Microscopía de fuerza atómica AFM

Descubrimos la microscopía de fuerza atómica AFM

El análisis exhaustivo de materiales para identificar defectos y encontrar soluciones es una necesidad constante de la industria. Por ello, queremos presentar una técnica que permite examinar con gran precisión la superficie de los materiales: la microscopía AFM. Descubre más sobre esta técnica en nuestro post.

El origen de la microscopía AFM

El interés en la topografía de los materiales ha estado siempre presente en numerosas ramas de las ciencias, ya que las propiedades superficiales de un material influyen directamente en sus propiedades y aplicabilidad.

La microscopía de fuerza atómica (AFM, por sus siglas en inglés) es una técnica de análisis que permite obtener imágenes de alta resolución de la superficie de un material, utilizando una sonda muy fina que recorre su superficie.

Funcionamiento teórico de la microscopía AFM

A diferencia de otras técnicas de microscopia el AFM no utiliza fuentes de luz o electrones para crear la imagen, utiliza una punta afilada con la que escanea la muestra línea a línea midiendo las minúsculas fuerzas que existen entre la punta y la superficie de la muestra originando finalmente una imagen en 3 dimensiones de su topografía y sus propiedades físicas. Esta forma de medir permite estudiar las propiedades de la superficie con una alta resolución espacial.

Ventajas de la microscopía AFM

Centrémonos entonces en las grandes ventajas que ofrece un análisis AFM.

• Alta resolución: Su resolución sólo está limitada por el radio de la punta de la sonda. De esta forma, alcanzamos una resolución lateral nanométrica y vertical subnanométrica usando una punta de radio manométrico. Realizamos también mapeados y perfiles de rugosidad en las tres dimensiones.
• Versatilidad: Se puede usar en una gran variedad de materiales, incluidos conductores, semiconductores, aislantes y materiales biológicos. El estudio tridimensional de la superficie recoge de forma simultánea a la topografía las propiedades mecánicas, magnéticas, químicas y electrónicas del material. Permite el estudio de propiedades superficiales tales como adherencia, dureza, conductividad, resistividad, propiedades magnéticas o composición química proporcionando un mapa tridimensional de estas características.
• No destructiva: El análisis AFM no daña la muestra durante el análisis. Es más, podemos trabajar tanto en aire y gas como en vacío y en líquido y en un amplio rango de temperaturas, lo cual supone una gran ventaja: es posible observar el cambio de las propiedades de la superficie durante una reacción química en pleno desarrollo.
• En comparación con otras técnicas de microscopía, el AFM ofrece bajo costo y simplicidad de operación manteniendo las capacidades de obtención de imágenes con resolución atómica de topografía y otras propiedades físicas de las muestras. Permite la caracterización y manipulación de moléculas únicas.

Aplicaciones de la microscopía AFM

Química. El AFM tiene muchos usos en la industria química, desde medir la rugosidad de la superficie y el acabado de un proceso de fabricación hasta medir como avanza la síntesis de un material in situ. Gracias al AFM, podemos monitorizar reacciones químicas que ocurren en tiempo real en un espacio concreto, como por ejemplo una celda electroquímica o un electrodo. Una aplicación clave del AFM en química es la caracterización de catalizadores, en particular nanopartículas ya que el tamaño y el carácter de su superficie afectan el rendimiento de muchos catalizadores.

Ciencias de materiales. El AFM se puede utilizar para obtener propiedades químicas, mecánicas (módulo, rigidez, visco elasticidad, fricción), eléctricas, magnéticas y rugosidad a nanoescala. También podemos detectar variaciones nanométricas de altura, por lo que se pueden descubrir defectos y malformaciones en la superficie de materiales metálicos y plásticos, revestimientos con pinturas, conductores y semiconductores, etc.

AFM de materiales biológicos

Los últimos avances han convertido al AFM en una poderosa herramienta para obtener detalles nanoestructurales y propiedades biomecánicas de muestras biológicas, incluidas biomoléculas como el ADN y las proteínas, y células.

AFM en líquido

Obtenemos imágenes de la estructura tridimensional de muestras biológicas en un entorno fisiológico y observamos su comportamiento in vitro. Por ejemplo, podemos observar proteínas en funcionamiento, cambios en membranas celulares y caracterizar interacciones entre moléculas (por ejemplo, la interacción entre antígenos y anticuerpos). Estudiamos procesos bioquímicos y fisiológicos en tiempo real con una resolución similar a la obtenida con el microscopio electrónico. El proceso de adquisición de imágenes con el AFM nos permite medir fuerzas a nivel molecular e incluso interactuar y manipular las moléculas: se pueden posicionar en zonas específicas de detectores o sensores, etc

Limitaciones de la microscopía AFM

Aunque la microscopia de fuerzas atómicas es una aliada indiscutible en el análisis de superficies debemos tener en cuenta sus limitaciones.

• Tamaño de la muestra. La muestra debe caber en el microscopio para ser medida. Según la característica a medir, la muestra deberá tener un tamaño de entre 1.5 y 5 cm cuadrados. Igualmente, su grosor no puede superar el centímetro. La mayoría de los materiales se pueden cortar solventando esta limitación
• La muestra debe ser fijada a un soporte para su análisis
• El tiempo de escaneo requerido para medir grandes es mayor que en la microscopía electrónica, aun así, una superficie de 100 micras puede ser escaneada con una resolución adecuada en 30 minutos
• La calidad de la imagen depende en gran medida de la forma de la sonda, cuanto más afilada sea, mejor definirá las características de la superficie de la muestra.

AFM, una gran aliada de la industria

En resumen, con la técnica AFM podemos recolectar datos muy valiosos de la topografía de una superficie, obteniendo imágenes, perfiles de rugosidad, y mapas de sus características químicas, mecánicas magnéticas y eléctricas.

Su bajo coste la convierte en una solución óptima para aquellas empresas que buscan solventar los defectos en las superficies que aparecen en sus productos durante el proceso de producción y caracterizar las características sus materiales.

Si necesitas analizar tu muestra o quieres plantearnos la realización de algún análisis de superficie de tu producto, contacta con nosotros al 976 76 29 80 o mándanos un correo a lma@unizar.es. Atenderemos cuanto antes tu petición.