Os pesquisadores descobriram um 'ponto cego' na microscopia de força atômica - uma ferramenta poderosa capaz de medir a força entre dois átomos, imagens da estrutura de células individuais e do movimento de biomoléculas.

Os átomos têm cerca de um décimo de nanômetro de tamanho, ou um milhão de vezes menor que a largura de um cabelo humano.

O novo estudo mostra que a precisão das medições da força atômica depende de quais leis de força estão em vigor.

Leis de força que residem no “ponto cego” recém-descoberto - que são comuns na natureza - podem levar a resultados incorretos. O estudo também detalha um novo método matemático para ver e evitar esse ponto cego, protegendo as medições da força atômica de resultados imprecisos.

Professor John Sader, da Escola de Matemática e Estatística da Universidade de Melbourne e do Centro de Excelência em Ciências da Exciton do Australian Research Council, liderou a pesquisa, com o pesquisador da Universidade de Melbourne Barry Hughes e Ferdinand Huber e Franz Giessibl da Universidade de Regensburg na Alemanha. O trabalho está publicado hoje na revista. Nature Nanotechnology .

"O microscópio de força atômica (AFM) fornece resolução requintada na escala atômica e molecular. Ele também tem a notável capacidade de medir a força entre dois átomos, "Professor Sader disse.

AFM usa um pequeno feixe cantilever (cujo comprimento é a largura de um cabelo humano) para sentir a forma de uma superfície e sentir as forças que ela encontra - da mesma forma que a caneta ou agulha de um toca-discos opera, com uma ponta afiada na extremidade do cantilever interagindo com a superfície.

Para permitir medições precisas na escala atômica, o cantilever (e sua ponta) é oscilado 'dinamicamente' para cima e para baixo em sua frequência ressonante natural - ligeiramente longe da superfície. A força real experimentada pela ponta é recuperada desta frequência medida.

Os pesquisadores agora podem mostrar que esta medição dinâmica embaça a força da escala atômica, remover informações que podem tornar problemática a recuperação da força real - criando um 'ponto cego' eficaz.

"A força recuperada pode não se parecer com a verdadeira força, "Professor Sader disse." É notável que este problema esteja completamente ausente para algumas leis de força atômica, enquanto para outros cria um problema real.

"As medições de força dinâmica olham efetivamente para a força atômica através de uma lente borrada. Um algoritmo matemático é então necessário para converter isso em uma força real."

Em 2003, O professor Sader e um colega do Trinity College Dublin desenvolveram um desses algoritmos - chamado de método Sader-Jarvis - que é amplamente usado para recuperar a força da escala atômica dessa medição de frequência borrada.

"Não houve indícios de que esse embaçamento pudesse ser um problema desde que a técnica AFM dinâmica foi inventada em 1992. Muitos pesquisadores independentes a exploraram e mostraram que todas as leis de força padrão fornecem resultados altamente robustos, "Professor Sader disse.

"Então, ano passado, colaboradores e coautores deste estudo da Universidade de Regensburg viram uma anomalia pela primeira vez em suas medições e a transmitiram para mim. Fiquei surpreso ao ver essa anomalia e ansioso para identificar a causa. "

Os pesquisadores descobriram que as características matemáticas das medições de frequência ocultaram efetivamente esse problema à vista de todos.

"O problema é matematicamente sutil, "Disse o professor Sader." As leis de força que pertencem a algo chamado espaço de Laplace - que todos testaram - estão bem. São aqueles que não fazem parte deste espaço que causam o problema - e existem muitos deles na natureza. "

Ao observar os detalhes dessa sutileza, O professor Sader foi capaz de formular uma nova teoria matemática e método que identifica quando o problema de indefinição surge em uma medição real, permitindo ao praticante de AFM evitá-lo.

"Gosto de pensar em nossa descoberta como uma forma de dar aos profissionais a capacidade de ver um 'buraco' na estrada à frente, e assim evitá-lo sem danos. Anteriormente, este buraco de panela passou despercebido e os motoristas às vezes dirigiam direto para ele, "Professor Sader disse.

“O próximo passo é tentar entender como remover totalmente esse 'ponto cego' e 'buraco do pote'.

"Nosso trabalho também destaca a importância de matemáticos e experimentalistas trabalhando juntos para resolver um importante problema tecnológico. Sem os dois conjuntos de habilidades, este problema não teria sido identificado e resolvido. Isso passou despercebido por mais de 25 anos. "

O professor Sader disse que esta nova compreensão pode fornecer uma visão sobre a operação de outras medições de força AFM dinâmica, identificando uma característica anteriormente inexplorada.