用于生物超快电镜的MEMS实验腔研究
发布时间：2020-04-25 05:04
【摘要】：生物超快电子显微镜技术是最近几年发展起来的一项新的显微观察技术,其主要是将飞秒激光技术同生物电子显微镜技术相结合,在皮秒至纳秒时间内对生物活性样品中复杂的瞬态变化进行无辐射损伤成像和观察,突破了高剂量电子照射对生物活性样品带来损伤的瓶颈。为了解决电子显微镜观察生物活性溶液样品的观察问题,结合生物超快电子显微镜及MEMS技术,设计制作了一种适用于生物超快电镜的生物纳米腔室芯片载物台,并对芯片进行了表面处理和修饰,从而使芯片能够维持生物样品的活性,进而使用生物超快电镜观察生物活性样品,具体内容如下:(1)设计了一种用于生物超快电镜的生物纳米腔室芯片载物台。以双面长有30 nm厚氮化硅薄膜的100型硅片为基底,硅片厚度为200 μm,整体结构是由上中下三层结构通过键合密封形成生物纳米腔室芯片载物台,其中上层包含有进样窗,出样窗以及三个观察窗,观察窗的窗口尺寸为10×50μm,中间层是由300nm厚的铟薄膜构成腔室,下层包含三个观察窗,上下两层观察窗成十字交叉结构。整个芯片中上下两层观察窗由30 nm厚氮化硅薄膜与腔室隔开,将进样窗和出样窗密封后,腔室将完全与外界环境隔离。(2)利用MEMS技术,制备出了生物纳米腔室芯片载物台。由于芯片单元直径不足3 mm,而芯片制作是在4英寸硅片上进行,在硅片上同时制作100个同样的芯片,因此涉及到单元解离的问题,我们通过比较激光切割,砂轮切割以及碱腐蚀解离三种方式,通过研究100型硅片在KOH溶液中腐蚀微结构的特点,最终研制出一种通过碱腐蚀解离芯片单元的方案,成功的将解离芯片的良品率提高到了 100%。(3)通过对纳米腔室芯片表面修饰,使其能够维持生物样品的活性,进而用于生物超快电镜观察生物样品。氮化硅材料盛放生物活性样品,无法维持生物样品的活性,因此我们使用纤连蛋白对制作的芯片进行表面修饰,通过乳腺癌细胞培养,验证了修饰后的芯片可以维持生物样品的活性。我们在生物超快电镜中使用修饰后的生物纳米腔室芯片观察到了直径为12-14 nm的活性铁蛋白样品的动态图像。
【图文】：
图１－２生物超快电子显微镜结构图逡逑Ｆｉｇ邋１－２邋Ｂｉｏ－ｆａｓｔ邋ｅｌｅｃｔｒｏｎ邋ｍｉｃｒｏｓｃｏｐｅ邋ｓｔｒｕｃｔｕｒｅ逡逑根据图１－２所示，我们可以看出，超快电子显微镜整体是由飞秒激光系统和电逡逑子显微镜系统两部分构成。其中电子显微镜的电子枪产生电子的方式改成了使用逡逑飞秒激光脉冲的方式照射电子枪进而产生单发电子，获得衍射显微图像，从而实逡逑现闪频模式和脉冲模式下的电子显微镜成像技术，同时，将超快泵浦激光引入样逡逑品室，实现时间分辨结构探测。逡逑１．２生物电子显微镜中的进样技术逡逑１．２．１基于机械密封结构的样品杆技术逡逑生物超快电子显微镜的超高分辨本领和时间分辨率，可以实现生物样品在纳逡逑米尺度，甚至原子尺度的实时结构变化的研究。但因为生物超快电子显微镜样品逡逑室中的空间很狭小，而且样品室还必须保证是高真空环境，同时还要确保样品载逡逑物台在电镜中非常稳定，，还不能对成像系统造成影响，除此以外还必须保证电镜逡逑中发射出来的电子必须准确的与样品产生作用
图１－３电子显微镜样品杆实物图［２２］逡逑Ｆｉｇ邋１－３邋Ｅｌｅｃｔｒｏｎ邋ｍｉｃｒｏｓｃｏｐｅ邋ｓａｍｐｌｅ邋ｒｏｄ邋ｐｈｙｓｉｃａｌ邋ｍａｐ邋［２２］逡逑如图１－３所示，电子显微镜样品杆大致由三部分组成：杆头，杆颈以及手柄。逡逑杆头用于搭载被观察的样品。杆颈很长，用于将样品很准确地送到电镜样品室内逡逑部，而且杆颈上有Ｏ型圈，用于密封，将外界与样品室隔绝，保证样品室内的真逡逑空环境。手柄就是手拿样品杆的地方。如图１－４所示，样品杆头是由两层构成，上逡逑下两层通过两个螺丝固定，中间有一个小孔，用于电子束通过。样品杆中间有一逡逑个３毫米大小的圆形凹槽，用于放置生物纳米腔室芯片载物台，而较大的圆环则逡逑是用于放置0型圆环垫片，从而形成一个密封结构。逡逑Ｓ~枺唬哄义希徨危忮危沐义贤迹保囱犯送凡渴滴锿迹ǎ幔┭犯送凡孔楹贤迹唬ǎ猓┭犯送凡肯虏阃迹唬ǎ悖┭犯送峰义喜可喜阃煎义希疲椋珏澹卞澹村澹樱幔恚穑欤邋澹颍铮溴澹瑁澹幔溴澹穑瑁螅椋悖幔戾澹恚幔疱澹ǎ幔╁澹螅幔恚穑欤邋澹颍铮溴澹瑁澹幔溴澹悖铮恚猓椋睿幔簦椋铮铄澹洌椋幔纾颍幔恚诲澹ǎ猓╁澹螅幔恚穑欤邋澹颍铮溴义希瑁澹幔溴澹欤铮鳎澹蝈澹欤幔澹蝈澹洌椋幔纾颍幔恚诲澹ǎ悖╁澹螅幔恚穑欤邋澹颍铮溴澹瑁澹幔溴澹酰穑穑澹蝈澹欤幔澹蝈澹洌椋幔纾颍幔礤义涎犯讼列〉脑残伟疾郏龆耸⒎派锶芤貉返纳锬擅浊皇倚酒叽珏义系姆段
本文编号：2639844
【图文】：
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图１－３电子显微镜样品杆实物图［２２］逡逑Ｆｉｇ邋１－３邋Ｅｌｅｃｔｒｏｎ邋ｍｉｃｒｏｓｃｏｐｅ邋ｓａｍｐｌｅ邋ｒｏｄ邋ｐｈｙｓｉｃａｌ邋ｍａｐ邋［２２］逡逑如图１－３所示，电子显微镜样品杆大致由三部分组成：杆头，杆颈以及手柄。逡逑杆头用于搭载被观察的样品。杆颈很长，用于将样品很准确地送到电镜样品室内逡逑部，而且杆颈上有Ｏ型圈，用于密封，将外界与样品室隔绝，保证样品室内的真逡逑空环境。手柄就是手拿样品杆的地方。如图１－４所示，样品杆头是由两层构成，上逡逑下两层通过两个螺丝固定，中间有一个小孔，用于电子束通过。样品杆中间有一逡逑个３毫米大小的圆形凹槽，用于放置生物纳米腔室芯片载物台，而较大的圆环则逡逑是用于放置0型圆环垫片，从而形成一个密封结构。逡逑Ｓ~枺唬哄义希徨危忮危沐义贤迹保囱犯送凡渴滴锿迹ǎ幔┭犯送凡孔楹贤迹唬ǎ猓┭犯送凡肯虏阃迹唬ǎ悖┭犯送峰义喜可喜阃煎义希疲椋珏澹卞澹村澹樱幔恚穑欤邋澹颍铮溴澹瑁澹幔溴澹穑瑁螅椋悖幔戾澹恚幔疱澹ǎ幔╁澹螅幔恚穑欤邋澹颍铮溴澹瑁澹幔溴澹悖铮恚猓椋睿幔簦椋铮铄澹洌椋幔纾颍幔恚诲澹ǎ猓╁澹螅幔恚穑欤邋澹颍铮溴义希瑁澹幔溴澹欤铮鳎澹蝈澹欤幔澹蝈澹洌椋幔纾颍幔恚诲澹ǎ悖╁澹螅幔恚穑欤邋澹颍铮溴澹瑁澹幔溴澹酰穑穑澹蝈澹欤幔澹蝈澹洌椋幔纾颍幔礤义涎犯讼列〉脑残伟疾郏龆耸⒎派锶芤貉返纳锬擅浊皇倚酒叽珏义系姆段
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