تم دعم هذا العمل جزئيا من قبل المركز الوطني للعلوم (NCN) في غضون SONATA14 مشاريع 2018/31 / D / ST5 / 00399 و OPUS10 2015/19 / B / ST7 / 02163.

1. عيب النقش الانتقائي
<ol><li>إعداد حفر الصلبة<ol><li>تحضير خليط سهل الانصهار من قواعد قوية من هيدروكسيد البوتاسيوم (KOH) وهيدروكسيد الصوديوم (NaOH) ، جنبا إلى جنب مع أكسيد المغنيسيوم (MgO) ، عن طريق إذابة وخلط هيدروكسيدات القلويات المكونة وأكسيد المعادن في الماء المقطر. حافظ على الكميات المتكافئة 53.6 / 37.3 / 9.1 عند ٪ من NaOH و KOH و MgO ، على التوالي13. تزيد إضافة MgO من لزوجة الحفر بحيث تظل على سطح Ga-polar ولا تتدفق فوق الحواف إلى السطح القطبي N13,14. يجب أن تكون جميع المواد الكيميائية المستخدمة ذات جودة عملية.</li>
		<li>سخني الخليط في قارورة على طبق ساخن إلى 200 درجة مئوية وحركيه بالتحريك المغناطيسي لمدة 1 ساعة (فوق نقطة انصهار نقطة الانصهار الكهربائية KOH-NaOH).</li>
		<li>قم بتبريد الخليط إلى ~ 100 °C عن طريق تقليل درجة حرارة الصفيحة الساخنة لتبخر السائل المتبقي تماما. تعتمد هذه الخطوة على حجم القارورة وحجم الماء ، لذلك قد تتطلب عدة دقائق حتى 1 ساعة.</li>
		<li>انقل المحفور الصلب (يشار إليه ب E + M) إلى زجاجة مجففة ، وتجنب التعرض للرطوبة. تحذير: قد يسبب KOH و NaOH تهيج الجلد وتلف العين. العمل مع القفازات والنظارات الواقية. يمكن أيضا إيقاف البروتوكول مؤقتا هنا.</li>
	</ol></li>
	<li>عيب النقش الانتقائي<ol><li>قم بإعداد سطح GaN نظيف للتحليل. يتم استخدام GaN الذي يزرع فوقيا على الياقوت في الخطوات التالية12.</li>
		<li>ضع عينة GaN على طبق ساخن ساخن إلى ~ 450 °C. ضع المزدوجة الحرارية بالقرب من العينة لقراءة درجة الحرارة الحقيقية بدقة.</li>
		<li>ضع قطعة من نقش E + M الصلب فوق GaN واتركها لمدة 3 دقائق.</li>
		<li>خذ العينة من الطبق الساخن وضعها في دورق مع حمض الهيدروكلوريك الساخن لمدة 3-5 دقائق للتخلص من E + M المتبقي.</li>
		<li>أخرج العينة من حمض الهيدروكلوريك وأدخلها في دورق به ماء منزوع الأيونات (DI) وحمام بالموجات فوق الصوتية لمدة 5-10 دقائق.</li>
		<li>تجفيف العينة بواسطة N2 تهب. تنبيه: حمض الهيدروكلوريك قد يسبب تهيج الجلد وتلف العين. العمل مع القفازات والنظارات الواقية. تجنب التعرض للحرق. يمكن أيضا إيقاف البروتوكول مؤقتا هنا.</li>
	</ol></li>
</ol>2. مراقبة المجهر الإلكتروني الماسح (SEM)
<ol><li>ضع علامة على العينة (على سبيل المثال ، باستخدام خدش على شكل حرف L باستخدام قاطع قلم ماسي).</li>
	<li>قم بتركيب العينة على كعب معدني مخصص لنموذج SEM لاستخدامه ، باستخدام مادة لاصقة موصلة (أي شريط موصل للكربون على الوجهين أو مادة مماثلة). استخدم القفازات أثناء تحضير العينة ونقلها لتجنب تلوث الشحوم من اليدين.</li>
	<li>أضف قطعة من الشريط من الخطوة 2.2 لتوصيل سطح العينة بكعب معدني لمنع تراكم الشحنة على سطح العينة. بدلا من ذلك ، يمكن تطبيق طلاء متقطع بمادة موصلة (~ 10 نانومتر) لمنع تأثيرات الشحن.</li>
	<li>احصل على ما لا يقل عن ثلاث صور مجهرية عالية الدقة SEM (من الناحية المثالية ، ما لا يقل عن خمسة) لمنظر علوي للعينة. يجب أن تعرض كل صورة مساحة لا تقل عن 25 × 25 ميكرومتر. تجنب التقاط صور من مناطق السطح ذات العيوب السطحية العيانية. يقدم الشكل 1 نتيجة نموذجية.</li>
	<li>لاحظ الموضع الدقيق لكل صورة فيما يتعلق بالعلامة على شكل حرف L. ملاحظة: يمكن إيقاف البروتوكول مؤقتا هنا.</li>
</ol>3. قياسات مطياف الكتلة الأيونية الثانوية
<ol><li>معايرة الأداة<ol><li>معايرة معدات SIMS باستخدام قطبية سالبة ، أيونات Cs الأولية مع طاقة تأثير 7-13 keV. قم بمحاذاة الحزم الثانوية والأولية. حافظ على الحزمة صغيرة قدر الإمكان (قطرها 1 ميكرومتر على الأقل) ، حيث يتم تحديد الدقة الجانبية مسبقا حسب حجم الحزمة.</li>
		<li>قم بإعداد خمسة إلى سبعة إعدادات للحزم ذات الكثافة الحالية الأيونية المختلفة. من أجل البساطة ، حافظ على حجم الحزمة سليما ، وقم بتغيير تيار الشعاع. قياس تيار الحزمة وحجم الحزمة15. في الخطوات التالية ، يتم استخدام تيارات شعاع 5 nA و 10 nA و 15 nA و 20 nA و 30 nA و 50 nA وحجم بقعة 1 ميكرومتر.</li>
		<li>استخدم حجم البيانات النقطية 50 × 50 ميكرومتر ومنطقة تحليل 35 × 35 ميكرومتر للخطوات التالية. اختر 256 × 256 بكسل للدقة المكانية. إذا لم يتم تحديد خلاف ذلك ، فاستخدم وقت تكامل قياسي لكل إشارة (عادة 1-2 ثانية).</li>
	</ol></li>
	<li>استقرار المصدر الأساسي<ol><li>اختر إعدادا بتيار شعاع معتدل (15-20 nA).</li>
		<li>احصل على سلسلة من الصور باستخدام 30Si2- أيون ثانوي لرقاقة سيليكون فارغة. لكل صورة ، قم بدمج الإشارة لمدة 5-10 دقائق.</li>
		<li>قم بإجراء مقارنات بكسل إلى بكسل لكل الصور مع الصورة الأولى. إذا أظهرت >5٪ من وحدات البكسل اختلافا بنسبة >5٪ عن الصورة الأولى ، فهذا يشير إلى أن الحزمة أصبحت غير مستقرة. لاحظ الفترة الزمنية لاستقرار الحزمة.</li>
	</ol></li>
	<li>قياس ملاحظة: يتم تنفيذ الخطوات التالية خلال فترة زمنية ثابتة للحزمة.<ol><li>اتبع الإجراء الذي وصفه بيريز وآخرون لتقدير مستوى الخلفية لتلوث الأكسجين في غرفة القياس7. لكل قياس ، ليست هناك حاجة للحصول على القيم المطلقة لتركيز الأكسجين ، حيث أن نسبة شدة 16 O و 69Ga- إشارات كافية.</li>
		<li>استخدم إعدادات الحزمة المعدة في الخطوة 3.1.2. قم بإجراء خمسة قياسات على الأقل لكل إعداد شعاع. احصل على ملف تعريف عمق باستخدام أيون ثانوي 16 O ، والوصول إلى عمق ~ 200 نانومتر ، وقياس شدة 69Ga- أيون ثانوي عن طريق دمج الإشارة لمدة 10-15 ثانية. لا تقم بإجراء ذلك في المناطق التي تم فيها الحصول على صور SEM.</li>
		<li>ارسم نسبة شدة إشارات 16 O و 69Ga- كدالة لكثافة التيار الأساسي المعكوس (ليست هناك حاجة لحساب القيم المطلقة). من المتوقع حدوث توافق خطي جيد (هنا ، R2 = 0.997). تقدير مساهمة خلفية الفراغ كما هو موضح في الشكل 2.</li>
		<li>اختر شعاعا مكثفا (30 nA) للخطوات التالية. احصل على صورة سيتم استخدامها لتصحيح المجال المسطح. استخدم أيون ثانوي 30Si2- لرقاقة سيليكون فارغة. دمج الإشارة لمدة 5-10 دقائق. يقدم الشكل 3 نتيجة نموذجية.</li>
		<li>قم بإجراء قياسات ملف تعريف العمق في نفس المناطق التي تم فيها الحصول على صور SEM. باستخدام أيون ثانوي 16 O ، قم بدمج الإشارة لمدة 3-5 ثوان لكل نقطة بيانات. ملاحظة: يمكن إيقاف البروتوكول مؤقتا هنا.</li>
	</ol></li>
</ol>4. معالجة البيانات
<ol><li>إعادة بناء صورة 3D من ملف تعريف العمق.</li>
	<li>إجراء تصحيح المجال المسطح: تطبيع كل صورة من 16O- ion من بكسل إلى بكسل باستخدام صورة مرجعية تم الحصول عليها في الخطوة 3.3.4. يعرض الشكل 4 أ البيانات الأولية ويعرض الشكل 4 ب الصورة بعد تصحيح المجال المسطح.</li>
	<li>تقدير مساهمة خلفية الفراغ من قطعة أرض تم الحصول عليها في الخطوة 3.3.2. ليست هناك حاجة لحساب القيم المطلقة ؛ ومع ذلك ، لاحظ النسبة المئوية المحددة لإجمالي الأعداد التي يمكن أن تعزى إلى مساهمة خلفية الفراغ. القيمة بين 90-95٪ نموذجية لمثل هذه التجربة.</li>
	<li>اطرح مساهمة خلفية الفراغ: تخلص عشوائيا من 90-95٪ من 16 O المسجلة. يقدم الشكل 4C نتيجة نموذجية لمستوى واحد.</li>
	<li>ارسم التهم المتبقية كصورة 3D. يقدم الشكل 5 نتيجة نموذجية.</li>
	<li>دمج الإشارات من جميع نقاط البيانات وتركيب صورة 2D على صورة SEM التي تم الحصول عليها مسبقا باستخدام أي برنامج محرر صور مع دعم الطبقة. تعامل مع صورة التسويق عبر محرك البحث كخلفية. يجب أن تحتوي الطبقة التي تحتوي على نتائج SIMS على الأعداد الفعلية فقط كوحدات بكسل ملونة (احذف المناطق البيضاء بينهما). أضف ~ 30٪ من الشفافية إلى هذه الطبقة. يقدم الشكل 6 نتيجة نموذجية</li>
</ol>

<ol>
	<li>Wittmaack, K. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=High-sensitivity+depth+profiling+of+arsenic+and+phosphorus+in+silicon+by+means+of+SIMS.">High-sensitivity depth profiling of arsenic and phosphorus in silicon by means of SIMS.</a> Applied Physics Letters. 29, 552 (1976).</li><li>Ber, B. Y., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Secondary+ion+mass+spectroscopy+investigations+of+magnesium+and+carbon+doped+gallium+nitride+films+grown+by+molecular+beam+epitaxy.">Secondary ion mass spectroscopy investigations of magnesium and carbon doped gallium nitride films grown by molecular beam epitaxy.</a> Semiconductor Science and Technology. 13, 71-74 (1998).</li><li>Chiou, C. Y., Wang, C. C., Ling, Y. C., Chiang, C. I. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Secondary+ion+mass+spectrometry+analysis+of+In-doped+p-type+GaN+films.">Secondary ion mass spectrometry analysis of In-doped p-type GaN films.</a> Applied Surface Science. 203-204, 482-485 (2003).</li><li>Emziane, M., Durose, K., Halliday, D. P., Bosio, A., Romeo, N. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=In+situ+oxygen+incorporation+and+related+issues+in+CdTe/CdS+photovoltaic+devices.">In situ oxygen incorporation and related issues in CdTe/CdS photovoltaic devices.</a> Journal of Applied Physics. 100, 013513 (2006).</li><li>Matsunaga, T., Yoshikawa, S., Tsukamoto, K. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Secondary+ion+yields+of+C,+Si,+Ge+and+Cs+surface+density+and+concentration+in+SIMS.">Secondary ion yields of C, Si, Ge and Cs surface density and concentration in SIMS.</a> Surface Science. 515, 390-402 (2002).</li><li>Gnaser, H. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=SIMS+detection+in+the+1012+atoms+cm&#8722;3+range.">SIMS detection in the 1012 atoms cm&#8722;3 range.</a> Surface and Interface Analysis. 25, 737-740 (1997).</li><li>Peres, P., Merkulov, A., Choi, S. Y., Desse, F., Schuhmacher, M. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Characterization+of+LED+materials+using+dynamic+SIMS.">Characterization of LED materials using dynamic SIMS.</a> Surface and Interface Analysis. 45, 437-440 (2013).</li><li>Arslan, I., Browning, N. D. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Role+of+Oxygen+at+Screw+Dislocations+in+GaN.">Role of Oxygen at Screw Dislocations in GaN.</a> Physical Review Letters. 91, 165501 (2003).</li><li>Hawkridge, M. E., Cherns, D. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Oxygen+segregation+to+dislocations+in+GaN.">Oxygen segregation to dislocations in GaN.</a> Applied Physics Letters. 87, 221903 (2005).</li><li>Arslan, I., Bleloch, A., Stach, E. A., Ogut, S., Browning, N. D. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Using+EELS+to+observe+composition+and+electronic+structure+variations+at+dislocation+cores+in+GaN.">Using EELS to observe composition and electronic structure variations at dislocation cores in GaN.</a> Philosophical Magazine. 86, 4727-4746 (2006).</li><li>Hautakangas, S., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Gallium+and+nitrogen+vacancies+in+GaN:+Impurity+decoration+effects.">Gallium and nitrogen vacancies in GaN: Impurity decoration effects.</a> Physica B: Condensed Matter. 376-377, 424-427 (2006).</li><li>Micha&#322;owski, P. P., Z&#322;otnik, S., Rudzi&#324;ski, M. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Three+dimensional+localization+of+unintentional+oxygen+impurities+in+gallium+nitride.">Three dimensional localization of unintentional oxygen impurities in gallium nitride.</a> Chemical Communications. 55, 11539 (2019).</li><li>Kamler, G., Weyher, J. L., Grzegory, I., Jezierska, E., Wosi&#324;ski, T. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Defect-selective+etching+of+GaN+in+a+modified+molten+bases+system.">Defect-selective etching of GaN in a modified molten bases system.</a> Journal of Crystal Growth. 246, 21-24 (2002).</li><li>Zhuang, D., Edgar, J. H., Strojek, B., Chaudhuri, J., Rek, Z. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Defect-selective+etching+of+bulk+AlN+single+crystals+in+molten+KOH/NaOH+eutectic+alloy.">Defect-selective etching of bulk AlN single crystals in molten KOH/NaOH eutectic alloy.</a> Journal of Crystal Growth. 262, 89-94 (2004).</li><li>. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=.">.</a> SC-Ultra, User's Guide. , (2005).</li><li>Weyher, J. v. L., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Orthodox+etching+of+HVPE-grown+GaN.">Orthodox etching of HVPE-grown GaN.</a> Journal of Crystal Growth. 305, 384-392 (2007).</li></ol>

ليس لدى المؤلفين ما يكشفون عنه.

من السهل حل مشكلات عدم انتظام الكاشف ومساهمة الخلفية الفراغية عن طريق تصحيح المجال المسطح وطرح الأعداد الطفيلية ، على التوالي. إجراء الطرح ليس مثاليا ، لأنه قد يطرح مساهمة حيث تم تكتل الأكسجين. في المقابل ، في الموضع الآخر ، سيترك عدد الخلفية غير متأثر ؛ وبالتالي ، قد تظل بعض التهم الاصطناعية موجودة بينما يتم تقليل بعض الأعداد الحقيقية. ومع ذلك ، فهي فعالة وحساسة بما يكفي لتقديم نتائج مقبولة.
عدم استقرار الحزمة الأولية هو الأكثر إشكالية ، حيث أن تدهور معلمات الحزمة الأولية سيؤدي إلى طمس صورة الأيونات الثانوية ؛ وبالتالي ، لا يمكن الحصول على معلومات موثوقة حول العينة. القسم 3.2 في البروتوكول مهم بشكل خاص. على سبيل المثال ، بالنسبة لحزمة محاذاة جيدا ، تعكس أول صورة أيون ثانوية 30Si2- عدم انتظام الكاشف ، ولكن بعد مرور بعض الوقت ، ستبدأ الصورة في التغيير. يحدث هذا بسبب تدهور معلمات الحزمة الأولية (أي فقدان التيار الأولي ، وإلغاء التركيز ، وانحراف الموضع ، وما إلى ذلك). لذلك من المهم تقدير الفترة الزمنية لاستقرار الحزمة. ينصح ببدء التجربة بعد 2-3 ساعات من تهيئة الحزمة ، لأنها عادة ما تكون أكثر استقرارا.
إذا تم إجراء التجربة خلال فترة زمنية مستقرة للحزمة وكانت النتيجة لا تزال غير مرضية ، ينصح بالنظر في جودة الحزمة الأولية. بالنسبة لحزمة أولية صغيرة ، يكون من الصعب تأكيد الجودة الكافية من خلال مراقبة صورة أيونية ثانوية فقط. لذلك ينصح بإجراء اختبارات خشونة مجهر القوة الذرية في قاع الحفرة بعد رش ~ 1 ميكرومتر من مادة مسطحة جدا (أي رقاقة سيليكون فارغة). إذا كان متوسط خشونة الجذر التربيعي أعلى من 1 نانومتر ، فيجب إجراء مزيد من التحسين للحزمة الأولية.
يحد حجم الحزمة من الدقة الجانبية لهذه الطريقة. يمكن ل SIMS تصوير ميزات أصغر من حجم الحزمة ، لكن صورة الأيونات الثانوية سترث شكل وحجم الحزمة الأيونية الأولية. إذا كانت المسافة بين معلمين أصغر من حجم الحزمة ، فستقوم صورة الأيونات الثانوية بطمسهما معا. على الرغم من هذه القضايا ، تسمح الطريقة للمستخدمين بالحصول على توزيع 3D واقعي للشوائب / dopants في عينات الحالة الصلبة. علاوة على ذلك ، يمكن ربط أي فصل مكاني للذرات بموضع العيوب والواجهات.
بالنسبة للهياكل القائمة على GaN (أي المزينة بالأكسجين) ، فإن الاضطرابات التي تعمل كمراكز إعادة تركيب محلية غير إشعاعية هي المسؤولة عن الموصلية من النوع n. بالنسبة للمواد الأخرى ، قد يكون لأي عدم تجانس في توزيع الذرات المنشطات / الملوثة تأثيرات كبيرة على أداء الجهاز. وبالتالي ، فإن البروتوكول مفيد بشكل خاص لتحليل الفشل وتحسين إجراءات النمو والمعالجة.

قياس الطيف الكتلي الأيوني الثانوي (SIMS) هو تقنية معروفة تستخدم لمراقبة التلوث مع حدود كشف ممتازة1،2،3،4،5،6. يمكن أن تكون مساهمة الخلفية الفراغية مشكلة بالنسبة للعناصر الخفيفة (مثل الهيدروجين والكربون والنيتروجين والأكسجين) ، والتي قد تكون موجودة في شكل غازات متبقية في غرفة القياس. بيريز وآخرون وضعوا سابقا تقنية لتقدير المساهمة الأساسية. وبالتالي ، يمكن تحديد تركيز واقعي للذرات الملوثة7.
في العديد من المواد ، لا يكون توزيع الذرات الملوثة موحدا. حالة نيتريد الغاليوم (GaN) مثيرة للاهتمام بشكل خاص ، حيث من المتوقع أن يزين الأكسجين بشكل أساسي الخلع اللولبي والمختلط8،9،10،11. بالنظر إلى أن معظم الطرق التحليلية تفتقر إلى الحساسية أو الدقة المكانية للكشف عن الذرات الملوثة منخفضة التركيز ، فمن الضروري تطوير إجراء قياس SIMS قادر على توطين 3D للشوائب المنفصلة12.
في حين أن العديد من مطياف SIMS مجهز بكاشفات حساسة للموضع ، فإن إعادة البناء المباشر ثلاثي الأبعاد (3D) لملف تعريف العمق غير كاف للحصول على توزيع واقعي لذرات الأكسجين في عينة GaN. قد يؤدي نقص الكاشف إلى تشويه الصورة ومنع الباحثين من الحصول على توزيع واقعي للذرات الملوثة. ومع ذلك ، فإن المشكلة الكبيرة هي مساهمة الخلفية الفراغية ، حيث عادة ما تنشأ >90٪ من أعداد الأكسجين المسجلة من الغازات المتبقية الموجودة في غرفة التحليل. تظهر هنا طريقة لتحديد كل من هذه التحديات وحلها بشكل مناسب.
يمكن اختبار عدم انتظام الكاشف على رقاقة سيليكون فارغة. حتى وقت التكامل الطويل يمكن أن يؤدي إلى ملاحظة بعض عدم انتظام صورة الأيونات الثانوية ، بسبب الحساسية المتفاوتة لكل قناة في كاشف لوحة microchannel. لذلك ، هناك حاجة إلى تصحيح المجال المسطح للحصول على صور عالية الجودة لتوزيعات 3D للذرات المنفصلة.
ترتبط مساهمة خلفية الفراغ بتدفق الذرات الملوثة من الفراغ الممتز إلى منطقة التحليل. بالنظر إلى أن العملية ديناميكية (أي أن سطح العينة يتم رشه باستمرار بواسطة الحزمة الأولية) ، يمكن افتراض أن كل نقطة من المنطقة التي تم تحليلها لها نفس الاحتمال لامتصاص ذرات الأكسجين هذه. علاوة على ذلك ، يتم التخلص منها على الفور تقريبا وليس لديها الوقت الكافي للفصل. لذلك ، فإن النهج الإحصائي هو الأكثر كفاءة. يجب أن يكشف التخلص العشوائي من 90٪ (أو أكثر) من عدد الأكسجين عن المناطق التي يتكتل فيها الأكسجين.
تجدر الإشارة إلى أن استقرار الحزمة الأولية أمر بالغ الأهمية لهذا النوع من التجارب. بعد مرور بعض الوقت ، تتدهور شدة وتجانس الحزمة ، مما يقلل من جودة الصورة. لذلك من الضروري تقدير الفترة الزمنية للتشغيل المستقر للحزمة وإجراء جميع التجارب قبل أن تصبح الحزمة غير مستقرة. يمكن استخدام البروتوكول بسهولة للمواد الأخرى والعناصر المكتشفة التي يتوقع فيها التوزيع غير المنتظم. من المثير للاهتمام بشكل خاص الجمع بين هذا والنقش الكيميائي الرطب ، والذي يكشف عن مواقع وأنواع الخلع. وبالتالي ، يمكن ربط موضع الشوائب المتكتلة بموضع العيوب.

<table><tbody><tr><td>Heating plate with ceramic top plate</td><td>IKA - Werke GmbH</td><td>3644200</td><td>for defect selective etching; yellow MAG HP 7</td></tr><tr><td>Hydrochloric acid (HCl) solution 35-38%</td><td>Chempur</td><td>115752837</td><td>for etchant removal; pure p.a.; CAS: 7647-01-0</td></tr><tr><td>Magnesium oxide (MgO)</td><td>Chempur</td><td>116140200</td><td>for eutectic solid etchant prepration; pure p.a.; CAS: 1309-48-4</td></tr><tr><td>Potassium hydroxide (KOH)</td><td>POCH S.A.</td><td>746800113</td><td>for eutectic solid etchant prepration; pure p.a.; CAS: 1310-58-3</td></tr><tr><td>Sodium hydroxide (NaOH)</td><td>POCH S.A.</td><td>810925112</td><td>for eutectic solid etchant prepration; pure p.a.; CAS: 1310-73-2</td></tr><tr><td>Secondary ion mass spectrometer</td><td>CAMECA</td><td>IMS SC Ultra</td><td></td></tr><tr><td>Scanning electron microscope</td><td>Hitachi</td><td>SU8230</td><td></td></tr></tbody></table>

3d depth profile reconstruction of segregated impurities using secondary ion mass spectrometry

يجمع البروتوكول المقدم بين حدود الكشف الممتازة (1 جزء في المليون إلى 1 جزء في البليون) باستخدام مطياف الكتلة الأيونية الثانوي (SIMS) مع دقة مكانية معقولة (~ 1 ميكرومتر). علاوة على ذلك ، فإنه يصف كيفية الحصول على توزيعات واقعية ثلاثية الأبعاد (3D) للشوائب / dopants المنفصلة في مواد الحالة الصلبة. غالبا ما يكون من الصعب تحقيق إعادة بناء ملف تعريف عمق 3D المباشر بسبب أدوات القياس المتعلقة ب SIMS. تظهر هنا طريقة لتحديد هذا التحدي وحله. تمت مناقشة ثلاث قضايا رئيسية ، بما في ذلك أ) عدم انتظام الكاشف الذي يتم تعويضه عن طريق تصحيح المجال المسطح. ب) مساهمة خلفية الفراغ (تعداد الأكسجين الطفيلي من الغازات المتبقية الموجودة في غرفة التحليل) يتم تقديرها وطرحها ؛ و iii) أداء جميع الخطوات خلال فترة زمنية مستقرة لمصدر الأيونات الأساسي. يستخدم النقش الكيميائي الرطب للكشف عن موضع وأنواع الخلع في المادة ، ثم يتم تثبيت نتيجة SIMS على الصور التي تم الحصول عليها عن طريق المجهر الإلكتروني الماسح (SEM). وبالتالي ، يمكن أن يرتبط موضع الشوائب المتكتلة بموضع بعض العيوب. الطريقة سريعة ولا تتطلب مرحلة تحضير عينة متطورة ؛ ومع ذلك ، فإنه يتطلب مصدر أيون عالي الجودة ومستقر ، ويجب إجراء القياس بالكامل بسرعة لتجنب تدهور معلمات الحزمة الأولية.

يجب ملاحظة هياكل واضحة جدا على شكل عمود في صورة 3D. يجب تكتل المزيد من الأكسجين في منطقة أقرب إلى السطح ، لأن عملية الحفر تقدم المزيد من الأكسجين الذي يمكن أن ينتشر عبر العينة. يقدم الشكل 7 صورة ثلاثية الأبعاد للبيانات الأولية ورسوم متحركة لكيفية كشف إجراء التخفيض عن النتيجة النهائية. يقدم الشكل 4C أيضا نتيجة نموذجية لمستوى واحد.
تكشف صورة SIMS المتراكبة على صورة SEM أن الأكسجين يتكتل على طول نوى أكبر حفر الحفر. يمكن أن تعزى هذه إلى الاضطرابات المختلطة / اللولبية15. وتجدر الإشارة إلى أنه إذا كان القلب أصغر من حجم الحزمة الأولية ، فإن الصورة الثانوية سترث حجم وشكل الحزمة الأولية. في التجارب دون المستوى الأمثل ، يمكن رؤية توزيع عشوائي لأعداد الأكسجين (الشكل 8). يوضح الشكل 9 موقفا تصبح فيه الحزمة غير مستقرة أثناء التجربة. على وجه التحديد ، الجودة عالية بالنسبة لمنطقة قريبة جدا من السطح ، لكنها تتدهور تدريجيا أثناء التجربة.
<img alt="Figure 1" class="xfigimg" src="/files/ftp_upload/61065/61065fig1.jpg"> الشكل 1: الصور المجهرية SEM لحفر الحفر التي تم الكشف عنها على سطح GaN باستخدام حفر E + M. تم ضبط معلمات النقش على 450 درجةمئوية لمدة 3 دقائق. يصور الجزء الداخلي صورة مجهرية مكبرة مع حفر سداسية مكشوفة متولدة على نوى الخلع. تمثل أكبر حفرتين (>500 نانومتر) خلعا مع مكون لولبي من ناقل البرغر. تم استنساخ هذا الرقم بالإذن12. <a href="https://jove.unicartagenaproxy.elogim.com/files/ftp_upload/61065/61065fig1large.jpg" target="_blank">يرجى النقر هنا لعرض نسخة أكبر من هذا الرقم.</a>
<img alt="Figure 2" class="xfigimg" src="/files/ftp_upload/61065/61065fig2.jpg"> الشكل 2: متوسط تركيز O مقابل التيار الابتدائي العكسي. يمكن تقدير مساهمة خلفية الفراغ من المؤامرة. تمثل أشرطة الخطأ الانحراف المعياري لكل مجموعة بيانات (خمسة قياسات). <a href="https://jove.unicartagenaproxy.elogim.com/files/ftp_upload/61065/61065fig2large.jpg" target="_blank">يرجى النقر هنا لعرض نسخة أكبر من هذا الرقم.</a>
<img alt="Figure 3" class="xfigimg" src="/files/ftp_upload/61065/61065fig3.jpg"> الشكل 3: صورة أيون ثانوية نموذجية 30Si2- لرقاقة سيليكون فارغة. تحدث اختلافات الشدة بسبب عدم انتظام الكاشف. <a href="https://jove.unicartagenaproxy.elogim.com/files/ftp_upload/61065/61065fig3large.jpg" target="_blank">يرجى النقر هنا لعرض نسخة أكبر من هذا الرقم.</a>
<img alt="Figure 4" class="xfigimg" src="/files/ftp_upload/61065/61065fig4v2.jpg"> الشكل 4: عرض مستوي نموذجي لتوزيع أعداد الأكسجين المقاس في وضع 3D. تظهر الصور (A) من البيانات الأولية ، و (B) بعد تصحيح المجال المسطح ، و (C) بعد طرح مساهمة خلفية الفراغ. تم تكييف هذا الرقم بإذن12. <a href="https://jove.unicartagenaproxy.elogim.com/files/ftp_upload/61065/61065fig4large.jpg" target="_blank">يرجى النقر هنا لعرض نسخة أكبر من هذا الرقم.</a>
<img alt="Figure 5" class="xfigimg" src="/files/ftp_upload/61065/61065fig5.jpg"> الشكل 5: عرض ثلاثي الأبعاد لعدد الأكسجين في متوازي مستطيلات 5 μ م × 5 μ م × 1 μم. للحصول على رؤية أفضل ، يتم إطالة مقياس z. انظر الشكل التكميلي 1 للرسوم المتحركة. تم تكييف هذا الرقم بإذن12. <a href="https://jove.unicartagenaproxy.elogim.com/files/ftp_upload/61065/61065fig5large.jpg" target="_blank">يرجى النقر هنا لعرض نسخة أكبر من هذا الرقم.</a>
<img alt="Figure 6" class="xfigimg" src="/files/ftp_upload/61065/61065fig6.jpg"> الشكل 6: التوزيع الجانبي لأيونات الأكسجين الثانوية (البكسل الأزرق) المسقطة على الصورة المجهرية SEM. على الرغم من القطع الأثرية المتعلقة ب SIMS (الدقة الجانبية التي يحددها حجم الحزمة الأولية) ، لوحظ وجود علاقة واضحة بين مواقع أكبر الحفر والأكسجين. تم تكييف هذا الرقم بإذن12. <a href="https://jove.unicartagenaproxy.elogim.com/files/ftp_upload/61065/61065fig6large.jpg" target="_blank">يرجى النقر هنا لعرض نسخة أكبر من هذا الرقم.</a>
<img alt="Figure 7" class="xfigimg" src="/files/ftp_upload/61065/61065fig7.jpg"> الشكل 7: رسم متحرك يوضح كيفية إجراء الاختزال. في بداية الإجراء ، توجد جميع التهم ، ثم لكل طبقة ، يتم التخلص من 90٪ من التهم بشكل عشوائي. <a href="https://jove.unicartagenaproxy.elogim.com/files/ftp_upload/61065/61065fig7.mp4" target="_blank">الرجاء الضغط هنا لتحميل هذه الرسوم المتحركة.</a>
<img alt="Figure 8" class="xfigimg" src="/files/ftp_upload/61065/61065fig8.jpg"> الشكل 8: التوزيع العشوائي لأعداد الأكسجين في التجربة دون المستوى الأمثل. <a href="https://jove.unicartagenaproxy.elogim.com/files/ftp_upload/61065/61065fig8large.jpg" target="_blank">يرجى النقر هنا لعرض نسخة أكبر من هذا الرقم.</a>
<img alt="Figure 9" class="xfigimg" src="/files/ftp_upload/61065/61065fig9.jpg"> الشكل 9: تجربة أجريت باستخدام شعاع غير مستقر. الجودة تموت مع عمق الاخرق. <a href="https://jove.unicartagenaproxy.elogim.com/files/ftp_upload/61065/61065fig9large.jpg" target="_blank">يرجى النقر هنا لعرض نسخة أكبر من هذا الرقم.</a>
الشكل التكميلي 1. <a href="https://jove.unicartagenaproxy.elogim.com/files/ftp_upload/61065/Supplemental_Figure_1.mp4" target="_blank">الرجاء الضغط هنا لتنزيل هذا الرقم.</a>

Watch this Scientific Journal Video about 3D Depth Profile Reconstruction of Segregated Impurities Using Secondary Ion Mass Spectrometry at JoVE.com

3D Depth Profile Reconstruction of Segregated Impurities Using Secondary Ion Mass Spectrometry

تصف الطريقة المقدمة كيفية تحديد وحل القطع الأثرية للقياس المتعلقة بمطياف الكتلة الأيونية الثانوية وكذلك الحصول على توزيعات 3D واقعية للشوائب / dopants في مواد الحالة الصلبة.

3D عمق الشخصي إعادة بناء الشوائب المنفصلة باستخدام مطياف الكتلة الأيونية الثانوية

The presented protocol combines excellent detection limits (1 ppm to 1 ppb) using secondary ion mass spectrometry (SIMS) with reasonable spatial ...

3d-depth-profile-reconstruction-segregated-impurities-using-secondary

Universidad de Cartagena UDEC

Research

JoVE Journal

Chemistry

1.6K Views.  Łukasiewicz Research Network-Institute of Electronic Materials Technology. تصف الطريقة المقدمة كيفية تحديد وحل القطع الأثرية للقياس المتعلقة بمطياف الكتلة الأيونية الثانوية وكذلك الحصول على توزيعات 3D واقعية للشوائب / dopants في مواد الحالة الصلبة. 

Video: 3D Depth Profile Reconstruction of Segregated Impurities Using Secondary Ion Mass Spectrometry

Preparation of Homogeneous MALDI Samples for Quantitative Applications

This protocol demonstrates a simple sample preparation to reduce spatial heterogeneity in ion signals during matrix-assisted laser desorption/ionization (MALDI) mass spectrometry. The heterogeneity of ion signals is a severe problem in MALDI, which results in poor data reproducibility and makes MALDI unsuitable for quantitative analysis. By regulating sample plate temperature during sample preparation, thermal-induced hydrodynamic flows inside droplets of sample solution are able to reduce the heterogeneity problem. A room-temperature sample preparation chamber equipped with a temperature-regulated copper base block that holds MALDI sample plates facilitates precise control of the sample drying condition. After drying of sample droplets, the temperature of sample plates is returned to room temperature and removed from the chamber for subsequent mass spectrometric analysis. The areas of samples are examined with MALDI-imaging mass spectrometry to obtain the spatial distribution of all components in the sample. In comparison with the conventional dried-droplet method that prepares samples under ambient conditions without temperature control, the samples prepared with the method demonstrated herein show significantly better spatial distribution and signal intensity. According to observations using carbohydrate and peptide samples, decreasing substrate temperature while maintaining the surroundings at ambient temperature during the drying process can effectively reduce the heterogeneity of ion signals. This method is generally applicable to various combinations of samples and matrices.

A protocol for reducing spatial heterogeneities of ion signals in MALDI mass spectrometry by regulating substrate temperature during sample drying processes is demonstrated.

إعداد العينات MALDI متجانسة للتطبيقات الكمية

This protocol demonstrates a simple sample preparation to reduce spatial heterogeneity in ion signals during matrix-assisted laser desorption/ionization ...

Biochemistry

Sheathless Capillary Electrophoresis&#8211;Mass Spectrometry for Metabolic Profiling of Biological Samples

In metabolomics, a wide range of analytical techniques is used for the global profiling of (endogenous) metabolites in complex samples. In this paper, a protocol is presented for the analysis of anionic and cationic metabolites in biological samples by capillary electrophoresis&#8211;mass spectrometry (CE-MS). CE is well-suited for the analysis of highly polar and charged metabolites as compounds are separated on the basis of their charge-to-size ratio. A recently developed sheathless interfacing design, i.e., a porous tip interface, is used for coupling CE to electrospray ionization (ESI) MS. This interfacing approach allows the effective use of the intrinsically low-flow property of CE in combination with MS, resulting in nanomolar detection limits for a broad range of polar metabolite classes. The protocol presented here is based on employing a bare fused-silica capillary with a porous tip emitter at low-pH separation conditions for the analysis of a broad array of metabolite classes in biological samples. It is demonstrated that the same sheathless CE-MS method can be used for the profiling of cationic metabolites, including amino acids, nucleosides and small peptides, or anionic metabolites, including sugar phosphates, nucleotides and organic acids, by only switching the MS detection and separation voltage polarity. Highly information-rich metabolic profiles in various biological samples, such as urine, cerebrospinal fluid and extracts of the glioblastoma cell line, can be obtained by this protocol in less than 1 hr of CE-MS analysis.

A protocol for metabolic profiling of biological samples by capillary electrophoresis&#8211;mass spectrometry using a sheathless porous tip interface design is presented.

Sheathless شعري الكهربائي-الطيف الكتلي لالاستقلابية من التنميط العينات البيولوجية

In metabolomics, a wide range of analytical techniques is used for the global profiling of (endogenous) metabolites in complex samples. In this paper, a ...

In Situ Characterization of Hydrated Proteins in Water by SALVI and ToF-SIMS

This work demonstrates in situ characterization of protein biomolecules in the aqueous solution using the System for Analysis at the Liquid Vacuum Interface (SALVI) and time-of-flight secondary ion mass spectrometry (ToF-SIMS). The fibronectin protein film was immobilized on the silicon nitride (SiN) membrane that forms the SALVI detection area. During ToF-SIMS analysis, three modes of analysis were conducted including high spatial resolution mass spectrometry, two-dimensional (2D) imaging, and depth profiling. Mass spectra were acquired in both positive and negative modes. Deionized water was also analyzed as a reference sample. Our results show that the fibronectin film in water has more distinct and stronger water cluster peaks compared to water alone. Characteristic peaks of amino acid fragments are also observable in the hydrated protein ToF-SIMS spectra. These results illustrate that protein molecule adsorption on a surface can be studied dynamically using SALVI and ToF-SIMS in the liquid environment for the first time.

In Situ Characterization of Hydrated Proteins in Water by SALVI and ToF-SIMS

This work presents a protocol for liquid handling and sample introduction to a microchannel for in situ time-of-flight secondary ion mass spectrometry analysis of protein biomolecules in an aqueous solution.

في الموقع توصيف المطفأ البروتينات في المياه التي SALVI وTOF-سيمز

This work demonstrates in situ characterization of protein biomolecules in the aqueous solution using the System for Analysis at the Liquid Vacuum ...

Imaging of Biological Tissues by Desorption Electrospray Ionization Mass Spectrometry

Mass spectrometry imaging (MSI) provides untargeted molecular information with the highest specificity and spatial resolution for investigating biological tissues at the hundreds to tens of microns scale. When performed under ambient conditions, sample pre-treatment becomes unnecessary, thus simplifying the protocol while maintaining the high quality of information obtained. Desorption electrospray ionization (DESI) is a spray-based ambient MSI technique that allows for the direct sampling of surfaces in the open air, even in vivo. When used with a software-controlled sample stage, the sample is rastered underneath the DESI ionization probe, and through the time domain, m/z information is correlated with the chemical species' spatial distribution. The fidelity of the DESI-MSI output depends on the source orientation and positioning with respect to the sample surface and mass spectrometer inlet. Herein, we review how to prepare tissue sections for DESI imaging and additional experimental conditions that directly affect image quality. Specifically, we describe the protocol for the imaging of rat brain tissue sections by DESI-MSI.

Desorption electrospray ionization mass spectrometry (DESI-MS) is an ambient method by which samples, including biological tissues, can be imaged with minimal sample preparation. By rastering the sample below the ionization probe, this spray-based technique provides sufficient spatial resolution to discern molecular features of interest within tissue sections.

التصوير من الأنسجة البيولوجية بواسطة الامتزاز Electrospray التأين الطيف الكتلي

Mass spectrometry imaging (MSI) provides untargeted molecular information with the highest specificity and spatial resolution for investigating biological ...

Bioengineering

In Situ Characterization of Shewanella oneidensis MR1 Biofilms by SALVI and ToF-SIMS

Bacterial biofilms are surface-associated communities that are vastly studied to understand their self-produced extracellular polymeric substances (EPS) and their roles in environmental microbiology. This study outlines a method to cultivate biofilm attachment to the System for Analysis at the Liquid Vacuum Interface (SALVI) and achieve in situ chemical mapping of a living biofilm by time-of-flight secondary ion mass spectrometry (ToF-SIMS). This is done through the culturing of bacteria both outside and within the SALVI channel with our specialized setup, as well as through optical imaging techniques to detect the biofilm presence and thickness before ToF-SIMS analysis. Our results show the characteristic peaks of the Shewanella biofilm in its natural hydrated state, highlighting upon its localized water cluster environment, as well as EPS fragments, which are drastically different from the same biofilm's dehydrated state. These results demonstrate the breakthrough capability of SALVI that allows for in situ biofilm imaging with a vacuum-based chemical imaging instrument.

In Situ Characterization of Shewanella oneidensis MR1 Biofilms by SALVI and ToF-SIMS

This article presents a method for growing a biofilm for in situ time-of-flight secondary ion mass spectrometry for chemical mapping in its hydrated state, enabled by a microfluidic reactor, System for Analysis at the liquid Vacuum Interface. The Shewanella oneidensis MR-1 with green fluorescence protein was used as a model.

في الموقع وصف أونيدينسيس شيوانيلا MR1 الأغشية الحيوية سالفي و ToF-سيمز

Bacterial biofilms are surface-associated communities that are vastly studied to understand their self-produced extracellular polymeric substances (EPS) ...

Atom Probe Tomography Analysis of Exsolved Mineral Phases

Element diffusion rates and temperature/pressure control a range of fundamental volcanic and metamorphic processes. Such processes are often recorded in lamellae exsolved from host mineral phases. Thus, the analysis of the orientation, size, morphology, composition and spacing of exsolution lamellae is an area of active research in the geosciences. The conventional study of these lamellae has been conducted by scanning electron microscopy (SEM) and transmission electron microscopy (TEM), and more recently with focused ion beam (FIB)-based nanotomography, yet with limited chemical information. Here, we explore the use of atom probe tomography (APT) for the nanoscale analysis of ilmenite exsolution lamellae in igneous titanomagnetite from ash deposits erupted from the active Soufri&#232;re Hills Volcano (Montserrat, British West Indies). APT allows the precise calculation of interlamellar spacings (14&#8211;29 &#177; 2 nm) and reveals smooth diffusion profiles with no sharp phase boundaries during the exchange of Fe and Ti/O between the exsolved lamellae and the host crystal. Our results suggest that this novel approach permits nanoscale measurements of lamellae composition and interlamellar spacing that may provide a means to estimate the lava dome temperatures necessary to model extrusion rates and lava dome failure, both of which play a key role in volcanic hazard mitigation efforts.

Analysis of the morphology, composition, and spacing of exsolution lamellae can provide essential information to understand geological processes related to volcanism and metamorphism. We present a novel application of APT for the characterization of such lamellae and compare this approach to the conventional use of electron microscopy and FIB-based nanotomography.

تحليل التصوير المقطعي الذري للمراحل المعدنية الexsolvedه

Element diffusion rates and temperature/pressure control a range of fundamental volcanic and metamorphic processes. Such processes are often recorded in ...

Environment

Sample Preparation for Probe Electrospray Ionization Mass Spectrometry

Mass spectrometry (MS) is a powerful tool in analytical chemistry because it provides very accurate information about molecules, such as mass-to-charge ratios (m/z), which are useful to deduce molecular weights and structures. While it is essentially a destructive analytical method, recent advancements in the ambient ionization technique have enabled us to acquire data while leaving tissue in a relatively intact state in terms of integrity. Probe electrospray ionization (PESI) is a so-called direct method because it does not require complex and time-consuming pretreatment of samples. A fine needle serves as a sample picker, as well as an ionization emitter. Based on the very sharp and fine property of the probe tip, destruction of the samples is minimal, allowing us to acquire the real-time molecular information from living things in situ. Herein, we introduce three applications of PESI-MS technique that will be useful for biomedical research and development. One involves the application to solid tissue, which is the basic application of this technique for the medical diagnosis. As this technique requires only 10 mg of the sample, it may be very useful in the routine clinical settings. The second application is for in vitro medical diagnostics where human blood serum is measured. The ability to measure fluid samples is also valuable in various biological experiments where a sufficient volume of sample for conventional analytical techniques cannot be provided. The third application leans toward the direct application of probe needles in living animals, where we can obtain real-time dynamics of metabolites or drugs in specific organs. In each application, we can infer the molecules that have been detected by MS or use artificial intelligence to obtain a medical diagnosis.

This article introduces sample preparation methods for a unique real-time analytical method based on the ambient mass spectrometry. This method lets us perform real-time analysis of the biological molecules in vivo without any special pretreatments.

إعداد عينة لمسبار Electrospray قياس الطيف الكتلي

Mass spectrometry (MS) is a powerful tool in analytical chemistry because it provides very accurate information about molecules, such as mass-to-charge ...

Sample Preparation Strategies for Mass Spectrometry Imaging of 3D Cell Culture Models

Three dimensional cell cultures are attractive models for biological research. They combine the flexibility and cost-effectiveness of cell culture with some of the spatial and molecular complexity of tissue. For example, many cell lines form 3D structures given appropriate in vitro conditions. Colon cancer cell lines form 3D cell culture spheroids, in vitro mimics of avascular tumor nodules. While immunohistochemistry and other classical imaging methods are popular for monitoring the distribution of specific analytes, mass spectrometric imaging examines the distribution of classes of molecules in an unbiased fashion. While MALDI mass spectrometric imaging was originally developed to interrogate samples obtained from humans or animal models, this report describes the analysis of in vitro three dimensional cell cultures, including improvements in sample preparation strategies. Herein is described methods for growth, harvesting, sectioning, washing, and analysis of 3D cell cultures via matrix-assisted laser desorption/ionization-mass spectrometry (MALDI-MS) imaging. Using colon carcinoma 3D cell cultures as a model system, this protocol demonstrates the ability to monitor analytes in an unbiased fashion across the 3D cell culture system with MALDI-MSI.

Immortalized cancer cell lines can be grown as 3D cell cultures, a valuable model for biological research. This protocol describes mass spectrometry imaging of 3D cell cultures, including improvements in the sample preparation platform. The goal of this protocol is to instruct users to prepare 3D cell cultures for mass spectrometry imaging analysis.

عينة استراتيجيات التحضير للتصوير الطيف الكتلي لل3D الثقافة خلية نماذج

Three dimensional cell cultures are attractive models for biological research. They combine the flexibility and cost-effectiveness of cell culture with ...

High-throughput and Comprehensive Drug Surveillance Using Multisegment Injection-Capillary Electrophoresis-Mass Spectrometry

New analytical methods are urgently needed to enable high-throughput, yet comprehensive drug screening, given an alarming opioid and prescription drug crisis in public health. Conventional urine drug testing based on a two-tier immunoassay screen followed by a gas chromatography-tandem mass spectrometry (GC-MS/MS) or liquid chromatography-tandem mass spectrometry (LC-MS/MS) method are expensive and prone to bias while being limited to targeted panels of known drugs of abuse (DoA). Herein, we outline an improved method for drug surveillance that allows for the resolution and detection of an expanded panel of DoA and their metabolites when using multisegment injection-capillary electrophoresis-mass spectrometry (MSI-CE-MS). Multiplexed separations of ten urine samples with a quality control by CE (&lt; 3 min/sample) in conjunction with full-scan data acquisition using a time-of-flight mass spectrometer (TOF-MS) under positive ion mode detection allows for the identification and quantification of DoA above recommended cut-off levels. An excellent resolution of drug isomers and isobars, including background interferences, are achieved when using MSI-CE-MS with an electrokinetic spacer between sample segments, where accurate mass/molecular formula together with the comigration of a matching deuterated internal standard and the detection of one or more bio-transformed metabolites facilitate DoA identification over a wider detection window. Additionally, urine samples can be analyzed directly without enzyme deconjugation for the rapid screening without complicated sample workup. MSI-CE-MS enables the surveillance of a broad spectrum of DoA that is required for the treatment monitoring of high-risk patients, including confirming prescribed drug adherence, revealing illicit drug use/substitution, and evaluating optimal dosage regimes as required for new advances in precision medicine.

Here we describe a high-throughput method for comprehensive drug surveillance that allows for the improved resolution and detection of large panels of drugs of abuse and their metabolites, with quality control based on multisegment injection-capillary electrophoresis-mass spectrometry.

مراقبة المخدرات الفائق وشاملة باستخدام مولتيسيجمينت الشعرية حقن التفريد الكتلي

New analytical methods are urgently needed to enable high-throughput, yet comprehensive drug screening, given an alarming opioid and prescription drug ...

Imaging Corrosion at the Metal-Paint Interface Using Time-of-Flight Secondary Ion Mass Spectrometry

Corrosion developed at the paint and aluminum (Al) metal-paint interface of an aluminum alloy is analyzed using time-of-flight secondary ion mass spectrometry (ToF-SIMS), illustrating that SIMS is a suitable technique to study the chemical distribution at a metal-paint interface. The painted Al alloy coupons are immersed in a salt solution or exposed to air only. SIMS provides chemical mapping and 2D molecular imaging of the interface, allowing direct visualization of the morphology of the corrosion products formed at the metal-paint interface and mapping of the chemical after corrosion occurs. The experimental procedure of this method is presented to provide technical details to facilitate similar research and highlight pitfalls that may be encountered during such experiments.

Time-of-flight secondary ion mass spectrometry is applied to demonstrate the chemical mapping and corrosion morphology at the metal-paint interface of an aluminum alloy after being exposed to a salt solution compared with a specimen exposed to air.