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 2

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) (2010) mapeo simultáneo de propiedades eléctricas y mecânicas (2010) (2011) (2012) (2014) March 2016 Bruker Nano 3

aproximación retracción 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. tiempo Alcanzándose así un control directo de fuerza que ayuda a proteger de daño las muestras delicadas y también a las puntas March 2016 Bruker Nano 4

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 Logra curvas de fuerza en cada pixel que resulta en grandes volúmenes de datos 4. Retiro de Cantilever 5. Retiro a punto de Fuerza Maxima por adhesion 6. De Vuelta en Aire 5

Sorprendentemente simple Hardware, software, and control algorithms that make you an immediate expert. 6

Contact, Tapping & PeakForce Tapping Topography Modes 7

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: 9

El nuevo estándar para topografia - Aire Nano-fosos Semi-conductor Rugoso 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. PFT hace fácilmente la imagen de este substrato de cultivo celular en forma de red. Barrido 1 µm altura 1µm. 10

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: Adquisición rápida de imágenes: 512x512 in 10 minutes Control directo de fuerzas bajas Facilidad de uso / universal 11

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: <nanoscopio "microscopía de fuerza atómica"> vs <xe O MFP-3D o Cypher O 5500 O nanowizard "microscopía de fuerza atómica"> El crecimiento mas rápido visto en una nueva modalidad de AFM, más de 1000 publicaciones hasta la fecha 12

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 14

Control de la fuerza y fuerzas bajas son fundamentales para hacer imágenes de microvellosidades 150 250 pn 100 130 pn 80 100 pn 15

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 16

Mejores resultados, más rápidamente Scanasyst es una técnica de optimización de imagen que está basada en la modalidad PeakForce Tapping Scan size 750nm Provee optimización automática de imágenes, produciendo resultados más consistentes y más rápidamente, independientemente del nivel de habilidad del usuario 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) 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 Scanasyst provee alto desempeño y facilidad de uso para la mayoría de las muestras March 2016 Bruker Nano 17

Ajuste DMT para módulo Deformación (ii) 5nm Adhesión Dissipación Tiempo Posición Z Distancia punta-muestra Con PeakForce QNM es posible el mapeo cuantitativo de propiedades mecánicas a escala nanométrica. Peak Force, Adhesión, Módulo de Young, Deformación, Disipación son mapeados simultáneamente a la topografía March 2016 Bruker Nano 18

Bolsa termo sellada Modulo DMT (a) (b) (c) (a) (b) Capa de Barrera Nylon Resistencia y impermeabilidade a gas Capa de Unión ULDPE Preserva la adhesión de las capas 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 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. 19

Bolsa termo sellada Modulo DMT (a) (b) (c) (a) (b) Capa de Barrera Nylon Resistencia y impermeabilidade a gas Capa de Unión ULDPE Preserva la adhesión de las capas 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. 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. 20

Medición de conductividad combinada al control de la modalidad PeakForce Tapping Fuerza vs. tiempo Corriente 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 <100fA Rango de corriente <100fA to >100nA March 2016 Bruker Nano 21

Polímero Compuesto/Nanotubo Topografía Adhesión Corriente Barrido de 700x700 nm Propiedades mecánicas y eléctricas medidas simultáneamente. Imposible en modo contacto (fuerzas son muy altas). Resolución más alta que en modo contacto. March 2016 Bruker Nano 22

Nanotubos de carbono - Datos sin precedentes Topografía (izquierda) y mapas de corriente (derecha) de nanotubos de carbono. Imágenes con ancho de 5 m. Imposible en modo contacto: Estos nanotubos son fácilmente desplazados o dañados. Fácilmente mapeados en PeakForce Tapping. Muestra cortesía de Prof. Hague, Rice University Mapa de corriente identifica claramente conexión eléctrica de nanotubos individuales Topografía (izquierda) y mapas de corriente (derecha) de conjuntos de nanotubos de carbono orientados verticalmente. Imágenes con ancho de 1 m. Revela fuerte variación de conductividad, posiblemente por diferencias en revestimiento de los nanotubos. Slide 23

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. 24

Demonstración Dr Tiago Rodrigues Tiago.Rodrigues@bruker.com Demonstración con Dimension Icon PeakForce Tapping 25

Gracias por su participación! Materiales Bruker AFM Bruker AFM Probes Webinars Trainings Eventos Nuestros Eventos XXV International Materials Research Congress (Cancun, Mexico) Contacto productinfo.latam@bruker.com 26