DE102015004516A1 - Process for the surface treatment of a support, functionalized support, and process for the preparation of a support, in particular for electron microscopy - Google Patents
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Abstract
Ein Verfahren zur Oberflächenbehandlung eines Trägers, der zur Aufnahme von Partikeln eingerichtet ist, umfasst die Bildung einer Funktionalisierungsschicht mittels Photopolymerisation auf einer Trägeroberfläche des Trägers derart, dass sich auf dem mit der Funktionalisierungsschicht versehenen Träger deponierte Partikel flächig verteilen. Es wird auch ein Träger beschrieben, der zur Aufnahme von Partikeln eingerichtet ist, umfassend eine Trägeroberfläche mit einer Funktionalisierungsschicht, die aus einem Photopolymer gebildet ist und eine derartige Wirkung auf Partikel ausübt, die auf der Oberfläche deponiert werden, dass die Partikel flächig verteilt werden. Es wird des Weiteren ein Verfahren zur Präparation eines Trägers mit Partikeln für eine Untersuchung der Partikel beschrieben, mit den Schritten Deposition von Tropfen einer Flüssigkeit, welche die Partikel enthält, mit einer Mikrodispensiereinrichtung auf einer Trägeroberfläche des Trägers, und Entfernung der Flüssigkeit, wobei die Trägeroberfläche des Trägers derart funktionalisiert ist, dass die Partikel auf der Oberfläche des Trägers eine flächige Verteilung bilden.A process for the surface treatment of a support adapted to receive particles comprises the formation of a functionalization layer by means of photopolymerization on a support surface of the support such that particles deposited on the support provided with the functionalization layer are distributed over a surface. Also described is a support adapted to receive particles, comprising a support surface having a functionalizing layer formed from a photopolymer and having such an effect on particles deposited on the surface to spread the particles over the surface. There is further described a method of preparing a carrier with particles for particle inspection, comprising the steps of depositing droplets of liquid containing the particles with a microdispensing device on a carrier surface of the carrier, and removing the liquid, the carrier surface the support is functionalized such that the particles form a surface distribution on the surface of the carrier.
Description
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Oberflächenbehandlung eines Trägers, der zur Aufnahme von Partikeln eingerichtet ist, einen Träger mit einer funktionalisierten Trägeroberfläche, und ein Verfahren zur Präparation eines Trägers für Untersuchungszwecke, insbesondere für die Elektronenmikroskopie oder optische Untersuchungsverfahren. Die Erfindung betrifft insbesondere Verfahren und Träger, bei denen Partikel entlang der Trägeroberfläche vorrangig nebeneinander angeordnet werden. Anwendungen der Erfindung sind bei der Präparation von Trägern (Probenträger, Substrate), insbesondere für die Elektronenmikroskopie oder optische Untersuchungsverfahren, z. B. Spektroskopie, und der Untersuchung von Nanopartikeln gegeben.The invention relates to a method for the surface treatment of a carrier which is adapted to receive particles, a carrier with a functionalized carrier surface, and a method for the preparation of a carrier for examination purposes, in particular for electron microscopy or optical examination methods. More particularly, the invention relates to methods and substrates in which particles are primarily disposed adjacent to one another along the substrate surface. Applications of the invention are in the preparation of carriers (sample carriers, substrates), in particular for electron microscopy or optical investigation methods, for. As spectroscopy, and the investigation of nanoparticles given.
Es ist allgemein bekannt, anorganische und/oder organische Partikel mittels Elektronenmikroskopie zu untersuchen. Die Partikel werden auf einem für die Elektronenmikroskopie angepassten Träger (so genanntes Grid) deponiert, in das Elektronenmikroskop transferiert und im Elektronenmikroskop z. B. für eine Bildgebung oder für eine Beugungsuntersuchung mit einem Elektronenstrahl bestrahlt. Der Träger weist für die Transmissions-Elektronenmikroskopie eine derart geringe Dicke auf, dass eine Schwächung des Elektronenstrahls durch den Träger die Untersuchung der Partikel nicht beeinträchtigt.It is generally known to investigate inorganic and / or organic particles by means of electron microscopy. The particles are deposited on a carrier adapted for electron microscopy (so-called grid), transferred to the electron microscope and in the electron microscope z. B. irradiated for imaging or for a diffraction examination with an electron beam. The carrier has such a small thickness for transmission electron microscopy that weakening of the electron beam by the carrier does not interfere with the examination of the particles.
Die Deposition der Partikel erfolgt beispielsweise durch Pipettieren eines Flüssigkeitstropfens mit einem Volumen von einigen μl, der die Partikel enthält, auf die Trägeroberfläche. Nach einer Wartezeit wird überschüssige Flüssigkeit entfernt, z. B. mit Filterpapier abgesaugt. Dabei hat sich in der Praxis als nachteilig erwiesen, dass insbesondere makromolekulare Partikel mit einer Polarisierbarkeit oder Eigenladung auf der Trägeroberfläche bevorzugt Aggregate oder Anhäufungen bilden und relativ zur Trägeroberfläche übereinander liegen oder eventuell miteinander chemisch reagieren. Dadurch kann die elektronenmikroskopische Untersuchung erschwert oder sogar unmöglich gemacht werden.The deposition of the particles takes place, for example, by pipetting a liquid drop having a volume of a few μl, which contains the particles, onto the surface of the support. After waiting for excess liquid is removed, for. B. sucked with filter paper. It has proved to be disadvantageous in practice that in particular macromolecular particles with a polarizability or charge on the carrier surface preferably form aggregates or clusters and lie relative to the carrier surface one above the other or possibly chemically react with each other. As a result, the electron microscopic examination can be made difficult or even impossible.
Zur Vermeidung der Partikelanhäufung wird von dem ”National Institute of Standards” (NIST, USA) in dem Protokoll ”NIST-NCL Joint Assay Protocol, PCC-7” (siehe
Die bekannten Funktionalisierungsverfahren können eine Reihe von Nachteilen aufweisen, die sich aus der meist komplexen Verfahrensweise, einer aufwendigen Handhabung der Träger und deren geringer Haltbarkeit ergeben. Beispielsweise können die auf der Oberfläche gebildeten Ladungen bei unsachgemäßer Handhabung der Träger vor dessen Verwendung unerwünscht neutralisiert werden.The known functionalization processes can have a number of disadvantages which result from the most complex procedure, a complicated handling of the carriers and their low durability. For example, the charges formed on the surface can be undesirably neutralized if handled improperly before use.
Aus
Die Aufgabe der Erfindung ist es, ein verbessertes Verfahren zur Funktionalisierung eines Trägers bereitzustellen, wobei mit dem Verfahren Nachteile herkömmlicher Techniken vermieden werden. Die Aufgabe der Erfindung ist es des Weiteren, einen verbesserten Träger mit einer funktionalisierten Trägeroberfläche bereitzustellen, mit dem Nachteile herkömmlicher Träger vermieden werden. Eine weitere Aufgabe der Erfindung ist es, ein verbessertes Verfahren zur Präparation eines Trägers für Partikel, insbesondere für die Elektronenmikroskopie, bereitzustellen, mit dem Nachteile herkömmlicher Techniken vermieden werden.The object of the invention is to provide an improved process for the functionalization of a carrier, the process avoiding disadvantages of conventional techniques. The object of the invention is furthermore to provide an improved carrier with a functionalized carrier surface, with which disadvantages of conventional carriers are avoided. A further object of the invention is to provide an improved process for the preparation of a carrier for particles, in particular for electron microscopy, with which disadvantages of conventional techniques are avoided.
Diese Aufgaben werden durch Verfahren und Träger jeweils mit den Merkmalen der unabhängigen Ansprüche gelöst. Vorteilhafte Ausführungsformen und Anwendungen der Erfindung ergeben sich aus den abhängigen Ansprüchen.These objects are achieved by methods and carriers each having the features of the independent claims. Advantageous embodiments and applications of the invention will become apparent from the dependent claims.
Gemäß einem ersten allgemeinen Gesichtspunkt der Erfindung wird ein Verfahren zur Behandlung eines Trägers bereitgestellt, der zur Aufnahme von Partikeln eingerichtet ist, umfassend eine Funktionalisierung einer Oberfläche des Trägers (Trägeroberfläche) durch eine Abscheidung einer Funktionalisierungsschicht mittels Photopolymerisation auf der Oberfläche. Gemäß der Erfindung umfasst die Bildung der Funktionalisierungsschicht insbesondere die Erzeugung einer Polymerschicht durch die Photopolymerisation, bevorzugt Photopfropfpolymerisation (Photografting).According to a first general aspect of the invention, there is provided a method of treating a carrier provided adapted for receiving particles, comprising a functionalization of a surface of the carrier (carrier surface) by a deposition of a functionalization layer by means of photopolymerization on the surface. According to the invention, the formation of the functionalization layer comprises in particular the production of a polymer layer by the photopolymerization, preferably photografting.
Gemäß einem zweiten allgemeinen Gesichtspunkt der Erfindung wird ein Träger bereitgestellt, der zur Aufnahme von Partikeln eingerichtet ist, umfassend eine Trägeroberfläche mit einer Funktionalisierungsschicht, die aus einem mindestens einem Photopolymer gebildet ist und eine derartige Wirkung auf Partikel ausübt, die auf der Trägeroberfläche deponiert werden, dass die Partikel auf der Oberfläche nebeneinander verteilt werden. Gemäß dem zweiten allgemeinen Gesichtspunkt der Erfindung wird insbesondere ein Träger, der zur Aufnahme von Partikeln eingerichtet ist, mit einer Funktionalisierungsschicht bereitgestellt, die eine mittels Photopolymerisation gebildete Polymerschicht umfasst. Vorzugsweise ist der Träger mit einem Verfahren gemäß dem ersten allgemeinen Gesichtspunkt der Erfindung hergestellt.According to a second general aspect of the invention there is provided a support adapted to receive particles comprising a support surface having a functionalizing layer formed from at least one photopolymer and having such an effect on particles deposited on the support surface, that the particles are distributed on the surface side by side. In particular, according to the second general aspect of the invention, a carrier adapted to receive particles is provided with a functionalizing layer comprising a polymer layer formed by photopolymerization. Preferably, the support is made by a method according to the first general aspect of the invention.
Gemäß einem dritten allgemeinen Gesichtspunkt der Erfindung wird ein Verfahren zur Präparation eines Trägers mit Partikeln für eine Untersuchung der Partikel bereitgestellt, umfassend die Schritte Deposition von Tropfen einer Flüssigkeit, welche die Partikel enthält, mit einer Mikrodispensiereinrichtung auf einer Trägeroberfläche des Trägers, und Entfernung der Flüssigkeit, wobei die Trägeroberfläche des Trägers eine derartige Funktionalisierung aufweist, dass die Partikel auf der Oberfläche des Trägers eines flächige Verteilung bilden. Gemäß dem dritten allgemeinen Gesichtspunkt der Erfindung kann die Funktionalisierung die Bildung der Funktionalisierungsschicht gemäß dem ersten allgemeinen Gesichtspunkt der Erfindung oder ein anderes, insbesondere als solches bekanntes Oberflächenmodifizierungsverfahren, insbesondere eine Abscheidung einer zweidimensionalen Monolage, vorzugsweise aus organischen Molekülen, auf der Trägeroberfläche, und/oder eine Plasmabehandlung umfassen. Die zweidimensionale Monolage wird auch als 2D Self Assembling Monolayer bezeichnet. Sie wird z. B. durch eine Silanisierung der Trägeroberfläche in Lösungsmittelumgebung oder in Gasphasenumgebung, z. B. mit Chlor- oder Alkyloxysilanen gebildet. Die Mikrodispensiereinrichtung ist für einen berührungslosen Betrieb („non-contact”-Dispensieren) ausgelegt. Sie umfasst einen Dispenser, mit dem Tropfen mit einem Volumen geringer als 1 nl, vorzugsweise geringer 500 pl erzeugt und auf den Träger übertragen werden (Spotting). Die Mikrodispensiereinrichtung ist vorzugsweise mit einem piezoelektrisch betriebenen Dispenser ausgestattet. Alternativ kann ein durch Dampfblasenerzeugung betriebener Dispenser (bubble-jet-Dispenser) oder ein Electrospray-Dispenser vorgesehen sein.According to a third general aspect of the invention, there is provided a method of preparing a carrier with particles for examination of the particles comprising the steps of depositing drops of a liquid containing the particles with a microdispensing device on a carrier surface of the carrier and removing the liquid in which the carrier surface of the carrier has such a functionalization that the particles form a planar distribution on the surface of the carrier. According to the third general aspect of the invention, the functionalization may include the formation of the functionalization layer according to the first general aspect of the invention or another, especially known as surface modification method, in particular a deposition of a two-dimensional monolayer, preferably of organic molecules, on the support surface, and / or include a plasma treatment. The two-dimensional monolayer is also referred to as 2D Self Assembling Monolayer. It is z. By silanization of the support surface in solvent environment or in gas phase environment, e.g. B. formed with chloro or alkyloxysilanes. The microdispenser is designed for non-contact dispensing. It comprises a dispenser with which drops with a volume of less than 1 nl, preferably less than 500 pl, are generated and transferred to the carrier (spotting). The microdispensing device is preferably equipped with a piezoelectrically operated dispenser. Alternatively, a vapor bubble-powered dispenser (bubble-jet dispenser) or an electrospray dispenser may be provided.
Die Funktionalisierungsschicht (oder: Funktionalisierungsbelag, Funktionalisierungsfilm) weist allgemein eine Beschaffenheit (chemische Zusammensetzung und/oder Oberflächengeometrie) derart auf, dass die Partikel mit der Trägeroberfläche, insbesondere mit der Funktionalisierungsschicht eine andere, bevorzugt stärker anziehende Wechselwirkung aufweisen als mit benachbarten Partikeln. Die Funktionalisierungsschicht bewirkt im Vergleich zur unbeschichteten Trägeroberfläche eine Änderung der Oberflächenenergie. Die Funktionalisierungsschicht ist insbesondere derart gebildet, dass sich Partikel, die auf der Trägeroberfläche deponiert, vorzugsweise auf die Trägeroberfläche in einem Flüssigkeitstropfen zugeführt werden, flächig (zweidimensional) verteilen. Mit anderen Worten, die Funktionalisierungsschicht bietet eine Oberfläche, die geeignet ist, dass sich Partikel entlang der Trägeroberfläche vorrangig nebeneinander anordnen. Die Funktionalisierungsschicht weist eine Vielzahl von Haftstellen auf, an den sich jeweils Partikel einzeln sammeln. Eine Mehrzahl oder alle Partikel bilden die flächige Verteilung, d. h. eine Verteilung, die frei von Aggregaten (Anhäufungen von Partikeln über der Trägeroberfläche) ist oder bei der Untersuchung der Partikel auf dem Träger vernachlässigbar wenige Aggregate enthält. Mit der Funktionalisierungsschicht erfolgt vorteilhafterweise eine Einstellung der Benetzbarkeit der Oberfläche des Trägers und/oder eine elektrostatische Fixierung von Partikeln. Es ist vorzugsweise eine gezielte Gestaltung der Funktionalisierungsschicht vorgesehen, mit der die Verteilung der Partikel auf dem Träger eingestellt wird.The functionalization layer (or: functionalization coating, functionalization film) generally has a composition (chemical composition and / or surface geometry) such that the particles have a different, preferably more attractive, interaction with the carrier surface, in particular with the functionalization layer, than with adjacent particles. The functionalization layer causes a change in the surface energy in comparison to the uncoated carrier surface. The functionalization layer is in particular formed in such a way that particles which are deposited on the carrier surface, preferably supplied to the carrier surface in a drop of liquid, are distributed over the surface (two-dimensionally). In other words, the functionalization layer provides a surface that is suitable for arranging particles along the carrier surface with priority to one another. The functionalization layer has a multiplicity of adhesion sites to which particles collect individually. A majority or all of the particles form the areal distribution, i. H. a distribution which is free of aggregates (accumulations of particles above the support surface) or which contains negligible aggregates when examining the particles on the support. With the functionalization layer advantageously takes place adjustment of the wettability of the surface of the carrier and / or an electrostatic fixation of particles. It is preferably provided a targeted design of the functionalization layer, with which the distribution of the particles is adjusted on the support.
Die Funktionalisierungsschicht ist vorzugsweise so konfiguriert, dass die Partikel auf der Trägeroberfläche durch die Funktionalisierungsschicht einer stärkeren Wechselwirkung ausgesetzt sind als durch andere Partikel. Im Ergebnis bilden die Partikel auf der Trägeroberfläche, die mit der Funktionalisierungsschicht versehen ist, eine Monolage oder eine Sub-Monolage. Die Partikel werden auf dem Träger durch die Wechselwirkung mit dem Träger vorzugsweise vereinzelt, können jedoch alternativ in lateraler Richtung unmittelbar aneinander angrenzend angeordnet sein.The functionalization layer is preferably configured such that the particles on the carrier surface are exposed to a stronger interaction by the functionalization layer than by other particles. As a result, the particles on the support surface provided with the functionalization layer form a monolayer or sub-monolayer. The particles are preferably singulated on the carrier by the interaction with the carrier, but alternatively may be arranged directly adjacent to one another in the lateral direction.
Vorteilhafterweise werden mit der erfindungsgemäßen Oberflächenbehandlung, die auch als Oberflächenfunktionalisierung, Oberflächencoating oder Oberflächenmodifizierung bezeichnet werden kann, Nachteile herkömmlicher Techniken vermieden, indem die Bereitstellung und/oder Handhabung der Träger vereinfacht wird und eine zweidimensionale Partikelverteilung zuverlässiger gebildet wird. Die Erfindung bietet insbesondere den Vorteil, dass bei den ersten und zweiten Gesichtspunkten der Erfindung die Funktionalisierungsschicht bzw. beim dritten Gesichtspunkt der Erfindung, durch die Kombination mit der Zuführung von Partikeln mittels der Mikrodispensiereinrichtung, allgemein jede Funktionalisierung die Vereinzelungsfunktion der Funktionalisierung effektiver und zuverlässiger erfüllt als bei herkömmlichen Trägern. Eine Aggregatbildung wird minimiert, und die Partikel werden vorrangig als Monolage oder Sub-Monolage angeordnet. Vorteilhafterweise kann die Depositionsdichte der Partikel optimiert werden. Die Partikel können gleichmäßig verteilt angeordnet werden. Mit anderen Worten, es wird eine homogene Verteilung der Partikel gebildet.Advantageously, with the surface treatment according to the invention, which can also be referred to as surface functionalization, surface coating or surface modification, disadvantages of conventional techniques are avoided by simplifying the provision and / or handling of the carriers and more reliably forming a two-dimensional particle distribution. The invention offers the particular advantage that in the first and second aspects of the invention, the functionalization layer or in the third aspect of the invention, by combining with the supply of particles by means of the Mikrodispensiereinrichtung, generally any functionalization fulfills the separation function of the functionalization more effective and reliable in conventional carriers. Aggregate formation is minimized and the particles are placed primarily as a monolayer or sub-monolayer. Advantageously, the deposition density of the particles be optimized. The particles can be arranged evenly distributed. In other words, a homogeneous distribution of the particles is formed.
Die Funktionalisierungsschicht ist eine Schicht, die aus mindestens einem Photopolymer gebildet ist. Das Photopolymer setzt sich aus Monomeren zusammen, deren Polymerisierung durch eine Belichtung, ggf. in Anwesenheit von Initiatormolekülen, bewirkt wird. Die Schicht kann den Träger abschnittsweise bedecken und z. B. Inseln aus dem Photopolymer bilden und/oder unbeschichtete Abschnitte freilassen. Bevorzugt ist eine durchgehende, geschlossene Bedeckung des Trägers durch die Funktionalisierungsschicht vorgesehen. Die Funktionalisierungsschicht kann aus einem einzigen Photopolymer oder aus mehreren Photopolymeren gebildet sein.The functionalization layer is a layer formed from at least one photopolymer. The photopolymer is composed of monomers whose polymerization is effected by exposure, if appropriate in the presence of initiator molecules. The layer may cover the carrier in sections and z. B. form islands of the photopolymer and / or uncoated uncoated sections. Preferably, a continuous, closed covering of the carrier is provided by the functionalization layer. The functionalization layer can be formed from a single photopolymer or from several photopolymers.
Abweichend von herkömmlichen Oberflächenmodifizierungen, z. B. in Gestalt einer 2D Self Assembling Monolayer, ist die Funktionalisierungsschicht bevorzugt dreidimensional gebildet. Vorteilhafterweise werden dadurch mehr Wechselwirkungsmöglichkeiten für die Partikel geboten. Es können mehr Haftstellen für die Partikel bereitgestellt und/oder die Partikel sogar teilweise in die Funktionalisierungsschicht eingebettet werden. Bei der Photopolymerisation kann die Funktionalisierungsschicht z. B. unter Ausbildung von sogenannten Polymerbürsten erzeugt werden, bei denen die Partikel in der Polymerschicht teilweise eingebettet bzw. fixiert sind. Dieser Effekt kann zu einer besseren Vereinzelung der Partikel auf den funktionalisierten Bereichen der Träger führen.Unlike conventional surface modifications, eg. B. in the form of a 2D Self Assembling monolayer, the functionalization layer is preferably formed three-dimensional. Advantageously, this offers more possibilities of interaction for the particles. More trapping sites for the particles may be provided and / or the particles may even be partially embedded in the functionalization layer. In the photopolymerization, the functionalization z. B. be formed to form so-called polymer brushes, in which the particles are partially embedded or fixed in the polymer layer. This effect can lead to a better separation of the particles on the functionalized areas of the carrier.
Anwendungen der Erfindung beziehen sich auf Träger zur Aufnahme von Partikeln, insbesondere für Untersuchungszwecke. Die Partikel können anorganische und/oder organische Partikel sein, wie z. B. Partikel biologischer Materialien (insbesondere biologische Makromoleküle), Partikel aus anorganischen oder organischen Substanzen, oder anorganische oder organische Partikel in Verbindung mit biologischen Materialien. Bevorzugt sind die Partikel Nanopartikel, insbesondere Partikel mit einer charakteristischen Größe, z. B. Durchmesser oder Länge, die geringer als 1000 nm, besonders bevorzugt geringer als 500 nm sind.Applications of the invention relate to carriers for receiving particles, in particular for examination purposes. The particles may be inorganic and / or organic particles, such as. As particles of biological materials (especially biological macromolecules), particles of inorganic or organic substances, or inorganic or organic particles in conjunction with biological materials. Preferably, the particles are nanoparticles, in particular particles having a characteristic size, for. B. diameter or length which are less than 1000 nm, more preferably less than 500 nm.
Anorganische Partikel umfassen z. B. Partikel, die aus Silber, Gold, Nickel und/oder Titandioxid hergestellt sind. Organische Partikel umfassen vorzugsweise biologische Makromoleküle, wie Proteine, Zucker oder DNA-Fragmente. Die Partikel können elektrisch neutral oder elektrisch geladen sein. Die auf einem Träger abgeschiedenen Partikel können vom gleichen Typ, insbesondere von gleicher Zusammensetzung, oder verschieden sein. Die Funktionalisierungsschicht kann so gestaltet werden, dass Partikel sowohl positiv und/oder negativ geladene Partikel als auch neutrale Partikel auf der Oberfläche der Funktionalisierungsschicht zweidimensional verteilt werden.Inorganic particles include, for. As particles made of silver, gold, nickel and / or titanium dioxide. Organic particles preferably include biological macromolecules such as proteins, sugars or DNA fragments. The particles may be electrically neutral or electrically charged. The particles deposited on a carrier can be of the same type, in particular of the same composition, or different. The functionalization layer can be designed such that particles of both positively and / or negatively charged particles as well as neutral particles are distributed two-dimensionally on the surface of the functionalization layer.
Der Träger ist allgemein ein Substrat mit einer Oberfläche, die für die Zuführung von Partikeln frei liegt. Der Träger ist für eine Untersuchung der Partikel in einer Untersuchungseinrichtung, wie z. B. einem Elektronenmikroskop (z. B. Transmissions-Elektronenmikroskop, TEM, Scanning-Elektronenmikroskopie, SEM, Bildgebung und/oder Beugungsmessung) oder Spektrometer (z. B. für Fluoreszenz oder Ramanstreuungs-Messungen), ausgelegt. Beispielsweise weist der Träger für die Elektronenmikroskopie eine laterale Größe derart auf, dass er zur Probenaufnahme des Elektronenmikroskops passt, und eine Dicke derart auf, dass eine Schwächung des Elektronenstrahls durch den Träger eine für das Ergebnis der Untersuchung der Partikel vernachlässigbare Schwächung darstellt. Der Träger ist z. B. ein SEM- und/oder TEM-Träger (oder: Grid, Fenster, Membran, befilmtes Netz für TEM und/oder SEM), vorzugsweise umfassend einen Support, z. B.The support is generally a substrate having a surface exposed for the delivery of particles. The carrier is for an examination of the particles in an examination device, such. As an electron microscope (eg., Transmission electron microscope, TEM, scanning electron microscopy, SEM, imaging and / or diffraction measurement) or spectrometer (eg for fluorescence or Raman scattering measurements) designed. For example, the support for electron microscopy has a lateral size such that it fits the sample receptacle of the electron microscope, and a thickness such that a weakening of the electron beam by the support constitutes a negligible attenuation for the result of the examination of the particles. The carrier is z. As a SEM and / or TEM support (or: grid, window, membrane, filmed network for TEM and / or SEM), preferably comprising a support, for. B.
Ring, Gitter oder Netz, und eine kontinuierliche, für Elektronen transparente Folie (Film), welche die Trägeroberfläche bildet und auf der die Funktionalisierung angeordnet wird. Die Trägeroberfläche als solche kann strukturiert (z. B. mit Abstufungen) oder unstrukturiert sein. Vorzugsweise ist die Trägeroberfläche aus Siliziumoxid, Siliziumdioxid, Siliziumnitrid oder Kohlenstoff hergestellt.Ring, grid or mesh, and a continuous, electron-transparent film (film), which forms the support surface and on which the functionalization is arranged. As such, the carrier surface may be structured (eg, with gradations) or unstructured. Preferably, the support surface is made of silicon oxide, silicon dioxide, silicon nitride or carbon.
Besonders bevorzugt wird die Photopolymerisation unter Verwendung von olefinisch ungesättigten Monomeren (z. B. Acryl- bzw.- Methacrylmonomeren) in Gegenwart von Photoinitiatoren (z. B. Benzophenon) in wässriger oder organischer Lösungmittelumgebung durchgeführt.Most preferably, the photopolymerization is carried out using olefinically unsaturated monomers (eg, acrylic or methacrylic monomers) in the presence of photoinitiators (eg, benzophenone) in an aqueous or organic solvent environment.
Zur Initiierung der Photopolymerisation wird elektromagnetische Strahlung vorzugsweise im Wellenlängenbereich zwischen 200 nm und 400 nm verwendet. Als Strahlungsquellen können z. B. Hg-Lampen, Schwarzlichtstrahler, Laserdioden oder LEDs als verwendet werden. Die Belichtung für die Photopolymerisation kann gleichmäßig oder, insbesondere zur Schaffung von lateralen Strukturen, mit Masken strukturiert erfolgen. Nach der Photopolymerisation kann eine Extraktion von Restmonomeren durch Waschverfahren erfolgen.To initiate the photopolymerization, electromagnetic radiation is preferably used in the wavelength range between 200 nm and 400 nm. As radiation sources z. As Hg lamps, black light emitters, laser diodes or LEDs are used as. The exposure for the photopolymerization can be carried out uniformly or, in particular for the creation of lateral structures, with masks. After photopolymerization, extraction of residual monomers can be carried out by washing processes.
Gemäß einer weiteren bevorzugten Ausführungsform der Erfindung kann die Funktionalisierungsschicht mit einer elektrisch neutralen Oberfläche und/oder einer Oberfläche mit positiven und/oder negativen Ladung gebildet werden. Die Funktionalisierungsschicht kann vollständig neutral oder abschnittsweise neutralen und/oder positiv und/oder negativ geladen sein.According to a further preferred embodiment of the invention, the functionalization layer can be formed with an electrically neutral surface and / or a surface with positive and / or negative charge. The functionalization layer can be completely neutral or partially neutral and / or positively and / or negatively charged.
Wenn gemäß einer weiteren bevorzugten Variante der Erfindung die Funktionalisierungsschicht an ihrer Oberfläche mit Hydroxy-, Amino-, Carboxy- und/oder Epoxygruppen gebildet wird, können sich Vorteile für eine starke Wechselwirkung mit den Partikeln ergeben.If, according to a further preferred variant of the invention, the functionalizing layer is formed on its surface with hydroxyl, amino, carboxy and / or epoxy groups, there may be advantages for a strong interaction with the particles.
Die Erfinder haben festgestellt, dass die Funktionalisierungsschicht die Funktion des Trägers bei der Untersuchung nicht beeinträchtigt. Die Funktionalisierungsschicht kann für die Anwendung im Elektronenmikroskop mit einer derart geringen Dicke gebildet sein, dass die Gesamtdicke aus Träger und Funktionalisierungsschicht den Elektronenstrahl so gering schwächt, dass die Untersuchung der Partikel nicht beeinträchtigt wird. Vorzugsweise hat die Funktionalisierungsschicht eine Dicke geringer als 500 nm, besonders bevorzugt geringer als 50 nm. In einer bevorzugten Ausgestaltung der Erfindung ist die Dicke der Funktionalisierungsschicht z. B. im Bereich von 10 nm bis 20 nm gewählt.The inventors have found that the functionalizing layer does not interfere with the function of the wearer in the study. The functionalization layer may be formed for use in the electron microscope with such a small thickness that the total thickness of support and functionalization layer weakens the electron beam so low that the investigation of the particles is not impaired. Preferably, the functionalization layer has a thickness less than 500 nm, more preferably less than 50 nm. In a preferred embodiment of the invention, the thickness of the functionalization layer is z. B. in the range of 10 nm to 20 nm.
Vorteilhafterweise kann vor der Bildung der Funktionalisierungsschicht eine Vorbehandlung erfolgen, die eine Reinigung der Trägeroberfläche und/oder eine Vorfunktionalisierung der Trägeroberfläche umfasst. Die Reinigung umfasst z. B. eine Plasma- und/oder Ozonbehandlung, bei denen die Oberfläche des unbeschichteten Trägers jeweils mit einem Plasma (so genanntes kaltes Plasma) oder einem Ozonstrom beaufschlagt wird. Die Vorfunktionalisierung umfasst z. B. Silanisierungsreaktionen mit Alkylsilanen. Die Silanisierung als Vorfunktionalisierung ist besonders bevorzugt als Vorbehandlung mit anschließender Abscheidung der Funktionalisierungsschicht durch Photopolymerisation vorgesehen.Advantageously, prior to the formation of the functionalization layer, a pretreatment can take place, which comprises a cleaning of the carrier surface and / or a pre-functionalization of the carrier surface. The cleaning includes z. As a plasma and / or ozone treatment, in which the surface of the uncoated carrier in each case with a plasma (so-called cold plasma) or an ozone stream is applied. The pre-functionalization includes z. B. silanization reactions with alkylsilanes. The silanization as a pre-functionalization is particularly preferably provided as a pretreatment with subsequent deposition of the functionalization layer by photopolymerization.
Gemäß einer weiteren bevorzugten Ausführungsform der Erfindung kann die Funktionalisierungsschicht nach oder während ihrer Erzeugung mit einer Oberflächenstruktur gebildet werden. Die Oberflächenstruktur umfasst die Ausbildung von hydrophoben und hydrophilen Bereichen auf der Oberfläche (neutral oder mit Ladung) mit charakteristischen Dimensionen in Lateralrichtung (entlang der Oberfläche der Funktionalisierungsschicht) im μm-Bereich (z. B. geringer als 500 μm, vorzugsweise 1 μm bis 200 μm) oder sub-μm-Bereich, z. B. geringer als 1 μm, vorzugsweise geringer als 100 nm. Vorteilhafterweise kann mit der Oberflächenstruktur die Depositionsdichte der Partikel optimiert, z. B. maximiert werden, ohne dass eine unerwünschte Wechselwirkung der Partikel, z. B. Aggregatbildung auftritt. Die Oberflächenstruktur wird z. B. durch eine Micro-Plasmabehandlung oder durch eine Kopplung der Photopolymerisation mit einer lithographischen Technik erzeugt. Die Oberflächenstruktur kann regelmäßig sein, so dass vorteilhafterweise eine regelmäßige geometrische Anordnung von Haftstellen für Partikel gebildet wird, oder sie kann unregelmäßig und zufällig sein.According to a further preferred embodiment of the invention, the functionalization layer can be formed after or during its production with a surface structure. The surface structure comprises the formation of hydrophobic and hydrophilic areas on the surface (neutral or with charge) with characteristic dimensions in the lateral direction (along the surface of the functionalization layer) in the μm range (eg less than 500 μm, preferably 1 μm to 200 μm) or sub-μm range, e.g. B. less than 1 micron, preferably less than 100 nm. Advantageously, the deposition structure of the particles can be optimized with the surface structure, for. B. can be maximized without an undesirable interaction of the particles, eg. B. Aggregate formation occurs. The surface structure is z. Example, by a micro-plasma treatment or by a coupling of the photopolymerization with a lithographic technique. The surface structure may be regular, so that advantageously a regular geometric arrangement of traps for particles is formed, or it may be irregular and random.
Weitere Vorteile und Merkmale der Erfindung werden unter Bezug auf die beigefĂĽgten Zeichnungen beschrieben. Es zeigen:Further advantages and features of the invention will be described with reference to the accompanying drawings. Show it:
Die Figuren illustrieren die Erfindung anhand bevorzugter Anwendungen bei der Funktionalisierung von TEM-Trägern. Die Erfindung ist nicht auf diese Anwendungen beschränkt, sondern entsprechend bei anderen Anwendungen von Partikelträgern realisierbar. Die Figuren sind schematische, nicht maßstabgerechte Darstellungen, die Illustrationszwecken dienen. Verfahren zur Herstellung der erfindungsgemäßen Funktionalisierungsschicht, wie z. B. die Photopolymerisierung (insbesondere das Photografting-Verfahren), können realisiert werden, wie es an sich von herkömmlichen Anwendungen der jeweiligen Verfahren bekannt ist. Die Mikrodispensiereinrichtung zur Deposition von Tropfen auf Trägern kann aufgebaut und betrieben werden, wie es an sich von herkömmlichen Mikrodispensiereinrichtungen bekannt ist.The figures illustrate the invention by way of preferred applications in the functionalization of TEM supports. The invention is not limited to these applications, but can be implemented accordingly in other applications of particle carriers. The figures are schematic, not to scale representations that serve illustrative purposes. Process for the preparation of the functionalization layer according to the invention, such. As the photopolymerization (in particular the photografting method) can be realized, as it is known per se of conventional applications of the respective methods. The microdispensing device for deposition of droplets on carriers can be constructed and operated, as is known per se from conventional microdispensers.
Die Funktionalisierungsschicht
Die Beschickung des Trägers
Die Partikel
Wenn die Funktionalisierungsschicht
Die in der Beschreibung, den Zeichnungen und den Ansprüchen offenbarten Merkmale der Erfindung können sowohl einzeln als auch in Kombination oder Unterkombination für die Verwirklichung der Erfindung in ihren verschiedenen Ausgestaltungen von Bedeutung sein.The features of the invention disclosed in the specification, the drawings and the claims may be of importance both individually and in combination or sub-combination for the realization of the invention in its various embodiments.
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Zitierte PatentliteraturCited patent literature
- WO 2012/094634 A1 [0004] WO 2012/094634 A1 [0004]
- WO 2013/109405 A1 [0006] WO 2013/109405 A1 [0006]
Zitierte Nicht-PatentliteraturCited non-patent literature
- ncl.cancer.gov/ncl_method_pcc-7.pdf [0004] ncl.cancer.gov/ncl_method_pcc-7.pdf [0004]
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Non-Patent Citations (1)
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|---|
| ncl.cancer.gov/ncl_method_pcc-7.pdf |
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