日立应用 | 电镜液体样品的原位观察方案

由于扫描电镜内部的高真空环境，其对于液体样品的观察是一个巨大的挑战。为了保持液体样品的原始形貌，通常会将其密封在一个薄膜胶囊内，通过特定材质的窗口进行观察。

SEM（左）和TEM（右）的密封薄膜胶囊观察液体样品

这类液池还是通过电镜本身的成像模式观察，如扫描电镜中的背散射电子（BSE）信号进行成像。考虑到液体以及薄膜对分辨率以及信号的影响，通常所需较高的加速电压观察，对样品的成分衬度要求也较高。因此，这种液池成像模式通常适合重元素样品的观察，而对轻元素样品会有较大的损伤，也不利于成分衬度的观察。

Toshihiko Ogura等[1]在文献中报道了一种全新的液体样品观察模式（Scanning Electron-Assisted Dielectric Microscope，SE-ADM），它借助扫描电镜的电子束来扫描样品，依据样品内部的介电常数差异产生的衬度来成像。这种成像模式不仅可以保留液体样品的原始形貌，同时可以采用低电压成像，其对样品损伤和成分衬度要求较低，非常适合有机生物样品的观察。日立针对这一特殊的成像模式，开发了独特的Vitro Detector探测器，从而实现了液体样品的原位观察。

SE-ADM成像模式基本原理

SE-ADM成像的优点：

• 电子束的作用是产生电子-空穴对，而非与样品直接接触，其所需的电压较低（<5kV），因此对样品的损伤小；

• 成像的衬度取决于样品的介电常数而非常规的背散射电子信号，因此对样品的成分差异要求低，适合生物、有机材料等样品。

应用举例：

f:乳脂球 w:水 c:酪蛋白

上图为液体牛奶的原位观察。牛奶中含有乳脂球、水、酪蛋白等成分，其中酪蛋白是哺乳动物包括母牛、羊和人奶中的主要蛋白质。通过Vitro Detector可以对牛奶中的轻元素成分直接观察。图中可见液体牛奶中包含的乳脂球（约150nm-3um）、酪蛋白胶束颗粒和水分的分布情况。

聚苯乙烯乳胶颗粒                              脂质体

上图为液体中的聚苯乙烯乳胶颗粒和脂质体的原位观察。聚苯乙烯和脂质体都是由轻元素组成，通过常规BSE信号很难观察，而通过Vitro Detector可以对液体中的有机纳米颗粒直接观察。

参考文献

[1] Ogura, T. et al.: Microscopy and Microanalysis, 29, 1037-1046 (2023)

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