La microscopie électronique cryo-transmission (cryo-TEM) nous permet d'observer des échantillons dans un état préservé qui est proche de leur forme indigène, ce qui en fait un moyen très efficace d'examiner les échantillons biologiques. Cette technique fournit des informations sur la taille, la forme et la dispersion des échantillons dans un solvant congelé. Cependant, il existe une autre information cruciale qui n'a pas encore été visualisée dans des échantillons organiques en utilisant cette technique: la composition élémentaire.
TEM filtrée par énergie (EF-TEM) peut déterminer la composition élémentaire en utilisant la spectroscopie de perte d'énergie électronique (EELS), mais elle a ses lacunes. La méthode conventionnelle EELS / EF-TEM peut endommager considérablement l'échantillon et présente généralement une dérive, ce qui entraîne une image floue. De plus, des observations conventionnelles ont été principalement appliquées aux métaux ou aux échantillons de grande région, plutôt qu'aux nanomatériaux organiques.
Pour surmonter ces limites, les chercheurs de l'Université de Tohoku ont développé une nouvelle technique de cartographie élémentaire utilisant des cryo-eels / ef-TEM, permettant une visualisation simultanée de la structure et de la distribution élémentaire des nanomatériaux dans les solvants gelés. Cette nouvelle approche permet une analyse à haute résolution des matériaux organiques et bio-liés. Les résultats ont été publiés dans Chimie analytique le 31 juillet 2025.
L'équipe a constaté que les signaux plasmon de la glace augmentaient fortement le signal de fond – un effet indésirable car ils se concentrent sur l'échantillon organique et ne sont pas intéressés par les signaux de la glace elle-même. Pour y remédier, l'équipe a développé une nouvelle méthode d'imagerie combinant la méthode à 3 fenêtres pour une correction de fond précise avec des techniques de compensation de dérive. De plus, un nouveau programme a été créé pour le système de contrôle du microscope électronique « Parallem », permettant un contrôle facile du décalage d'énergie pendant l'imagerie.
En utilisant cette technique, l'équipe a visualisé avec succès la distribution de silicium dans des nanoparticules de silice dans un solvant congelé, ainsi que leur structure et leur dispersion. La plus petite taille de particules détectable via la cartographie élémentaire a été déterminée à environ 10 nm.
La méthode a également été appliquée aux particules d'hydroxyapatite, un composant majeur des os et des dents, révélant les distributions de calcium et de phosphore – des éléments biologiques clés.
Cette technique devrait permettre une analyse avancée de divers matériaux, notamment des biomatériaux, des matériaux médicaux, des aliments, des catalyseurs et des encres. En tant que tel, il peut contribuer à la recherche dans des domaines des sciences de la vie à la science des matériaux.
