Microscopía de transmisión de rayos X por barrido

Imagen STXM de un nanotubo de carbono con forma de vaina decorado con nanopartículas de Fe (rojo). ^{[ 1 ]}

La microscopía de rayos X de transmisión por barrido (STXM) es un tipo de microscopía de rayos X en la que una placa de zona enfoca un haz de rayos X en un punto pequeño, se escanea una muestra en el plano focal de la placa de zona y se registra la intensidad de los rayos X transmitidos en función de la posición de la muestra. Se utiliza un esquema estroboscópico donde la excitación es el bombeo y los destellos de rayos X de sincrotrón son la sonda. Los microscopios de rayos X funcionan exponiendo una película o un detector de dispositivo de carga acoplada para detectar los rayos X que atraviesan la muestra. La imagen formada es de una sección delgada de la muestra. Los microscopios de rayos X más modernos utilizan espectroscopía de absorción de rayos X para materiales heterogéneos con alta resolución espacial. La esencia de la técnica es una combinación de espectromicroscopía, que obtiene imágenes con sensibilidad espectral, y microespectroscopia, que registra espectros de puntos muy pequeños. ^{[ 2 ]}

Beneficios de STXM

Daño por radiación

La espectroscopia de pérdida de energía de electrones (EELS) combinada con la microscopía electrónica de transmisión tiene una resolución espectral modesta y es bastante dañina para el material de la muestra. La microscopía electrónica de transmisión de barrido (STXM) con energía de rayos X variable ofrece una alta resolución espectral. Los efectos del daño por radiación suelen ser dos órdenes de magnitud menores que en el caso de la EELS. Las preocupaciones sobre la radiación también son relevantes en el caso de materiales orgánicos. ^{[ 3 ]}

Muestras con agua

A diferencia de otros métodos como la microscopía electrónica, se pueden obtener espectros de muestras con agua y carbono. La microscopía de transmisión de rayos X de barrido (STXM) a presión atmosférica permite una instalación de muestras sencilla y menos restricciones en su preparación. Incluso se han construido celdas que permiten examinar precipitados hidratados y soluciones. ^{[ 3 ]}

Operación

Para obtener datos de espectromicroscopía, se sigue el siguiente procedimiento operativo. Se selecciona la rejilla monocromadora deseada junto con una energía de fotones en el centro del rango NEXAFS. Los espejos de reenfoque se ajustan para dirigir el haz hacia el microscopio y se orientan para maximizar el flujo que pasa a través de la placa de zona. Se coloca un orificio en el haz de fotones aguas arriba en posición transversal para maximizar la transmisión. El tamaño del orificio se determina mediante la reducción de tamaño al tamaño del límite de difracción de la lente de la placa de zona. A menudo se utiliza un orificio de tamaño reducido para disminuir la intensidad, lo que controla el daño por radiación. La apertura de ordenación se posiciona para eliminar la transmisión de luz de orden cero no enfocada, que desenfocaría la imagen. Luego, se define un barrido de línea x/y a través de una variación de intensidad en la imagen. Los barridos de línea x/y se repiten con diferentes condiciones de enfoque. También se pueden obtener espectros de absorción con un punto de fotones estacionario. ^{[ 3 ]}

Aplicaciones

Análisis cuantitativo de polímeros

La técnica STXM se ha utilizado para estudiar partículas de relleno de refuerzo empleadas en espumas de poliuretano comprimidas moldeadas en las industrias automotriz y pesquera para lograr una mayor capacidad de carga. Dos tipos de polímeros, el copolímero de estireno y acrilonitrilo (SAN) y la poli-adicción de poliisocianato rica en carbamato aromático (PIPA), son químicamente indistinguibles mediante espectroscopia electrónica de transmisión. Con NEXAFS, los espectros de SAN y PIPA absorben fuertemente a 285,0 eV, asociados a los grupos fenilo de las partículas de relleno aromáticas , mostrando así la misma imagen de espectroscopia electrónica. Solo SAN presenta una fuerte absorción a 286,7 eV debido al componente de acrilonitrilo. NEXAFS puede ser un método rápido y fiable para diferenciar especies químicas a escala espacial submicrométrica. ^{[ 3 ]}

Distribución de los subcomponentes macromoleculares de las células del biofilm y la matriz

La STXM, que utiliza espectroscopia de absorción de rayos X cerca del borde, puede aplicarse a moléculas biológicas completamente hidratadas debido a la capacidad de los rayos X para penetrar el agua. Los rayos X blandos también proporcionan una resolución espacial superior a 50 nm, adecuada para bacterias y microfilms bacterianos. Con esto, se puede lograr un mapeo químico cuantitativo a una escala espacial inferior a 50 nm. Los rayos X blandos también interactúan con casi todos los elementos y permiten mapear especies químicas en función de la estructura de enlace. La STXM permite estudiar diversas cuestiones relacionadas con la naturaleza, distribución y función de las proteínas, carbohidratos, lípidos y ácidos nucleicos en los biofilms, especialmente en la matriz extracelular . El estudio de estos biofilms es útil para aplicaciones de remediación ambiental. ^{[ 4 ]}

Referencias

^ Chen, Xiaoqi; Xiao, Jianping; Wang, Jian; Deng, Dehui; Hu, Yongfeng; Zhou, Jigang; Yu, Liang; Heine, Thomas; Pan, Xiulian; Bao, Xinhe (2015). "Visualización de interacciones electrónicas entre hierro y carbono mediante espectroscopia y imágenes químicas de rayos X" . Química. Ciencia . 6 (5): 3262–3267.doi : 10.1039 / C5SC00353A . PMC 5490425 . PMID 28706694 .
↑ Koprinarov, Ivaylo y Hitchcock, Adam P. "Espectromicroscopía de rayos X de polímeros: una introducción para el no especialista" .
1 2 3 4 Warwick, T.; Franck, K.; Kortright, JB; Meigs, G.; Moronne, M.; Myneni, S.; Rotenberg, E.; Seal, S.; Steele, WF; Ade, H.; Garcia, A.; Cerasari, S.; Denlinger, J.; Hayakawa, S.; Hitchcock, AP; Tyliszczak, T.; Kikuma, J.; Rightor, EG; Shin, H.-J.; Tonner, BP (1998). "Un microscopio de rayos X de transmisión de barrido para espectromicroscopía de ciencia de materiales en la fuente de luz avanzada" (PDF) . Review of Scientific Instruments . 69 (8): 2964. Bibcode : 1998RScI...69.2964W . doi : 10.1063/1.1149041 . hdl : 2027.42/71051 .
↑ Lawrence, JR; Swerhone, GDW; Leppard, GG; Araki, T.; Zhang, X.; West, MM; Hitchcock, AP (2003). "Mapeo de la matriz exopolimérica de biopelículas microbianas mediante microscopía electrónica de transmisión de rayos X, escaneo láser y escaneo electrónico de barrido" . Microbiología Aplicada y Ambiental . 69 (9): 5543– 54. doi : 10.1128/AEM.69.9.5543-5554.2003 . PMC 194976. PMID 12957944 .

[1] Chen, Xiaoqi; Xiao, Jianping; Wang, Jian; Deng, Dehui; Hu, Yongfeng; Zhou, Jigang; Yu, Liang; Heine, Thomas; Pan, Xiulian; Bao, Xinhe (2015). "Visualización de interacciones electrónicas entre hierro y carbono mediante espectroscopia y imágenes químicas de rayos X" . Química. Ciencia . 6 (5): 3262–3267.doi : 10.1039 / C5SC00353A . PMC 5490425 . PMID 28706694 .

[2] Koprinarov, Ivaylo y Hitchcock, Adam P. "Espectromicroscopía de rayos X de polímeros: una introducción para el no especialista" .

[r1-3] 1 2 3 4 Warwick, T.; Franck, K.; Kortright, JB; Meigs, G.; Moronne, M.; Myneni, S.; Rotenberg, E.; Seal, S.; Steele, WF; Ade, H.; Garcia, A.; Cerasari, S.; Denlinger, J.; Hayakawa, S.; Hitchcock, AP; Tyliszczak, T.; Kikuma, J.; Rightor, EG; Shin, H.-J.; Tonner, BP (1998). "Un microscopio de rayos X de transmisión de barrido para espectromicroscopía de ciencia de materiales en la fuente de luz avanzada" (PDF) . Review of Scientific Instruments . 69 (8): 2964. Bibcode : 1998RScI...69.2964W . doi : 10.1063/1.1149041 . hdl : 2027.42/71051 .

[4] Lawrence, JR; Swerhone, GDW; Leppard, GG; Araki, T.; Zhang, X.; West, MM; Hitchcock, AP (2003). "Mapeo de la matriz exopolimérica de biopelículas microbianas mediante microscopía electrónica de transmisión de rayos X, escaneo láser y escaneo electrónico de barrido" . Microbiología Aplicada y Ambiental . 69 (9): 5543– 54. doi : 10.1128/AEM.69.9.5543-5554.2003 . PMC 194976. PMID 12957944 .

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