Tehnică de microscopie atomică - AFM

1. INTRODUCERE

Microscopia de forţă atomică (AFM) este utilizată pentru investigarea proprietăţilor de suprafaţă ale materialelor utilizate în domenii largi şi diverse cum ar fi: electronica, telecomunicaţiile, biologia, chimia, automatica, industria aerospaţială şi cea energetică. Materialele investigate sunt filme subţiri şi depuneri pe diverse substraturi, materiale ceramice, materiale composite, sticle, membrane biologice şi sintetice, metale, polimeri şi semiconductori. Tehnica AFM este destinată pentru studierea fenomenelor de abraziune, adeziune, curăţare, coroziune, frecare, etc., care se manifestă cu precădere la suprafaţa materialelor. Folosind AFM se pot realiza „imagini” ale topografiei suprafaţei cu rezoluţie atomică şi se poate măsura forţa la scară de nano-newtoni.

Primul AFM a fost construit prin lipirea unui vârf de diamant la capătul unei folii subţiri de aur. În 1985, Gerd Binnig şi Christoph Gerber au utilizat pentru prima dată un cantilever pentru examinarea suprafeţelor izolatoare, iar primul microcantilever de siliciu a fost fabricat de Albrecht. Astăzi, ansamblul vârf-cantilever este microfabricat din Si sau Si3N4. Tehnica AFM s-a impus, însă, abia după ce un grup de cercetători din Zurich au înregistrat imaginea siliciului (111)-(7×7).

Din acest moment, lumea ştiinţifică din domeniul suprafeţelor a ştiut că s-a născut o nouă tehnică de investigare microscopică a suprafeţelor. După câţiva ani, microcantileverele au fost perfecţionate, iar instrumentul a devenit usual în cercetare şi industrie.

În funcţie de tipul interacţiei dintre vârf şi suprafaţa probei, tehnica AFM poate fi clasificat ca:

- Repulsivă sau Modul Contact

- Atractivă sau Modul Non-contact

Imaginea siliciului (111)-(7×7)

Recent, a apărut şi Modul Contact-intermitent (Tapping Mode) care s-a impus în special în domeniul biologiei.

Principiul de funcţionare al unui AFM este destul de simplu: un ac ascuţit la nivel atomic scanează o suprafaţă în prezenţa unui mecanism de feedback care permite scanerelor piezoelectrice să menţină vârful acului la o forţă constantă (pentru obţinerea de informaţii despre înălţime) sau la înălţime constantă (pentru obţinerea de informaţii despre forţă) deasupra suprafeţei probei.

Unul dintre avantajele AFM este acela că poate obţine imagini ale suprefeţelor neconductoare. Ca urmare, această tehnică s-a extins la sistemele biologice, cum ar fi analiza cristalelor de aminoacizi şi monostraturilor organice. Aplicaţiile AFM în ştiinţele biologice mai includ analize asupra: ADN şi ARN, complexelor proteice, cromozomilor, membranelor celulare, proteinelor şi peptidelor, cristalelor moleculare, polimerilor şi biomaterialelor, etc. Pentru investigaţii, probele biologice au fost depuse pe substraturi de sticlă şi mică, sau au fost preparate în soluţii. Prin folosirea tehnicii de imagistică de fază, se poate distinge între diferitele componente ale membranelor celulare.