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Laboratoire de Réactivité de Surface
UMR 7197 UPMC-CNRS

Microscopie / AFM

La Microscopie à Force Atomique (AFM, Atomic Force Microscopy) est utilisée pour étudier la topographie des surfaces avec la possibilité d’obtenir une résolution à l’échelle de l’atome

Cette technique a pour élément de base une pointe souple dont l’extrémité a un rayon de courbure de quelques nanomètres. Cette pointe est en contact avec l'échantillon qui est lui-même fixé sur un scanner à céramiques piezo-électriques :

Lorsque l'on applique une tension à ces céramiques, elles se dilatent ou se contractent, ce qui permet de déplacer l'échantillon dans les trois directions de l'espace x,y,z avec une précision de l'ordre de 0,1 nm. Un laser est réfléchi sur la pointe AFM puis collecté dans une photodiode à quatre cadrans. Ce dernier permet de mesurer la déflection (cadrans a et b) et la torsion de la pointe AFM (c et d). Lorsque la pointe souple rencontre un obstacle, elle peut se plier et le laser change de position dans la photodiode. Une boucle de rétroaction permet également de contrôler la force d'appui de la pointe sur l'échantillon. La position du laser dans les cadrans donne ainsi directement accès à la topographie de l'échantillon.

Il existe 3 modes d’opération en AFM :

  • le mode contact

  • le mode non-contact qui consiste en une oscillation de la pointe à la surface de l'échantillon sans jamais rentrer en contact avec celui-ci, et

  • le mode tapping (ou contact intermittent) qui correspond à une oscillation de la pointe qui rentre en contact intermittent avec l'échantillon.

Dans le mode contact, utilisé dans ce travail, la pointe et l’échantillon sont en contact permanent. Grâce à la boucle de rétroaction, la force normale à la surface peut être maintenue constante à une valeur minimale (<500 pN).

Équipement : DSA 100 EasyDrop, Krüss GmbH

Applications de l’AFM en biologie :

L’AFM est une technique qui a révolutionné l'étude de la structure et des propriétés des surfaces. C'est la seule méthode qui donne accès directement à la hauteur des structures (direction z). De plus, son utilisation ne nécessite pas de préparation invasive de l'échantillon contrairement à d’autres méthodes à haute résolution (par exemple microscopie électronique à transmission).

Un aspect fondamental de l’utilisation de l’AFM consiste en la possibilité de travailler en milieu liquide, souvent aqueux. Cet avantage fait de l’AFM une méthode de choix pour la caractérisation des objets biologiques en conditions natives, physiologiques, en temps réel et avec une résolution inégalée. Cette technique a en effet, permis de fournir des images en 3-D de structures biologiques y compris les biomolécules, les films lipidiques, les protéines, les acides nucléiques, les cellules entières, etc. Elle permet également, grâce à la spectroscopie de force, d’accéder aux propriétés physiques de la surface telles que l’élasticité, l’hydrophobicité et les interactions intra- et inter-moléculaires.

La spectroscopie de force a été appliquée à l'étude de nombreuses interactions, par exemple, dans l'étude des interactions spécifiques entre l'avidine et la biotine ou pour la cartographie d'adhésion à la surface de cellules vivantes en greffant un ligand spécifique sur la pointe AFM.

13/04/15

Traductions :

    Effectifs

    Le laboratoire compte 39 permanents (+ 2 émérites) dont 20 enseignants chercheurs et 9 chercheurs CNRS, 7 ITA et 6 IATOS.

    A voir

    Une plaquette des services de microscopie électronique est disponible en téléchargement

    http://www.impc.upmc.fr/fr/plateformes.html