Microscopie électronique en phase liquide - Liquid-Phase Electron Microscopy
La microscopie électronique en phase liquide (LP EM) fait référence à une classe de méthodes d'imagerie d'échantillons dans un liquide avec une résolution spatiale nanométrique à l'aide de la microscopie électronique . LP-EM surmonte la limitation clé de la microscopie électronique : puisque l'optique électronique nécessite un vide poussé, l'échantillon doit être stable dans un environnement sous vide. Cependant, de nombreux types de spécimens pertinents pour la biologie, la science des matériaux, la chimie, la géologie et la physique changent leurs propriétés lorsqu'ils sont placés dans le vide.
La capacité d'étudier des échantillons liquides, en particulier ceux impliquant de l'eau, avec la microscopie électronique a été un souhait depuis les premiers jours de la microscopie électronique, mais des difficultés techniques ont empêché les premières tentatives d'atteindre une résolution élevée. Il existe deux approches de base pour l'imagerie d'échantillons liquides : i) les systèmes fermés, principalement appelés EM à cellules liquides (LC EM), et ii) les systèmes ouverts, souvent appelés systèmes environnementaux. Dans les systèmes fermés, de fines fenêtres constituées de matériaux tels que le nitrure de silicium ou le graphène sont utilisées pour enfermer un liquide à placer dans le vide du microscope. Les cellules fermées ont été largement utilisées au cours de la dernière décennie en raison de la disponibilité d'une technologie fiable de microfabrication de fenêtres. Le graphène fournit la fenêtre la plus fine possible. Le plus ancien système ouvert qui s'est largement répandu était la microscopie électronique à balayage environnemental (ESEM) d'échantillons liquides sur une platine refroidie dans une chambre à vide contenant une pression de fond de vapeur. Les liquides à faible pression de vapeur tels que les liquides ioniques peuvent également être étudiés dans des systèmes ouverts. Des systèmes LP-EM de type ouvert et fermé ont été développés pour les trois principaux types de microscopie électronique, à savoir la microscopie électronique à transmission (MET), la microscopie électronique à transmission à balayage (STEM) et le microscope électronique à balayage (SEM). Des instruments intégrant le MEB en phase liquide avec la microscopie optique ont également été développés. L'observation au microscope électronique dans un liquide a été combinée à d'autres méthodes analytiques telles que les mesures électrochimiques et la spectroscopie à rayons X à dispersion d'énergie (EDX).
L'avantage de LP EM est la possibilité d'étudier des échantillons qui ne résistent pas au vide ou d'étudier les propriétés des matériaux et les réactions nécessitant des conditions liquides. Des exemples de mesures permises par cette technique sont la croissance de nanoparticules ou de structures métalliques dans un liquide, les changements de matériaux au cours du cyclage des batteries, les processus électrochimiques tels que le dépôt de métal, la dynamique des films d'eau minces et les processus de diffusion, les processus de biominéralisation, la dynamique et la structure des protéines, la localisation de molécules uniques de protéines membranaires dans les cellules de mammifères et l'influence des médicaments sur les récepteurs dans les cellules cancéreuses.
La résolution spatiale réalisable peut être de l'ordre du sous-nanomètre et dépend de la composition, de la structure et de l'épaisseur de l'échantillon, de tout matériau de fenêtre présent et de la sensibilité de l'échantillon à la dose d'électrons requise pour l'imagerie. La résolution nanométrique est obtenue même dans des couches d'eau de quelques micromètres d'épaisseur pour les STEM de nanomatériaux de numéro atomique élevé. Le mouvement brownien s'est avéré fortement réduit par rapport à un liquide en vrac. La détection STEM est également possible dans l'ESEM pour l'imagerie de nanomatériaux et de cellules biologiques en liquide. Un aspect important de LP EM est l'interaction du faisceau d'électrons avec l'échantillon puisque le faisceau d'électrons initie une séquence complexe de réactions radiolytiques dans l'eau. Néanmoins, l'analyse quantitative des données LP EM a fourni des informations uniques dans une gamme de domaines scientifiques.