Hipotesis

MICROSCOPIO DE FUERZA ATÓMICA

El Microscopio de Fuerza Atómica (MFA) es un instrumento mecano-óptico capaz de

detectar fuerzas del orden de los nanonewton. Al analizar una muestra, se registra

continuamente la altura sobre la superficie de una sonda o punta cristalina de forma

piramidal. La sonda va acoplada a un listón microscópico, muy sensible al efecto de

las fuerzas, de sólo unos 200 μm de longitud.

Microscopio de fuerza atómica Imagen de un pelo

La fuerza atómica se puede detectar cuando la punta se aproxima a la superficie de la

muestra. Se registrar la pequeña flexión del listón mediante un haz láser reflejado

en su parte posterior. Un sistema auxiliar piezoeléctrico desplaza la muestra

tridimensionalmente, mientras que la punta recorre ordenadamente la superficie.

Todos los movimientos son controlados por una computadora.

La resolución del instrumento es de menos de 1 nm, y la pantalla de visualización

permite distinguir detalles en la superficie de la muestra con una amplificación de

varios millones de veces.

El microscopio de MFA, puede realizar dos tipos de medidas: imagen y fuerza. En la

modalidad de imagen, la superficie es barrida en el plano de la superficie por la

punta. Durante el barrido la fuerza interatómica entre los átomos de la punta y los

átomos en la superficie de la muestra, provoca una flexión del listón. Esta flexión es

registrada por un sensor adecuado (normalmente balanza óptica) y la señal obtenida

se introduce en un circuito o lazo de realimentación. La fuerza interatómica se puede

detectar cuando la punta está muy próxima a la superficie de la muestra. En medidas

de fuerza la punta se hace oscilar verticalmente mientras se registra la flexión del

listón. Las medidas de fuerza son útiles en estudios de fuerzas de adhesión y permiten

estudiar a nivel de una sola molécula interacciones específicas entre moléculas (ej:

interacción antígeno-anticuerpo, interacción entre hebras complementarias de ADN) o

interacciones estructurales de las biomoléculas (plegado de proteínas) así como

caracterizar la elasticidad de polímeros. También es útil en estudios de indentación de

materiales blandos (polímeros) que permitan caracterizar propiedades elásticas de la

muestra como el módulo de elasticidad o visco elásticas.

El Microscopio de Fuerza Atómica provee la imagen de una superficie sin que

intervegan los efectos eléctricos, al medir las fuerzas mecánicas en la punta

detectora, por lo que también resulta útil para materiales no conductores.

A principios de este año, un equipo liderado por el Consejo Superior de

Investigaciones Científicas (CSIC) perfeccionó la técnica empleada por los

microscopios atómicos. La nueva técnica, denominada Phase Imaging AFM, está

basada en la microscopía de fuerzas, y permite realizar medidas tanto en aire como

en medios líquidos o fisiológicos. El desarrollo de esta técnica podría tener

aplicaciones en áreas diferenciadas, como la biomedicina, la nanotecnología, la ciencia

de materiales o estudios medioambientales.

An atomic force microscope tip designed to measure time-varying

nanomechanical forces

Ozgur Sahin, Sergei Magonov, Chanmin Su, Calvin F. Quate & Olav Solgaard

Abstract

Tapping-mode atomic force microscopy (AFM), in which the vibrating tip periodically

approaches, interacts and retracts from the sample surface, is the most common AFM

imaging method. The tip experiences attractive and repulsive forces that depend on

the chemical and mechanical properties of the sample, yet conventional AFM tips are

limited in their ability to resolve these time-varying forces. We have created a

specially designed cantilever tip that allows these interaction forces to be measured

with good (sub-microsecond) temporal resolution and material properties to be

determined and mapped in detail with nanoscale spatial resolution. Mechanical

measurements based on these force waveforms are provided at a rate of 4 kHz. The

forces and contact areas encountered in these measurements are orders of magnitude

smaller than conventional indentation and AFM-based indentation techniques that

typically provide data rates around 1 Hz. We use this tool to quantify and map

nanomechanical changes in a binary polymer blend in the vicinity of its glass

transition.

1. Rowland Institute at Harvard, Cambridge, Massachusetts 02142, USA

2. Veeco Instruments, Santa Barbara, California 93117, USA

3. E. L. Ginzton Laboratory, Stanford University, Stanford, California 94305, USA

4. Present address: Agilent Technologies, 4330 W. Chandler Boulevard, Chandler,

Arizona 85226, USA

Fuentes:

Nature Nanotechnology 2, 507 - 514 (2007) publicado online: 29 July 2007.doi:10.1038/nnano.2007.226

Imaging Technology Group. http://www.itg.uiuc.edu/ms/equipment/microscopes/afm.htm

Wikipedía. Enciclopedia libre http://es.wikipwdia.org

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