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

Bruker Nano

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Microscopía de Fuerza Atómica El avance de la tecnología

mapeo de la topografía

•

(1986) Contact mode & LFM

•

(1992) Tapping Mode

•

(1992) Force-Volume Mapping

•

(2010) •

mapeo simultáneo de propiedades eléctricas y mecânicas

March 2016

•

(2010)

(2010) •

(2011)

•

(2012)

•

(2014)

Bruker Nano

3

•

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 ultrabajos 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

retracción

aproximación tiempo

March 2016

•

Bruker Nano

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Una modalidad única de Bruker Nano

• El cantiléver oscila con una

pequeña amplitud y a una frecuencia muy abajo de su resonancia

•

1. Acercar punta-muestra

2. Contacto fuerzas atractivas

3. Fuerza Maxima

4. Retiro de Cantilever

5. Retiro a punto de Fuerza Maxima por adhesion

6. De Vuelta en Aire

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

March 2016

Bruker Nano

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

March 2016

Bruker Nano

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Contact, Tapping & PeakForce Tapping Topography Modes

March 2016

Bruker Nano

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Contact mode

Tapping mode

ScanAsyst mode

Perfil de barrido 8

Bruker Nano

March 2016

Molécula pegajosa

Contact mode

Tapping mode

ScanAsyst mode

Perfil de barrido:

March 2016

Bruker Nano

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El nuevo estándar para topografia - Aire

Nano-fosos

Semi-conductor

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

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

March 2016

Bruker Nano

Rugoso

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

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El nuevo estándar para topografía - Líquidos Estructuras blandas

Nano-hilos

Rugosas

30pN force

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

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

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

Peak Force Tapping es un modo único de topografía, que combina: • • • March 2016

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

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Reconocimiento Mundial por científicos

Más publicaciones científicas que los cuatro mayores competidores de Bruker combinados

Competidores 17,400 publicaciones

Números-clave de la plataforma NanoScope: 1. Hasta este momento >1000 publicaciones 2. Una nueva publicación por día en 2015 3. >30% de las publicaciones en revistas científicas “top 10%”

Bruker NanoScope 27,400 publicaciones

Fuente: búsqueda de google académico, 11/14/2015 Los términos de búsqueda: vs

El crecimiento mas rápido visto en una nueva modalidad de AFM, más de 1000 publicaciones hasta la fecha March 2016

Bruker Nano

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March 2016

Bruker Nano

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

• Imágenes de células MDCK vivas - PeakForce Tapping 1kHz

8 µm x 8 µm

50 µm x 50 µm March 2016

Bruker Nano

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

150 – 250 pN

100 – 130 pN

March 2016

80 – 100 pN

Bruker Nano

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Nueva sonda mejora la medición

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

• • • •

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 March 2016

Bruker Nano

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Mejores resultados, más rápidamente •

Scanasyst es una técnica de optimización de imagen que está basada en la modalidad PeakForce Tapping

•

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

Scan size 750nm

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

Scanasyst provee alto desempeño y facilidad de uso para la mayoría de las muestras March 2016

Bruker Nano

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Ajuste DMT para módulo

(ii)

5nm Tiempo

•

Adhesión

Deformación

Posición Z

Con PeakForce QNM es posible el mapeo cuantitativo de propiedades mecánicas a escala nanométrica. March 2016

•

Dissipación

Distancia punta-muestra

Peak Force, Adhesión, Módulo de Young, Deformación, Disipación son mapeados simultáneamente a la topografía

Bruker Nano

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Bolsa termo sellada Capa de Barrera Nylon

Modulo DMT

Resistencia y impermeabilidade a gas

Capa de Unión ULDPE

(a)

Preserva la adhesión de las capas

(b)

Capa Selladora Blenda Metallocene PE/LDPE Adhere a si misma cuando calentada

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

(c)

•

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)

March 2016

Bruker Nano

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Bolsa termo sellada Capa de Barrera Nylon

Modulo DMT

Resistencia y impermeabilidade a gas

(a)

Capa de Unión ULDPE Preserva la adhesión de las capas

(b)

Capa Selladora Blenda Metallocene PE/LDPE Adhere a si misma cuando calentada

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

(c)

•

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)

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Bruker Nano

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Medición de conductividad combinada al control de la modalidad PeakForce Tapping

Fuerza vs. tiempo

Pico de Fuerza (Peak Force)

Tiempo de contacto

Corriente Pico (Peak Current)

•

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