Cryo-Electron Microscopy of Block Copolymers in an Organic Solvent

Abstract

Solutions of the diblock copolymer polystyrene/poly-2-vinylpyridine (PSP2VP) in toluene were studied by cryo-transmission electron microscopy following fast freezing of a thin film of the solution in liquid nitrogen. The block copolymer forms spherical micelles which can be visualized using phase contrast microscopy. From the measured diameter of copolymer micelles with different block lengths, it can be concluded that only the poly-2-vinylpyridine core is visible in the electron micrographs, whereas the polystyrene corona is not visible and is largely dissolved into the toluene. The block copolymer micelles are rather stable in the beam and provide enough contrast relative to the amorphous toluene, due to the higher density of the micelles relative to the toluene, to be visible without any staining. This opens the possibility to directly visualize the phase behavior of polymer systems in a volatile solvent, perform timeresolved microscopy, and thus study the dynamics of the formation of different morphologies.

Responsive Vesicles from the Self‐Assembly of Crystalline‐Coil Polyferrocenylsilane‐block‐Poly(ethylene Oxide) Star‐Block Copolymers

“…Both in THF/EtOH and in water, cryo-TEM allowed for quasi in situ visualization of the unperturbed vesicles (Figure 4). [49,50] Whereas most literature examples deal with cryo-TEM in aqueous solution, [15] there are few examples of such experiments in organic solvents or solvent mixtures, as shown for toluene [51] and dioxane/THF. [52] Both in THF/EtOH ( Figure 4A) and in water ( Figure 4B), spherical structures with diameters of 100-200 nm can be seen.…”

Directly Resolved Core-Corona Structure of Block Copolymer Micelles by Cryo-Transmission Electron Microscopy

“…This high-resolution direct imaging technique is applicable, we believe, to block copolymers not only in aqueous systems but also in organic solvents, which have already been imaged at lower resolution. 32 …”

Abbildung selbstorganisierter Strukturen: Interpretation von TEM‐ und Kryo‐TEM‐Aufnahmen

“…Mit modernster Ausrüstung kann Nanometer-Auflösung erzielt werden. Die Kryo-TEM ermöglicht auch die Abbildung in nichtwässrigen Lösungsmit-teln; [17] dabei sind allerdings die Bedingungen für die Probenvorbereitung und Bildaufnahme noch kritischer zu beurteilen als bei wässrigen Proben. Während des schnellen Kühlens verbleiben die untersuchten Objekte im Suspendierungsmedium, und ihre zeitliche und räumliche Anordnung zueinander bleibt erhalten.…”

“…[45] Für die Analyse von Nanostrukturen in Lösungen, insbesondere von selbstorganisierten Systemen, gewinnt die Kryo-TEM immer mehr an Bedeutung. [17,18,46] Während sich die Elektronenkryotomographie (Kryo-ET, auch als 3D-Kryo-TEM bezeichnet) aktuell zu einem wichtigen Verfahren in den Biowissenschaften entwickelt, [47] ist ihre Anwendung bei der Untersuchung nichtbiologischer Materialien weitaus weniger fortgeschritten. Außer Kryo-ET-Untersuchungen synthetischer, hydratisierter Proben [4,38] ist unserer Arbeitsgruppe kürzlich auch die zeitaufgelöste Kryo-TEM-Analyse von Selbstorganisation und von biomimetischen Mineralisierungsvorgängen gelungen.…”