ES2354795A1 - Dispositivo de microscopía provisto de una horquilla resonante y una punta rectilínea. - Google Patents
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Abstract
Dispositivo de microscopía provisto de una
horquilla resonante y una punta rectilínea.
Está provisto de una horquilla resonante y una
punta rectilínea fijada a una pata de la horquilla, una superficie
de soporte de objetos a analizar y medios para sostener y desplazar
a la horquilla, dispuestos de modo que la punta está inclinada con
respecto a la superficie de soporte, siendo dicho ángulo tal que
permite explorar con una punta rectilínea evitando a la vez que la
horquilla entre en contacto con los objetos o el líquido donde dicho
objeto podría estar sumergido, haciendo posible simultáneamente
acceder visualmente a la posición del extremo de la punta rectilínea
desde encima dicha superficie de soporte y que permite colocar una
pluralidad de conjuntos de horquilla resonante/punta, lo cual
permite a su vez medir simultáneamente varios parámetros físicos de
la superficie del objeto.
Description
Dispositivo de microscopía provisto de una
horquilla resonante y una punta rectilínea.
La invención se refiere a un dispositivo de
microscopía de fuerza atómica (AFM, "atomic force microscopy")
provisto de una horquilla resonante y una punta que permite explorar
objetos sumergidos, controlar visualmente su movimiento y obtener
factores de calidad elevados.
De manera ya conocida por el experto en la
materia, determinados microscopios de exploración, principalmente
los microscopios de exploración de campo cercano (SNOM, "scanning
near-field optical microscopes"), se basan en
dispositivos provistos de al menos una horquilla resonante y una
punta fijada a una de sus patas.
Estos dispositivos están provistos de medios
para sostener por su base a la horquilla resonante y moverla para
explorar objetos colocados sobre una superficie de soporte que
sostiene a los objetos a analizar, por ejemplo tejidos, células,
etc.
Un ejemplo de esta técnica se describe en la
solicitud de patente WO 03019238, donde se describe un microscopio
con sonda de exploración reconfigurable para la exploración con
varias puntas con una interfaz transparente de microscopios ópticos
de campo cercano, en el que se emplean varias puntas de AFM,
preferiblemente fijadas a horquillas resonantes.
En WO 03019238 las puntas están curvadas de modo
que entran en contacto perpendicularmente con la superficie a
analizar y de modo que es posible mantener la horquilla resonante
horizontal y lo suficientemente alejada del objeto a analizar,
evitando que la horquilla resonante entre en contacto con la
superficie. Simultáneamente, permite acceder visualmente desde
encima el extremo de la punta, haciendo posible la monitorización de
su posición y por lo tanto controlar su movimiento.
Sin embargo, estas características presentan los
siguientes inconvenientes:
- Las puntas dobladas son mucho más caras y
frágiles que las rectilíneas, lo cual supone mayores costes, incluso
prohibitivos teniendo en cuenta que es un material fungible
necesario en laboratorios de AFM que deben ser sustituidas con mucha
frecuencia.
- El funcionamiento del punta/horquilla
resonante con puntas dobladas es deficiente debido a que la mayor
parte está sumergida en el líquido, lo cual proporciona un factor de
calidad bajo.
En EP 791.802 se describe un microscopio de
fuerza interatómica de campo cercano de exploración similar al de la
patente de Lewis y que presenta los mismos inconvenientes.
Otro ejemplo de estas técnicas se describe en US
6.094.971, donde se describe un microscopio de sonda por barrido
provisto de medios no ópticos para la detección de interacciones
muestra-punta normales. Este dispositivo emplea una
punta de detección de fuerzas atómicas dispuesta adosada a una pata
de un resonador cuya otra pata puede vibrar libremente. Tal como se
describe en la patente y se aprecia en las figuras, la punta está
dispuesta perpendicular a la superficie a explorar, quedando el
resonador perpendicular o paralelo a esta según la aplicación. Sin
embargo, presenta los inconvenientes de que no permite un guiado de
la punta con el microscopio óptico ni permite la cooperación entre
varias puntas operando simultáneamente sobre una misma zona.
Finalmente, US 6.515.279 describe un microscopio
óptico por barrido de campo cercano provisto de un elemento sensor
piezoeléctrico de factor de calidad elevado, en el cual también se
emplea una punta adherida a un resonador. Sin embargo, el resonador
opera paralelo a la superficie por lo cual se debería doblar la
punta para realizar medidas que presenta los mismos inconvenientes
que el objeto de la patente de Lewis.
Por lo tanto, a pesar de estas propuestas, sigue
sin resolverse el problema de proporcionar un dispositivo de bajo
coste que permita acceder visualmente a la punta para su
monitorización, que permita la cooperación entre una pluralidad de
puntas que operan simultáneamente, pero que permita operar en
líquidos con un factor de calidad elevado, problema que resuelve la
presente invención con una solución simple y efectiva.
A lo largo de toda la descripción y las
reivindicaciones el término "comprende" y sus derivados, en
caso alguno implican la exclusión de otras características técnicas,
aditivos, componentes, o etapas.
La presente invención proporciona un dispositivo
de microscopía provisto de al menos una horquilla resonante y una
punta rectilínea fijada longitudinalmente a una pata de dicha
horquilla resonante, una superficie de soporte para soportar objetos
a analizar y medios para sostener y desplazar a la horquilla
resonante, sosteniendo dichos medios a la horquilla por su base de
modo que la otra pata de la horquilla resonante puede vibrar
libremente, caracterizado por el hecho de que dichos medios para
sostener y desplazar a la horquilla resonante están dispuestos de
modo que dicha horquilla resonante y la punta rectilínea están
inclinadas un ángulo con respecto a dicha superficie de soporte,
siendo dicho ángulo tal que permite explorar con una punta
rectilínea evitando a la vez que la horquilla resonante entre en
contacto con los objetos o un líquido donde dicho objeto está
sumergido, permitiendo simultáneamente acceder visualmente a la
posición del extremo de la punta rectilínea desde encima de dicha
superficie de soporte y que permite la cooperación entre una
pluralidad de puntas operando simultáneamente sobre una misma
zona.
Por lo tanto, estas características resuelven
simultáneamente los inconvenientes mencionados más arriba,
porque:
- Permite emplear puntas largas y rectilíneas
para acceder a objetos a analizar sumergidos en líquidos. Estas
puntas son de bajo coste, no precisan de forma específica alguna y
su fijación a horquillas resonantes en el sentido longitudinal es
fácil.
- Impide que la horquilla resonante entre en
contacto con el líquido que contiene a la muestra a analizar
permitiendo a la vez el ver el extremo de la punta desde encima para
controlar su posición y movimiento, es decir, permite emplear un
microscopio óptico dispuesto sobre las puntas.
- Finalmente, permite disponer una pluralidad de
conjuntos horquilla resonante/punta con los extremos de las puntas
dispuestos muy cerca entre sí, lo cual permite la cooperación
simultánea entre las puntas. Por cooperación simultánea debe
entenderse que las puntas pueden medir simultáneamente en un área de
100x100 \mum^{2} y, por ejemplo, medir la elasticidad, la
impedancia o la capacidad de una membrana celular.
Según realizaciones preferidas de la invención,
el dispositivo puede comprender las siguientes características
opcionales:
- La punta está inclinada con respecto a dicha
superficie de soporte con un ángulo comprendido entre 30 y 60º, y
preferentemente entre 50 y 55º con la finalidad de colocar la punta
tan vertical como sea posible pero aún visible.
- La punta sobresale del extremo de la pata de
la horquilla resonante una distancia comprendida entre 3,8 y 4,2 mm,
preferentemente 4 mm.
- La horquilla resonante tiene una longitud
comprendida entre 5 y 7 mm.
- La punta es una punta de fibra óptica, por
ejemplo para medir la propagación de vibraciones con vistas a
determinar su constante de elasticidad, o una punta metálica, para
medir parámetros eléctricos (impedancias, conductancias,
capacidades, etc.).
Finalmente, el dispositivo de microscopía de la
invención permite la cooperación de una pluralidad de puntas
operando simultáneamente sobre una misma zona. Como ejemplo, una
configuración especialmente útil presentada esquemáticamente
comprende una segunda horquilla resonante y una segunda punta
rectilínea similares al primer conjunto de horquilla resonante y
punta y dispuesto frente a este, en el que ambos conjuntos están
dispuestos de modo que las dos puntas pueden realizar medidas sobre
una misma área simultáneamente y, más preferentemente, las dos
puntas están dispuestas en el mismo plano vertical enfrentadas.
Otros objetos, ventajas y características de la
invención aparecerán para el experto en la materia a partir de la
lectura de la invención y de la realización práctica de la
invención. Los siguientes ejemplos y dibujos se ofrecen a título
ilustrativo y no pretenden en ningún caso limitar el alcance de la
presente invención. Además, la presente invención cubre todas las
posibles combinaciones descritas a continuación.
La Fig. 1 muestra un dibujo esquemático de los
elementos esenciales del dispositivo de la invención.
La Fig. 2 muestra un dibujo esquemático de una
realización preferida de la invención que comprende dos conjuntos de
horquilla resonante/punta dispuestos bajo un microscopio óptico.
Tal como se muestra en la Fig. 1, la invención
se refiere a un tipo de dispositivo de microscopía 1 conocido, ya
descrito, por ejemplo en US 6.094.971, provisto de una horquilla
resonante 3 y una punta rectilínea 2 fijada longitudinalmente a una
de sus patas 3a, una superficie de soporte 4 para soportar objetos 5
a analizar y medios para sostener y desplazar a la horquilla
resonante 3.
En general, los medios sostienen a la horquilla
por su base 3c, es decir, el extremo opuesto a aquel en el que está
fijada la punta, de modo que la otra pata 3b de la horquilla
resonante 3 puede vibrar libremente.
Concretamente, el dispositivo de microscopía de
la invención se caracteriza por el hecho de que los medios para
sostener y desplazar a la horquilla resonante 3 están dispuestos de
modo que la punta rectilínea 2 está inclinada un ángulo \alpha con
respecto a la superficie de soporte 4.
Este ángulo es tal que permite explorar con una
punta rectilínea 2 evitando a la vez que la horquilla resonante 3
entre en contacto con los objetos 5, o un líquido 6 en el que estos
estén inmersos, permitiendo simultáneamente, acceder visualmente a
la posición del extremo 2a de la punta rectilínea 2 desde encima de
la superficie de soporte 4.
Según una realización preferida de la invención,
la punta 2 está inclinada con respecto a la superficie de soporte 4
con un ángulo \alpha comprendido entre 30 y 60º, y preferentemente
entre 50 y 55º, la punta 2 sobresale del extremo de la pata de la
horquilla resonante 3a una distancia I comprendida entre 3,8 y 4,2
mm, preferentemente 4 mm y la horquilla resonante 3 tiene una
longitud L comprendida entre 5 y 7 mm. Se ha comprobado que estas
dimensiones proporcionan buenos factores de calidad en la
exploración de objetos inmersos en líquidos. Por ejemplo, para
explorar objetos 5 sumergidos en una capa de agua de 2 mm, con una
punta que sobresale 4 mm de la horquilla resonante, es suficiente un
ángulo mínimo de 30-40º.
Según los parámetros a medir, la punta 2 es una
punta de fibra óptica o una punta metálica.
Tal como se muestra en la Fig. 2, en la que se
muestra una segunda realización de la invención, el dispositivo de
microscopía 1 comprende una segunda horquilla resonante 3' y una
segunda punta rectilínea 2' similar al otro conjunto de horquilla
resonante y punta 2, 3 y dispuestos frente a estos últimos, en el
que ambos conjuntos están dispuestos de modo que ambas puntas 2, 2'
pueden llevar a cabo medidas sobre una misma área simultáneamente.
Obviamente, las características propias de la invención permiten
disponer una pluralidad de conjuntos de horquilla resonante/punta,
lo cual permite a su vez medir varios parámetros físicos de la
superficie del objeto simultáneamente. Si se debiesen disponer más
puntas, las horquillas resonantes se podrían disponer con ambas
patas inscritas en un plano perpendicular a la superficie.
Tal como se puede ver en la Fig. 2, el
dispositivo de microscopía de la invención permite colocar un
microscopio óptico 7 sobre la muestra con su eje 7a sustancialmente
perpendicular a dicha superficie de soporte 4, para controlar el
movimiento de las puntas sobre la superficie a explorar. Las
dimensiones antes expuestas permiten emplear un microscopio óptico
(x50) con una distancia focal F de aproximadamente 8 mm. En este
caso, con una punta que sobresale 4 mm de la horquilla resonante, se
dispone de un ángulo de 50-55º para evitar la
colisión con el objetivo del microscopio.
Claims (7)
1. Dispositivo de microscopía (1) provisto de al
menos una horquilla resonante (3) y una punta rectilínea (2) fijada
longitudinalmente a una pata (3a) de dicha horquilla resonante (3),
una superficie de soporte (4) para soportar objetos (5) a analizar y
medios para sostener y desplazar a la horquilla resonante (3),
sosteniendo dichos medios a la horquilla por su base (3c) de modo
que la otra pata (3b) de la horquilla resonante (3) puede vibrar
libremente, caracterizado porque dichos medios para sostener
y desplazar a la horquilla resonante (3) están dispuesto de modo que
dicha punta rectilínea (2) está inclinada un ángulo (\alpha) con
respecto a dicha superficie de soporte (4), siendo dicho ángulo tal
que permite explorar con una punta rectilínea (2) evitando a la vez
que la horquilla resonante (3) entre en contacto con los objetos (5)
o un líquido (6) donde dicho objeto está sumergido, haciendo posible
simultáneamente para acceder visualmente a la posición del extremo
(2a) de la punta rectilínea (2) desde encima de dicha superficie de
soporte (4) y que permite colocar una pluralidad de conjuntos de
horquilla resonante/punta, lo cual permite a su vez medir varios
parámetros físicos de la superficie del objeto simultáneamente.
2. Dispositivo según la reivindicación 1, en el
que dicha punta (2) está inclinada con respecto a dicha superficie
de soporte (4) con un ángulo (\alpha) comprendido entre 30 y 60º,
preferentemente entre 50 y 55º.
3. Dispositivo según cualquiera de las
reivindicaciones anteriores, en el que dicha punta (2) sobresale del
extremo de la pata de la horquilla resonante (3a) una distancia (l)
comprendida entre 3,8 y 4,2 mm, preferentemente 4 mm.
4. Dispositivo según cualquiera de las
reivindicaciones anteriores, en el que dicha horquilla resonante (3)
tiene una longitud (L) comprendida entre 5 y 7 mm.
5. Dispositivo según la reivindicación 1, en el
que dicha punta (2) es una punta de fibra óptica o una punta
metálica.
6. Dispositivo según cualquiera de las
reivindicaciones anteriores, que comprende una segunda horquilla
resonante (3') y una segunda punta rectilínea (2') similar al otro
conjunto de horquilla resonante y punta (2, 3) y dispuesto frente a
éste, en el que ambos conjuntos están dispuestos de modo que ambas
puntas (2, 2') pueden simultáneamente realizar medidas sobre la
misma área de muestra.
7. Dispositivo según la reivindicación anterior,
en el que las dos puntas (2, 2') están dispuestas en el mismo plano
vertical una frente a la otra.
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| Date | Code | Title | Description |
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