Nano-Beam X-Ray Fluroescence Mapping (2D n-XRF)
奈米X射線螢光映射（2D n-XRF）是一種設計用於奈米級尺度上進行高解析度元素映射的分析技術。 此方法利用聚焦的X射線束精確地調查樣品內的元素組成和空間分佈，使其成為奈米技術、材料科學和地質學中的無價工具。 2D n-XRF的異常靈敏度和分辨率使研究人員能夠可視化和量化元素的分佈，提供了對材料化學組成和異質性在奈米尺度上的詳細見解。 這種能力在理解奈米材料、催化劑和生物樣品的複雜性方面尤其重要，有助於從半導體技術到環境監測等各個領域的進展。
2D n-XRF的多功能性使其適用於各種科學領域，使研究人員能夠探索複雜材料和奈米結構。 這項技術在揭示半導體裝置的元素特性方面發揮了關鍵作用，引領著材料設計和品質控制的進步。 此外，在環境科學和生物成像領域，2D n-XRF為研究奈米尺度上的元素分佈開闢了新途徑，促進了對技術和醫學的發現。 隨著研究人員不斷利用2D n-XRF的能力，其在推動我們對奈米材料及其在各個領域中應用的理解方面的作用變得日益關鍵。
環保材料
圖1中的K強度圖展示了在不同反應時間下收集的生物炭顆粒的多孔結構。 藍色區域代表顆粒內外的空氣，而其他顏色表示生物炭的固相。 顆粒中鉻的分佈是不均勻的，隨著時間的推移，強度逐漸增加。 微型XANES的LCF結果顯示，與30分鐘相比，6小時和24小時後顆粒表面的Cr(VI)分數更高。 微型XANES光譜證實了Cr(VI)的存在，而在大樣品中並不明顯，突顯了互補技術的重要性。 儘管生物炭及其結構材料中的Cr分佈穩定，但由於離子交換效應和物理邊界保護的降低，被困Cr預計將保持穩定相當長的時間。 這種穩定性阻礙了污染物向生物炭顆粒內部深層的解吸。
參考文獻:
Peng Liu, Carol J. Ptacek, David W. Blowes, Y. Zou Finfrock, YingYing Liu. Characterization of chromium species and distribution during Cr(VI) removal by biochar using confocal micro-X-ray fluorescence redox mapping and X-ray absorption spectroscopy. Environment International 2020, 134, 105216.
https://doi.org/10.1016/j.envint.2019.105216.
神經元研究
成像原初神經元中的金屬離子需要使用基於同步輻射的XRF方法，需要奈米聚焦的高能量束。 Nanoscopium提供了高空間分辨率，能夠檢測到百萬分之幾（ppm）濃度範圍內的金屬離子分佈。 這種技術已成功應用於可視化各種生物樣品中的金屬離子。 利用Nanoscopium奈米探針，他們研究了缺乏澱粉樣前體蛋白（APP-KO）的完整神經元和經Aβ處理的神經元中元素分佈（圖2a）。 總結性的XRF譜已根據圖像面積進行了歸一化（圖2b），而不是根據細胞面積或厚度進行歸一化。 對鐵（Fe）團簇的平均大小進行分析，量化每個細胞（包括細胞體和神經突起）的平均團簇面積，結果顯示經處理的神經元中存在顯著的鐵團簇（p = 0.013） （圖2c）。 在未處理的細胞中沒有觀察到這種明顯的鐵團簇（圖2d）。 值得注意的是，銅（Cu）離子沒有顯著的聚集，而透過電感耦合等離子體質譜確定的Cu濃度在Aβ（1-42）處理後沒有顯著變化（數據未顯示）。
參考文獻:
Gustavsson, N., Paulus, A., Martinsson, I. et al. Correlative optical photothermal infrared and X-ray fluorescence for chemical imaging of trace elements and relevant molecular structures directly in neurons. Light Sci Appl 10, 151 (2021).
https://doi.org/10.1038/s41377-021-00590-x
電池研究
使用奈米-XRF對碳包覆的磷酸鐵鋰（LFP）進行化學表徵，揭示了在循環過程中出現了兩個明顯的化學相：（i）與LFP並存的相分離的鐵磷化物奈米顆粒（ 圖3，A至E）和（ii）LFP顆粒內的鐵磷化物奈米網絡（圖3，F至M）。 初始樣品顯示了從100到1000奈米不等的鐵磷化物顆粒環繞著LFP顆粒（圖3C），與先前的電子顯微鏡研究結果一致。 鐵磷化物的XANES光譜與Fe3P參考光譜非常吻合，顯示出明顯的前緣特徵（圖3E）。 儘管在吸收邊特徵中Fe（II）占主導地位，但混合區域的XANES光譜仍然因特徵前緣而可區分。 這突顯了透過螢光進行高靈敏度的奈米-XANES的優越性，而在TXM-XANES中前緣分辨率會受到影響。 根據擬合係數確定，大約5%的視野包含鐵磷化物相。 在顆粒部分（去）鋰化後，磷化物奈米相（4%）形成了一個網狀結構（圖3，H和L），與Fe（II）和Fe（III）狀態並存。 顆粒之間磷化物的濃度變化明顯，另一個部分（去）鋰化的顆粒中達到約18%。 這突顯了從一個顆粒到另一個顆粒的顯著濃度變化。 有爭議的滲透磷化物奈米網路可能源自於缺乏具有足夠空間分辨率的化學敏感性表徵工具。
參考文獻:
A. Pattammattel et al. High-sensitivity nanoscale chemical imaging with hard X-ray nano-XANES. Sci. Adv. 6, eabb3615 (2020).
https://www.science.org/doi/full/10.1126/sciadv.abb3615
中風研究
在這項研究中，作者對光照性血栓形成（PT）小鼠模型進行了徹底的元素變化調查，這是一個高度可重複的模型，模擬了皮質中的局部血栓栓塞性缺血性中風 。 圖4概述了可觀察到的元素在早期中風後期的整體趨勢，直到Zn，伴隨有H&E染色和圖解參考。 在中風病變區域，觀察到P、S、K、Fe、Cu和Zn的減少，而Cl和Ca表現出顯著增加。 更高解析度的成像（2μm像素大小，圖4d）提供了梗塞灶核心的有限結構細節，除了Ca累積之外。 在組織切片後，空氣乾燥先於XFI成像，導致形成富含Ca的微晶體，在Ca圖中呈現斑駁的外觀。 主要由壞死組織組成的中風病變核心，在組織乾燥時因Ca含量升高而發生自發性結晶。 這些微晶體表現出自發螢光，是切片和乾燥造成的人為產物，缺乏固有的形態或結構資訊。 雖然在梗塞灶核心的某些區域顯示出更高解析度的Cl熱點（圖4c的右側面板），但該元素的整體分佈在30μm像素解析度下顯得均勻，微晶體中沒有富集。 重要的是，在達到最大Ca濃度之前的早期中風時間點（即圖4中30μm元素圖），觀察到了梗塞周圍組織內升高的Ca，與濃縮的微晶體無關。 一些Ca分佈的差異鬆散地形成了一個光暈，可能表明了中風病變核心和最近發生興奮毒性變化的細胞之間的邊界區域。
參考文獻:
Pushie, M.J., Sylvain, N.J., Hou, H. et al. Tracking elemental changes in an ischemic stroke model with X-ray fluorescence imaging. Sci Rep 10, 17868 (2020).
https://doi.org/10.1038/s41598-020-74698-2