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interships

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Scanning electron microscopy in a microfluidic cell. Instrumental and methodological developments

Spécialité

Mesures physiques

Niveau d'étude

Bac+5

Formation

Ingenieur/Master

Unité d'accueil

Candidature avant le

31/05/2022

Durée

5 mois

Poursuite possible en thèse

non

Contact

CHEVALLARD Corinne
+33 1 69 08 52 23

Résumé/Summary
Le stagiaire réalisera des observations MEB "preuves de concept" en liquide, en adaptant un montage fluidique existant aux spécificités de la microscopie électronique à balayage et développera des protocoles d'acquisition d'images. L'objectif est de fournir un nouvel outil pour les études in situ et operando en milieu liquide.
The intern will realize proof of concept SEM observations in liquid, by adapting an existing fluidic setup to the specificities of scanning electron microscopy and will develop protocols for image acquisition. This will provide a new tool to in situ and operando studies in liquid media.
Sujet détaillé/Full description
L'émergence des microscopies operando en milieu liquide est une avancée instrumentale majeure car elle rend enfin possible l'observation dynamique de systèmes chimiques ou biologiques dans un environnement proche de leur état fonctionnel. Dans ce contexte nous avons récemment développé une cellule microfluidique permettant l'imagerie par microscopie X à transmission (STXM) d'échantillons nanométriques en milieu aqueux. En plus de fournir des informations de type morphologique, cette technique renseigne sur la nature chimique et la coordination des atomes présents. Malheureusement les instruments STXM sont peu accessibles à la communauté scientifique car installés uniquement sur des sources de rayons X synchrotrons, les seules capables de fournir la brillance nécessaire pour ce type d'approche. Nous avons donc commencé l'adaptation de la cellule microfluidique à la microscopie électronique à balayage (SEM), technique relativement comparable en termes de résolution spatiale et de capacité d'analyse chimique mais qui est largement plus répandue.

L'objectif de ce stage est de réaliser des expériences preuve de concept consistant à observer en SEM l'évolution d'échantillons solides soumis à un renouvellement continu en solution réactive. Un premier volet du travail consistera à adapter le montage fluidique existant aux contraintes du microscope électronique (valeur du vide, encombrement des optiques, évacuation des charges). On pourra ici faire appel à certaines techniques de microfabrication (réalisation de joints d'étanchéité conducteurs par exemple). Un deuxième volet sera centré sur la mise au point des protocoles d'injection des solutions chimiques et d'enregistrement des événements à la surface du solide (caractérisation des temps d'échanges fluidiques, de la résolution spatiale, des possibilités d'analyse élémentaire). On envisagera ici le développement d'échantillons dédiés (dépôt sur substrats de motifs métalliques micrométriques par exemple).

Profils souhaités : élève ingénieur ou étudiant Master 2

Référence : C. Gosse, S. Stanescu, […] and C. Chevallard. A pressure-actuated flow cell for soft X-ray spectromicroscopy in liquid media. Lab Chip, 2020, 20, 3213-3229.

Localisation : LIONS, IRAMIS/NIMBE, CEA-Saclay, Gif-sur-Yvette
and HERMES beamline, SOLEIL synchrotron, St-Aubin

Contacts : corinne.chevallard@cea.fr ; stefan.stanescu@synchrotron-soleil.fr
Emerging operando microscopies performed in liquid media represent a significant breakthrough since they enable to observe the dynamics of chemical and biological systems in a state very similar to their functional one. In this context we recently have developed a microfluidic cell allowing us to image nanometer-scale objects in water relying on scanning transmission X-ray microscopy (STXM). In addition to morphological information, this technique also provides the nature and on the coordination of the atoms present in each pixel. Unfortunately, STXM instruments are poorly accessible to the scientific community because they must be installed on synchrotron X-ray sources, the only ones that are bright enough for this type of approach. Thus, we have initiated the adaptation of the microfluidic cell to scanning electron microscopy (SEM), a technique comparable in terms of spatial resolution and chemical analysis but which is much more widespread.

The objective of this internship is to realize proof of concept SEM observations of the evolution of a solid sample submitted to a continuous flow of reactive solution. First, the trainee will adapt the existing fluidic setup to the specificities of electron microscopy (e.g. vacuum level, optics arrangement, and charge accumulation). We here anticipate the use of microfabrication (for instance to mold conductive elastomeric gaskets). Second, protocols will be established to inject the chemical solutions and to record the expected events at the solid surface; for example, it will require the characterization of the fluid exchange times, of the spatial resolution, and of elemental analysis modalities. To achieve these goals dedicated substrates with micropatterned metallic films will have to be prepared.

Required profiles: engineering or Master 2 students

Reference: C. Gosse, S. Stanescu, […] and C. Chevallard. A pressure-actuated flow cell for soft X-ray spectromicroscopy in liquid media. Lab Chip, 2020, 20, 3213-3229.

Locations: LIONS, IRAMIS/NIMBE, CEA-Saclay, Gif-sur-Yvette
and HERMES beamline, SOLEIL synchrotron, St-Aubin

Contacts : corinne.chevallard@cea.fr ; stefan.stanescu@synchrotron-soleil.fr
Mots clés/Keywords
Imagerie operando/in situ en liquide, microscopie électronique, microfluidique, microfabrication
Operando/in situ imaging in liquid media, electron microscopy, microfluidics, microfabrication
Compétences/Skills
Microscopie électronique, microfluidique, microfabrication
Electron microscopy, microfluidics, microfabrication
Logiciels
Windows standard softwares

 

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