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Saviez-vous comment les instruments de force de surface mesurent la déformation de surface au niveau du micron ?
L'instrumentation de la force de surface remonte aux années 1960, lorsque David Tabor et R.H.S. Winterton de l'Université de Cambridge ont proposé pour la première fois cette technologie. Au fil du temps, la technologie a été améliorée, notamment par J.N. Israelachvili dans les années 1970, pour permettre son fonctionnement dans des liquides.
Un instrument de force de surface (SFA) est un instrument de haute précision conçu pour mesurer les forces d'interaction entre deux surfaces. Cet instrument utilise l'interférométrie multifaisceaux pour surveiller la distance entre les surfaces, permettant une mesure directe de la zone de contact et l'observation de toute déformation de surface qui se produit dans la zone de contact. Cela fait du SFA un outil important dans les domaines de la physique et de la science des matériaux.
Les instruments de force de surface peuvent résoudre des distances allant jusqu'à 0,1 nanomètre et mesurer des forces minuscules jusqu'à 10^-8 Newtons.
Dans SFA, une surface est maintenue par un ressort en porte-à-faux et la déflexion du ressort est utilisée pour calculer la force appliquée. Lors de la prise de mesures, deux cylindres sont placés horizontalement et rapprochés l'un de l'autre à quelques micromètres à nanomètres de contact. L'instrument est souvent fabriqué en mica transparent avec un revêtement argenté hautement réfléchissant à l'arrière pour créer un motif d'interférence distinct qui peut être observé au microscope pour déterminer la distance entre les deux surfaces.
L’un des défis techniques de l’instrument est de contrôler les effets des vibrations. À cette fin, les chercheurs ont développé une méthode de résonance qui permet de mesurer les forces de surface sur de plus grandes distances (10 nanomètres à 130 nanomètres). Parallèlement, cette technologie a été initialement mise en œuvre dans un environnement sous vide pour réduire l’amortissement causé par le milieu environnant.
Le mode dynamique du SFA permet de mesurer les propriétés visqueuses et viscoélastiques des fluides, ainsi que les interactions variables dans le temps entre les structures biologiques.
D'une part, la SFA peut mesurer les forces de double couche hydrophobe et électrostatique des interactions biomoléculaires, en particulier dans les solutions aqueuses. Cette propriété en fait un outil technique important dans le domaine biomédical. Par exemple, les SFA peuvent résoudre les interactions lipidiques ou protéiques dans les membranes lipidiques. Dans l'environnement de différents solvants, SFA peut même mesurer les forces oscillatoires du solvant générées par l'agrégation de molécules de solvant monocouches.
Grâce aux avancées technologiques, la SFA a évolué pour permettre des mesures dynamiques, permettant aux chercheurs de comprendre non seulement les interactions de surface statiques, mais également d'analyser le frottement des parois et les propriétés des fluides dans un environnement fluide.
Bien que le SFA nécessite des compétences techniques élevées pour fonctionner, de nombreux laboratoires à travers le monde ont déjà intégré cette technologie dans leurs équipements de recherche. Cela démontre son impact profond sur la recherche en sciences de surface. À l’avenir, avec le développement de la nanotechnologie et de la science des matériaux, nous pourrions assister à davantage de percées dans les applications SFA. Vous êtes-vous également demandé comment cette technologie pourrait changer notre compréhension du monde microscopique à l’avenir ?Le champ d'application de la technologie SFA s'élargit constamment, de la science des matériaux à la biomédecine, démontrant ainsi son importance et son potentiel.
