investigatii morfo-structurale prin microscopie de forta atomica
TRANSCRIPT
POSDRU/159/1.5/S/138963
Performanţă sustenabilă în cercetarea doctorală şi post doctorală - PERFORM
Activitatea A4. Metode avansate de caracterizare a
materialelor. Investigatii morfo-structurale prin Microscopie
de Forta Atomica (AFM) – Notiuni teoretice
Conf.dr.ing. Cătălin ZAHARIA, UPB, Departament Bioresurse si Stiinta Polimerilor
UPB, Local Polizu, Corp A, Sala A III.2
04 august 2015
POSDRU/159/1.5/S/138963
Performanţă sustenabilă în cercetarea doctorală şi post doctorală - PERFORM
TIPURI DE MICROSCOAPE
Instrument pentru obtinerea unor imagini marite cu o mare rezolutie a detaliilor
Microscoapele optice si electronice sunt cele mai utilizate
Microscoape: acustice utilizeaza ultrasunete de inalta frecventa
Microscoapele cu efect tunel
Microscoapele de forta, care formeaza imagini dupa felul probei de a resimti
bombardamentele cu particule. Acestea pot mari de milioane de ori, pentru a reda un
singur atom.
POSDRU/159/1.5/S/138963
Performanţă sustenabilă în cercetarea doctorală şi post doctorală - PERFORM
NOTIUNI DE MICROSCOPIE
Folosirea lentilelor este mentionata inca din perioada Egiptului antic (secolul 6 inainte de
Hristos).
Au fost descoperite lentile intr-o pestera sacra din Creta in secolul 5 inainte de Hristos.
Totusi, aparitia unor lentile care sa corectezele deficientele de citit ale ochiului au aparut
mult mai tarziu (anul 800 dupa Hristos) – pietre de citit folosite de calugari presbiopici
(sfere de sticla).
Folosirea lentilelor s-a accentuat dupa aparitia ochelarilor (Salvino D’Armate din Florenta,
Italia, 1258-1312) undeva in secolul al XIII-lea.
Luand in calcul aparita si utilizarea din ce in ce mai mult a lentilelor si ochelarilor, pasul
pana la descoperirea microscopului era doar o notiune de timp.
POSDRU/159/1.5/S/138963
Performanţă sustenabilă în cercetarea doctorală şi post doctorală - PERFORM
Microscopia optica – a aparut putin dupa anul 1500
Sacharias Janssen (1580–1638) impreuna cu tatal sau Hans Janssen incep sa desfasoare
experimente cu diferite lentile introduse in tuburi (tuburile sunt considerate stramosii
microscopului compus de transmisie si telescopului).
Primul microscop compus inventat de Sacharias Janssen avea o putere de marire de 3-9 ori.
Galilelo Galilei utilizeaza telescopul ca un microscop pentru a mari componente ale insectelor
(1610). In 1624 Galilei a realizat un microscop cu ajutorul caruia ulterior s-au scris lucrari
despre anatomia insectelor.
Giovanni Faber a definit termenul de microscop: micron-mic si skopein-a vedea, a privi
(termenul provine din limba greaca).
Robert Hooke realizeaza primul microscop compus de interes practic in anul 1675, devenind
pionierul observatiilor microscopice de precizie. El a observat pori in materialul de tip pluta.
POSDRU/159/1.5/S/138963
Performanţă sustenabilă în cercetarea doctorală şi post doctorală - PERFORM
Ernst Abbe (1840–1905) – un alt pionier in domeniul lentilelor - propune o formula
matematica denumită Conditia de sinus a lui Abbe”, cu ajutorul careia se putea obtine, in
cifre, rezolutia maxima posibila a microscopului optic.
Richard Zsigmondy (1865–1929, Premiul Nobel in Chimie in anul 1925) inventeaza
ultramicroscopul, instrument cu ajutorul caruia se pot studia obiecte foarte mici – studiul
miscarii Browniene.
Frits Zernike (1888–1966, Premiul Nobel in Fizica in 1953) inventeaza microscopul cu
contrast de faza (1932) – in acest mod de puteau studia materiale biologice incolore sau
transparente.
Un alt tip de microscopie optica este cea de baleiaj cu fascicul laser. Aceasta microscopie are
2 directii principale: microscopia confocală si microscopia in camp apropiat.
Principiul microscopiei confocale a fost patentat de Marvin Minsky in 1957.
Comparativ cu microscopia clasica, microscopia confocala permite controlarea adancimii campului,
elimina sau reduce informaţia de fundal a planului focal (se obtine o claritate mai buna a imaginii), si are
capacitatea de a colecta sectiuni optice seriale din grosimea materialelor analizate.
POSDRU/159/1.5/S/138963
Performanţă sustenabilă în cercetarea doctorală şi post doctorală - PERFORM
POSDRU/159/1.5/S/138963
Performanţă sustenabilă în cercetarea doctorală şi post doctorală - PERFORM
POSDRU/159/1.5/S/138963
Performanţă sustenabilă în cercetarea doctorală şi post doctorală - PERFORM
POSDRU/159/1.5/S/138963
Performanţă sustenabilă în cercetarea doctorală şi post doctorală - PERFORM
MISCROCOPIA ELECTRONICA
Aparitia microscopului electronic este legata de fizicianul Louis de Broglie (1924). Datorita lungimii de
unda mai mici a electronilor, microscopul electronic furnizeaza o rezolutie mult mai buna decat cele
optice.
1931 – Ernst Ruska (1906-1988) construieste prima lentila electronica, iar prin folosirea in serie a mai
multor asemenea lentile, Ernst Ruska si Max Knoll (1897–1969) construiesc in 1933 primul microscop
electronic.
1938 - Manfred von Ardenne (1907–1997) construieste microscopul electronic de transmisie cu baleiaj
sau Scanning TEM (STEM) si ulterior un microscop electronic universal (M von Ardenne and D.
Beischer, 1940).
1981 - Gerd Binnig (1947-, Premiul Nobel in Fizica in 1986) si Heinrich Rohrer (1933-, Premiul Nobel in
Fizica in 1986) inventeaza la IBM Zurich Research Laboratory microscopul electronic de baleiaj cu efect
tunel (STM). STM permite furnizarea unor imagini tridimensionale ale suprafetelor pana la nivel atomic.
Bining a observat pentru prima data un virus iesind dintr-o celula vie.
POSDRU/159/1.5/S/138963
Performanţă sustenabilă în cercetarea doctorală şi post doctorală - PERFORM
Microscop electronic prin transmisie
TEM
http://www.nano.pitt.edu/node/237
Microscop electronic de baleiaj SEM
http://www.cas.miamioh.edu/~rakovajf/facilities.
html
POSDRU/159/1.5/S/138963
Performanţă sustenabilă în cercetarea doctorală şi post doctorală - PERFORM
Microscop cu forta atomica AFM
https://www.kfu.edu.sa/en/Colleges/Science/Dep
artments/Dep_1/Pages/section_6.aspx
POSDRU/159/1.5/S/138963
Performanţă sustenabilă în cercetarea doctorală şi post doctorală - PERFORM
Microscopul cu forta atomica (AFM)
1986 - Gerd Binnig alaturi de Christoph Gerber de la IBM Zurich si Calvin Quate de la
Universitatea Stanford California produc prototipul unui nou tip de scanner, microscopul cu forta
atomica (AFM).
AFM permite vizualizarea imaginilor cu un contrast topografic foarte bun si masurarea precisa a
suprafetelor. Imaginile tridimensionale in AFM sunt obtinute fara o preparare costisitoare a
probelor ce urmeaza a fi studiate si ofera informatii mult mai complete decat cele bidimensionale
obtinute din probele taiate transversal.
1988 - Alfred Cerezo, Terence Godfrey si George Smith aplica un senzor de detectie a pozitiei la un
microscop cu forta atomica, facand astfel posibila vizualizarea 3D la nivel atomic.
POSDRU/159/1.5/S/138963
Performanţă sustenabilă în cercetarea doctorală şi post doctorală - PERFORM
Fig.1. Monitorizarea fortelor
si interactiunea varf-proba
Masoara fortele dintre un varf
ascutit si suprafata probei la
distante foarte mici
Tehnica AFM:
Moderna
Precisa
Simpla
Eficienta
Spectaculoasa
Rezolutie spatiala pana la nivel de atom
Investigarea morfologiei suprafetelor
Proprietati locale:
magnetice
electrice
termice
mecanice
https://prezi.com/fjfzcax60pgi/atomic-force-microscopy/
POSDRU/159/1.5/S/138963
Performanţă sustenabilă în cercetarea doctorală şi post doctorală - PERFORM
Rezolutia atomica in cazul AFM este obtinuta prin monitorizarea unor forte mici aplicate pe
suprafata cu ajutorul unui varf subtire montat pe un cantilever flexibil care actioneaza ca un
arc.
AFM a fost aplicat pe probe biologice in mediu apos (varf flexibil) la scurt timp dupa
introducerea sa ca si tehnica multifunctionala si a gasit numeroase aplicatii precum structura
si functia biomoleculelor.
AFM
Reda morfologia suprafetei probelor
Ofera informatii despre forta de frecare, aderenta
Masoara proprietatile elastice (rigiditatea) ale probei
Masoara proprietatilor electrice si magnetice
Poate sa opereze in diferite medii precum aerul, vid ultra inalt sau lichide
POSDRU/159/1.5/S/138963
Performanţă sustenabilă în cercetarea doctorală şi post doctorală - PERFORM
COMPONENTE DE BAZA
varf
cantilever
Cantilever flexibil care contine un varf ascutit
Detector fotodioda
Laser
Scanner piezoelectric
Sistem de feedback
Fig.2. Sonda AFM Fig.3. Componente AFM
http://www.lookfordiagnosis.com/mesh_info.php?term=Mi
croscopy%2C+Atomic+Force&lang=1
POSDRU/159/1.5/S/138963
Performanţă sustenabilă în cercetarea doctorală şi post doctorală - PERFORM
Cand primul microscop a fost inventat (Binning, Quate si Gerber, 1986) un mic diamant lipit la unul din
capetele unei foite de aur, atingea usor suprafata şi se curba ca raspuns la micile variaţii ale fortei.
Astazi, exista o gama larga de materiale din care sunt facute cantileverele, cele mai des folosite sunt cele
din siliciu si nitrura de siliciu.
Alta componentă importanta a microscopului este scanerul piezoelectric. Functia lui este aceea de a
misca varful sau proba in directiile x, y, z cu o rezolutie atomica.
Sonda microscopului cu forta atomica este alcatuita dintr-o lamela sub forma de cruce, alungita si
elastica, numita cantilever, cu dimensiuni de ordinul zecilor de microni, in capatul careia este plasat un
ac ascutit, perpendicular pe cantilever.
Cantileverul este miscat in plan xy si vertical de un sistem de pozitionare piezoelectric, cu precizia in jur
de 5 nm orizontal si pana la 10 pm vertical. In timp ce acul baleiaza suprafata, miscandu-se in sus si in
jos odata cu conturul acesteia, o raza laser cade oblic pe partea superioara (puternic reflectatoare) a
cantileverului si se reflecta catre un senzor alcatuit din doua fotodiode alaturate. Diferenta dintre
semnalele celor doua diode indica pozitia spotului laser pe senzor si deci pozitia pe verticala a
cantileverului. Deoarece distanta intre cantilever si detector este de obicei de mii de ori mai mare decit
lungimea cantileverului, sistemul realizeaza o marire a deplasarii cu un factor de peste 2000, usor de
masurat.
POSDRU/159/1.5/S/138963
Performanţă sustenabilă în cercetarea doctorală şi post doctorală - PERFORM
AFM ofera un profil 3D a suprafetelor la scara nanometrica prin masurarea fortelor dintre un
varf ascutit (<10 nm) si suprafata probei la distante foarte mici (0.2-10 nm).
Varful este plasat la capatul cantileverului sub forma unui arc. Fortele dintre sonda si proba
sunt dependente de rigiditatea cantileverului si de distanta dintre sonda si suprafata. Fortele
pot fi descrise de legea lui Hook:
F=-kx
k-constanta arcului
x-deviatia cantileverului
Daca constanta arcului cantileverului (0.1-1 N/m) este mai mica decat suprafata, miscarile si
deviatia cantileverului sunt monitorizate iar fortele care rezulta variaza intre nN si µN in aer.
Sondele sunt facute in mod normal din Si3N4 sau Si.
Miscarea sondei pe suprafata este controlata cu ajutorul scanerulul piezoelectronic, deviatia
sondei este masurata de un fascicule laser care se reflecta. Deviatia cantileverului este folosita
pentru a genera o harta cu topografia suprafetei.
POSDRU/159/1.5/S/138963
Performanţă sustenabilă în cercetarea doctorală şi post doctorală - PERFORM
Principalele forte de interactiune la distante mici sonda-proba sunt interactiunile Van der
Waals.
In timpul contactului cu proba, sonda resimte fortele de respingere Van der Waals (modul
contact) ducand la deviatia varfului.
In timp ce varful se departeaza de suprafata apar forte de atractie Van der Waals.
http://www.nanosensors.com/PointProbe-Plus-Non-
Contact-Tapping-Mode-High-Resonance-Frequency-
afm-tip-PPP-NCH
POSDRU/159/1.5/S/138963
Performanţă sustenabilă în cercetarea doctorală şi post doctorală - PERFORM
http://www-old.mpi-
halle.mpg.de/department2/index.php?id=682&type=98&no_cache=1
POSDRU/159/1.5/S/138963
Performanţă sustenabilă în cercetarea doctorală şi post doctorală - PERFORM
Varf normal Supervarf (super tip) Ultralever
Varf acoperit cu diamant – suprafete
foarte dure (constanta k a
cantileverului mai mare de 200 N/m
Varf foarte ascutit (suprafete
plane cu imagini la nivel atomic)
Varf acoperit cu aur
(imagini foarte clare)
POSDRU/159/1.5/S/138963
Performanţă sustenabilă în cercetarea doctorală şi post doctorală - PERFORM
Moduri de operare
1. Mod contact (<0.5 nm sonda-proba)
Cand constanta arcului cantileverului este mai mica decat suprafata , cantileverul se indoaie
deoarece fortele (de pe supafata) sunt repulsive. Prin mentinerea constanta a deviatiei
cantileverului, fortele dintre proba si sonda raman constante.
Avantaje: Scanare rapida, folosit pentru probele dure.
Dezavantaje: fortele pot deteriora sau deforma proba dar proba poate sa stea in lichid si
impedimentul este rezolvat.
Fig. 4. Mod contact - Interactiunea dintre atomii individuali ai
varfului cantileverului (tip) si cei ai suprafetei, unde apar forte
repulsive
POSDRU/159/1.5/S/138963
Performanţă sustenabilă în cercetarea doctorală şi post doctorală - PERFORM
2. Modul non-contact
Varful este oscilat la frecventa de rezonanta si amplitudinea
oscilatiei este mentinuta constanta.
In modul non-contact fortele ce apar sunt de atractie,
distanta intre varf si proba fiind ceva mai mare comparativ
cu modul contact.
Fig. 5. Mod non-contact - Interactiunea dintre atomii
individuali ai varfului cantileverului (tip) si cei ai suprafetei,
unde apar forte de atractie
POSDRU/159/1.5/S/138963
Performanţă sustenabilă în cercetarea doctorală şi post doctorală - PERFORM
3. Mod intermitent (0.5-2 nm)
Modul de analiza este similar cu cel de la modul contact, totusi in acest mod cantileverul oscileaza
la o frecventa de rezonanta. Sonda atinge usor suprafata probei in timpul scanarii.
Prin mentinerea unei amplitudini constante de oscilatie sunt mentinute interactiunile varf-proba.
Avantaje: Permite rezolutii ridicate ale probelor care pot fi usor deteriorate in modul contact.
Folosita pentru probele biologice.
Dezavantaje: Mai greu de realizat pentru probele in lichid, viteza de scanare mai mica.
Fig.6. Deviatia cantileverului
POSDRU/159/1.5/S/138963
Performanţă sustenabilă în cercetarea doctorală şi post doctorală - PERFORM
Fig.7. Comparatie intre modul contact si non-contact in tehnica AFM
http://www.parkafm.com/index.php/park-spm-modes/91-standard-imaging-mode/217-
true-non-contact-mode
POSDRU/159/1.5/S/138963
Performanţă sustenabilă în cercetarea doctorală şi post doctorală - PERFORM
Fig.8. Imagini AFM cu modul contact in stanga si non-contact in dreapta
POSDRU/159/1.5/S/138963
Performanţă sustenabilă în cercetarea doctorală şi post doctorală - PERFORM
POSDRU/159/1.5/S/138963
Performanţă sustenabilă în cercetarea doctorală şi post doctorală - PERFORM
INFORMATII OBTINUTE PRIN TEHNICA AFM
1. Masurarea rigiditatii probei. Proprietatile elastice ale probei
Fig.9. Imagini AFM mod contact pentru cauciuc cu continut de negru de fum (anvelopa)
Stanga – topografie 2D; dreapta – imagine distributie de faza (FMM- force modulation
microscopy)
Diferentierea zonelor mai rigide de cele
mai elastice
POSDRU/159/1.5/S/138963
Performanţă sustenabilă în cercetarea doctorală şi post doctorală - PERFORM
2. Evaluarea rugozitatii probei analizate
AFM este esential pentru masurarea rugozitatii la scara nanometrica.
Masurarea rugozitatii oricarui tip de suprafata depeide de rezolutia spatiala si verticala a aparatului
deoarece suprafata reala prezinta rugozitati nano- si micrometrice.
Chiar si o suprafata de dimensiuni atomice are o rugozitate cuntificabila cu ajutorul unui
instrument cu rezolutie subangstron precum Cyber AFM important in industria semiconductorilor.
Factori care afecteaza rezolutia masuratorii:
1. Zgomotul dat de instrument limiteaza rezolutia verticala (vibratiile macanice si fluctuatiile
din semnalele electrice). O metoda comuna de cuantificare a zgomotului aparatului este masurarea
variatiei semnalului AFM in absenta unui semnal real, se seteaza distanta de scanare la zero si se
raporteaza rugozitatea aparenta.
2. Raza si uzura varfului afecteaza precizia masuratorii.
POSDRU/159/1.5/S/138963
Performanţă sustenabilă în cercetarea doctorală şi post doctorală - PERFORM
Fig.10. Imagini AFM pentru o membrana pe baza de acetat de celuloza
Stanga – analiza topografica 3D
Dreapta – Curbe inaltime-distanta
POSDRU/159/1.5/S/138963
Performanţă sustenabilă în cercetarea doctorală şi post doctorală - PERFORM
Fig.11. Imagini AFM-3D topografie -
Fibre de celuloza bacteriana cu (jos) si
fara nanoparticule magnetice (sus)
POSDRU/159/1.5/S/138963
Performanţă sustenabilă în cercetarea doctorală şi post doctorală - PERFORM
3. Masurarea proprietatilor electrice si conductivitatii – distributia de sarcini electrice
de pe suprafata probei
Fig.12. Schema de functionare a unui varf conductiv
(incarcat negativ sau pozitiv)
POSDRU/159/1.5/S/138963
Performanţă sustenabilă în cercetarea doctorală şi post doctorală - PERFORM
Aplicatiile tehnicii AFM
Domeniul biologiei
Mod de operare in lichide - Microscopul de forta atomica poate sa opereze in diferite medii
precum aerul, vid ultra inalt sau lichide.
Tehnica este viabila pentru studierea moleculelor biologice individuale.
Pentru studierea probelor biologice precum celulele, membranele, proteinele, virusii etc. este
oportun sa se lucreze intr-un mediu lichid pentru pastrarea functionalitatii biomoleculelor.
Obtinerera unor imagini ale probelor in mediul lor de viata este mai complicate deoarece fortele
care intervin in masuratorile AFM sunt afectate de forta de atractie hidrodinamica care rezulta din
frecarea cantileverului cu lichidul inconjurator. Acest fenomen apare mai ales cand viteza sondei
este sub cativa µm/s. Forta de atractie este dependenta de anumiti factori precum rigiditatea,
dimensiunile si viteza cantileverului, viscozitatea fluidului si suprafata de separatie varf-proba.
POSDRU/159/1.5/S/138963
Performanţă sustenabilă în cercetarea doctorală şi post doctorală - PERFORM
Folosirea tehnicii AFM in cerceterea biologica (celule, membrane, proteine, virusi, bacterii
et.) permite examinarea morfologiei si proprietatilor mecanice a probelor biologice in mediul
lor natural, deoarece mediul lichid permite probelor sa ramana vii in timpul scanarii.
Un alt avantaj al realizarii scanarii in mediu este eliminarea fortelor capilare, reducerea
fortelor Van Der Waals de 10 ori si reducerea contaminarii probei.
Deoarece probele biologice ce contin molecule de obicei se lipesc de varful cantileverului
cauzand o imagine de slaba rezolutie in lichide calitatea imaginii este foarte mult
imbunatatita.
Obtinerea unor imagini a probelor biologice in lichide depinde de tipul de proba (proteine,
virusi, molecule de ADN, membrane, bacterii etc).
POSDRU/159/1.5/S/138963
Performanţă sustenabilă în cercetarea doctorală şi post doctorală - PERFORM
Fig.13. Imagine in lichid.
Bacteria Shewanella
Fig.14. Imagine AFM
BacteriofagFig.15. Imagine AFM E.
coli
Fig. 16. Imagine SEM pentru bacteria Shewanella
http://www.sysbio.org/capabilities/cellimaging/electron.stm
POSDRU/159/1.5/S/138963
Performanţă sustenabilă în cercetarea doctorală şi post doctorală - PERFORM
Fig. 17. Imagine SEM pentru E. coli inoculata in mar
Golden
http://www.ift.org/knowledge-center/read-ift-publications/science-
reports/scientific-status-summaries/quorum-sensing-in-
biofilms.aspx
Fig. 18. Imagine AFM in mod intermitent pentru E.
coli si B. atropheus
http://www.biotechniques.com/BiotechniquesJournal/2009/March/
Chemical-tethering-of-motile-bacteria-to-silicon-
surfaces/biotechniques-118661.html?pageNum=4
POSDRU/159/1.5/S/138963
Performanţă sustenabilă în cercetarea doctorală şi post doctorală - PERFORM
Fig. 18. Imagine AFM – topografie 3D
pentru cromozomi umani limfocitari
(10x10 microni)
http://usa.jpk.com/human-lymphocyte-
chromosomes.314.us.html
Fig. 19. Imagine AFM – topografie 3D pentru cromozomi
umani (4.6 µm x 10 µm)
http://www.bioforce.uni-tuebingen.de/en/research.php
POSDRU/159/1.5/S/138963
Performanţă sustenabilă în cercetarea doctorală şi post doctorală - PERFORM
Fig. 20. ImagineAFM pentru un fragment
de ADN (plasmid DNA)
http://www.unmc.edu/pharmacy/research/nan
oimaging/nanoscale-imaging.html
Fig. 21. ImagineAFM pentru o proteina-
structuri fibrilare (Aβ42)
http://lpmv.epfl.ch/page-87040-en.html
POSDRU/159/1.5/S/138963
Performanţă sustenabilă în cercetarea doctorală şi post doctorală - PERFORM
Fig.22. Imagini AFM pentru matase din vierme Bombyx mori si aceeasi matase modificata cu nanoparticule
magnetice (in mod contact: deflection, topography si 3D topography)
SF SFSF
SF/magnetita SF/magnetitaSF/magnetita
POSDRU/159/1.5/S/138963
Performanţă sustenabilă în cercetarea doctorală şi post doctorală - PERFORM
Fig.23. Imagini AFM pentru os fracturat in care se vad si cimentul cu care a fost fixat
http://hansmalab.physics.ucsb.edu/afmapp.html
POSDRU/159/1.5/S/138963
Performanţă sustenabilă în cercetarea doctorală şi post doctorală - PERFORM
Fig.24. Imagini AFM mod contact celule
osteosarcom depuse pe suprafete de plastic
Tesut dermic
POSDRU/159/1.5/S/138963
Performanţă sustenabilă în cercetarea doctorală şi post doctorală - PERFORM
Fig.25. Imagini AFM (topografie si contrast de faza) pentru creier de sobolan
http://www.surfacesciencewestern.com/highlight-afm-reveals-subcellular-features-for-autism-research/
POSDRU/159/1.5/S/138963
Performanţă sustenabilă în cercetarea doctorală şi post doctorală - PERFORM
BC BC
BC/magnetita5% BC/magnetita 5%
Fig.26. Imagini AFM pentru celuloza bacteriana si compozite celuloza bacteriana cu particule magnetice: mod
contact - deflection, topography si 3D topography
POSDRU/159/1.5/S/138963
Performanţă sustenabilă în cercetarea doctorală şi post doctorală - PERFORM
MNP
MNP
Fig. 27. Imagini SEM pentru particule magnetita, fibre de
celuloza si compozite celuloza magnetita
Fig. 28. Imagini TEM pentru compozite
celuloza/particule magnetice
POSDRU/159/1.5/S/138963
Performanţă sustenabilă în cercetarea doctorală şi post doctorală - PERFORM
Fig.29. Imagini AFM pe cutii de Al
acoperite in interior cu strat polimeric
Imagini deflectie in stanga si distributie de
faza in dreapta Fig.30. Imagini AFM probe otel carbon
dupa expunere la abur uscat. In imaginea
din dreapta se pot vedea mici
aglomerari/plachete care sunt urme de
coroziune
http://www.asmicro.com/Applications/Metals.htm
Domeniul metalelor
POSDRU/159/1.5/S/138963
Performanţă sustenabilă în cercetarea doctorală şi post doctorală - PERFORM
Nanofire de GaN crescute prin tehnici speciale pentru a putea fi folosite ca varf
de cantilever in tehnica AFM.
http://www.nist.gov/pml/div686/manufacturing/gan-nanowires-as-afm-tips.cfm
POSDRU/159/1.5/S/138963
Performanţă sustenabilă în cercetarea doctorală şi post doctorală - PERFORM
Circuite electronice
Dispozitive electronice cu continut de grafene
http://materials386.rssing.com/chan-5960918/all_p11.html
Grafene crescute pe Ru, 150 nmx150 nm, 30 nmx30 nm
http://www.specs.de/cms/front_content.php?idart=552
POSDRU/159/1.5/S/138963
Performanţă sustenabilă în cercetarea doctorală şi post doctorală - PERFORM
Companii care produc aparate de tip AFM
Agilent Technologies
Anasys Instruments
Asylum Research
Angstrom Advanced
Bruker
JPK Instruments
NanoScience Technologies
Novascan
Park Systems
La ora actuala exista in literatura peste 20 000 lucrari cu
subiect investigatii AFM si peste 500 brevete publicate.
POSDRU/159/1.5/S/138963
Performanţă sustenabilă în cercetarea doctorală şi post doctorală - PERFORM
POSDRU/159/1.5/S/138963
Performanţă sustenabilă în cercetarea doctorală şi post doctorală - PERFORM
CONCLUZII
Fata de alte sisteme de microscopie, microscopul cu forta atomica prezinta urmatoarele avantaje
esentiale :
Microscopul cu forta atomica face posibila vizualizarea imaginilor cu un contrast topografic
extraordinar, pot fi facute masuratori precise de nivel pe suprafata probelor investigate (nu este necesara
tratarea probelor).
Imaginile tridimensionale sunt obtinute fara o preparare costisitoare a probelor cu urmeaza a fi studiate
si ofera informatii mult mai complete, comparativ cu profilele bidiminesionale obtinute din probele
taiate transversal.
Microscopul cu forta atomica permite masurarea precisa a pragurilor de inaltime de pe suprafata unei
probe.
Spre deosebire de tehnicile SEM de exemplu, AFM nu necesita neparata conditii de vid inalt, probele
putand fi analizate in aer sau intr-un mediu lichid.
Un dezavantaj al acestei tehnici poate consta in dimensiunea zonei scanate (suprafata scanata maxim
150 microni x150 microni) si in viteza relativ mica de scanare ceea ce poate duce la “alunecarea”
probei din cauza efectului termic (thermal drift).
POSDRU/159/1.5/S/138963
Performanţă sustenabilă în cercetarea doctorală şi post doctorală - PERFORM
Referinte bibliografice:
1. Allison M. Whited, Paul S. Park, Atomic force microscopy: A multifaceted tools to study
membrane proteins and their interactions with ligands, Biochimica et Biophysica Acta, 1838, 2014, 56-
68.
2. Robert A. Wilson and Heather A. Bullen, Basic Theory Atomic Force Microscopy (AFM),
Department of Chemistry, Northern Kentucky University, Highland Heights, KY 41099.
3. Frédéric Eghiaian, Felix Rico, Adai Colom, Ignacio Casuso, Simon Scheuring, High-speed
atomic force microscopy: Imaging and force spectroscopy, FEBS Letters, 2014.
4. M. Habibnejad Korayem, H. Jiryaei Sharahi, A. Habibnejad Korayem, Comparison of frequency
response of atomic force microscopy cantilevers under tip-sample interaction in air and liquids, Scientia
Iranica B (2012) 19 (1), 106–112
5. M.H. Korayem, M. Damircheli, The effect of fluid properties and geometrical parameters of
cantileveron the frequency response of atomic force microscopy, Precision Engineering, 38, (2014),
pp.321–329
POSDRU/159/1.5/S/138963
Performanţă sustenabilă în cercetarea doctorală şi post doctorală - PERFORM
Referinte bibliografice:
6. Bozgan M. Istoria Ochelarilor, in Revista. Istorie și Civilizaţie, Nr. 2, Noiembrie 2009, p. 62,.
http://www. isciv.ro/revista/arhiva/67–istoria-ochelarilor.html.
7. Binnig G. Nobel Lecture”. Nobelprize.org. 17 Jun 2010 http://nobelprize.org/nobel_prizes/
physics/laureates/1986/binnig-lecture.html.
8. Rohrer H. (1986) Nobel Lecture. Nobelprize.org. 17 Jun 2010 http:// nobelprize.org / nobel_prizes /
physics/laureates / 1986/ rohrer- lecture. html.
9. Henderson RM, High resolution imaging of biological macromolecules using the atomic force
microscope, Exp Nephrol, 5 (1997), pp. 453-456
10. Jing Li, Luiz Ecco, Michele Fedel, Valentina Ermini, Gregory Delmas, Jinshan Pan, In-situ AFM
and EIS study of a solventborne alkyd coating with nanoclay for corrosion protection of carbon
steel, Progress in Organic Coatings, Volume 87, October 2015, Pages 179-188
11. Kozaburo Hayashi, Mayumi Iwata, Stiffness of cancer cells measured with an AFM indentation
method, Journal of the Mechanical Behavior of Biomedical Materials, Volume 49, September 2015,
Pages 105-111