифицированных наночастицами серебра.

Методы и материалы

Морфология поверхности модифицированных частиц карбоната кальция была изучена в растровом электронно-ионном микроскопе HeliosNanoLab™ 600i (FEI, США). Прибор оборудован источником полевой эмиссии (типа Шоттки), с высокой яркостью и высокой когерентностью, что, наряду с использованием иммерсионного режима объективной линзы,  существенно повышает пространственное разрешение. Установка оснащена системой энергетического дисперсионного рентгеновского микроанализа (ЭДРМА) (EDAX, США), что позволило осуществить качественный и количественный микроанализ образцов.

С помощью фокусированного ионного пучка (ФИП) Ga+ в электронно-ионном микроскопе HeliosNanoLab™ 600i (FEI, США) были подготовлены тонкие срезы частиц, которые затем исследовали в просвечивающем/растровом электронном микроскопе (ПЭМ/ПРЭМ) Titan 80-300 (FEI, США) с корректором сферической аберрации при ускоряющем напряжении 300 кВ в режимах светлого и темного  поля. Прибор оснащен катодом с полевой эмиссией (типа Шоттки) и объективной линзой SuperTwin с коэффициентом сферической аберрации 1.2 мм, а также системой ЭДРМА (EDAX, США), что позволило провести локальный микроанализ химического состава образца. При работе в режиме сканирования для получения Z-контрастных изображений использовался высокоугловой кольцевой детектор (ВУКД) темного поля.

Для получения электронной томографии использовался ПРЭМ Titan Krios (FEI, США), оснащенный ВУКД темного поля.

Описание и обсуждение результатов

С помощью растрового электронно  - ионного микроскопа  Helios (FEI, США) были исследованы пористые частицы ватерита, модифицированные наночастицами серебра. Стоит отметить, что в каждом из образцов присутствовали две фазовые формы карбоната кальция - кальцит и ватерит, и была получена оценка их количественного соотношения. Фазовая форма кальцита, более устойчивая энергетически, тем не менее, не представляет интереса в данном исследовании в виду отсутствия пористой структуры, и, как следствие, невозможности модификации наночастицами. Напротив, фазовая форма ватерит может быть носителем наночастиц серебра.

В результате исследования были получены изображения пористых частиц при различных увеличениях. Исследования проводились в режиме вторичных электронов. Обработка данных проводилась с помощью программного обеспечения Gatan Digital Micrograph (Gatan, США), ImageJ и Origin. Были построены гистограммы распределения микрочастиц по размерам, также исследовались соотношения частиц кальцита и ватерита для каждого из образцов.

С помощью энерго-дисперсионного рентгеновского микроанализа был исследован химический состав микрочастиц.

С помощью ПЭМ Titan была исследована микроструктура пористых частиц карбоната кальция, наночастицы серебра а также их размер и распределение по частице в ПРЭМ режимах светлого поля и темного поля и ПЭМ высокого разрешения. Для каждого образца были построены гистограммы распределения наночастиц серебра по размерам. В результате были сделаны выводы о размерах наночастиц и их форме.
 

Объемное распределение наночастиц в носителе было исследовано методом электронной томографии с помощью ПРЭМ Krios, что позволило сделать выводы о положении наночастиц в носителе, а также оценить их размеры. Образец, нанесенный на медную сетку, был исследован посредством получения изображений под разными углами (диапазон от -600 до 600, шаг 20). Далее, массив изображений обрабатывался с помощью программного обеспечения Inspect3D и была проведена трехмерная реконструкция объекта. На рисунке представлены изображения трехмерной реконструкции. Оценка размеров с помощью электронной томографии совпала с оценкой, полученной с помощью исследования поперечных срезов микрочастиц. 

Используемые источники
Хирш П., Хови А., Николсон Р., Пэшли Д., Уэлан М. Электронная микроскопия тонких кристаллов (1968).
Г. Томас, М. Дж. Гориндж, Просвечивающая электронная микроскопия материалов (1983).
Б. Фульц, Дж. М. Хау, Просвечивающая электронная микроскопия и дифрактометрия материалов (2011).
T. Bukreeva, et al., Colloid J. 2009, 71, 596
B. V. Parakhonskiy, et al., Biomater. Sci. 2013, 1, 1273
Lyubutin I.S., Starchikov S.S., Bukreeva T.V., et al. Materials Science and Engineering C. 2014. V. 45. P. 225-233.
Information about the project
Surname Name
Roman Kamyshinsky
Project title
Electron microscopy research of microstructure of calcium carbonate porous particles, modified with silver nanoparticles
Summary of the project
Biocompatible porous particles of calcium carbonate modified with silver nanoparticles may be used as biosensor platforms for biological systems. Modification with nanoparticles allows to obtain Raman scattering from single molecules located at a distance of several nanometers from aggregates of silver nanoparticles. Microstructure of porous spherical and elliptical particles of calcium carbonate modified with silver nanoparticles was studied with various methods of electronic microscopy studied the. Set the sizes of the calcium carbonate particles, the distribution and size of silver nanoparticles in medium.
Keywords
Electron microscopy, SERS, calcium carbonate