MÉTODOS EXP. FÍSICA EM BIOCIÊNCIAS
LUDMILA ALEM
Microscopia de Varredura por Sonda
(Scanning Probe Microscopy – SPM)
SPM - INTRODUÇÃO
 Qualquer microscopia onde uma sonda varre a superfície
de uma amostra e na qual a interação ponta-amost...
SPM - INTRODUÇÃO
 Técnica bastante versátil:
o Amostras não requerem preparo especial.
o Vasto tipo de amostras : materia...
SPM - INTRODUÇÃO
FAMÍLIA DE TÉCNICAS PERTENCENTES AO
GÊNERO “VARREDURA POR SONDA” - SPM
 Microscopia de Varredura por Tun...
SPM - INTRODUÇÃO
FAMÍLIA DE TÉCNICAS PERTENCENTES AO
GÊNERO “VARREDURA POR SONDA” – SPM
 Microscopia de Varredura Térmica...
HISTÓRICO
 1624/1590: Microscopia ótica
 Irmãos holandeses Franz, Johan e Zacarias Jensen criaram um
artefato que utiliz...
HISTÓRICO
 1935: Microscopia Eletrônica de Varredura (MEV)
 Concepção do termo por M. Koll
 1965: Primeiro MEV comercia...
SPM – Componentes comuns
A: Sonda Mecânica
B: “Scanner"- constituído
de material cerâmico –
PZT
C: Mecanismo de
monitoraçã...
SPM – Imagens a nível atômico
•Superfície do mineral
“mica” em uma área de
12,5 x 12,5 nm²
•Observar periodicidade
da rede...
Microscópio de Força Atômica
Microscopia de Força Atômica
Fig 4. Ilustração do princípio de funcionamento do Microscópio de Varredura por Força .
Desenvolvimento da técnica
 Amostra depositada sobre o scanner será ‘’lida’’ pela
sonda.
 Essa leitura é monitorada atra...
Desenvolvimento da técnica
Fig 5. Monitoramento da varredura da amostra através da reflexão de feixe de laser
incidido no ...
Desenvolvimento da técnica
 O computador que controla a operação é configurado
previamente com um set point para as medid...
Desenvolvimento da técnica
Produz um sinal (uma forma de onda
periódica) que faz o cantilever vibrar
na sua frequência de ...
Desenvolvimento da técnica
 3 modos de operação:
 Modo Contato
 Eficiente para amostras mais rígidas
 Modo Não contato...
Desenvolvimento da técnica
Fig. 6 Gráfico força vs modo de operação AFM
Desenvolvimento da técnica
ELASTICIDADE
ADESÃO
Obtenção da Curva de Força
Elementos - AFM
 Sonda (cantilever + agulha): Si3N4, Si, SiO2
Si3N4 : Forma Piramidal
Varredura AFM – Modo Contato
Si e S...
Potenciais aplicações da SPM na Ciência Forense
“Potential applications of Scanning Probe Microscope in Forensic Science”
...
Referências
 http://www.meib.uff.br/?q=content/qual-diferen%C3%A7a-entre-microsc%C3%B3pio-%C3%B3tico-e-
eletr%C3%B4nico
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Microscopia de Varredura por Sonda

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Trabalho desenvolvido sobre Microscopias de Varredura por Sonda com ênfase em Microscopia de Força Atômica.

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    1. 1. MÉTODOS EXP. FÍSICA EM BIOCIÊNCIAS LUDMILA ALEM Microscopia de Varredura por Sonda (Scanning Probe Microscopy – SPM)
    2. 2. SPM - INTRODUÇÃO  Qualquer microscopia onde uma sonda varre a superfície de uma amostra e na qual a interação ponta-amostra é monitorada.  Utilizada em uma ampla variedade de disciplinas.  Obtenção de imagens com alta resolução que chegam ao nível atômico.  Análise das amostras: o Características: morfológicas e moleculares em escala nanométrica. o Propriedades: elásticas, magnéticas, elétricas, físico- químicas, condutividade, dureza, rugosidade dentre outras.
    3. 3. SPM - INTRODUÇÃO  Técnica bastante versátil: o Amostras não requerem preparo especial. o Vasto tipo de amostras : materiais condutores, semicondutores, eletricamente isolantes (vidros, cerâmicas, polímeros) e materiais de origem biológica. o Possibilidade de operação em diversos meios: líquido, gasoso, ambiente, ultra-vácuo. o Estudo do material biológico “in vivo” Ex: Alterações na topografia de membranas (bicamada lipídica) na presença de anestésicos. o Análises “in situ” Ex: Fenômeno de corrosão de materiais em meio aquoso.
    4. 4. SPM - INTRODUÇÃO FAMÍLIA DE TÉCNICAS PERTENCENTES AO GÊNERO “VARREDURA POR SONDA” - SPM  Microscopia de Varredura por Tunelamento (STM) - 1ª Técnica SPM a ser criada.  Microscopia de Força Atômica (AFM)  Microscopia de Força Lateral (LFM)  Microscopia de Contraste de Fase (PCM)  Microscopia de Modulação de Força (FMM)  Microscopia de Força Magnética (MFM)  Microscopia de Força Elétrica (EFM)
    5. 5. SPM - INTRODUÇÃO FAMÍLIA DE TÉCNICAS PERTENCENTES AO GÊNERO “VARREDURA POR SONDA” – SPM  Microscopia de Varredura Térmica (SThM) – Técnica SPM mais recente.  Microscopia de Varredura de Campo Próximo (SNOM)
    6. 6. HISTÓRICO  1624/1590: Microscopia ótica  Irmãos holandeses Franz, Johan e Zacarias Jensen criaram um artefato que utilizava um sistema de lentes para aumento de objetos e estruturas.  Limite de resolução: 0,2µm (200nm)  1931: Microscopia Eletrônica de Transmissão  Ernst Ruska e seus colaboradores  1939: Primeiro MET comercial pela empresa Siemens  Limite de resolução: 0,002µm (0,2nm)
    7. 7. HISTÓRICO  1935: Microscopia Eletrônica de Varredura (MEV)  Concepção do termo por M. Koll  1965: Primeiro MEV comercial (Cambridge Scientific Instrument)  Limite de resolução: 0,3nm  1982: Microscópio de Varredura por Tunelamento (STM) – Primeiro com a técnica da Microscopia de Varredura por Sonda.  Gerd Binnig e Heinrich Rohrer, em Rüschlikon, na Suíça.  1986: Microscópio de Força Atômica (AFM)  Gerd Binnig, Calvin Quate e Christoph Gerber
    8. 8. SPM – Componentes comuns A: Sonda Mecânica B: “Scanner"- constituído de material cerâmico – PZT C: Mecanismo de monitoração sonda- amostra D: Sistema de posicionamento preliminar da sonda sobre a amostra E: Computador que controla todo o sistema F: Amostra
    9. 9. SPM – Imagens a nível atômico •Superfície do mineral “mica” em uma área de 12,5 x 12,5 nm² •Observar periodicidade da rede cristalina. •Os parâmetros A, B e C são as distâncias entre dois átomos mais próximos nas direções das 3 retas indicadas. •Cálculos das distâncias atômicas em diferentes direções (parâmetros A, B e C) determinam a precisão da técnica e calibram o equipamento. (AFM)
    10. 10. Microscópio de Força Atômica
    11. 11. Microscopia de Força Atômica Fig 4. Ilustração do princípio de funcionamento do Microscópio de Varredura por Força .
    12. 12. Desenvolvimento da técnica  Amostra depositada sobre o scanner será ‘’lida’’ pela sonda.  Essa leitura é monitorada através da emissão de um feixe de laser que incide sobre o cantilever. O feixe é refletido e atinge um fotodetector sensível a posição. (PSPD)  O PSPD mede a deflexão do cantilever enquanto a amostra é varrida.  O cantilever sofre deflexão devido a mudança na força de interação entre a ponta e a amostra que é provocada pelas diferenças de altura encontradas na superfície varrida. Deflexão=Variação na amplitude de vibração
    13. 13. Desenvolvimento da técnica Fig 5. Monitoramento da varredura da amostra através da reflexão de feixe de laser incidido no cantilever.
    14. 14. Desenvolvimento da técnica  O computador que controla a operação é configurado previamente com um set point para as medidas de força/amplitude de vibração, como referências para o sistema.  A leitura da amostra retorna um sinal de erro que re- alimenta o movimento do scanner piezoelétrico na direção z (modo constante de força). Sistema de feed back  O número de ‘’ciclos’’ desse processo é gravado em uma matriz e convertido através de fatores de conversão provenientes de calibração, na imagem topográfica da amostra.
    15. 15. Desenvolvimento da técnica Produz um sinal (uma forma de onda periódica) que faz o cantilever vibrar na sua frequência de ressonância. Ressonância: objeto vibra na sua frequên- cia natural com amplitude máxima. Forças atuantes entre ponta-amostra: Van der Waals
    16. 16. Desenvolvimento da técnica  3 modos de operação:  Modo Contato  Eficiente para amostras mais rígidas  Modo Não contato  Ideal quando a amostra é frágil ou elástica  Modo Contato Intermitente – Tapping Mode  Cantilever oscila na sua frequência de ressonância e toca a amostra a cada ciclo de oscilação.  Ideal pois não danifica a amostra, elimina outras forças que podem atuar (friccção) e é mais indicado para varredura de amostras que possam ter grandes variações topográficas.
    17. 17. Desenvolvimento da técnica Fig. 6 Gráfico força vs modo de operação AFM
    18. 18. Desenvolvimento da técnica ELASTICIDADE ADESÃO Obtenção da Curva de Força
    19. 19. Elementos - AFM  Sonda (cantilever + agulha): Si3N4, Si, SiO2 Si3N4 : Forma Piramidal Varredura AFM – Modo Contato Si e SiO2: Forma Cônica Varredura AFM – Tapping Mode Si3N4: nitreto de silício – Si: silício - SiO2: dióxido de silício
    20. 20. Potenciais aplicações da SPM na Ciência Forense “Potential applications of Scanning Probe Microscope in Forensic Science” G S Watson and J A Watson – Journal of Physics, Griffith University - Australia
    21. 21. Referências  http://www.meib.uff.br/?q=content/qual-diferen%C3%A7a-entre-microsc%C3%B3pio-%C3%B3tico-e- eletr%C3%B4nico  http://www.neurofisiologia.unifesp.br/microscopiodeluz.htm  http://www.converter-unidades.info/conversor-de-unidades.php?tipo=comprimento  http://cienciaecultura.bvs.br/scielo.php?pid=S0009-67252013000300013&script=sci_arttext  Caracterização de Materiais, Prof. Dr. Herman S. Mansur, 2011, UFMG  Técnicas de Caracterização: AFM e SPM, Mariana Pojar, 2011, USP  Microscopia de Varredura por Sonda aplicada a materiais biológicos, 2007, Gabriela Simone Lorite, Unicamp.  Microscopia eletrônica de varredura : aplicações e preparação de amostras : materiais poliméricos, metálicos e semicondutores [recurso eletrônico] / Berenice Anina Dedavid, Carmem Isse Gomes, Giovanna Machado. – Porto Alegre : EDIPUCRS, 2007.   Microscopia de varredura por sonda mecânica: uma introdução -(Scanning probe microscopy: an introduction) B. R. A. Neves, J. M. C. Vilela e M. S. Andrade - Laboratório de Nanoscopia Fundação Centro Tecnológico de Minas Gerais – CETEC Av. José Cândido da Silveira, 2000 – Horto Belo Horizonte, MG 31170-000 [Disponível online: http://www.scielo.br/scielo.php?script=sci_arttext&pid=S0366- 69131998000600002]  Potential applications of Scanning Probe Microscope in Forensic Science” G S Watson and J A Watson – Journal of Physics, Griffith University - Australia  Algumas T´ecnicas de Microscopia de Varredura por Sonda Utilizadas para a Caracterização Elétrica de Dispositivos semicondutores - Adriana Borges Teixeira, Janeiro de 2009

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