Scanning probe microscopy (SPM)

Professores: Ana Paula Moreira Barboza

Linhas de pesquisa:

- Caracterização de materiais bidimensionais utilizando Microscopia de Varredura por Sonda.

- Caracterização de células e tecidos cancerígenos por Microscopia de Varredura por Sonda.

SPM (Scanning Probe Microscopy) é o nome genérico de uma família de técnicas de microscopia que utiliza uma sonda mecânica como forma de detecção de algumas grandezas físicas para estudar propriedades de superfícies. Cada técnica surge de acordo com o tipo de interação sonda/amostra que é monitorada e permite não somente uma análise morfológica de altíssima resolução das amostras sob inspeção, mas também geram uma série de informações sobre outras propriedades intrínsecas, tais como dureza, visco/elasticidade e ainda propriedades magnéticas e elétricas. Também é possível manipular as amostras que podem ser modificadas física ou quimicamente, utilizando a sonda de SPM como ferramenta de modificação.

Apesar de fornecerem informações bem diferentes entre si, todas as técnicas de SPM se baseiam em um mesmo princípio de operação. Uma sonda mecânica é colocada em contato ou muito próxima da superfície da amostra que se quer investigar, o que dá origem a uma interação altamente localizada entre elas. Um scanner piezoelétrico movimenta lateralmente a amostra em relação à sonda, descrevendo um padrão de varredura. Um mecanismo de monitoração detecta a variação da interação sonda/amostra, durante a varredura, por meio da mudança de posição do laser em um fotodetector e esta informação é passada a um sistema de realimentação que controla a posição vertical da sonda. Um computador controla o processo, movimentando o scanner, recebendo e convertendo os dados, para formar a imagem da amostra. 

Desenho esquemático dos componentes comuns a todos os Microscópios de Varredura por Sonda Mecânica.

Desenho esquemático dos componentes comuns a todos os Microscópios de Varredura por Sonda Mecânica. (A) sonda mecânica; (B) scanner piezoelétrico; (C) mecanismo de monitoração da interação sonda/amostra; (D) mecanismo de posicionamento preliminar da sonda sobre a amostra; (E) computador que controla todo o sistema; (F) amostra.

Duas linhas de pesquisa principais vêm sendo desenvolvidas atualmente:

  1. Caracterização de materiais bidimensionais utilizando Microscopia de Varredura por Sonda.

Neste projeto estudamos propriedades eletromecânicas e magnéticas de materiais bidimensionais esfoliáveis como grafeno, dissulfeto de molibdênio, nitreto de boro e talco. O objetivo é analisar novas propriedades/materiais que permitam a utilização dos mesmos para otimização de dispositivos eletrônicos. Esse projeto é desenvolvido em colaboração com dois grandes grupos teóricos: o Laboratório de Estrutura Eletrônica da UFMG e o Laboratório de Simulações Computacionais da UFOP.

2. Caracterização de tecidos e células cancerígenas por Microscopia de Varredura por Sonda.

A técnica de Microscopia de Varredura por Sonda vem se destacando por seu grande potencial no estudo de propriedades mecânicas de diferentes materiais biológicos. Além de permitir uma análise morfológica da superfície é possível realizar medidas em regiões de forma absolutamente local e controlada. O objetivo desse projeto é demonstrar que o Microscópio de Varredura por Sonda pode ser empregado como uma ferramenta adicional no diagnóstico de câncer. A proposta trata de utilizar a ponta na realização de testes comparativos de propriedades mecânicas em tecidos saudáveis e doentes. Vale salientar que este é um projeto interdisciplinar que une os departamentos de Física e Medicina tanto da UFOP como da UFMG em um projeto inédito em ambas as instituições. Já reunimos todos os profissionais da área de saúde que serão os responsáveis pela coleta e análise patológica do material para posterior comparação com as medidas de SPM. Dois tipos de câncer serão analisados: câncer de mama e câncer de próstata. No que se refere as células, estudaremos células tumorais de bexiga.

Toda a infraestrutura (salas de preparação de amostras, montagem dos equipamentos), necessária para o desenvolvimento dos projetos propostos está sendo montada no Departamento de Física da UFOP e, até que seja concluída, os experimentos vêm sendo realizados em uma colaboração com o Departamento de Física da UFMG, onde existem três equipamentos de SPM em operação. É importante ressaltar que essa interação permitirá ao estudante aprender e praticar a técnica de SPM, fundamental ao desenvolvimento dos projetos, além de permitir que tenham um contato maior com procedimentos e equipamentos aplicados à Nanociência e Nanotecnologia. 

A seguir temos algumas imagens associadas com os projetos anteriormente citados e as colaborações já estabelecidas:

Algumas imagens associadas com os projetos anteriormente citados e as colaborações já estabelecidas