La superficie fuerza el aparato

El aparato de la fuerza superficial (SFA) es un instrumento científico y técnica promovida por D. Tabor, R.H.S. Winterton, J.N. Israelachvili a principios de los años 1970 en la universidad de Cambridge. A mediados de los años 70 Israelachvili había adaptado el diseño original para funcionar en líquidos, notablemente soluciones acuosas, mientras en la universidad Nacional australiana.

En este instrumento, dos superficies con cuidado se avanzan y se retraen el uno del otro, todo el rato midiendo su fuerza de interacción. Una superficie se sostiene antes de una primavera cantilevered, y la desviación de la primavera es usada para calcular la fuerza ejercida. Esta técnica usa elementos de colocación piezoeléctricos (además de motores convencionales para ajustes gruesos), y sentidos la distancia entre las superficies usando interferometry óptico. Usando estos elementos sensibles, el dispositivo puede resolver distancias a dentro de 0.1 nanómetros y fuerzas al 10 nivel N. Esta técnica muy sensible puede ser usada para medir fuerzas electrostáticas, fuerzas de van der Waals evasivas, y hasta fuerzas de solvation o hidratación. SFA es de algunos modos similares a la utilización de un microscopio de la fuerza atómico para medir la interacción entre una punta (o molécula adsorbida en la punta) y una superficie. El SFA, sin embargo, conviene más idealmente a la medición de interacciones superficiales y superficiales, y puede medir muchas fuerzas de la variedad más larga más exactamente. La técnica SFA es completamente exigente, sin embargo, y sólo un puñado de laboratorios por todo el mundo tiene instrumentos funcionales.

En el método SFA dos superficies lisas cilíndricamente curvas cuyas hachas cilíndricas se colocan en 90 ° el uno al otro se hacen acercarse el uno al otro en una dirección normal a las hachas. La distancia entre las superficies al punto del enfoque más cercano varía entre unos micrómetros a unos nanómetros y abajo ponerse en contacto. Cuando los dos cilindros curvos tienen el mismo radio de la curvatura, R, este los llamados 'cilindros cruzados' geometría son matemáticamente equivalentes a la interacción entre una superficie plana y una esfera del radio R. La utilización de la geometría del cilindro cruzada hace la alineación mucho más fácil, permite probar de muchas regiones superficiales diferentes de la mejor estadística, y también permite a medidas dependientes del ángulo tomarse. Un sistema típico implica R = 1 cm. Las medidas de la posición típicamente se hacen con una fuente de la luz blanca y analizando las franjas del pedido cromático igual (FECO) (aunque el uso de un láser también sea posible). El substrate para las superficies o las moléculas del interés es generalmente la mica cubierta de una capa semireflexiva de plata. Este sistema óptico permite la determinación de la distancia entre las dos superficies. La mica se usa porque es muy llano, fácil a trabajar con, y ópticamente transparente. Cualquier otro material o molécula del interés se pueden cubrir o adsorberse en la capa de la mica.

Los experimentos tempranos midieron la fuerza entre superficies de la mica en aire o vacío. La técnica se ha ampliado, sin embargo, para permitir a un vapor arbitrario o solvente introducirse entre las dos superficies. De esta manera, las interacciones en varios medios se pueden con cuidado sondar, y la constante dieléctrica del hueco entre las superficies se puede templar.. Además, el uso del agua como un solvente permite la medida de interacciones entre moléculas biológicas (como lípidos en membranas biológicas o proteínas) en su ambiente natal. En un ambiente solvente, SFA puede medir hasta solvation oscilatorio y fuerzas estructurales que provienen del embalaje de capas individuales de moléculas solventes. También puede medir la 'doble capa electrostática' fuerzas entre superficies cargadas en un medio acuoso con el electrólito.

El SFA se ha ampliado más recientemente para realizar medidas dinámicas, así determinando propiedades viscosas y viscoelastic de fluidos, propiedades friccionales y tribological de superficies y la interacción dependiente del tiempo entre estructuras biológicas.

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