Los investigadores han descubierto un 'punto ciego' en la microscopía de fuerza atómica: una poderosa herramienta capaz de medir la fuerza entre dos átomos, obtener imágenes de la estructura de las células individuales y el movimiento de las biomoléculas.
Los átomos tienen aproximadamente una décima parte de un nanómetro de tamaño, o un millón de veces más pequeño que el ancho de un cabello humano.
El nuevo estudio muestra que la precisión de las mediciones de fuerza atómica depende de las leyes de fuerza vigentes.
Las leyes de fuerza que residen en el 'punto ciego' recién descubierto, que son comunes en la naturaleza, pueden conducir a resultados incorrectos. El estudio también detalla un nuevo método matemático para ver y evitar este punto ciego, protegiendo las mediciones de fuerza atómica deresultados inexactos
El profesor John Sader, de la Facultad de Matemáticas y Estadística de la Universidad de Melbourne y el Centro de Excelencia del Consejo Australiano de Investigación en Ciencias Exciton, dirigió la investigación, con el investigador de la Universidad de Melbourne Barry Hughes y Ferdinand Huber y Franz Giessibl de la Universidad de Ratisbonaen Alemania. El trabajo se publica hoy en la revista Nanotecnología de la naturaleza .
"El microscopio de fuerza atómica AFM proporciona una resolución exquisita a escala atómica y molecular. También tiene la notable capacidad de medir la fuerza entre dos átomos", dijo el profesor Sader.
AFM usa un pequeño rayo en voladizo cuya longitud es el ancho de un cabello humano para sentir la forma de una superficie y sentir las fuerzas que encuentra, de la misma manera que opera el lápiz o la aguja de un tocadiscos,con una punta afilada en el extremo del voladizo que interactúa con la superficie.
Para permitir mediciones precisas a escala atómica, el voladizo y su punta se oscila 'dinámicamente' hacia arriba y hacia abajo a su frecuencia de resonancia natural, ligeramente lejos de la superficie. La fuerza real experimentada por la punta se recupera de estofrecuencia medida
Los investigadores ahora pueden mostrar que esta medición dinámica desdibuja la fuerza de la escala atómica, eliminando información que puede hacer que la recuperación de la fuerza real sea problemática, creando un "punto ciego" efectivo.
"La fuerza recuperada puede no parecerse en nada a la verdadera fuerza", dijo el profesor Sader. "Es notable que este problema esté completamente ausente para algunas leyes de fuerza atómica, mientras que para otras crea un problema real".
"Las mediciones de fuerza dinámica observan efectivamente la fuerza atómica a través de una lente borrosa. Luego se necesita un algoritmo matemático para convertir esto en una fuerza real".
En 2003, el profesor Sader y un colega del Trinity College de Dublín desarrollaron uno de estos algoritmos, llamado método Sader-Jarvis, que se usa ampliamente para recuperar la fuerza de escala atómica de esta medición de frecuencia borrosa.
"No había habido indicios de que este desenfoque pudiera ser un problema desde que se inventó la técnica dinámica de AFM en 1992. Muchos investigadores independientes lo han explorado y demostrado que todas las leyes de fuerza estándar dan resultados muy sólidos", dijo el profesor Sader.
"Entonces, el año pasado, los colaboradores y coautores de este estudio de la Universidad de Ratisbona vieron una anomalía por primera vez en sus mediciones y me la transmitieron. Me sorprendió ver esta anomalía y quise identificar la causa"
Los investigadores encontraron que las características matemáticas de las mediciones de frecuencia habían ocultado efectivamente este problema a simple vista.
"El problema es matemáticamente sutil", dijo el profesor Sader. "Las leyes de fuerza que pertenecen a algo llamado espacio de Laplace, que todos han probado, están bien. Son las que no son parte de este espacio las que causan el problema- y hay muchos de esos en la naturaleza "
Al observar los detalles de esta sutileza, el profesor Sader pudo formular una nueva teoría matemática y un método que identifica cuándo surge el problema del desenfoque en una medición real, lo que permite que el profesional de AFM lo evite.
"Me gusta pensar que nuestro descubrimiento brinda a los practicantes la capacidad de ver un 'bache' en el camino por delante y evitarlo sin daños. Anteriormente, este bache había pasado desapercibido y los conductores a veces se dirigían directamente a", dijo el profesor Sader.
"El siguiente paso es tratar de entender cómo eliminar por completo este 'punto ciego' y 'pozo'.
"Nuestro trabajo también destaca la importancia de que matemáticos y experimentadores trabajen juntos para resolver un problema tecnológico importante. Sin ambos conjuntos de habilidades, este problema no habría sido identificado y resuelto. Había pasado desapercibido durante más de 25 años".
El profesor Sader dijo que esta nueva comprensión puede proporcionar información sobre el funcionamiento de otras mediciones dinámicas de fuerza AFM mediante la identificación de una característica previamente inexplorada.
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Materiales proporcionado por Universidad de Melbourne . Nota: El contenido puede ser editado por estilo y longitud.
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