Analysis of the calibration potential of optical force through atomic force microscopy devices

O microscópio de força atômica é uma ferramenta que possibilita a medida de forças precisamente localizadas com resoluções no tempo, espaço e força jamais vistas. No coração deste instrumento está um sensor a base de uma viga (cantilever) que é responsável pelas características fundamentais do AFM. O objetivo desta pesquisa foi usar a deflexão deste cantilever para obter uma calibração rápida e precisa da força da armadilha da pinça óptica, assim como testar e comparar com os método tradicionalmente utilizados para este propósito. Para isso, foi necessário analisar e entender o condicionamento de sinais utilizados no AFM. Foram estudados cantilever tradicionais, cujo sistema de detecção é baseado na deflexão de um feixe laser em conjunto com fotodetectores, bem como cantilevers piezoresistivos. Cantilevers piezoresistivos fornecem uma alternativa simples e conveniente aos cantilevers ópticos. A integração de um elemento sensorial dentro do cantilever elimina a necessidade de um laser externo e de um detector utilizados na maioria dos AFMs. Isto elimina a etapa delicada de alinhamento da laser ao cantilever e fotodetector que normalmente precede uma medida com AFM, uma simplificação que expande o potencial do AFM para o uso em meios adversos, como câmaras de ultra alto vácuo ou, como no caso específico das Pinças Ópticas, onde existem esferas em solução líquida e também restrições de dimensãoThe atomic force microscope (AFM) is a tool that enables the measurement of precisely localized forces with unprecedented resolution in time, space and force. At the heart of this instrument is a cantilever probe that sets the fundamental features of the AFM. The objective of this research has been using the deflection of this cantilever to get a fast and accurate calibration of optical tweezers trap force, as well as testing and comparing to the traditionally used methods of calibration for this purpose. For that it was necessary to resolve and understand the sensors signals conditioning used in the AFM. Traditional cantilevers, whose detection system is based on the deflection of a laser beam in addition with a photodetector, as well as piezoresistive cantilevers has been studied. Piezoresistive cantilevers provide a simple and convenient alternative to optically detected cantilevers. Integration of a sensing element into the cantilever eliminates the need for the external laser and detector used in most AFMs. This removes the delicate step of aligning the laser to the cantilever and photodetector which usually precedes an AFM measurement, a simplification which expands the potential of the AFM for use in difficult environments such as ultrahigh vacuum chambers or, as in Optical Tweezers specific case, where there are spheres into a liquid solution as well as dimensional constraint