Microscopia a forza atomica - Atomic force microscopy

Un AFM genera immagini scansionando un piccolo cantilever sulla superficie di un campione. La punta affilata all'estremità del cantilever entra in contatto con la superficie, piegando il cantilever e modificando la quantità di luce laser riflessa nel fotodiodo. L'altezza del cantilever viene quindi regolata per ripristinare il segnale di risposta risultante nell'altezza del cantilever misurata che traccia la superficie.

La microscopia a forza atomica ( AFM ) o la microscopia a forza di scansione ( SFM ) è un tipo di microscopia a scansione a sonda (SPM) ad altissima risoluzione , con risoluzione dimostrata dell'ordine di frazioni di nanometro , più di 1000 volte migliore della diffrazione ottica -limite .

Panoramica

Un microscopio a forza atomica a sinistra con computer di controllo a destra

La microscopia a forza atomica (AFM) è un tipo di microscopia a scansione di sonda (SPM), con risoluzione dimostrata dell'ordine di frazioni di nanometro , oltre 1000 volte migliore del limite di diffrazione ottica . Le informazioni vengono raccolte "tastando" o "toccando" la superficie con una sonda meccanica. Gli elementi piezoelettrici che facilitano movimenti piccoli ma accurati e precisi su comando (elettronico) consentono una scansione precisa. Nonostante il nome, l'Atomic Force Microscope non utilizza la forza nucleare .

Capacità

Microscopio a forza atomica

L'AFM ha tre abilità principali: misurazione della forza, imaging topografico e manipolazione.

Nella misurazione della forza, gli AFM possono essere utilizzati per misurare le forze tra la sonda e il campione in funzione della loro reciproca separazione. Questo può essere applicato per eseguire la spettroscopia di forza , per misurare le proprietà meccaniche del campione, come il modulo di Young del campione , una misura della rigidità.

Per l'imaging, la reazione della sonda alle forze che il campione impone su di essa può essere utilizzata per formare un'immagine della forma tridimensionale (topografia) di una superficie del campione ad alta risoluzione. Ciò si ottiene scansionando raster la posizione del campione rispetto alla punta e registrando l'altezza della sonda che corrisponde a una costante interazione sonda-campione (vedere la sezione imaging topografico in AFM per maggiori dettagli). La topografia della superficie viene comunemente visualizzata come un grafico a pseudocolore . Sebbene la pubblicazione iniziale sulla microscopia a forza atomica di Binnig, Quate e Gerber nel 1986 speculasse sulla possibilità di raggiungere la risoluzione atomica, era necessario superare profonde sfide sperimentali prima che la risoluzione atomica dei difetti e dei bordi del gradino in condizioni ambientali (liquide) fosse dimostrata in 1993 di Ohnesorge e Binnig. La vera risoluzione atomica della superficie 7x7 del silicio - le immagini atomiche di questa superficie ottenute da STM avevano convinto la comunità scientifica della spettacolare risoluzione spaziale della microscopia a effetto tunnel - ha dovuto aspettare ancora un po' prima che fosse mostrata da Giessibl.

Nella manipolazione, le forze tra punta e campione possono essere utilizzate anche per modificare le proprietà del campione in modo controllato. Esempi di questo includono la manipolazione atomica, la litografia con sonda a scansione e la stimolazione locale delle cellule.

Simultaneamente all'acquisizione di immagini topografiche, altre proprietà del campione possono essere misurate localmente e visualizzate come un'immagine, spesso con una risoluzione altrettanto elevata. Esempi di tali proprietà sono proprietà meccaniche come rigidità o forza di adesione e proprietà elettriche come conduttività o potenziale superficiale. Infatti, la maggior parte delle tecniche SPM sono estensioni di AFM che utilizzano questa modalità.

Altre tecnologie di microscopia

La principale differenza tra la microscopia a forza atomica e le tecnologie concorrenti come la microscopia ottica e la microscopia elettronica è che l'AFM non utilizza lenti o irradiazione del raggio. Pertanto, non soffre di una limitazione nella risoluzione spaziale dovuta alla diffrazione e all'aberrazione e non è necessario preparare uno spazio per guidare il raggio (creando un vuoto) e colorare il campione.

Esistono diversi tipi di microscopia a scansione tra cui microscopia a scansione a sonda (che include AFM, microscopia a scansione a effetto tunnel (STM) e microscopio ottico a scansione in campo vicino (SNOM/NSOM), microscopia STED (STED) e microscopia elettronica a scansione e AFM elettrochimica , EC -AFM). Sebbene SNOM e STED utilizzino luce visibile , infrarossa o addirittura terahertz per illuminare il campione, la loro risoluzione non è vincolata dal limite di diffrazione.

Configurazione

La Fig. 3 mostra un AFM, che tipicamente consiste delle seguenti caratteristiche. I numeri tra parentesi corrispondono alle feature numerate in Fig. 3. Le direzioni delle coordinate sono definite dal sistema di coordinate (0).

Fig. 3: Configurazione tipica di un AFM.
(1) : Cantilever, (2) : Supporto per cantilever, (3) : Elemento piezoelettrico (per far oscillare il cantilever alla sua frequenza propria), (4) : Punta (fissata all'estremità aperta di un cantilever, funge da sonda), (5) : Rilevatore di deflessione e movimento del cantilever, (6) : Campione da misurare mediante AFM, (7) : azionamento xyz, (sposta il campione (6) e lo stadio (8) nelle direzioni x, y e z rispetto ad un apice di punta (4)), e (8) : Stage.

Il piccolo cantilever a molla (1) è portato dal supporto (2). Opzionalmente, un elemento piezoelettrico (tipicamente in materiale ceramico) (3) fa oscillare il cantilever (1). La punta acuminata (4) è fissata all'estremità libera del cantilever (1). Il rilevatore (5) registra la deflessione e il movimento del cantilever (1). Il campione (6) è montato sul tavolino portacampione (8). Un azionamento xyz (7) consente di spostare il campione (6) e lo stadio campione (8) nelle direzioni x, y e z rispetto all'apice della punta (4). Sebbene la Fig. 3 mostri l'unità collegata al campione, l'unità può anche essere collegata alla punta, oppure unità indipendenti possono essere collegate a entrambe, poiché è lo spostamento relativo del campione e della punta che deve essere controllato. Controller e plotter non sono mostrati in Fig. 3.

Secondo la configurazione sopra descritta, l'interazione tra punta e campione, che può essere un fenomeno a scala atomica, si trasduce in variazioni del moto del cantilever che è un fenomeno a macroscala. Diversi aspetti del movimento del cantilever possono essere utilizzati per quantificare l'interazione tra la punta e il campione, più comunemente il valore della deflessione, l'ampiezza di un'oscillazione imposta del cantilever o lo spostamento nella frequenza di risonanza del cantilever (vedere la sezione modalità di imaging).

Rivelatore

Il rivelatore (5) di AFM misura la deflessione (spostamento rispetto alla posizione di equilibrio) del cantilever e lo converte in un segnale elettrico. L'intensità di questo segnale sarà proporzionale allo spostamento del cantilever.

Possono essere utilizzati vari metodi di rilevamento, ad esempio interferometria, leve ottiche, metodo piezoelettrico e rilevatori basati su STM (vedere la sezione "Misurazione della deflessione del cantilever AFM").

Formazione dell'immagine

Nota: i paragrafi seguenti presumono che venga utilizzata la "modalità contatto" (vedere la sezione Modalità di imaging). Per altre modalità di imaging, il processo è simile, tranne per il fatto che la "deflessione" deve essere sostituita dalla variabile di feedback appropriata.

Quando si utilizza l'AFM per l'immagine di un campione, la punta viene portata a contatto con il campione e il campione viene scansionato raster lungo una griglia x–y (fig 4). Più comunemente, viene impiegato un circuito di feedback elettronico per mantenere costante la forza sonda-campione durante la scansione. Questo circuito di retroazione ha come input la deflessione del cantilever e la sua uscita controlla la distanza lungo l'asse z tra il supporto della sonda (2 in fig. 3) e il supporto del campione (8 in fig 3). Finché la punta rimane in contatto con il campione e il campione viene scansionato sul piano x–y, le variazioni di altezza nel campione modificheranno la deflessione del cantilever. Il feedback regola quindi l'altezza del supporto della sonda in modo che la deflessione venga ripristinata a un valore definito dall'utente (il setpoint). Un circuito di retroazione opportunamente regolato regola la separazione supporto-campione continuamente durante il movimento di scansione, in modo tale che la deflessione rimanga approssimativamente costante. In questa situazione, l'output di feedback eguaglia la topografia della superficie del campione entro un piccolo errore.

Storicamente è stato utilizzato un diverso metodo di funzionamento, in cui la distanza campione-supporto sonda è mantenuta costante e non controllata da un feedback ( servomeccanismo ). In questa modalità, solitamente denominata "modalità ad altezza costante", la deflessione del cantilever viene registrata in funzione della posizione x–y del campione. Finché la punta è a contatto con il campione, la deflessione corrisponde quindi alla topografia superficiale. Il motivo principale per cui questo metodo non è più molto popolare è che le forze tra punta e campione non sono controllate, il che può portare a forze abbastanza elevate da danneggiare la punta o il campione. È tuttavia pratica comune registrare la deflessione anche durante la scansione in 'modalità a forza costante', con feedback. Questo rivela il piccolo errore di tracciamento del feedback e a volte può rivelare funzionalità per le quali il feedback non è stato in grado di regolare.

I segnali AFM, come l'altezza del campione o la deflessione del cantilever, vengono registrati su un computer durante la scansione x–y. Sono tracciati in un'immagine pseudocolore , in cui ogni pixel rappresenta una posizione x–y sul campione e il colore rappresenta il segnale registrato.

Fig. 5: Immagine topografica formata da AFM.
(1) : apice della punta, (2) : superficie del campione, (3) : orbita Z dell'apice della punta, (4) : cantilever.

Storia

L'AFM è stato inventato dagli scienziati dell'IBM nel 1985. Il precursore dell'AFM, il microscopio a scansione a effetto tunnel (STM), è stato sviluppato da Gerd Binnig e Heinrich Rohrer nei primi anni '80 presso l' IBM Research - Zurigo , uno sviluppo che gli è valso il Nobel nel 1986 Premio per la Fisica . Binnig ha inventato il microscopio a forza atomica e la prima implementazione sperimentale è stata fatta da Binnig, Quate e Gerber nel 1986.

Il primo microscopio a forza atomica disponibile in commercio è stato introdotto nel 1989. L'AFM è uno degli strumenti più importanti per l'imaging, la misurazione e la manipolazione della materia su scala nanometrica .

Applicazioni

L'AFM è stato applicato a problemi in una vasta gamma di discipline delle scienze naturali, tra cui fisica dello stato solido , scienza e tecnologia dei semiconduttori , ingegneria molecolare , chimica e fisica dei polimeri , chimica delle superfici , biologia molecolare , biologia cellulare e medicina .

Le applicazioni nel campo della fisica dello stato solido includono (a) l'identificazione di atomi su una superficie, (b) la valutazione delle interazioni tra un atomo specifico e i suoi atomi vicini e (c) lo studio dei cambiamenti nelle proprietà fisiche derivanti da cambiamenti in una disposizione atomica attraverso la manipolazione atomica.

In biologia molecolare, l'AFM può essere utilizzato per studiare la struttura e le proprietà meccaniche di complessi e assemblaggi proteici. Ad esempio, l'AFM è stato utilizzato per l'immagine dei microtubuli e per misurare la loro rigidità.

In biologia cellulare, l'AFM può essere utilizzato per tentare di distinguere le cellule cancerose e le cellule normali in base alla durezza delle cellule e per valutare le interazioni tra una cellula specifica e le cellule vicine in un sistema di coltura competitivo. L'AFM può essere utilizzato anche per indentare le cellule, per studiare come regolano la rigidità o la forma della membrana o della parete cellulare.

In alcune varianti, i potenziali elettrici possono essere scansionati anche utilizzando cantilever conduttori . Nelle versioni più avanzate, le correnti possono essere fatte passare attraverso la punta per sondare la conduttività elettrica o il trasporto della superficie sottostante, ma questo è un compito impegnativo con pochi gruppi di ricerca che riportano dati coerenti (dal 2004).

I principi

Micrografia elettronica di un cantilever AFM usato. Larghezza immagine ~100 micrometri
Micrografia elettronica di un cantilever AFM usato. Larghezza immagine ~30 micrometri

L'AFM è costituito da un cantilever con una punta affilata (sonda) alla sua estremità che viene utilizzata per scansionare la superficie del campione. Il cantilever è tipicamente silicio o nitruro di silicio con un raggio di curvatura della punta dell'ordine dei nanometri. Quando la punta viene portata in prossimità di una superficie del campione, le forze tra la punta e il campione portano ad una deflessione del cantilever secondo la legge di Hooke . A seconda della situazione, le forze misurate in AFM includono la forza di contatto meccanica, le forze di van der Waals , le forze capillari , i legami chimici , le forze elettrostatiche , le forze magnetiche (vedi microscopio a forza magnetica , MFM), le forze di Casimir , le forze di solvatazione , ecc. Lungo con la forza, possono essere misurate contemporaneamente quantità aggiuntive attraverso l'uso di tipi specializzati di sonde (vedi microscopia termica a scansione , microscopia a scansione di espansione di joule , microspettroscopia fototermica , ecc.).

Scansione topografica al microscopio a forza atomica di una superficie di vetro. Si possono osservare le caratteristiche in micro e nanoscala del vetro, rappresentando la rugosità del materiale. Lo spazio dell'immagine è (x,y,z) = (20 µm × 20 µm × 420 nm).

L'AFM può funzionare in diverse modalità, a seconda dell'applicazione. In generale, le possibili modalità di imaging sono suddivise in modalità statiche (chiamate anche contatto ) e una varietà di modalità dinamiche (senza contatto o "tapping") in cui il cantilever viene fatto vibrare o oscillare a una data frequenza.

Modalità di imaging

Il funzionamento dell'AFM è solitamente descritto come una delle tre modalità, a seconda della natura del movimento della punta: modalità di contatto, chiamata anche modalità statica (a differenza delle altre due modalità, chiamate modalità dinamiche); modalità tapping, detta anche contatto intermittente, modalità AC o modalità vibrazione, o, dopo il meccanismo di rilevamento, modulazione di ampiezza AFM; modalità senza contatto, o, sempre dopo il meccanismo di rilevamento, modulazione di frequenza AFM.

Nonostante la nomenclatura, il contatto repulsivo può verificarsi o essere evitato sia nella modulazione di ampiezza AFM che nella modulazione di frequenza AFM, a seconda delle impostazioni.

Modalità di contatto

In modalità di contatto, la punta viene "trascinata" sulla superficie del campione e i contorni della superficie vengono misurati utilizzando direttamente la deflessione del cantilever o, più comunemente, utilizzando il segnale di feedback necessario per mantenere il cantilever in una posizione costante . Poiché la misurazione di un segnale statico è soggetta a rumore e deriva, vengono utilizzati cantilever a bassa rigidità (cioè cantilever con una bassa costante della molla, k) per ottenere un segnale di deflessione sufficientemente grande mantenendo bassa la forza di interazione. Vicino alla superficie del campione, le forze attrattive possono essere piuttosto forti, causando lo "scatto" della punta sulla superficie. Pertanto, la modalità di contatto AFM viene quasi sempre eseguita a una profondità in cui la forza complessiva è repulsiva, cioè in un fermo "contatto" con la superficie solida.

Modalità di tocco

Catene polimeriche singole (spessore 0,4 nm) registrate in modalità tapping in mezzi acquosi con pH diverso.

In condizioni ambientali, la maggior parte dei campioni sviluppa uno strato di menisco liquido. Per questo motivo, mantenere la punta della sonda abbastanza vicina al campione affinché le forze a corto raggio diventino rilevabili, evitando che la punta si attacchi alla superficie, rappresenta un grosso problema per la modalità di contatto in condizioni ambientali. La modalità di contatto dinamico (chiamata anche contatto intermittente, modalità CA o modalità a spillo) è stata sviluppata per aggirare questo problema. Al giorno d'oggi, la modalità tapping è la modalità AFM più utilizzata quando si opera in condizioni ambientali o in liquidi.

In modalità tapping , il cantilever è guidato per oscillare su e giù in corrispondenza o in prossimità della sua frequenza di risonanza. Questa oscillazione è comunemente ottenuta con un piccolo elemento piezoelettrico nel supporto del cantilever, ma altre possibilità includono un campo magnetico CA (con cantilever magnetici), cantilever piezoelettrici o riscaldamento periodico con un raggio laser modulato. L'ampiezza di questa oscillazione di solito varia da diversi nm a 200 nm. In modalità tapping, la frequenza e l'ampiezza del segnale di pilotaggio vengono mantenute costanti, portando ad un'ampiezza costante dell'oscillazione del cantilever finché non vi è deriva o interazione con la superficie. L'interazione delle forze che agiscono sul cantilever quando la punta si avvicina alla superficie, le forze di Van der Waals , le interazioni dipolo-dipolo , le forze elettrostatiche , ecc. fanno sì che l'ampiezza dell'oscillazione del cantilever cambi (di solito diminuisca) man mano che la punta si avvicina al campione. Questa ampiezza viene utilizzata come parametro che va nel servo elettronico che controlla l'altezza del cantilever sopra il campione. Il servo regola l'altezza per mantenere un'ampiezza di oscillazione del cantilever impostata mentre il cantilever viene scansionato sul campione. Un'immagine AFM di tapping viene quindi prodotta mediante l'imaging della forza dei contatti intermittenti della punta con la superficie del campione.

Sebbene le forze di picco applicate durante la parte a contatto dell'oscillazione possano essere molto più elevate di quelle tipicamente utilizzate in modalità di contatto, la modalità di maschiatura generalmente riduce il danno arrecato alla superficie e alla punta rispetto alla quantità eseguita in modalità di contatto. Ciò può essere spiegato dalla breve durata della forza applicata e dal fatto che le forze laterali tra punta e campione sono significativamente inferiori nella modalità di maschiatura rispetto alla modalità di contatto. L'imaging in modalità Tapping è abbastanza delicato anche per la visualizzazione di doppi strati lipidici supportati o singole molecole polimeriche adsorbite (ad esempio, catene spesse 0,4 nm di polielettroliti sintetici) sotto mezzo liquido. Con parametri di scansione adeguati, la conformazione delle singole molecole può rimanere invariata per ore e anche i singoli motori molecolari possono essere visualizzati durante il movimento.

Operando in maschiatura è possibile registrare anche la fase di oscillazione del cantilever rispetto al segnale di pilotaggio. Questo canale di segnale contiene informazioni sull'energia dissipata dal cantilever in ogni ciclo di oscillazione. I campioni che contengono regioni di rigidità variabile o con proprietà di adesione diverse possono dare un contrasto in questo canale che non è visibile nell'immagine topografica. Tuttavia, spesso non è possibile estrarre le proprietà del materiale del campione in modo quantitativo dalle immagini di fase.

Modalità senza contatto

Nella modalità di microscopia a forza atomica senza contatto , la punta del cantilever non tocca la superficie del campione. Il cantilever è invece oscillato alla sua frequenza di risonanza (modulazione di frequenza) o appena sopra (modulazione di ampiezza) dove l'ampiezza dell'oscillazione è tipicamente di pochi nanometri (<10 nm) fino a pochi picometri. Le forze di van der Waals , che sono più forti da 1 nm a 10 nm sopra la superficie, o qualsiasi altra forza a lungo raggio che si estende sopra la superficie, agisce per diminuire la frequenza di risonanza del cantilever. Questa diminuzione della frequenza di risonanza combinata con il sistema del circuito di feedback mantiene un'ampiezza o frequenza di oscillazione costante regolando la distanza media punta-campione. La misurazione della distanza punta-campione in ciascun punto dati (x,y) consente al software di scansione di costruire un'immagine topografica della superficie del campione.

L'AFM in modalità senza contatto non soffre degli effetti di degradazione della punta o del campione che a volte si osservano dopo aver eseguito numerose scansioni con l'AFM a contatto. Ciò rende l'AFM senza contatto preferibile all'AFM per la misurazione di campioni morbidi, ad esempio campioni biologici e film sottile organico. Nel caso di campioni rigidi, le immagini a contatto e senza contatto possono avere lo stesso aspetto. Tuttavia, se alcuni monostrati di fluido adsorbito giacciono sulla superficie di un campione rigido, le immagini potrebbero apparire molto diverse. Un AFM che opera in modalità di contatto penetrerà nello strato liquido per visualizzare la superficie sottostante, mentre in modalità senza contatto un AFM oscillerà sopra lo strato di fluido adsorbito per visualizzare sia il liquido che la superficie.

Gli schemi per il funzionamento in modalità dinamica includono la modulazione di frequenza in cui viene utilizzato un anello ad aggancio di fase per tracciare la frequenza di risonanza del cantilever e la più comune modulazione di ampiezza con un servo loop in posizione per mantenere l'eccitazione del cantilever a un'ampiezza definita. Nella modulazione di frequenza, i cambiamenti nella frequenza di oscillazione forniscono informazioni sulle interazioni punta-campione. La frequenza può essere misurata con una sensibilità molto elevata e quindi la modalità di modulazione di frequenza consente l'uso di cantilever molto rigidi. I cantilever rigidi forniscono stabilità molto vicino alla superficie e, di conseguenza, questa tecnica è stata la prima tecnica AFM a fornire una vera risoluzione atomica in condizioni di vuoto ultraelevato .

Nella modulazione di ampiezza , i cambiamenti nell'ampiezza o nella fase dell'oscillazione forniscono il segnale di feedback per l'imaging. Nella modulazione di ampiezza, i cambiamenti nella fase di oscillazione possono essere utilizzati per discriminare tra diversi tipi di materiali sulla superficie. La modulazione di ampiezza può essere operata sia in regime senza contatto che in regime di contatto intermittente. Nella modalità di contatto dinamico, il cantilever viene fatto oscillare in modo tale da modulare la distanza di separazione tra la punta del cantilever e la superficie del campione.

La modulazione di ampiezza è stata utilizzata anche nel regime senza contatto per l'immagine con risoluzione atomica utilizzando cantilever molto rigidi e piccole ampiezze in un ambiente di vuoto ultraelevato.

Immagine topografica

La formazione dell'immagine è un metodo di tracciamento che produce una mappatura dei colori modificando la posizione x–y della punta durante la scansione e la registrazione della variabile misurata, ovvero l'intensità del segnale di controllo, su ciascuna coordinata x–y. La mappatura dei colori mostra il valore misurato corrispondente a ciascuna coordinata. L'immagine esprime l'intensità di un valore come tonalità. Solitamente, la corrispondenza tra l'intensità di un valore e una tonalità è indicata come una scala di colori nelle note esplicative che accompagnano l'immagine.

Qual è l'immagine topografica del microscopio a forza atomica?

Le modalità operative di formazione dell'immagine dell'AFM sono generalmente classificate in due gruppi dal punto di vista se utilizza il ciclo z-Feedback (non mostrato) per mantenere la distanza punta-campione per mantenere l'intensità del segnale esportata dal rivelatore. Il primo (usando il ciclo z-Feedback), detto " modalità XX costante " ( XX è qualcosa che viene mantenuto dal ciclo z-Feedback).

La modalità di formazione dell'immagine topografica si basa sulla suddetta " modalità costante XX ", il ciclo z-Feedback controlla la distanza relativa tra la sonda e il campione attraverso l'emissione di segnali di controllo per mantenere costante uno di frequenza, vibrazione e fase che tipicamente corrisponde al movimento del cantilever (ad esempio, viene applicata tensione all'elemento piezoelettrico Z e sposta il campione su e giù verso la direzione Z.

I dettagli saranno spiegati nel caso in cui in particolare "modalità df costante" (FM-AFM) tra AFM come esempio nella prossima sezione.

Immagine topografica di FM-AFM

Quando la distanza tra la sonda e il campione viene portata nell'intervallo in cui può essere rilevata la forza atomica, mentre un cantilever è eccitato nella sua frequenza propria naturale (f 0 ), si verifica un fenomeno per cui la frequenza di risonanza (f) del cantilever si sposta dalla sua frequenza di risonanza originale (frequenza propria naturale). In altre parole, nell'intervallo in cui può essere rilevata la forza atomica, si osserverà lo spostamento di frequenza (df=ff 0 ). Quindi, quando la distanza tra la sonda e il campione è nella regione senza contatto , lo spostamento di frequenza aumenta in direzione negativa man mano che la distanza tra la sonda e il campione si riduce.

Quando il campione ha concavità e convessità, la distanza tra punta-apice e campione varia in accordo con la concavità e la convessità accompagnata da una scansione del campione lungo la direzione x–y (senza regolazione dell'altezza in direzione z). Di conseguenza, si verifica lo spostamento di frequenza. L'immagine in cui vengono tracciati i valori della frequenza ottenuti da una scansione raster lungo la direzione x–y della superficie del campione rispetto alla coordinazione x–y di ciascun punto di misurazione è chiamata immagine ad altezza costante.

D'altra parte, il df può essere mantenuto costante spostando la sonda verso l'alto e verso il basso (vedi (3) di FIG.5) in direzione z usando un feedback negativo (usando il ciclo di feedback z) mentre la scansione raster del superficie del campione lungo la direzione x–y. L'immagine in cui le quantità del feedback negativo (la distanza di spostamento della sonda verso l'alto e verso il basso nella direzione z) sono tracciate rispetto alla coordinazione x–y di ciascun punto di misurazione è un'immagine topografica. In altre parole, l'immagine topografica è una traccia della punta della sonda regolata in modo che la df sia costante e può anche essere considerata un tracciato di una superficie ad altezza costante della df.

Pertanto, l'immagine topografica dell'AFM non è l'esatta morfologia della superficie in sé, ma in realtà l'immagine influenzata dall'ordine di legame tra la sonda e il campione, tuttavia, l'immagine topografica dell'AFM è considerata riflettere la forma geografica del superficie più dell'immagine topografica di un microscopio a scansione a tunnel.

Spettroscopia di forza

Un'altra importante applicazione dell'AFM (oltre all'imaging) è la spettroscopia di forza , la misurazione diretta delle forze di interazione punta-campione in funzione dello spazio tra la punta e il campione (il risultato di questa misurazione è chiamato curva forza-distanza). Per questo metodo, la punta dell'AFM viene estesa verso e ritratta dalla superficie mentre la deflessione del cantilever viene monitorata in funzione dello spostamento piezoelettrico . Queste misurazioni sono state utilizzate per misurare i contatti su scala nanometrica, il legame atomico , le forze di Van der Waals e le forze di Casimir , le forze di dissoluzione nei liquidi e le forze di stiramento e rottura di singole molecole. Inoltre, l'AFM è stato utilizzato per misurare, in ambiente acquoso, la forza di dispersione dovuta al polimero adsorbito sul substrato. Forze dell'ordine di pochi piconewton possono ora essere misurate di routine con una risoluzione della distanza verticale migliore di 0,1 nanometri. La spettroscopia di forza può essere eseguita con modalità statica o dinamica. Nelle modalità dinamiche, oltre alla deflessione statica, vengono monitorate le informazioni sulla vibrazione del cantilever.

I problemi con la tecnica includono la mancata misurazione diretta della separazione punta-campione e la comune necessità di cantilever a bassa rigidità, che tendono a "scattare" sulla superficie. Questi problemi non sono insormontabili. È stato sviluppato un AFM che misura direttamente la separazione punta-campione. Lo snap-in può essere ridotto misurando in liquidi o utilizzando cantilever più rigidi, ma in quest'ultimo caso è necessario un sensore di deflessione più sensibile. Applicando una leggera retinatura alla punta, è possibile misurare anche la rigidità (gradiente di forza) del legame.

Applicazioni biologiche e altro

La spettroscopia di forza viene utilizzata in biofisica per misurare le proprietà meccaniche del materiale vivente (come tessuti o cellule) o rilevare strutture di diversa rigidità sepolte nella massa del campione utilizzando la tomografia di rigidità. Un'altra applicazione era misurare le forze di interazione tra da una parte un materiale bloccato sulla punta del cantilever e dall'altra la superficie delle particelle libere o occupate dallo stesso materiale. Dalla curva di distribuzione delle forze di adesione è stato ricavato un valore medio delle forze. Ha permesso di fare una cartografia della superficie delle particelle, coperte o meno dal materiale. Gli AFM sono stati utilizzati anche per proteine ​​che si dispiegano meccanicamente. In tali esperimenti, l'analisi delle forze di dispiegamento medie con il modello appropriato porta all'ottenimento delle informazioni sulla velocità di distensione e sui parametri del profilo di energia libera della proteina.

Identificazione dei singoli atomi di superficie

L'AFM può essere utilizzato per visualizzare e manipolare atomi e strutture su una varietà di superfici. L'atomo all'apice della punta "percepisce" i singoli atomi sulla superficie sottostante quando forma legami chimici incipienti con ciascun atomo. Poiché queste interazioni chimiche alterano leggermente la frequenza di vibrazione della punta, possono essere rilevate e mappate. Questo principio è stato utilizzato per distinguere tra atomi di silicio, stagno e piombo su una superficie di lega, confrontando queste "impronte digitali atomiche" con i valori ottenuti da simulazioni della teoria del funzionale della densità (DFT) su larga scala .

Il trucco è prima misurare queste forze con precisione per ogni tipo di atomo previsto nel campione, e poi confrontarle con le forze fornite dalle simulazioni DFT. Il team ha scoperto che la punta interagiva più fortemente con gli atomi di silicio e interagiva con il 24% e il 41% in meno rispettivamente con gli atomi di stagno e piombo. Pertanto, ogni diverso tipo di atomo può essere identificato nella matrice mentre la punta viene spostata sulla superficie.

Sonda

Una sonda AFM ha una punta affilata sull'estremità oscillante libera di un cantilever che sporge da un supporto. Le dimensioni del cantilever sono nella scala dei micrometri. Il raggio della punta è solitamente sulla scala da pochi nanometri a poche decine di nanometri. (Esistono sonde speciali con raggi finali molto più grandi, ad esempio sonde per l'indentazione di materiali morbidi.) Il supporto cantilever, chiamato anche chip di supporto - spesso di dimensioni 1,6 mm per 3,4 mm - consente all'operatore di tenere il gruppo cantilever/sonda AFM con pinzette e inserirlo nelle corrispondenti clip di supporto sulla testina di scansione del microscopio a forza atomica.

Questo dispositivo è più comunemente chiamato "sonda AFM", ma altri nomi includono "punta AFM" e " cantilever " (utilizzando il nome di una singola parte come nome dell'intero dispositivo). Una sonda AFM è un particolare tipo di sonda SPM ( microscopia a scansione di sonda ).

Le sonde AFM sono prodotte con tecnologia MEMS . La maggior parte delle sonde AFM utilizzate sono realizzate in silicio (Si), ma sono in uso anche vetro borosilicato e nitruro di silicio . Le sonde AFM sono considerate materiali di consumo poiché vengono spesso sostituite quando l'apice della punta diventa opaco o contaminato o quando il cantilever è rotto. Possono costare da un paio di decine di dollari fino a centinaia di dollari per cantilever per le combinazioni cantilever/sonda più specializzate.

Solo la punta viene portata molto vicino alla superficie dell'oggetto in esame, il cantilever viene deviato dall'interazione tra la punta e la superficie, che è ciò che l'AFM è progettato per misurare. Una mappa spaziale dell'interazione può essere realizzata misurando la deflessione in molti punti su una superficie 2D.

È possibile rilevare diversi tipi di interazione. A seconda dell'interazione in esame, la superficie della punta della sonda AFM deve essere modificata con un rivestimento. Tra i rivestimenti utilizzati vi sono l' oro – per il legame covalente di molecole biologiche e il rilevamento della loro interazione con una superficie, il diamante per una maggiore resistenza all'usura e rivestimenti magnetici per rilevare le proprietà magnetiche della superficie indagata. Esiste un'altra soluzione per ottenere immagini magnetiche ad alta risoluzione: dotare la sonda di un microSQUID . Le punte AFM sono fabbricate utilizzando la microlavorazione al silicio e il posizionamento preciso del ciclo microSQUID viene eseguito mediante litografia a fascio di elettroni. L'ulteriore attacco di un punto quantico all'apice della punta di una sonda conduttiva consente l'imaging del potenziale di superficie con un'elevata risoluzione laterale, microscopia a scansione di punti quantici .

Anche la superficie dei cantilever può essere modificata. Questi rivestimenti vengono applicati principalmente per aumentare la riflettanza del cantilever e per migliorare il segnale di deflessione.

Forze vs geometria della punta

Le forze tra la punta e il campione dipendono fortemente dalla geometria della punta. Negli ultimi anni sono stati sfruttati vari studi per scrivere le forze in funzione dei parametri della punta.

Tra le diverse forze tra la punta e il campione, le forze del menisco dell'acqua sono molto interessanti, sia in ambiente aereo che liquido. Altre forze devono essere considerate, come la forza di Coulomb , le forze di van der Waals , le interazioni a doppio strato , le forze di solvatazione , l'idratazione e le forze idrofobe.

menisco d'acqua

Le forze del menisco dell'acqua sono molto interessanti per le misurazioni AFM in aria. A causa dell'umidità ambientale , durante le misurazioni dell'aria si forma un sottile strato d'acqua tra la punta e il campione. La forza capillare risultante dà origine a una forte forza attrattiva che attira la punta sulla superficie. Infatti, la forza di adesione misurata tra punta e campione in aria ambiente di umidità finita è solitamente dominata da forze capillari. Di conseguenza, è difficile estrarre la punta dalla superficie. Per i campioni morbidi, inclusi molti polimeri e in particolare i materiali biologici, la forte forza adesiva capillare provoca la degradazione e la distruzione del campione durante l'imaging in modalità di contatto. Storicamente, questi problemi sono stati una motivazione importante per lo sviluppo dell'imaging dinamico in aria (ad es. "modalità tapping"). Durante l'imaging in modalità tapping in aria, si formano ancora ponti capillari. Tuttavia, per condizioni di imaging idonee, i ponti capillari si formano e si rompono in ogni ciclo di oscillazione del cantilever normale alla superficie, come si può dedurre da un'analisi dell'ampiezza del cantilever e delle curve fase vs distanza. Di conseguenza, le forze di taglio distruttive sono ampiamente ridotte e possono essere studiati campioni morbidi.

Per quantificare la forza capillare di equilibrio è necessario partire dall'equazione di Laplace per la pressione:

Modello per menisco acquoso AFM

dove γ L è l'energia superficiale e r 0 e r 1 sono definiti nella figura.

La pressione viene applicata su un'area di

dove d, θ e h sono definiti nella figura.

La forza che unisce le due superfici è

La stessa formula potrebbe essere calcolata anche in funzione dell'umidità relativa.

Formule calcolate da Gao per diverse geometrie della punta. Ad esempio, la forza diminuisce del 20% per una punta conica rispetto a una punta sferica.

Quando si calcolano queste forze, si deve fare una differenza tra la situazione bagnato su asciutto e la situazione bagnato su bagnato.

Per una punta sferica, la forza è:

per asciutto su bagnato

per bagnato su bagnato

dove è l'angolo di contatto della sfera asciutta e è l'angolo immerso, come mostrato nella figura Anche R,h e D sono illustrati nella stessa figura.

Per una punta conica, la formula diventa:

per asciutto su bagnato

per bagnato su bagnato

dove è l'angolo di semicono e r 0 e h sono i parametri del profilo del menisco.

Misurazione della deflessione del cantilever AFM

Misura della deviazione del raggio

Rilevamento della deviazione del raggio AFM

Il metodo più comune per le misurazioni della deflessione del cantilever è il metodo della deflessione del raggio. In questo metodo, la luce laser di un diodo allo stato solido viene riflessa dal retro del cantilever e raccolta da un rivelatore sensibile alla posizione (PSD) costituito da due fotodiodi ravvicinati , il cui segnale di uscita viene raccolto da un amplificatore differenziale . Lo spostamento angolare del cantilever fa sì che un fotodiodo raccolga più luce dell'altro fotodiodo, producendo un segnale di uscita (la differenza tra i segnali del fotodiodo normalizzato dalla loro somma), che è proporzionale alla deflessione del cantilever. La sensibilità del metodo di deflessione del raggio è molto elevata, un rumore di fondo dell'ordine di 10 fm Hz 12 può essere ottenuto di routine in un sistema ben progettato. Sebbene questo metodo sia talvolta chiamato metodo della "leva ottica", il segnale non viene amplificato se il percorso del raggio viene allungato. Un percorso del raggio più lungo aumenta il movimento dello spot riflesso sui fotodiodi, ma allarga anche lo spot della stessa quantità a causa della diffrazione , in modo che la stessa quantità di potenza ottica venga spostata da un fotodiodo all'altro. La "leva ottica" (segnale di uscita del rivelatore diviso per la deflessione del cantilever) è inversamente proporzionale all'apertura numerica dell'ottica di focalizzazione del raggio, purché lo spot laser focalizzato sia sufficientemente piccolo da cadere completamente sul cantilever. È anche inversamente proporzionale alla lunghezza del cantilever.

La relativa popolarità del metodo di deviazione del raggio può essere spiegata dalla sua elevata sensibilità e semplicità d'uso, e dal fatto che i cantilever non richiedono contatti elettrici o altri trattamenti speciali e possono quindi essere fabbricati in modo relativamente economico con punte affilate integrate.

Altri metodi di misurazione della deflessione

Esistono molti altri metodi per le misurazioni della deflessione del raggio.

  • Rilevamento piezoelettrico : i cantilever realizzati in quarzo (come la configurazione qPlus ) o altri materiali piezoelettrici possono rilevare direttamente la deflessione come segnale elettrico. Con questo metodo sono state rilevate oscillazioni del cantilever fino alle 22:00.
  • Vibrometria laser Doppler – Un vibrometro laser Doppler può essere utilizzato per produrre misurazioni di deflessione molto accurate per un cantilever oscillante (quindi viene utilizzato solo in modalità senza contatto). Questo metodo è costoso e viene utilizzato solo da relativamente pochi gruppi.
  • Microscopio a scansione a effetto tunnel (STM) — Il primo microscopio atomico utilizzava un STM completo di un proprio meccanismo di feedback per misurare la deflessione. Questo metodo è molto difficile da implementare ed è lento a reagire ai cambiamenti di deflessione rispetto ai metodi moderni.
  • Interferometria otticaL'interferometria ottica può essere utilizzata per misurare la deflessione del cantilever. A causa delle deviazioni su scala nanometrica misurate in AFM, l'interferometro funziona in regime di sub-frangia, quindi qualsiasi deriva nella potenza del laser o nella lunghezza d'onda ha forti effetti sulla misurazione. Per questi motivi le misurazioni dell'interferometro ottico devono essere eseguite con grande attenzione (ad esempio utilizzando fluidi index matching tra giunzioni di fibre ottiche), con laser molto stabili. Per questi motivi l'interferometria ottica è usata raramente.
  • Rilevamento capacitivo : i cantilever rivestiti in metallo possono formare un condensatore con un altro contatto situato dietro il cantilever. La deflessione modifica la distanza tra i contatti e può essere misurata come variazione di capacità.
  • Rilevamento piezoresistivo – I cantilever possono essere fabbricati con elementi piezoresistivi che fungono da estensimetri . Utilizzando un ponte di Wheatstone , è possibile misurare la deformazione nel cantilever AFM dovuta alla deflessione. Questo non è comunemente usato nelle applicazioni sotto vuoto, poiché il rilevamento piezoresistivo dissipa energia dal sistema che influenza il Q della risonanza.

Scanner piezoelettrici

Gli scanner AFM sono realizzati in materiale piezoelettrico , che si espande e si contrae proporzionalmente a una tensione applicata. Il fatto che si allunghino o si contraggano dipende dalla polarità della tensione applicata. Tradizionalmente la punta o il campione è montato su un 'treppiede' di tre cristalli piezoelettrici, con ogni responsabile della scansione in x , y e z direzioni. Nel 1986, lo stesso anno in cui è stato inventato l'AFM , è stato sviluppato un nuovo scanner piezoelettrico , lo scanner per tubi, per l'uso in STM. Scanner a tubo successivi sono stati incorporati negli AFM. Lo scanner per tubi può spostare il campione nelle direzioni x , y e z utilizzando un tubo piezoelettrico singolo con un singolo contatto interno e quattro contatti esterni. Un vantaggio dello scanner a tubo rispetto al design originale del treppiede è un migliore isolamento dalle vibrazioni, derivante dalla maggiore frequenza di risonanza della costruzione a singolo elemento, in combinazione con uno stadio di isolamento a bassa frequenza di risonanza. Uno svantaggio è che il movimento x - y può causare un movimento z indesiderato con conseguente distorsione. Un altro design popolare per gli scanner AFM è lo stadio di flessione , che utilizza piezoelettrici separati per ciascun asse e li accoppia attraverso un meccanismo di flessione.

Gli scanner sono caratterizzati dalla loro sensibilità, che è il rapporto tra movimento piezoelettrico e tensione piezoelettrica, ovvero quanto il materiale piezoelettrico si estende o si contrae per volt applicato. A causa delle differenze di materiale o dimensione, la sensibilità varia da scanner a scanner. La sensibilità varia in modo non lineare rispetto alle dimensioni della scansione. Gli scanner piezoelettrici mostrano una maggiore sensibilità alla fine che all'inizio di una scansione. Ciò fa sì che le scansioni avanti e indietro si comportino in modo diverso e visualizzino l' isteresi tra le due direzioni di scansione. Questo può essere corretto applicando una tensione non lineare agli elettrodi piezoelettrici per causare il movimento lineare dello scanner e calibrando lo scanner di conseguenza. Uno svantaggio di questo approccio è che richiede una ricalibrazione perché la precisa tensione non lineare necessaria per correggere il movimento non lineare cambierà con l'invecchiamento del piezo (vedi sotto). Questo problema può essere aggirato aggiungendo un sensore lineare allo stadio campione o allo stadio piezoelettrico per rilevare il vero movimento del piezoelettrico. Le deviazioni dal movimento ideale possono essere rilevate dal sensore e le correzioni applicate al segnale di azionamento piezoelettrico per correggere il movimento piezoelettrico non lineare. Questo progetto è noto come AFM "a circuito chiuso". Gli AFM piezo non sensoriali sono indicati come AFM "a circuito aperto".

La sensibilità dei materiali piezoelettrici diminuisce esponenzialmente con il tempo. Ciò fa sì che la maggior parte del cambiamento di sensibilità si verifichi nelle fasi iniziali della vita dello scanner. Gli scanner piezoelettrici vengono utilizzati per circa 48 ore prima di essere spediti dalla fabbrica in modo che abbiano superato il punto in cui possono avere grandi cambiamenti di sensibilità. Con l'invecchiamento dello scanner, la sensibilità cambierà meno con il tempo e lo scanner richiederebbe raramente la ricalibrazione, sebbene vari manuali del produttore raccomandino la calibrazione mensile o semestrale degli AFM ad anello aperto.

Vantaggi e svantaggi

Il primo microscopio a forza atomica

Vantaggi

L'AFM presenta diversi vantaggi rispetto al microscopio elettronico a scansione (SEM). A differenza del microscopio elettronico, che fornisce una proiezione bidimensionale o un'immagine bidimensionale di un campione, l'AFM fornisce un profilo superficiale tridimensionale. Inoltre, i campioni visualizzati da AFM non richiedono alcun trattamento speciale (come rivestimenti in metallo/carbonio) che cambierebbero o danneggerebbero in modo irreversibile il campione e in genere non soffrono di artefatti di carica nell'immagine finale. Mentre un microscopio elettronico necessita di un costoso ambiente sottovuoto per un corretto funzionamento, la maggior parte delle modalità AFM può funzionare perfettamente nell'aria ambiente o anche in un ambiente liquido. Ciò rende possibile lo studio delle macromolecole biologiche e persino degli organismi viventi. In linea di principio, AFM può fornire una risoluzione maggiore rispetto a SEM. È stato dimostrato che fornisce una vera risoluzione atomica in ultra alto vuoto (UHV) e, più recentemente, in ambienti liquidi. L'AFM ad alta risoluzione è paragonabile in risoluzione alla microscopia a effetto tunnel e alla microscopia elettronica a trasmissione . L'AFM può anche essere combinato con una varietà di tecniche di microscopia ottica e spettroscopia come la microscopia fluorescente della spettroscopia infrarossa, dando origine alla microscopia ottica a scansione di campo vicino , nano-FTIR e ampliando ulteriormente la sua applicabilità. Gli strumenti ottici AFM combinati sono stati applicati principalmente nelle scienze biologiche, ma recentemente hanno suscitato un forte interesse nel fotovoltaico e nella ricerca sull'accumulo di energia, nelle scienze dei polimeri, nelle nanotecnologie e persino nella ricerca medica.

Svantaggi

Uno svantaggio dell'AFM rispetto al microscopio elettronico a scansione (SEM) è la dimensione dell'immagine a scansione singola. In un passaggio, il SEM può acquisire un'area dell'ordine dei millimetri quadrati con una profondità di campo dell'ordine dei millimetri, mentre l'AFM può acquisire solo un'area di scansione massima di circa 150×150 micrometri e un'altezza massima dell'ordine di 10-20 micrometri. Un metodo per migliorare la dimensione dell'area scansionata per l'AFM consiste nell'utilizzare sonde parallele in un modo simile a quello della memorizzazione dei dati del millepiedi .

Anche la velocità di scansione di un AFM è un limite. Tradizionalmente, un AFM non può scansionare le immagini alla velocità di un SEM, richiedendo diversi minuti per una scansione tipica, mentre un SEM è in grado di scansionare quasi in tempo reale, sebbene con una qualità relativamente bassa. La velocità di scansione relativamente lenta durante l'imaging AFM spesso porta a una deriva termica nell'immagine, rendendo l'AFM meno adatto a misurare distanze precise tra le caratteristiche topografiche sull'immagine. Tuttavia, sono stati suggeriti diversi progetti ad azione rapida per aumentare la produttività della scansione del microscopio, incluso quello che viene definito videoAFM (si ottengono immagini di qualità ragionevole con videoAFM a velocità video: più veloce del SEM medio). Per eliminare le distorsioni dell'immagine indotte dalla deriva termica, sono stati introdotti diversi metodi.

Mostra un artefatto AFM derivante da una punta con un raggio di curvatura elevato rispetto alla caratteristica che deve essere visualizzata
Artefatto AFM, topografia del campione ripida

Le immagini AFM possono anche essere influenzate da non linearità, isteresi e scorrimento del materiale piezoelettrico e diafonia tra gli assi x , y , z che potrebbero richiedere miglioramenti e filtri del software. Tale filtraggio potrebbe "appiattire" le caratteristiche topografiche reali. Tuttavia, gli AFM più recenti utilizzano software di correzione in tempo reale (ad esempio, la scansione orientata alle funzionalità ) o scanner a circuito chiuso, che praticamente eliminano questi problemi. Alcuni AFM utilizzano anche scanner ortogonali separati (al contrario di un singolo tubo), che servono anche ad eliminare parte dei problemi di diafonia.

Come con qualsiasi altra tecnica di imaging, esiste la possibilità di artefatti dell'immagine , che potrebbero essere indotti da una punta non adatta, da un ambiente operativo scadente o persino dal campione stesso, come illustrato a destra. Questi artefatti dell'immagine sono inevitabili; tuttavia, la loro presenza e il loro effetto sui risultati possono essere ridotti attraverso vari metodi. Gli artefatti risultanti da una punta troppo grossa possono essere causati, ad esempio, da una manipolazione inadeguata o da collisioni di fatto con il campione a causa della scansione troppo veloce o della superficie irragionevolmente ruvida, causando un'effettiva usura della punta.

A causa della natura delle sonde AFM, normalmente non possono misurare pareti ripide o sporgenze. Cantilever e AFM appositamente realizzati possono essere utilizzati per modulare la sonda lateralmente e verso l'alto e verso il basso (come con le modalità di contatto dinamico e senza contatto) per misurare le pareti laterali, al costo di cantilever più costosi, risoluzione laterale inferiore e artefatti aggiuntivi.

Altre applicazioni in vari campi di studio

Immagine AFM di parte di un apparato del Golgi isolato da cellule HeLa

Gli ultimi sforzi nell'integrazione della nanotecnologia e della ricerca biologica hanno avuto successo e mostrano molte promesse per il futuro. Poiché le nanoparticelle sono un potenziale veicolo di somministrazione di farmaci, le risposte biologiche delle cellule a queste nanoparticelle vengono continuamente esplorate per ottimizzarne l'efficacia e migliorare il loro design. Pyrgiotakis et al. sono stati in grado di studiare l'interazione tra le nanoparticelle e le cellule ingegnerizzate con CeO 2 e Fe 2 O 3 attaccando le nanoparticelle ingegnerizzate alla punta dell'AFM. Gli studi hanno sfruttato l'AFM per ottenere ulteriori informazioni sul comportamento delle cellule vive nei mezzi biologici. La spettroscopia a forza atomica in tempo reale (o nanoscopia) e la spettroscopia a forza atomica dinamica sono state utilizzate per studiare cellule vive e proteine ​​di membrana e il loro comportamento dinamico ad alta risoluzione, su scala nanometrica. L'acquisizione di immagini e l'ottenimento di informazioni sulla topografia e sulle proprietà delle cellule ha anche fornito informazioni sui processi e meccanismi chimici che si verificano attraverso l'interazione cellula-cellula e le interazioni con altre molecole di segnalazione (es. ligandi). Evans e Calderwood hanno utilizzato la microscopia a forza di singola cellula per studiare le forze di adesione cellulare , la cinetica del legame/la forza del legame dinamico e il suo ruolo nei processi chimici come la segnalazione cellulare. Scheuring, Lévy e Rigaud hanno esaminato gli studi in cui l'AFM esplorava la struttura cristallina delle proteine ​​di membrana dei batteri fotosintetici. Alsteen et al. hanno utilizzato la nanoscopia basata su AFM per eseguire un'analisi in tempo reale dell'interazione tra micobatteri vivi e farmaci antimicobatterici (in particolare isoniazide , etionamide , etambutolo e streptomicina ), che funge da esempio dell'analisi più approfondita del patogeno-farmaco interazioni che possono essere effettuate tramite AFM.

Guarda anche

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Riferimenti

Ulteriori letture

link esterno