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DOI : 10.2240/azojono0105

Or Nanoparticles sur la Surface En Verre Modifiée en tant que Norme d'Étalonnage de Hauteur pour la Microscopie Atomique de Force Fonctionnant en contact et le Mode de Filetage

Béatrice Bonanni et Salvatore Cannistraro

Soumis : Septembre 19th, 2005

Posté : 11 novembreth 2005

Sujets Couverts

Résumé

Mouvement Propre

Facteurs Affectant La Précision et l'Exactitude dedans et le Microscope Atomique de Force

Étalonnage des Instruments

Étalonnage des Instruments

Types d'Échantillons d'Étalonnage

Points Faibles En Étalonnant pour le Fonctionnement de Filetage de Mode

Délivrances Associées avec la Reproductibilité dans le Fonctionnement de Filetage d'AFM de Mode

Conception d'un Échantillon d'Étalonnage pour le Mode de Contact et Filetage du Mode AFM

Méthodes et Matériaux

Préparation des Échantillons

Représentation d'AFM

Représentation de TEM

Résultats et Discussion

Caractérisation de TEM

Mode de Contact AFM

Mode de Filetage AFM

Représentation d'AFM dans Ambiant Liquide

Effets du Vieillissement sur les Colloïdes d'Or

Contrôle du Mode d'Extrémité d'AFM

Estimation du Radius d'Extrémité

Conclusions

Remerciements

Références

Détails des Contacts

Résumé

Nous proposons un échantillon normal pour l'étalonnage Atomique de Microscopie de Force au nanoscale, faisant fonctionner en contact le Mode (CM) et Filetant le Mode (TM), en air et en liquide. L'échantillon se compose des colloïdes d'or qui ont été immobilisés sur le substrat en verre afin de réduire à un minimum les artefacts de hauteur qui sont souvent présents au TM en air. Notre échantillon permet également un bilan prompt de qualité d'extrémité et une évaluation fiable de radius d'extrémité de lordose.

Mouvement Propre

Dans le domaine de la nanotechnologie, où les propriétés et la fonctionnalité des nanostructures dépendent en critique de leurs cotes, la mesure des différences de taille de la commande des nanomètres ou même des angströms est de la première importance. Le Microscope Atomique de Force (AFM) trouve beaucoup d'applications dans le domaine, non seulement comme outil de calibrage mais également pour la caractérisation avancée au nanoscale.

Facteurs Affectant La Précision et l'Exactitude dedans et le Microscope Atomique de Force

Cependant, l'exactitude et la précision des mesures quantitatives effectuées avec l'AFM peuvent être d'une certaine manière limitées par des erreurs d'instrumentation. Les balayeurs peuvent montrer plusieurs comportements, tels que le vieillissement, l'hystérésis et le fluage, qui peuvent introduire des incertitudes dans les mesures. L'exactitude des mesures peut également être affectée par mouvement pas complet indépendant de x, de y et de z : dans les beaucoup l'AFM, un balayeur piézoélectrique unique de tube règle le mouvement dans le plan de x/y ainsi que le long de z, entraînant l'interférence parmi les trois haches et non-linéarités. De plus, les non-linéarités sont parfois associées avec la photodiode utilisée dans le système de dépistage optique. Même l'extrémité peut introduire des artefacts. Pendant Que l'extrémité s'use, elle ne sonde pas exactement les structures étroites ou tranchantes sur un échantillon, avec la sous-estimation conséquente de l'aspérité et l'élargissement des caractéristiques techniques extérieures tranchantes.

Étalonnage des Instruments

Dans ce contexte, évidemment, il est nécessaire d'étalonner soigneusement le dispositif de mesure afin d'obtenir les mesures qui sont précises, précises et reproductibles, ainsi que surveiller la forme d'extrémité et déterminer éventuellement si l'extrémité devrait être remontée pour éviter la traduction défectueuse des données. Une procédure idéale d'étalonnage comporte des mesures sur un niveau d'étalonnage des tailles et formes avec précision connues enjambant préférable la classe de grandeur des objectifs qui doivent être mesurés [1-4].

Types d'Échantillons d'Étalonnage

Les Différents échantillons d'étalonnage au nanoscale ont été proposés. Une norme simple d'étalonnage peut être obtenue en produisant des piqûres gravure à l'eau forte (2 de haut de nanomètre) en mica de muscovite [5]. Cependant un tel échantillon est habituellement limité à l'étalonnage de hauteur et il n'est pas très utile de contrôler la qualité d'extrémité.

Comme alternative, les grilles convenablement modelées de silicium ont été proposées : des poteaus/dépressions circulaires ou carrés, centaines de haut de nanomètre, sont parfois utilisés pour l'étalonnage de hauteur attendu que des structures très tranchantes sont en grande partie employées pour tester la qualité d'extrémité. Dans ce dernier cas, les structures ordonnées d'épi, qui fonctionnent en tant que caractéristiques techniques « de fonctionnement triangle triangle », peuvent fournir une image inversée de l'extrémité de lecture. Cependant ces échantillons, sans compter qu'exiger des soins spéciaux pour la bonne représentation, sont très fragiles.

Des échantillons d'Étalonnage se composant des sphères en verre ou de polystyrène (avec le diamètre nominal s'échelonnant entre 50 nanomètre et peu de microns) immobilisées sur un substrat plat ont été utilisés pour l'étalonnage de hauteur [6]. Pour un bilan simultané de qualité d'extrémité, de plus petites sphères (avec le diamètre comparable au radius d'extrémité de lordose) doivent être utilisées. Dans ce cas, les nanoparticles colloïdaux d'or avec le diamètre variable à partir d'une valeur minimum de 5 nanomètre, ont été proposés [7]. Même si ces le genre d'échantillons de référence sont d'un secours grand pour l'étalonnage de test de balayeur et dirigent la qualité, il vaut de charger que leur utilisez a été limité au fonctionnement de mode de contact (CM-AFM) en air. Un Tel mode de fonctionnement n'implique pas forcément l'utilisation des échantillons comme norme de hauteur en mode de filetage (TM-AFM) ; en effet, en fonctionnant au TM, particulièrement si en air, les anomalies supplémentaires de hauteur peuvent affecter la caractérisation d'échantillon normal interdisant de ce fait l'étalonnage z-piézo-électrique.

Points Faibles En Étalonnant pour le Fonctionnement de Filetage de Mode

En fait, on a observé des anomalies de hauteur dans la représentation de TM-AFM de plusieurs échantillons minéraux en air comme par exemple des points des batteries de Cu [8], de la tranche de temps de CdSe [9], des batteries d'or [10] et des nanoparticles de magnétite [11]. La situation est bien plus critique pour organique/échantillons biologiques [12]. Par exemple, dans les Brins d'ADN si imagée par TM-AFM en air [13-19], une taille verticale de 0,7 nanomètres au-dessus du substrat a été estimée, qui est beaucoup inférieur que le diamètre théorique de 2 nanomètre a déduit du modèle du Watson-Torticolis ADN [20]. Cette divergence a été attribuée pour échantillonner la déformation par compactage d'extrémité, à la déshydratation de molécule et au dépôt de sel [13,19]. Cependant, le compactage d'échantillon et/ou la déshydratation ne peuvent pas être appelés comme origine des artefacts de hauteur dans le cas des nanoparticles minéraux.

Délivrances Associées avec la Reproductibilité dans le Fonctionnement de Filetage d'AFM de Mode

La Plupart Des auteurs, consacrés à la compréhension de la source réelle de réduction de hauteur des mesures de TM-AFM en air, conviennent en considérant les forces attrayantes agissant entre l'extrémité et la surface témoin comme l'origine de la plupart des anomalies [9,14,21,22]. Ces forces d'adhérence sont dues à la couche de l'eau qui, en conditions ambiantes, couvre l'extrémité et l'échantillon [23] : quand l'extrémité de lecture touche cette couche, la force capillaire entraîne la formation d'un ménisque [24] et la tension superficielle tire l'encorbellement vers le bas dans la couche. L'intensité de ces forces attrayantes dépend de l'épaisseur de la couche de l'eau, qui est consécutivement un fonctionnement du hydrophobicity extérieur [14]. La cotisation des forces d'adhérence au contraste d'image de TM-AFM est particulièrement critique en balayant au-dessus des surfaces hétérogènes, puisque les forces non homogènes d'adhérence peuvent produire la divergence significative entre la hauteur enregistrée et la taille réelle de l'objectif imagé [14,25]. Puisque le grammage de ces effets dépend grand de la température environnementale, de l'hygrométrie et de quelques conditions expérimentales, telles que l'extrémité de lecture et les paramètres [9,26], la reproductibilité des mesures de TM-AFM peut être sensiblement compromise.

Rentrant des considérations précédentes d'esprit, l'étalonnage z-piézo-électrique optimal exige l'utilisation d'un échantillon normal dont a mesuré des caractéristiques morphologiques est bien reproduit même dans TM-AFM en air.

Conception d'un Échantillon d'Étalonnage pour le Mode de Contact et Filetage du Mode AFM

L'objectif de ce travail est de proposer un échantillon normal au nanoscale pour l'étalonnage piézo-électrique d'AFM le long du z-sens, non seulement en fonctionnant dans le CM mais également au TM (en air et dans ambiant liquide). Nous nous sommes concentrés sur les nanoparticles colloïdaux d'or qui ont été immobilisés sur le substrat en verre afin de réduire à un minimum des artefacts fréquemment actuels dans la configuration du TM. Afin de justifier la fiabilité de l'échantillon normal, les nanoparticles ont été entièrement caractérisés, avant l'immobilisation sur le substrat en verre, par Microscopie Électronique de Boîte De Vitesses (TEM).

L'utilisation comme source d'étalonnage des nanoparticles uniques qui ont été indépendamment caractérisés par une autre technique également offre la possibilité pour caractériser l'extrémité d'AFM, fournissant par exemple une estimation fiable de son radius de lordose.

Méthodes et Matériaux

Préparation des Échantillons

Tous Les produits chimiques et solvants ont été achetés du Sigma-Aldrich et utilisés sans davantage de purification. Des Lamelles de verre ont été nettoyées par submersion dans la solution nouvellement préparée de « piranha » (HO22 (30%) : HSO24 (96%) = 1 : 2) pour 1 heure (avertissant : la solution de piranha réagit fortement avec des matières organiques et devrait être traitée avec l'extrême prudence). Les substrats en verre ont été alors lavés avec de l'eau milli-Q et séchés dans un flot de l'azote de grande pureté.

Ultérieurement, la surface en verre a été traitée avec (3-mercaptopropyl) - solution (MPTMS) de trimethoxysilane pendant 3 mn à la température ambiante. La solution a été préparée par MPTMS de dilution en chloroforme pour obtenir une concentration finale égale à 0,3 M. Les guides étaient finalement rincés avec de l'eau le chloroforme et copieux de milli-Q et sec avec le gaz d'azote.

Des colloïdes d'Or du diamètre de 5 nanomètre ont été déposés sur les lamelles de verre silanized par la couche de rotation (Échantillon 1). La vitesse et le temps de Rotation ont été réglés d'assurer la haute densité de particules colloïdales uniques homogènement distribuées au-dessus du substrat en verre, comme confirmé par la représentation ultérieure d'AFM.

Quelques échantillons supplémentaires de test ont été également préparés par différentes recettes suivantes, à savoir en traitant alternativement la surface en verre propre avec (3-aminopropyl) - le triethoxysilane (APTES) (Échantillon 2) ou à l'aide des substrats en verre propres sans tout autre functionalization (Échantillon 3). Dans ces échantillons, le dépôt des colloïdes d'or a été fait comme décrit ci-dessus pour l'Échantillon 1.

Représentation d'AFM

Pour des mesures de CM-AFM, le XE-100 AFM (PSIA Corp., Corée) a été utilisé, équipé d'un balayeur de 50 μm. Les images ont été enregistrées en fonctionnant en mode de basse tension. Dans cette configuration le de point de consigne était environ 1 nN, et les tarifs d'échographie 2 Hertz. Les sondes du Silicium CM-AFM (PSIA Corp., Corée) ont eu la constante particulière de source de 0,6 N/m et le radius d'extrémité de lordose nominal de 20 nanomètre.

Des mesures de TM-AFM ont été effectuées avec un NanoscopeIIIa/microscope À Plusieurs Modes De Fonctionnement de sonde de lecture (Instruments de Digitals, Santa Barbara, Ca) équipés d'un balayeur de 12 μm. Des encorbellements Normaux de silicium (encorbellements de RTESP, Centre de Sonde de Veeco, Santa Barbara, Ca), avec une constante typique de source de 20-80 N/m et un radius nominal de £ 10 nanomètre de lordose, ont été utilisés pour la représentation de l'air ambiant TM-AFM, attendu que des encorbellements oxyde-affilés de nitrure de silicium (sondes de MSCT-AUHW, Centre de Sonde de Veeco, Santa Barbara, Ca) avec une constante de source de 0,5 N/m et un radius nominal de £0 de lordose (ω* = 0,85 ω0), avec une amplitude libre à la résonance de A0 = 1,5 V (correspondant à une amplitude de lation d'oscil environ de 20 nanomètre). L'amplitude de point de consigne a été fixée pour être 85% de la valeur de l'amplitude libre A* au ω* fonctionnant de résonance. Les tarifs d'échographie Particuliers étaient de 1,5 Hertz.

Représentation de TEM

La caractérisation de TEM a été exécutée à l'aide d'un microscope électronique II EX de Jeol 1200 à 10 kilovolts. Les spécimens de TEM se composent du charbon et des réseaux de cuivre vêtus par collodion. Les nanoparticles ont été déposés sur les réseaux directement de la solution, et ont laissé sec. Des Images ont été enregistrées avec du temps d'intégration de 5 s et l'agrandissement 200,000 X.

Résultats et Discussion

Caractérisation de TEM

Avant la caractérisation d'AFM des nanoparticles immobilisés, la taille colloïdale d'or a été indépendamment mesurée par la représentation de TEM. Une image du préposé du service TEM des colloïdes d'Au est affichée dans Fig. 1.

AZoNano - Tourillon En Ligne de Nanotechnologie - image de TEM des nanoparticles d'or. Barre d'Échelle : 20 nanomètre.

Le Schéma 1. image de TEM des nanoparticles d'or. Barre d'Échelle : 20 nanomètre.

Les statistiques au-dessus de plus de cents nanoparticles (affichés dans Fig. 2) est indicatif d'une distribution de monodisperse de diamètre de particules, avec la moyenne égale à 5,6 nanomètre et écart-type 0,6 nanomètres, attendu que le minimum et le maximum de valeurs mesurées sont 4 nanomètre et 7,6 nanomètre respectivement.

AZoNano - Tourillon En Ligne de Nanotechnologie - Analyse statistique du diamètre colloïdal, comme évaluée à partir de la représentation de TEM de 150 nanoparticles.

Le Schéma 2. Analyse statistique du diamètre colloïdal, comme évaluée à partir de la représentation de TEM de 150 nanoparticles.

Ces valeurs sont fiables et reproductibles, comme également confirmé quand la représentation de TEM était répétée utilisant une installation expérimentale différente, qui a prévu le moyens diamètre et écart-type les valeurs 5,5 nanomètres et 0,6 nanomètres respectivement (évalué plus de 125 nanoparticles).

Mode de Contact AFM

Le CM et le TM-AFM a été effectué sur les substrats en verre. Excepté la présence des 2 trous profonds des temps en temps de nanomètre, la surface est tout à fait plate, montrant une rugosité de RMS s'échelonnant entre 0,3 nanomètres (surface en verre propre) et 0,5 nanomètres (surface en verre silanized), au-dessus d'une zone de 500x5002 nanomètre.

Après Que colloïdal le dépôt, avant analyse de TM-AFM, des échantillons ont été d'abord testés par CM-AFM. Une topographie du préposé du service CM-AFM des nanoparticles d'or déposés sur la surface en verre de MPTMS (l'Échantillon 1) est affiché dans Fig. 3 colloïdes Uniques d'A. semblent stablement lié au substrat en verre de MPTMS, et affichent la cote transversale et verticale homogène, sans la preuve des agrégats. Le bilan de Hauteur a été obtenu par le profil en coupe, enregistré pour un colloïde unique dans Fig. 3 B. La distribution statistique de la taille verticale, résultant de l'analyse en coupe plus de 30 nanoparticles d'or, est récapitulée dans l'histogramme de Fig. 3 C.

AZoNano - Tourillon En Ligne de Nanotechnologie - image Topographique des colloïdes d'Au déposés sur MPTMS a traité la glace (Échantillon 1) comme mesuré par CM-AFM en air.

(a)

AZoNano - Tourillon En Ligne de Nanotechnologie - profil en coupe Particulier, représenté sur le chiffre pour le colloïde indiqué par la flèche blanche en (a).

(b)

AZoNano - Tourillon En Ligne de Nanotechnologie - distribution Statistique de la hauteur colloïdale d'or comme évaluée par des profils uniques de coupe transversale de particules.

(c)

Le Schéma 3. (a) image Topographique des colloïdes d'Au déposés sur la glace traitée par MPTMS (Échantillon 1) comme mesuré par CM-AFM en air. (b) Profil en coupe Particulier, représenté sur le chiffre pour le colloïde indiqué par la flèche blanche en (a). (c) Distribution Statistique de la hauteur colloïdale d'or comme évaluée par des profils uniques de coupe transversale de particules.

La moyenne de 5,5 nanomètre de la hauteur de nanoparticle, qui fournit une estimation du diamètre colloïdal, est dans la concordance très bonne avec des valeurs obtenues à partir de la caractérisation de TEM. La taille transversale (évaluée comme FWHM du profil en coupe de nanoparticle) est sujette monodisperse (données non affichées), avec des résultats sensiblement à élargir à cause de l'effet réputé de convolution d'extrémité [27]. Nous discuterons cette remarque dans le suivant, quand présentant les données de TM-AFM.

Mode de Filetage AFM

Après contrôle que les nanoparticles immobilisés sont bien reproduits par CM-AFM, nous avons testé l'Échantillon 1 comme échantillon normal possible également en opérant dans la configuration du TM. En Effet, comme évoqué dans l'introduction, la bonne reproductibilité de la topographie d'échantillon par CM-AFM n'implique pas la fiabilité assimilée dans des mesures de TM-AFM.

Une topographie typique de TM-AFM de l'Échantillon 1, comme enregistré en air, est affichée dans Fig. 4 A. Comme déjà observé dans la caractérisation de CM-AFM, des colloïdes uniques peuvent être facilement résolus sur le substrat en verre. Une estimation de diamètre de particules peut être fournie par la taille verticale du colloïde au-dessus du substrat, comme évalué par un profil en coupe d'unique-particule (Fig. 4 b).

AZoNano - Tourillon En Ligne de Nanotechnologie - image Topographique des colloïdes d'Au déposés sur MPTMS a traité la glace (Échantillon 1) comme mesuré par TM-AFM en air.

(a)

AZoNano - Tourillon En Ligne de Nanotechnologie - profil En Coupe se rapportant au colloïde indiqué par la flèche blanche en (a).

(b)

Le Schéma 4. (a) image Topographique des colloïdes d'Au déposés sur la glace traitée par MPTMS (Échantillon 1) comme mesuré par TM-AFM en air. (b) Profil En Coupe se rapportant au colloïde indiqué par la flèche blanche en (a).

La distribution statistique de hauteur, résultant de l'analyse en coupe de TM-AFM sur 100 nanoparticles différents d'or, est récapitulée dans l'histogramme de Fig. 5.

AZoNano - Tourillon En Ligne de Nanotechnologie - Analyse statistique de la hauteur colloïdale d'or sur le MPTMS a traité la surface en verre (Échantillon 1) comme mesuré par TM-AFM en air. Des Données sont obtenues à partir de différents profils en coupe plus de 100 nanoparticles.

Le Schéma 5. Analyse statistique de la hauteur colloïdale d'or sur le MPTMS a traité la surface en verre (Échantillon 1) comme mesuré par TM-AFM en air. Des Données sont obtenues à partir de différents profils en coupe plus de 100 nanoparticles.

La distribution est monodisperse et centré à une moyenne de 5,5 nanomètre avec un écart-type de 0,6 nanomètres. Le minimum et le maximum de hauteurs mesurées sont 4,2 et 7 nanomètre respectivement. Des valeurs Assimilées ont été obtenues également sur des échantillons provenant de différentes préparations de MPTMS (données non affichées), prouvant la reproductibilité de cette recette.

Le puits de hauteur mesuré par TM-AFM compare à la valeur prévue, de la manière prévue par la caractérisation de TEM et par la représentation de CM-AFM. La bonne concordance des données indique de manière dégagée l'absence des artefacts de hauteur en caractérisant l'Échantillon 1 par TM-AFM en air. Comme déjà observé dans le CM, également au TM la taille transversale est monodisperse et élargi par l'effet de convolution d'extrémité [27].

Représentation d'AFM dans Ambiant Liquide

Les échantillons du l'Au-Colloïde MPTMS ont été également imagés dans ambiant liquide. Dans Fig. 6 a, une topographie représentative enregistrée dans l'eau de milli-Q est affichée. L'analyse statistique correspondante de la taille verticale, comme prévue par des profils en coupe au-dessus de plusieurs colloïdes uniques, est enregistrée dans Fig. 6 B.

AZoNano - Tourillon En Ligne de Nanotechnologie - topograph Représentatif des colloïdes d'Au sur MPTMS a traité le substrat en verre (Échantillon 1) enregistré par TM-AFM dans ambiant liquide (l'eau de milli-Q)

(a)

AZoNano - Tourillon En Ligne de Nanotechnologie - distribution statistique Correspondante de la hauteur colloïdale comme prévue à partir de la coupe transversale profile l'analyse plus de 50 nanoparticles.

(b)

Le Schéma 6. (a) topograph Représentatif des colloïdes d'Au sur MPTMS a traité le substrat en verre (Échantillon 1) enregistré par TM-AFM dans ambiant liquide (l'eau de milli-Q) ; (b) la distribution statistique correspondante de la hauteur colloïdale comme prévue à partir de la coupe transversale profile l'analyse plus de 50 nanoparticles.

De Nouveau, la taille des colloïdes uniques (moyenne hauteur = 5,6 nanomètre, σ = 0,7 nanomètres) est conforme bien avec des données d'analyse de TEM, ainsi qu'à la caractérisation discutée préalablement d'AFM en air.

Effets du Vieillissement sur les Colloïdes d'Or

Les effets possibles du vieillissement sur les colloïdes d'Au immobilisés sur le substrat en verre traité par MPTMS ont été testés. Particulièrement, la représentation de CM et de TM-AFM de l'Échantillon 1 s'est avérée reproductible après l'exposition de deux mois d'air.

La bonne concordance avec des résultats obtenus par la représentation de TEM, la reproductibilité grande de la caractérisation morphologique, ainsi que la stabilité à temps, rendent l'Échantillon 1 adapté pour l'étalonnage fiable de hauteur d'AFM au nanoscale en fonctionnant au TM.

D'Autres Essais Infructueux

Une vaste caractérisation assimilée (non affichée ici) a été exécutée également pour l'Échantillon 2 et 3 (des colloïdes d'Au adsorbés sur la surface en verre APTES-traitée ou directement sur le substrat en verre respectivement). Cependant la caractérisation de TM-AFM de ces échantillons n'était pas aussi exempt des artefacts que celle de l'Échantillon 1. Particulièrement, on a observé une cote verticale réduite pour des nanoparticles d'or dans les deux échantillons, particulièrement si imagée en conditions ambiantes, quant aux forces non homogènes d'adhérence sur la surface témoin [14,25]. Par Conséquent, ces deux méthodes alternatives de préparation ne sont pas indiquées pour fournir les échantillons qui conviennent pour l'étalonnage piézo-électrique d'AFM.

Contrôle du Mode d'Extrémité d'AFM

La fiabilité de l'Échantillon 1 peut être également exploitée pour tester l'extrémité d'AFM. En Effet, grâce à la taille nanometric et de monodisperse des particules (comparables au radius d'extrémité de lordose) et leur incompressibility, l'Échantillon 1 laisse contrôler si l'extrémité est mate ou modifiée et s'il éventuellement les besoins d'être changé. La présence des objectifs sphériques réguliers homogènes jaillissent perceptible au-dessus presque d'une surface plane, mettent l'accent sur facilement la qualité de la sonde : si une extrémité usée ou modifiée est utilisée, l'image affiche les caractéristiques techniques impaires, toutes avec la même forme, à la place de les endroits sphériques réguliers, depuis ce qui est réellement imagé est la forme de l'extrémité épointée ou la forme des saletés, et pas la morphologie des nanoparticles.

Réciproquement, en utilisant une extrémité neuve, l'image à haute résolution de l'échantillon TM-AFM apparaît comme dans Fig. 7.

AZoNano - Tourillon En Ligne de Nanotechnologie - 300 x 300 image de nm2 TM-AFM de l'Échantillon 1.

(a)

AZoNano - Tourillon En Ligne de Nanotechnologie - profil en coupe particulier.

(b)

TM-AFM du Schéma 7. (a) 300 x 3002 image du nanomètre de l'Échantillon 1 et (b) profil en coupe particulier.

Estimation du Radius d'Extrémité

L'Échantillon 1 est également adapté pour une estimation du radius d'extrémité de lordose. Quand une extrémité pyramidale avec le radius de lordose égal aux échographies en travers d'une particule sphérique avec le radius r, le profil mesuré a une largeur W et une hauteur qui, dans la première approximation, sont marqués par le rapport W2 = 8 R h [7]. Une Telle approximation est admissible quand la structure mesurée (dans notre cas le nanoparticle) a un radius de lordose comparable ou même plus petit que celle de l'extrémité de mesure (nous rappelons ici que le radius d'extrémité de lordose particulier est R > 5 nanomètre). Comme exemple, nous nous référons au cas des 300 x 300 image2 du nanomètre TM-AFM enregistrée à l'aide d'une extrémité neuve (Fig. 7). Du profil en coupe sur le nanoparticle nous obtenons h = 4,9 nanomètre et W = 16,5 nanomètre. Par Conséquent, en appliquant la formule rapprochée, nous obtenons pour une valeur de 7 nanomètre, qui est comparable au radius d'extrémité de lordose nominal prévu pour être £

L'avantage grand d'un échantillon normal de siAFM sort en caractérisant des échantillons au nanoscale. Comme exemple nous enregistrons ici la caractérisation morphologique des protéines uniques adsorbées sur un substrat en métal. En particulier nous nous référons au Cytochrome C, (YCC) une protéine redox de Levure défrayant une cystéine exposée (Cys102) adaptée pour l'immobilisation particulièrement installée sur l'Au (111) par l'intermédiaire de la formation des obligations covalentes de S-Au [3,4]. Ce petit metalloprotein (MW = kDa 12,5) peut être schématiquement représenté par un ellipsoïde avec la taille de haches dans le domaine 3.5-4.0, comme des données cristallographiques de Rayon X [28]. Si nous nous référons à l'arrangement topologique correspondant à l'immobilisation de protéine sur l'or par l'intermédiaire du résidu Cys102 (voir la Fig. 8), la valeur prévue pour YCC la taille que verticale sur le substrat d'or est environ 3,8 nanomètre.

AZoNano - Tourillon En Ligne de Nanotechnologie - représentation Graphique affichant le Cytochrome c de Levure adsorbé sur un substrat d'or par l'intermédiaire de l'atome de soufre du résidu Cys102.

Le Schéma 8. représentation de Graphique affichant le Cytochrome c de Levure adsorbé sur un substrat d'or par l'intermédiaire de l'atome de soufre du résidu Cys102.

Afin de justifier une caractérisation topologique fiable des protéines adsorbées par l'AFM, un étalonnage très précis de l'instrument est nécessaire au nanoscale. Par Conséquent, avant de commencer en circuit par la représentation d'AFM des molécules adsorbées de YCC, nous avons optimisé l'étalonnage de balayeur d'AFM en mesurant l'Échantillon 1. Ultérieurement, ainsi l'AFM étalonné a été employé pour caractériser les protéines or-immobilisées [29]. Une image du préposé du service TM-AFM des molécules adsorbées de YCC enregistrées dans la solution tampon (1mM Tris, pH 8,0) est affichée dans Fig. 9 A. les molécules qu'Uniques peuvent être de manière dégagée distinguées sur le substrat d'or. Une évaluation de diamètre de protéine est fournie par la taille verticale de molécule au-dessus du substrat. Un profil en coupe typique d'une molécule unique de YCC est affiché dans Fig. 9 B.

AZoNano - Tourillon En Ligne de Nanotechnologie - 250 x 250 image de nm2 TM-AFM des molécules de YCC adsorbées sur le substrat de l'Au (111).

(a)

AZoNano - Tourillon En Ligne de Nanotechnologie - profil en coupe de protéine unique Particulière pour la molécule indiquée par la flèche blanche en (a).

(b)

TM-AFM du Schéma 9. (a) 250 x 2502image du nanomètre des molécules de YCC adsorbées sur le substrat de l'Au (111) ; (b) profil en coupe de protéine unique particulière pour la molécule indiquée par la flèche blanche en (a).

La hauteur mesurée (3,7 nanomètre pour le profil représenté sur le chiffre) donne droit pour être dans la concordance très bonne avec ce qui a prévu des données cristallographiques de Rayon X [28].

Elle vaut de charger que si en utilisant un échantillon d'étalonnage avec des centaines de phases profondes de nanomètres, l'erreur typique de phase de quelques nanomètres, plus haut que la taille verticale de protéine (ou spécimens assimilés), interdit l'étalonnage précis de balayeur et la caractérisation précise d'échantillon au nanoscale.

Conclusions

Nous avons rendu compte d'une procédure pour préparer un échantillon normal d'AFM qui peut être utilisé pour étalonner l'échelle verticale du transducteur de lecture à l'échelle de nanomètre. En particulier, des nanoparticles d'or ont été immobilisés sur les substrats en verre en suivant trois méthodes différentes. Nous avons découvert que des artefacts de hauteur de TM-AFM sont réduits à un minimum pour des colloïdes immobilisés sur la surface en verre traitée par MPTMS, comme témoigné par la convention optimale avec des résultats de la représentation de TEM. La reproductibilité grande de la caractérisation morphologique, en air et dans ambiant liquide, ainsi que la stabilité d'échantillon à temps, effectuent assurément à cet échantillon un bon candidat en tant que norme d'étalonnage de hauteur au nanoscale pour TM-AFM, en liquide et en air. Supplémentaire, grâce à leur forme sphérique et la nature incompressible, les colloïdes immobilisés d'or peuvent être exploitées pour évaluer promptement la qualité d'extrémité et pour déterminer facilement le radius d'extrémité de lordose.

Une application de l'efficacité de l'étalonnage de balayeur d'AFM à l'échelle de nanomètre, au moyen de notre échantillon normal, a été ici décrite. Nous avons prouvé que, grâce à la représentation de nanoparticle, l'étalonnage de balayeur peut être testée avec très de grande précision, de sorte que la caractérisation fiable des échantillons, tels que les protéines uniques adsorbées sur un substrat plat d'or, puisse être réalisée au nanoscale.

Cet exemple suggère également la possibilité pour adsorber simultanément les nanoparticles d'or et le matériau biologique (tel que des protéines ou des Brins d'ADN) de sorte que la hauteur d'échantillon puisse être facilement comparée en temps réel à celle des nanoparticles de référence.

Remerciements

Ce travail a été partiellement supporté par le Projet « Nanodevices Moléculaire » de FIRB-MIUR et un projet de PRIN-MIUR 2004. Nous reconnaissons M. Anna Rita Taddei pour les mesures de Microscopie Électronique de Boîte De Vitesses, qui ont été exécutées à C.I.M.E. (Centro Interdipartimentale di Microscopia Elettronica), Université de Tuscia, Viterbe , Italie . Merci sont dus à Mme Tiziana Cimei pour ses mesures préliminaires d'AFM.

Références

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29.   Des Détails de la préparation des échantillons sont décrits ailleurs (Refs. 3, 4).

Détails des Contacts

M. Béatrice Bonanni

Biophysique et Centre de Nanoscience
INFM-CNR et CNISM, Dipartimento di Scienze Ambientali
Della Tuscia d'Università
Dell'Università de Largo
Viterbe, 01100
L'Italie

bonanni@unitus.it

Prof. Salvatore Cannistraro

Biophysique et Centre de Nanoscience
CNISM, Dipartimento di Scienze Ambientali
Della Tuscia d'Università
Dell'Università de Largo
Viterbe, 01100
L'Italie

cannistr@unitus.it

Date Added: Nov 11, 2005 | Updated: Jun 11, 2013

Last Update: 13. June 2013 06:32

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