peakforce tapping afm - high-performance scientific … · 2016-03-17 · resolución lateral....

PeakForce Tapping AFM: medición de la topografía, las propiedades mecánicas y eléctricas a escala nanométrica

Esquema de la Charla

• 10:00 - Introducciónes: Héctor Lara, director de productos Bruker AFM

• PeakForce Tapping - Una modalidad única de Bruker Nano

• PeakForce QNM - Mapeo de propiedades nanomecánicas

• PeakForce TUNA - Caracterización eléctricas a escala nanométrica

• 10:30 - Demostración web en vivo: Tiago Rodrigues, Doctor, Ingeniero de Aplicaciones

• 10:40 - Preguntas

• 10:50 - Cierre

March 2016 2Bruker Nano

Microscopía de Fuerza AtómicaEl avance de la tecnología

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• (1986) Contact mode & LFM • (1992) Tapping Mode• (1992) Force-Volume Mapping

• (2010)• (2010)

• (2010)• (2011) • (2012) • (2014)

mapeo dela topografía

mapeo simultáneode propiedades

eléctricas y mecânicas

March 2016 Bruker Nano

4

• En la modalidad PeakForce Tapping, el cantiléver oscila con una pequeña amplitud y a una frecuencia muy abajo de su resonancia

• A medida que la sonda barre la muestra, se adquiere una serie continua de curvas de fuerza

• La fuerza máxima (peak force) es mantenida constante a niveles ultra-bajos a través de retroalimentación.

• Alcanzándose así un control directo de fuerza que ayuda a proteger de daño las muestras delicadas y también a las puntas

aproximación retracción

tiempo

March 2016 Bruker Nano

Una modalidad única de Bruker Nano

• El cantiléver oscila con una pequeña amplitud y a una frecuencia muy abajo de su resonancia

• Logra curvas de fuerza en cada pixel que resulta en grandes volúmenes de datos

March 2016 5Bruker Nano

1. Acercarpunta-muestra

2. Contactofuerzas atractivas

3. Fuerza Maxima

4. Retiro de Cantilever 5. Retiro a punto de Fuerza Maxima poradhesion

6. De Vuelta en Aire

Sorprendentemente simple

March 2016 6Bruker Nano

Hardware, software, and control algorithms that make you an immediate expert.

Contact, Tapping & PeakForce Tapping Topography Modes

March 2016 Bruker Nano 7

Perfil de barrido

Contact mode Tapping mode ScanAsyst mode

March 2016Bruker Nano8

Contact mode Tapping mode ScanAsyst mode

Perfil de barrido:

Molécula pegajosa

March 2016 Bruker Nano 9

El nuevo estándar para topografia - Aire

PFT alcanza fácilmente el fondo de fosos profundos (~65 nm) y estrechos (~50 nm). Barrido de 1 µm.

PFT hace fácilmente la imagen de este substrato de cultivo celular en forma de red. Barrido 1 µm – altura 1µm.

PFT mide fácilmente baja rugosidad con alta resolución lateral. Barrido de 1 µm – altura 2.3 nm.

Nano-fosos Semi-conductor Rugoso

March 2016 10Bruker Nano

PFT alcanza fácilmente fuerzas bajas para revelar detalles únicos como microvellosidades en células vivas. Barrido de 10 µm.

PFT hace fácilmente la imágen células vivasMDCK. Barrido 95 µm – Altura 4.5 µm.

PFT mide rutinariamente estructura de doble hélices de DNA. Barrido 60 nm – Altura 2 nm.

Estructuras blandas Nano-hilos Rugosas

Peak Force Tapping es un modo único de topografía, que combina:

• Adquisición rápida de imágenes: 512x512 in 10 minutes• Control directo de fuerzas bajas• Facilidad de uso / universal

30pN force

El nuevo estándar para topografía - Líquidos

March 2016 11Bruker Nano

Reconocimiento Mundial por científicos

March 2016 12

Bruker NanoScope

Competidores

Más publicaciones científicas que los cuatro mayores competidores de Bruker combinados

Fuente: búsqueda de google académico, 11/14/2015Los términos de búsqueda: <nanoscopio "microscopía de fuerza atómica"> vs <xe O MFP-3D o Cypher O 5500 O nanowizard "microscopía de fuerza atómica">

17,400 publicaciones

27,400 publicaciones

Números-clave de la plataforma NanoScope:1. Hasta este momento >1000 publicaciones2. Una nueva publicación por día en 20153. >30% de las publicaciones en revistas

científicas “top 10%”

El crecimiento mas rápido visto en una nueva modalidad de AFM, más de 1000

publicaciones hasta la fecha

Bruker Nano

March 2016 13Bruker Nano

Imágenes de alta-resolución de microvellosidades* en células vivas*Microestructuras en la superficie de células epiteliales

March 2016 14Bruker Nano

• Imágenes de células MDCK vivas - PeakForce Tapping 1kHz

50 µm x 50 µm 8 µm x 8 µm

Control de la fuerza y fuerzas bajas son fundamentales para hacer imágenes de microvellosidades

March 2016 15Bruker Nano

150 – 250 pN

100 – 130 pN 80 – 100 pN

Nueva sonda mejora la medición

March 2016 16Bruker Nano

• Altura de la punta: 17 µm • Radio : 65 nm• Cantiléver-Pala• k = 0.06 N/m

Bruker no trabaja solamente en el desarrollo de nuevos modalidades, pero también manufactura y desarrolla las sondas

www.brukerafmprobes.com

Para las imágenes de las microvellosidades, un nuevo tipo de sonda fue utilizada:

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• Scanasyst es una técnica de optimización de imagen que está basada en la modalidad PeakForceTapping

• Provee optimización automática de imágenes, produciendo resultados más consistentes y más rápidamente, independientemente del nivel de habilidad del usuario

• Eliminación de la sintonización (tunning) del cantiléver, del ajuste de setpoint, y de la optimización de ganancias que hace sencillas mismo las medidas en líquidos

Imagen de una muestra de cepillos poliméricos obtenida conScanAsyst en un MultiMode 8. Barrido de 2 µm.(Muestra cortesía de S. Sheiko, University of North Carolina,Chapel Hill)

Scan size 750nm

Scanasyst provee alto desempeño y facilidad de uso para la mayoría de las muestras

Mejores resultados, más rápidamente

March 2016 Bruker Nano

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5nm

• Con PeakForce QNM es posible el mapeo cuantitativo de propiedades mecánicas a escala nanométrica.

(ii)Dissipación

Deformación

Ajuste DMT paramódulo

Adh

esió

n

Tiempo Posición Z Distancia punta-muestra

• Peak Force, Adhesión, Módulo de Young, Deformación, Disipación son mapeados simultáneamentea la topografía

March 2016 Bruker Nano

Bolsa termo sellada

Las capas de barrera y de unión son incompatibles: una interfase relativamente abrupta es esperada

• La línea de barrido tiene un claro escalón en módulo por una distancia de ~75nm.

• Las láminas no cruzan la interface, pero crecen epitaxialmente a partir de la capa de barrera – puede ser visto en el perfil promediado.

• Las laminas son altamente ordenadas y perpendiculares a la interface: penetran ~250nm en la capa de unión.

(a)

(b)

(a)

(c)

(b)

Modulo DMTCapa de BarreraNylonResistencia y impermeabilidade a gas

Capa de UniónULDPEPreserva la adhesión de las capas

Capa SelladoraBlenda Metallocene PE/LDPEAdhere a si misma cuando calentada

March 2016 19Bruker Nano

Las capas selladora y de unión son más compatibles: una interfase más ancha es esperada.

• En la línea de barrido la variación es dominada pela láminas individuales.

• Colectivamente, el modulo varia en distancias más grandes: de ~250nm hasta ~1um.

• Laminas de la capa de unión actúan como sitios de nucleación o penetran en la camada selladora, resultando en una región más ordenada hasta ~1um distante de la interface.

(a)

(b)

(a)

(c)

(b)

Modulo DMT

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Bolsa termo sellada

Capa de BarreraNylonResistencia y impermeabilidade a gas

Capa de UniónULDPEPreserva la adhesión de las capas

Capa SelladoraBlenda Metallocene PE/LDPEAdhere a si misma cuando calentada

Bruker Nano

• Punta oscila a 1kHz. Tiempo de contacto: 20 – 200 µs.

• Se mide la corriente media durante el tiempo de contacto y la corriente pico.

• Para eso, electrónica C-AFM muy rápida es necesaria• Ancho de banda 20kHz , ruido

<100fA

• Rango de corriente <100fA to >100nA

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Tiempo de contacto

Fuerza vs. tiempo

Corriente vs. tiempo

Pico de Fuerza(Peak Force)

Corriente Pico(Peak Current)

Medición de conductividad combinada al control de la modalidad PeakForce Tapping

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Polímero Compuesto/Nanotubo

• Propiedades mecánicas y eléctricas medidas simultáneamente. • Imposible en modo contacto (fuerzas son muy altas).• Resolución más alta que en modo contacto.

Topografía Adhesión Corriente

Barrido de 700x700 nm

March 2016 Bruker Nano

March 2016 Slide 23Bruker Nano

• Topografía (izquierda) y mapas de corriente (derecha) de nanotubos de carbono. Imágenes con ancho de 5m.

• Imposible en modo contacto: Estos nanotubos son fácilmente desplazados o dañados.

• Fácilmente mapeados en PeakForce Tapping.

• Mapa de corriente identifica claramente conexión eléctrica de nanotubos individuales

Muestra cortesía de Prof. Hague, Rice University

• Topografía (izquierda) y mapas de corriente (derecha) de conjuntos de nanotubos de carbono orientados verticalmente. Imágenes con ancho de 1m.

• Revela fuerte variación de conductividad, posiblemente por diferencias en revestimiento de los nanotubos.

Nanotubos de carbono - Datos sin precedentes

En resumen

• Aprovechando la tecnología PeakForce Tapping usted podrá rendir imágenes con la resolución más alta posible en ambos medios de aire y el líquido en una amplia gama de muestras; la estabilidad y la facilidad de uso reflejan la simplicidad intrínseca de PeakForce Tapping.

• PeakForce QNM logra mucho mejor coherencia entre Topografía, Módulo de elasticidad, adherencia, la disipación y la deformación de muestras desde hidrogeles a polímeros complejos simultaneamente.

• Y de gran importancia PeakForce Tapping ofrece oportunidad única para las mediciones correlativas permitiendo la identificación de huellas únicas de materiales.

March 2016 24Bruker Nano

Demonstración

• Dr Tiago Rodrigues• Tiago.Rodrigues@bruker.com

• Demonstración con• Dimension Icon • PeakForce Tapping

March 2016 25Bruker Nano

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March 2016 26Bruker Nano

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