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Sapevi come gli strumenti di forza superficiale misurano la deformazione superficiale a livello di micron?
La strumentazione per la misura della forza superficiale risale agli anni '60, quando David Tabor e R.H.S. Winterton dell'Università di Cambridge proposero per primi questa tecnologia. Nel corso del tempo, la tecnologia è stata migliorata, in particolare da J.N. Israelachvili negli anni '70, per consentirne l'uso nei liquidi.
Uno strumento di forza superficiale (SFA) è uno strumento ad alta precisione progettato per misurare le forze di interazione tra due superfici. Questo strumento utilizza l'interferometria multi-fascio per monitorare la distanza tra le superfici, consentendo una misurazione diretta dell'area di contatto e l'osservazione di qualsiasi deformazione superficiale che si verifica all'interno della regione di contatto. Ciò rende l'SFA uno strumento importante nei campi della fisica e della scienza dei materiali.
Gli strumenti per la misura della forza superficiale possono risolvere distanze fino a 0,1 nanometri e misurare forze minuscole fino a 10^-8 Newton.
Nella SFA, una superficie è sostenuta da una molla a sbalzo e la flessione della molla viene utilizzata per calcolare la forza applicata. Per effettuare le misurazioni, due cilindri vengono posizionati orizzontalmente e avvicinati l'uno all'altro, con una tolleranza di contatto di pochi micrometri o nanometri. Lo strumento è spesso realizzato in mica trasparente con un rivestimento argentato altamente riflettente sul retro, per creare uno schema di interferenza ben definito, osservabile al microscopio per determinare la distanza tra le due superfici.
Una delle sfide tecniche dello strumento è il controllo degli effetti delle vibrazioni. A questo scopo, i ricercatori hanno sviluppato un metodo di risonanza che consente di misurare le forze superficiali su distanze maggiori (da 10 nanometri a 130 nanometri). Allo stesso tempo, questa tecnologia è stata inizialmente realizzata in un ambiente sotto vuoto per ridurre lo smorzamento causato dal mezzo circostante.
La modalità dinamica dell'SFA consente la misurazione delle proprietà viscose e viscoelastiche dei fluidi, nonché delle interazioni variabili nel tempo tra strutture biologiche.
Da un lato, l'SFA può misurare le forze idrofobiche ed elettrostatiche del doppio strato delle interazioni biomolecolari, soprattutto nelle soluzioni acquose. Questa proprietà lo rende uno strumento tecnico importante nel campo biomedico. Ad esempio, l'SFA può risolvere le interazioni lipidiche o proteiche nelle membrane lipidiche. Nell'ambiente di diversi solventi, SFA può persino misurare le forze oscillatorie del solvente generate dall'aggregazione di molecole di solvente monostrato.
Con i progressi tecnologici, l'SFA si è evoluto per consentire misurazioni dinamiche, consentendo ai ricercatori di comprendere non solo le interazioni statiche delle superfici, ma anche di analizzare l'attrito delle pareti e le proprietà dei fluidi in un ambiente fluido.
Sebbene l'SFA richieda elevate competenze tecniche per funzionare, molti laboratori in tutto il mondo hanno già integrato questa tecnologia nelle loro apparecchiature di ricerca. Ciò dimostra il suo profondo impatto sulla ricerca scientifica delle superfici. In futuro, con lo sviluppo della nanotecnologia e della scienza dei materiali, potremmo assistere a ulteriori progressi nelle applicazioni SFA. Ti sei mai chiesto come questa tecnologia potrebbe cambiare la nostra comprensione del mondo microscopico in futuro?L'ambito di applicazione della tecnologia SFA è in continua espansione, dalla scienza dei materiali alla biomedicina, dimostrandone l'importanza e il potenziale.
