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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


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


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


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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


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


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

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


• 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


150 – 250 pN

100 – 130 pN 80 – 100 pN

Nueva sonda mejora la medición


• 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


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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


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


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

March 2016 20

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 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.


Demonstración

• Dr Tiago Rodrigues• [email protected]

• Demonstración con• Dimension Icon • PeakForce Tapping


Gracias por su participación !

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