Atomi és molekuláris kölcsönhatások. Pásztázó tűszondás mikroszkópia.

Hasonló dokumentumok
Atomi, illetve molekuláris kölcsönhatások és alkalmazásaik

Atomi, illetve molekuláris kölcsönhatások és alkalmazásaik Példaként: atomi erő mikroszkópia

Pásztázó mikroszkópiás módszerek

Atomi, illetve molekuláris kölcsönhatások és alkalmazásaik Példaként: atomi erő mikroszkópia

Anyagszerkezet, anyaghullámok, atomi és molekuláris kölcsönhatások Példaként: atomi erő mikroszkópia

Atomszerkezet. Atommag protonok, neutronok + elektronok. atompályák, alhéjak, héjak, atomtörzs ---- vegyérték elektronok

Kémiai kötések. Kémiai kötések kj / mol 0,8 40 kj / mol

A kémiai kötés. Kémiai kölcsönhatás

3. A kémiai kötés. Kémiai kölcsönhatás

Atomszerkezet. Atommag protonok, neutronok + elektronok. atompályák, alhéjak, héjak, atomtörzs ---- vegyérték elektronok

Biomolekuláris rendszerek. vizsgálata. Semmelweis Egyetem. Osváth Szabolcs

AZ ANYAGI HALMAZOK ÉS A MÁSODLAGOS KÖTÉSEK. Rausch Péter kémia-környezettan

A kovalens kötés polaritása

Anyagszerkezet, anyaghullámok, atomi és molekuláris kölcsönhatások Példaként: atomi erő mikroszkópia

Szalai István. ELTE Kémiai Intézet 1/74

A kovalens kötés elmélete. Kovalens kötésű molekulák geometriája. Molekula geometria. Vegyértékelektronpár taszítási elmélet (VSEPR)

Kolloidkémia 1. előadás Első- és másodrendű kémiai kötések és szerepük a kolloid rendszerek kialakulásában. Szőri Milán: Kolloidkémia

Az anyagi rendszer fogalma, csoportosítása

Periódusos rendszer (Mengyelejev, 1869) nemesgáz csoport: zárt héj, extra stabil

Sillabusz orvosi kémia szemináriumokhoz 1. Kémiai kötések

PÁSZTÁZÓSZONDÁS MIKROSZKÓPIA

Kötések kialakítása - oktett elmélet

Energiaminimum- elve

A periódusos rendszer, periodikus tulajdonságok

Biomolekuláris rendszerek. vizsgálata. Semmelweis Egyetem. Osváth Szabolcs

Elektronegativitás. Elektronegativitás

Atomi erőmikroszkópia

Mikroszerkezeti vizsgálatok

1. Jegyzőkönyv AFM

A pásztázó mikroszkóp. (Takács Gergő)

Bevezetés a lézeres anyagmegmunkálásba

Modern mikroszkópiai módszerek

Altalános Kémia BMEVESAA101 tavasz 2008

20/10/2016 tema04_biolf_

Kémiai kötések és kristályrácsok ISMÉTLÉS, GYAKORLÁS

Nanotudományok vívmányai a mindennapokban Lagzi István László Eötvös Loránd Tudományegyetem Meteorológiai Tanszék

Kémiai kötés. Általános Kémia, szerkezet Slide 1 /39

Kémiai kötés Lewis elmélet

Biomolekulák nanomechanikája A biomolekuláris rugalmasság alapjai

Folyadékok és szilárd anyagok

A SZILÁRDTEST FOGALMA. Szilárdtest: makroszkópikus, szilárd, rendezett anyagdarab. molekula klaszter szilárdtest > σ λ : rel.

A hidrogénmolekula. Emlékeztető: az atompályák hullámok (hullámfüggvények!) A hullámokra érvényes a szuperpozíció (erősítés és kioltás) elve!

Rövid ismertető. Modern mikroszkópiai módszerek. A mikroszkóp. A mikroszkóp. Az optikai mikroszkópia áttekintése

Kémiai kötés. Általános Kémia, szerkezet Dia 1 /39

A hidrogénmolekula. Energia

Havancsák Károly Nagyfelbontású kétsugaras pásztázó elektronmikroszkóp az ELTÉ-n: lehetőségek, eddigi eredmények

dinamikai tulajdonságai

23. ELŐADÁS: A NANOTECHNOLÓGIA ESZKÖZEI, STM ÉS AFM

Makromolekulák. Biológiai makromolekulák. Peptidek és fehérjék. Biológiai polimerek. Nukleinsavak (DNS vagy RNS) Poliszacharidok. Peptidek és fehérjék

Kémiai kötés: több atom reakcióba lépése során egy közös, stabil (telített) külső elektronhéj alakul ki.

A kémiai kötés magasabb szinten

Általános és szervetlen kémia 3. hét. Kémiai kötések. Kötések kialakítása - oktett elmélet. Az elızı órán elsajátítottuk, hogy.

A kémiai kötés magasabb szinten

4. Molekulák, ionok, kémiai alapelvek, a kémiai kötés típusai. Kémiai kötés kialakulásának oka: energianyereség.

Az anyagszerkezet alapjai. Az atomok felépítése

tema04_

Az átlagok jelentése és haszna

Az anyagszerkezet alapjai. Az atomok felépítése

Röntgensugárzás az orvostudományban. Röntgen kép és Komputer tomográf (CT)

ATOMI ERŐMIKROSZKÓPIA

FELADATMEGOLDÁS. Tesztfeladat: Válaszd ki a helyes megoldást!

Általános és szervetlen kémia 3. hét Kémiai kötések. Kötések kialakítása - oktett elmélet. Lewis-képlet és Lewis szerkezet

Rövid anyagtudomány. Biomolekulák és sejtek mechanikai tulajdonságai ÉL SEJT: MOLEKULAGÉPEZETEK SOKASÁGA MIÉRT EGYEDI MOLEKULÁK?

Az elektromágneses tér energiája

Kémiai kötés. Általános Kémia, szerkezet Slide 1 /39

Speciális fluoreszcencia spektroszkópiai módszerek

Hangfrekvenciás mechanikai rezgések vizsgálata

Biomolekuláris rendszerek vizsgálata

Az anyagszerkezet alapjai

Műszeres analitika II. (TKBE0532)

Kémiai kötések. Kémiai kötések. A bemutatót összeállította: Fogarasi József, Petrik Lajos SZKI, 2011

A nanotechnológia mikroszkópjai. Havancsák Károly, január

A szubmikronos anyagtudomány néhány eszköze. Havancsák Károly ELTE TTK Központi Kutató és Műszer Centrum július.

Vezetők elektrosztatikus térben

Az atom- olvasni. 1. ábra Az atom felépítése 1. Az atomot felépítő elemi részecskék. Proton, Jele: (p+) Neutron, Jele: (n o )

MIKRO- ÉS NANOTECHNIKA II: NANOTECHNOLÓGIA

Tartalomjegyzék. Emlékeztetõ. Emlékeztetõ. Spektroszkópia. Fényelnyelés híg oldatokban 4/11/2016. A fény; Abszorpciós spektroszkópia

NANOELEKTRONIKA JEGYZET MIZSEI JÁNOS RÉSZEIHEZ

ELTE Fizikai Intézet. FEI Quanta 3D FEG kétsugaras pásztázó elektronmikroszkóp

A pásztázó mikroszkópok

Rezgőmozgás. A mechanikai rezgések vizsgálata, jellemzői és dinamikai feltétele

5. elıadás KRISTÁLYKÉMIAI ALAPOK

BIOFIZIKA Egészségügyi Mérnök MSc

Atomok. szilárd. elsődleges kölcsönhatás. kovalens ionos fémes. gázok, folyadékok, szilárd anyagok. ionos fémek vegyületek ötvözetek

Kolloid állapotjelzők. Molekuláris kölcsönhatások. Határfelületi jelenségek: fluid határfelületek

A szilárd állapot. A szilárd állapot. A bemutatót összeállította: Fogarasi József, Petrik Lajos SZKI, 2011

Havancsák Károly Az ELTE TTK kétsugaras pásztázó elektronmikroszkópja. Archeometriai műhely ELTE TTK 2013.

Tartalomjegyzék. Emlékeztetõ. Emlékeztetõ. Spektroszkópia. Fényelnyelés híg oldatokban A fény; Abszorpciós spektroszkópia

Biomolekuláris szerkezeti dinamika

ELEKTROMÁGNESES REZGÉSEK. a 11. B-nek

2008 Small World contest -18th Prize - Dr. Tamily Weissman (Harvard University - Cambridge, Massachusetts, United States) Specimen: Brainbow

Víz. Az élő anyag szerkezeti egységei. A vízmolekula szerkezete. Olyan mindennapi, hogy fel sem tűnik, milyen különleges

Röntgendiffrakció, tömegspektrometria, infravörös spektrometria.

Jegyzőkönyv. hangfrekvenciás mechanikai rezgések vizsgálatáról (3)

11.3. Az Achilles- ín egy olyan rugónak tekinthető, amelynek rugóállandója N/m. Mekkora erő szükséges az ín 2 mm- rel történő megnyújtásához?

Nanomedicina Szimpózium, Nanomechanika: Egyedi Biomolekulák Manipulálása. Kellermayer Miklós

Transzformátor rezgés mérés. A BME Villamos Energetika Tanszéken

Száloptika, endoszkópok

Rezgőmozgás, lengőmozgás

MÉRNÖKI ANYAGISMERET AJ002_1 Közlekedésmérnöki BSc szak Csizmazia Ferencné dr. főiskolai docens B 403. Dr. Dogossy Gábor Egyetemi adjunktus B 408

Átírás:

Atomi és molekuláris kölcsönhatások. Pásztázó tűszondás mikroszkópia. Kiss Balázs Nanobiotechnológia és Egyedi Molekula Kutatócsoport, Biofizikai és Sugárbiológiai Intézet 2013. november 28.

2

Atomi kölcsönhatások rövid távú kölcsönhatás: atommagok taszítása (átfedő elektronfelhő leárnyékolja a vonzást) külső héj atommag belső héj hosszú távú kölcsönhatás: coulomb-vonzás E C 1 4 0 QAQ r B taszítás (belső héj és atommagok) egyensúly vonzás = taszítás vonzás (külső héj) 3

Atomi kölcsönhatások TK. 44. oldal taszító E E pot pot E vonzó A n r E B r m taszító A, B: kölcsönhatásra jellemző állandók n (vonzó) < m (taszító) r 0 : kötéstávolság vonzó E k : kötési energia 4

Elsődleges kötések 2-6 ev/kötés intramolekuláris intermolekuláris ~100 kj/mol erős elsődleges gyenge másodlagos 0.01-0.1 ev/kötés kovalens: közös elektronpályák a részt vevő atommagok körül (fémes kötés: sokatomos rendszer) elektrosztatikus ionos: Coulomb-erők az ionok között kialakuásuk az elektronegativitás függvénye: EN=(E i +E ea )/2 (Mulliken) dipólus jellegű töltéseloszlás EN értékek 5

Másodlagos kötések 1 Van der Waals: dipólusmomentum nélküli atomok (apoláris) ideiglenesen kialakulhat dipólus, mely egy szomszédos molekulában dipólus kialakulását indukálja (indukált dipól) Van der Waals sugár: r 0 =r A +r B fluktuáció ion-dipólus indukált dipólus Kölcsönhatás E pot távolságfüggése Átlagos kölcsönhatási energia (ev) Ion-dipólus 1/r 2 0,1-0,2 Dipól-dipól 1/r 3 0,02 Diszperziós 1/r 6 0,02 Dipól-indukált dipól 1/r 6 0,01 6

Másodlagos kötések 2 H-kötés: a H-atom 2 nagy elektronegativitású atom (F, O, N) között létesít kapcsolatot r ~ 0,23-0,35 nm E ~ 0,2 ev DNS víz hidrofób kölcsönhatás: gyenge Van der Waals kölcsönhatás lehetne, de ezt a hőmozgás felszakítaná (kt~0,025 ev)! rendezett vízmolekulák az apoláris molekula körül (minimális határfelület) 7

Tűszondás mikroszkópia - történet 1981: Binning, Rohrer IBM pásztázó alagútmikroszkóp 1986: Binning, Quate atomerő-mikroszkóp 8

Pásztázó alagútmikroszkóp alagúteffektus: elektromos áram 2 egymáshoz közel levő vezető tulajdonságú atom között I - ~ e z z: távolság (Z-tengely) κ: 2,2 Å -1 I~ na 9

Atomerőmikroszkóp TK. 573. oldal cél: kihagyni a leképező lencserendszert és a fényt a közvetlen képalkotásból (Abbé elv határozná meg a feloldási határt) do it yourself : vékony, lágy tű ( pontdetektor ) Van der Waals kölcsönhatás a tű és felszín között sima felszín tiszta, atomi simaságú asztal: XYZ irányú mozgatás atomi lépésekben inverz piezoelektromos transzducerrel ~1Å lépésekben (= 0.1 nm) 10

Atomerőmikroszkóp (AFM) rugólapka tartókeret rugólapka minta tű üzemmódok kontakt: a tű hozzáér a mintához; a rugólapka elhajlása a felszín topográfiájára enged következtetni nem kontakt: a tű a mintától távolabb oszcillál; a rezgési amplitúdó és sajátfrekvencia változik a minta hatására kontakt oszcillációs: a rugólapka a sajátfrekvenciájához közel rezeg; az amplitúdó változik a nem kontakt / oszcillációs minta hatására hordozófelszín 11

Atomerőmikroszkóp (AFM) http://personal.ph.surrey.ac.uk/~phs1ad/mat/mat/scanning%20probe%20micorscopies/atomic%20force%20microscopy/modes%5b1%5d.swf 12

Kontakt üzemmód lézer kvadráns fotodióda U 0 U 1 d ~ erő F = D d (Hooke) d: rugólapka elhajlása D: rugóállandó felszín megközelítése rugólapka elemelése 13

Kontakt üzemmód http://personal.ph.surrey.ac.uk/~phs1ad/mat/mat/scanning%20probe%20micorscopies/atomic%20force%20microscopy/force-displacement%5b1%5d.swf 14

Oszcillációs üzemmód Rezonancia gyak. REZONANCIA: olyan kényszerrezgés, amelynél a külső kényszererő frekvenciája közel esik a rezgőrendszer sajátfrekvenciájához. Ilyenkor igen nagy amplitúdók fordulhatnak elő. rezonancia az orvostudományban: (példák) fényabszorpció MRI: mágneses magrezonanciás képalkotás FRET: fluoreszcencia rezonancia energiatranszfer 15

amplitúdó (mm) Rezonancia gyak. Oszcillációs üzemmód pozíció (mm) 0-10 -20-30 -40-50 -60 0 20 40 60 80 f 0 1 2 D m 16

Rugólapkák anyag: szilícium-nitrid (lehet funkcionalizált) görbületi sugár: 0,1 nm- 100 µm D ~ 0,1-10 N/m f o ~ 50-500 khz 17

Pásztázás elve: piezoelektromosság direkt piezoelektromos hatás: deformáció feszültség inverz piezoelektromos hatás: feszültség deformáció X, Y, Z irányú piezo: pl. 150 V 40 µm 18

nm nm Deg µm µm Képalkotás, felbontás 2.0 2.0 2.0 1.5 10 1.5 1.5 85 5 86 80 1.0 1.0 0 84 1.0 75 82 0.5 0.0 0.0 0.5 1.0 µm 1.5 2.0-5 0.5 0.5 80-10 0.0 0.0 0.0 0.5 1.0 1.5 2.0 0.0 µm 0.5 1.0 µm 500 nm magasság kontraszt amplitúdó kontraszt fázis kontraszt 1.5 2.0 70 65 külső erők jelenlétében elhangolódó rezonanciagörbe gerjesztő elektromos jel és a rugólapka sajátrezgésének fáziskülönbsége 19

Leképezési artefaktok 500 nm http://personal.ph.surrey.ac.uk/~phs1ad/mat/mat/scanning%20probe%20micorscopies/atomic%20force%20microscopy/sharp%2520v%2520blunt%2520tip%5b1%5d.swf 20

Intézetünkben született képek 500 nm 200 nm AFM rugólapka AFM tű 21

Pentacén molekula STM AFM (CO a hegy végén) 22

Kémiai reakciók vizualizálása 23

Erőmérés AFM segítségével F = D d d = rugólapka elhajlása s = rugólapka emelkedése s ~ molekulahossz d ~ erő erőhatás típusa példa felszakításhoz szükséges erő kovalens kötés felszakítása C-C 1600 pn nemkovalens kötés biotin / sztreptavidin 160 pn felszakítása gyenge kötés felszakítása hidrogénkötés 4 pn megnyújtása dsdns to 50% relative 0,1 pn extension molekuláris motor által kifejtett erő kinezin sétálása a mikrotubuluson 5 pn (maximum) 24

AFM-es rugalmasságmérés 25

NSOM (Near Field Scanning Optical Microscopy) üvegszálas optika (tű) lézeres megvilágítás (gerjesztés) nyalábátmérő: a < λ tűhöz közel ( közeli mező ) nem kell számolni a diffrakcióval 30-100 nm-es felbontás detektor (hagyományos objektív) a távoli mezőben 26

Pásztázó mikroszkópok családfája Scanning Thermal Microscopy (SThM) Scanning Capacitance Microscopy (SCM) Near Field Scanning Optical Microscopy (NSOM) Scanning Force Microscopy (SFM) Atomic Force Microscopy (AFM) Lateral Force Microscopy (LFM) Electrical Force Microscopy (EFM) Chemical Force Microscopy (CFM) Magnetic Force Microscopy (MFM) Scanning Tunneling Microscopy (STM) MFM: sáv egy merevlemezen 27

Köszönöm a figyelmet! 28