La Microscopia a Forza Atomica (AFM) è una tecnica di misura fisica che prevede di mettere in contatto con un campione una levetta di dimensioni micrometriche al cui apice è presente una punta accuminata. A seguito dell'interazione con il campione, la levetta (cantilever) si piega elasticamente, proporzionalmente alla forza esperita. Per misurare tale deflessione, un fascio laser viene fatto riflettere sulla parte superiore della levetta e mandato a incidere su un fotodiodo a quadranti in maniera che quando la levetta si piega e il fascio sbandiera, si produca uno sbilanciamento delle intensità di fotocorrenti misurate sui quadranti. Facendo la differenza di tali correnti si ottiene quindi un segnale analogico proporzionale alla forza di interazione tra la punta e il materiale in esame. Il meccanismo di trasduzione descritto può essere utilizzato per ottenere una mappa della topografia superficiale di un campione. Muovendo il campione sotto la punta e leggendo il segnale di deflessione, si ottiene infatti un profilo del campione stesso e, ripetendo la procedura su varie righe, una immagine superficiale tridimensionale. Nei moderni AFM questo approccio è stato ottimizzato e raramente oggi è usato in questa modalità detta "ad altezza costante", ma piuttosto si procede, durante la scansione, a muovere anche il campione nella direzione verticale, in maniera da mantenere costante la forza di interazione. Questo tipo di modalità, detta "a forza costante" o anche semplicemente "a contatto" è nettamente più conservativa, soprattutto quando si lavori su campioni morbidi, in quanto non si corre il rischio di applicare al campione forze tanto elevate da danneggiarlo. A fianco della più famosa modalità di microscopia, il microscopio AFM viene anche utilizzato come sistema di spettroscopia di forza. In effetti, il principio di trasduzione descritto mostra che il segnale misurato dalla macchina è proporzionale alla forza di interazione con il campione e pertanto un AFM può essere usato come nanodinamometro, in grado, grazie alla sua risoluzione, di misurare forze su sistemi alla nanoscala (singole molecole, singole cellule, ...). Tale modalità, spesso denominata Spettroscopia di Forza Atomica (AFS) è recentemente venuta alla ribalta soprattutto nell'applicazione allo studio delle proprietà meccaniche di singole proteine in ambiente fisiologico. Ovviamente, per ottenere da un AFM una misura quantitativa di forza, è necessario calibrare sia il sistema (per ottenere il fattore di conversione che lega il segnale analogico misurato in Volt e la deflessione in nanometri) sia la levetta stessa, per ottenere la costante elastica. Quest'ultimo passaggio, che va ripetuto ad ogni misura in quanto dipende dalle caratteristiche specifiche della levetta scelta, prevede l'acquisizione del segnale di deflessione in funzione del tempo quando la levetta non è in contatto con nessun campione e l'applicazione di un opportuno modello teorico che richiede il calcolo dello spettro di Fourier del moto per la determinazione della frequenza di risonanza e del fattore di qualità della levetta, schematizzata come un semplice oscillatore armonico.
Implementazione di un dispositivo universale, mobile, per la calibrazione di strumenti per Atomic Force Spectroscopy - AFM - su progetto Biojerker
Francesco Impallari
2016
Abstract
La Microscopia a Forza Atomica (AFM) è una tecnica di misura fisica che prevede di mettere in contatto con un campione una levetta di dimensioni micrometriche al cui apice è presente una punta accuminata. A seguito dell'interazione con il campione, la levetta (cantilever) si piega elasticamente, proporzionalmente alla forza esperita. Per misurare tale deflessione, un fascio laser viene fatto riflettere sulla parte superiore della levetta e mandato a incidere su un fotodiodo a quadranti in maniera che quando la levetta si piega e il fascio sbandiera, si produca uno sbilanciamento delle intensità di fotocorrenti misurate sui quadranti. Facendo la differenza di tali correnti si ottiene quindi un segnale analogico proporzionale alla forza di interazione tra la punta e il materiale in esame. Il meccanismo di trasduzione descritto può essere utilizzato per ottenere una mappa della topografia superficiale di un campione. Muovendo il campione sotto la punta e leggendo il segnale di deflessione, si ottiene infatti un profilo del campione stesso e, ripetendo la procedura su varie righe, una immagine superficiale tridimensionale. Nei moderni AFM questo approccio è stato ottimizzato e raramente oggi è usato in questa modalità detta "ad altezza costante", ma piuttosto si procede, durante la scansione, a muovere anche il campione nella direzione verticale, in maniera da mantenere costante la forza di interazione. Questo tipo di modalità, detta "a forza costante" o anche semplicemente "a contatto" è nettamente più conservativa, soprattutto quando si lavori su campioni morbidi, in quanto non si corre il rischio di applicare al campione forze tanto elevate da danneggiarlo. A fianco della più famosa modalità di microscopia, il microscopio AFM viene anche utilizzato come sistema di spettroscopia di forza. In effetti, il principio di trasduzione descritto mostra che il segnale misurato dalla macchina è proporzionale alla forza di interazione con il campione e pertanto un AFM può essere usato come nanodinamometro, in grado, grazie alla sua risoluzione, di misurare forze su sistemi alla nanoscala (singole molecole, singole cellule, ...). Tale modalità, spesso denominata Spettroscopia di Forza Atomica (AFS) è recentemente venuta alla ribalta soprattutto nell'applicazione allo studio delle proprietà meccaniche di singole proteine in ambiente fisiologico. Ovviamente, per ottenere da un AFM una misura quantitativa di forza, è necessario calibrare sia il sistema (per ottenere il fattore di conversione che lega il segnale analogico misurato in Volt e la deflessione in nanometri) sia la levetta stessa, per ottenere la costante elastica. Quest'ultimo passaggio, che va ripetuto ad ogni misura in quanto dipende dalle caratteristiche specifiche della levetta scelta, prevede l'acquisizione del segnale di deflessione in funzione del tempo quando la levetta non è in contatto con nessun campione e l'applicazione di un opportuno modello teorico che richiede il calcolo dello spettro di Fourier del moto per la determinazione della frequenza di risonanza e del fattore di qualità della levetta, schematizzata come un semplice oscillatore armonico.I documenti in IRIS sono protetti da copyright e tutti i diritti sono riservati, salvo diversa indicazione.
