Técnicas

Se dispone de instrumental para el desarrollo de varias técnicas:

Microscopía óptica de Campo Cercano (Near-Field Scanning Optical Microscopy, NSOM / SNOM)

Fotomicrocopía
En los últimos 100 años la microscopia óptica convencional ha sido una herramienta imprescindible en la investigación y en usos rutinarios. Sin embargo, su resolución lateral se restringe a un límite de difracción de aproximadamente 200 nm. Para evitar esta limitación a principios de 1980 se inventó el microscopio óptico de barrido de campo cercano (SNOM o NSOM), en el que una fuente de luz nanoscópica, generalmente una punta de fibra óptica con una apertura más pequeña de 100 nm, barre la superficie de la muestra en la región llamada Campo Óptico Cercano.
Esquema
Debido a que la fibra óptica funciona de modo similar a una punta de AFM de no contacto, permite registrar simultáneamente la topografía y la imagen óptica (en modo transmisión o reflexión) de la muestra. La resolución óptica es de nanómetros, estando determinada principalmente por el tamaño de la apertura de la sonda y por la distancia entre la sonda y la superficie.

Microscopio de Fuerza Atómica (AFM) Explorer (Thermomicroscopes Instruments, Veeco Products)
Detalle AFM
El microscopio de fuerza atómica (AFM) es un instrumento mecano-óptico capaz de detectar fuerzas del orden de los nanonewton. Al analizar una muestra, es capaz de registrar continuamente la altura sobre la superficie de una sonda o punta cristalina. La sonda va acoplada a un listón microscópico, muy sensible al efecto de las fuerzas, de aproximadamente unas 200 µm de longitud. La fuerza atómica se puede detectar cuando la punta está muy próxima a la superficie de la muestra.

E2quema AFM
Es posible registrar la pequeña flexión del listón mediante un haz láser reflejado en su parte posterior. Un sistema auxiliar piezoeléctrico desplaza la muestra tridimensionalmente, mientras que la punta recorre ordenadamente la superficie.

El equipo está capacitado para trabajar en modo contacto y no-contacto (tapping): a) Modo contacto: es el modo más usado en AFM. La punta está en contacto directo con la superficie de la muestra (pocos angstroms) y la interacción entre esta y la superficie es de tipo repulsivo, dependiendo la determinación de la topografía de la deflexión del cantilever que obedece a la ley de Hook. b) No-contacto (tapping): se establece una interacción entre la punta y la muestra de tipo atractivo-repulsivo con una separación en un rango de 1 a 100 angstroms y dependiendo la determinación de la topografía de la amplitud o frecuencia de vibración del cantilever.

Microscopio Invia Reflex Raman (RENISHAW)

Esquema raman
Una de las características principales de esta técnica es explotar el efecto Raman para identificar y caracterizar de manera no destructiva y sin contacto la estructura química de materiales, de manera que es posible identificar aisladamente partículas del orden de la micra.
El efecto Raman se produce cuando el rayo láser se refleja sobre un material; la luz se dispersa y una mínima fracción de ella se desfasa en frecuencia a medida que vibran los átomos del material. El análisis de los desfases de frecuencia (espectro) de la luz revela las frecuencias de vibración características de los átomos y, por tanto, la composición química y la estructura del material.



Las posibilidades de este instrumento es muy amplia e incluye tres líneas de excitación láser (488, 514.5 y 785 nm), sistemas de filtrado óptico mejorado, diversos accesorios nuevos, mayor automatización y software mejorado, que lo hace más fácil de usar. Además, este nuevo modelo “Reflex” ofrece la posibilidad de una mayor automatización del microscopio y de la calibración del equipo. Por otro lado, el control de la confocalidad, que permite seleccionar el plano focal de adquisición de la señal Raman, tiene como principal ventaja la posibilidad de registrar la dispersión Raman procedente de zonas muy concretas de la muestra sin la contribución del entorno, aumentando así la resolución lateral con respecto a un microscopio convencional.

Niveles de energía

Aplicaciones

Microscopía Óptica de Campo Cercano (SNOM)
Tipo de muestras: Sólo muestras sólidas o secas que sean heterogéneas desde el punto de vista óptico y con un tamaño aproximado de 20x20x15 mm.

Preparación de la muestra: preferiblemente la muestra debe prepararse en cubre objetos o similar para adaptarse mejor al espacio dedicado a la muestra.

Campo de aplicación: se aplica en multitud de ámbitos científicos como biología, química, medicina, ingeniería, etc. Se obtiene información sobre propiedades ópticas: cambios en el índice de refracción, en la polarización de la luz, en la transparencia o en la reflectividad.

Micrografías
Microscopio de Fuerza Atómica (AFM)
Tipo de muestras: todo tipo de muestras sólidas o secas con un tamaño preferentemente de 50x50x15 mm para el uso de la base de traslación.

Preparación de la muestra: preferiblemente la muestra debe prepararse en cubre objetos para adaptarse mejor al espacio dedicado a la muestra.

Campo de aplicación: se aplica en multitud de ámbitos científicos como biología, química, medicina, ingeniería, etc. Depende fundamentalmente de las características de la muestra que se desee analizar.

Microscopio Invia Reflex Raman
Tipo de muestras: Todo tipo de muestras sólidas o líquidas. Las limitaciones pueden estar relacionadas, en algunos casos, con las muestras multicomponentes y las disoluciones de muestras muy diluidas debido a que el espectro Raman asociado puede resultar intrínsicamente débil.

Preparación de la muestra: preferiblemente la muestra debe traerse en porta objetos o en cubre para adaptarse mejor a la base del microscopio, en caso contrario se puede estudiar la preparación.

Campo de aplicación: Se emplean los microscopios y los análisis en una amplia gama de campos, por ejemplo, en empresas de discos duros de ordenador, farmacéuticas, polímeros, semiconductores y químicas. Otras aplicaciones más exóticas incluyen la identificación de drogas y explosivos por científicos forenses o el análisis de pinturas y pigmentos de obras de arte históricas como ayuda para una restauración precisa. Los expertos en piedras preciosas utilizan los microscopios Raman para identificar las gemas y determinar su origen mediante el análisis de las diminutas incrustaciones minerales que contienen.

Equipamiento

Microscopio Óptico de Campo Cercano (SNOM)
Especificaciones técnicas:
    • Puntas de fibra óptica recubiertas de aluminio Acutune de 50 a 80 nm de apertura óptica operadas en modo “shear force” mediante piezo escáner de tipo tubo (30 x 30 x 5 µm). En el análisis topográfico puede alcanzar una resolución lateral sobre 0.5 nm y una resolución vertical sobre 0.08 nm.
    • Porta muestras ≤ 50 x 50 x 3 mm.
    • Línea de excitación de 488 nm de láser de Ar iónico.
    • Fotomultiplicador con una respuesta espectral entre 185 y 900 nm y alta sensibilidad.


Microscopio de Fuerza Atómica (AFM) Explorer (Thermomicroscopes Instruments, Veeco Products)
Especificaciones técnicas:
    • Dos escáneres que operan en modo contacto y no-contacto (tapping):
      a) Tipo trípode con barrido de 100x100 µm (x,y) y 8 µm (z) con una resolución lateral sobre 1.5 nm y una resolución vertical menor de 0.15 nm.
      b) Tipo tubo con barrido de 2x2 µm (x,y) y 0.8 µm (z) con resolución lateral sobre 0.03 nm y una resolución vertical sobre 0.012 nm.

    • Tamaño de muestra < 50x50x15 mm si se utiliza la base de traslación (movilidad 10x10 mm).


Microscopio Invia Reflex Raman RENISHAW
Microscopio Raman
Especificaciones técnicas:
    • Detector: Cámara CCD de alta sensibilidad y ultra-bajo ruido;
    • Imagen de la muestra: video, binoculares, iluminación mediante luz reflejada, control iris, control de brillo;
    • Filtros para el control de la potencia del láser;
    • Sistema de difracción automático;
    • Filtros para la región Rayleigh;
    • Montura motorizada de la muestra que permite el registro de la señal Raman en XY de forma automática (mapping).
    • Control de confocalidad, que permite el análisis en profundidad.
    • Líneas de excitación disponibles: 488 nm, 514.5 nm, 785 nm;
    • Calibración interna para cada longitud de onda.

Personal Microscopía de Fuerza Atómica


Foto Cristina Ruano
Dna. Cristina Ruano Frías
Técnico responsable
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Ubicación Edificio SCAI, Planta 1, B1-04


Foto Rosa López
Dra. María Rosa López Ramírez
Responsable científico
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Ubicación Dpto. Química Inorgánica - Fac. Ciencias


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Dra. Silvia Centeno Benigno
Responsable científico
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Ubicación Dpto. Química Física - Fac. Ciencias
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