Microscpio de fora atmica 3D

Nanotecnologia

Redação do Site Inovação Tecnológica – 29/07/2024

Microscpio de Fora Atmica

A microscopia de fora atmica (AFM: Atomic Force Microscope) foi originalmente inventada para visualizar superfcies com resoluo em nanoescala. Seu princpio bsico de funcionamento mover uma ponta ultrafina sobre a superfcie de uma amostra. Durante este movimento de varredura xy, a posio da ponta na direo perpendicular ao plano xy segue o perfil da altura da amostra, resultando em um mapa de altura da superfcie, revelando os tomos individuais como pequenas salincias.

Nos ltimos anos, tm sido exploradas formas de estender o mtodo para capturar imagens tridimensionais (3D), com pesquisadores da Universidade de Kanazawa, no Japo, relatando experimentos pioneiros com clulas vivas. No entanto, para que os microscpios AFM-3D evoluam para uma tcnica amplamente aplicvel para a visualizao de estruturas moleculares flexveis, necessria uma compreenso completa dos mecanismos de imagem. Em termos mais simples, j at conseguimos ver as “coisas”, mas ainda no sabemos interpretar o que cada detalhe capturado durante o imageamento.

Para avanar esse conhecimento, Takeshi Fukuma e seus colegas realizaram um estudo detalhado de uma amostra flexvel especialmente projetada, que trouxe informaes essenciais sobre a base terica e a interpretao dos dados AFM-3D.

Usando ferramentas de microfabricao, os cientistas criaram uma amostra composta por uma fibra de nanotubo de carbono apoiada em pilares de platina, que por sua vez foram posicionados sobre um substrato de silcio. Um nanotubo de carbono uma estrutura que pode ser considerada uma folha de carbono enrolada com a espessura de um tomo. A poro independente do nanotubo tem cerca de 2 micrmetros de comprimento.

A estrutura inteira foi imersa em gua, j que muitos sistemas biomoleculares 3D de interesse ocorrem em ambientes lquidos.

No suficiente ver; necessrio entender o que est sendo visto.
[Imagem: Mohammad Shahidul Alam et al. – 10.1002/smtd.202400287]

Modo dinmico

A equipe realizou experimentos AFM-3D em dois modos diferentes.

No modo esttico, a nanoponta abaixada verticalmente em direo amostra. Quando a ponta entra em contato com a fibra do nanotubo suspensa, esta empurrada para o lado e dobra conforme a sonda continua descendo. No modo dinmico, a ponta, que est presa a um brao oscilante, vibra em uma frequncia de ressonncia conforme abaixada.

Ao analisar como a fora experimentada pela ponta muda em funo da profundidade da ponta, os pesquisadores concluram que o atrito entre a ponta e a amostra muito maior no modo esttico do que no modo dinmico. Este ltimo , portanto, o modo ideal de operao, j que menos atrito significa que menos provvel que danos sejam induzidos amostra.

O nanotubo suspenso se desloca lateralmente, e a ponta vibrando continuamente (no modo dinmico) resulta em foras mais fracas experimentadas pela amostra, dificultando uma forte adeso da ponta a ela. O mapa 3D reconstrudo do volume digitalizado mostrou claramente a fibra de carbono e os pontos abaixo dela, destacando a capacidade do AFM-3D de gerar imagens de nanoestruturas sobrepostas verticalmente.

Estas descobertas mostram que o AFM pode ser aplicado para visualizar estruturas 3D flexveis. “Os avanos feitos neste estudo podem potencialmente levar a uma anlise AFM mais detalhada e precisa de vrios sistemas biolgicos 3D, como clulas, organelas, cromossomos e vesculas,” escreveu a equipe.

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