Alma Eva Pérez Perrino

179 Pages·2016·5.34 MB·English

by  Alma Perez

Science Faculty
Department of Applied Physics

Atomic force microscopy dynamic modes
for the quantification of nanomechanical
properties: From polymers to membrane
proteins

A thesis submitted to the Universidad Autónoma de Madrid in
accordance with the requirements of the degree of
Doctor in Philosophy by:
Alma Eva Pérez Perrino
Supervised by
Prof. Ricardo García García
Instituto de Ciencia de Materiales de Madrid
Consejo Superior de Investigaciones Científicas
December 2016

“Comienza haciendo lo que es necesario,
después lo que es posible
y de repente estarás haciendo lo imposible”
San Francisco de Asís

Agradecimientos

Como dijo un señor muy sabio, las tres palabras que más deberíamos
repetir son: por favor, perdón y gracias, así que ahora voy a hacer lo
propio con esta última.
Ricardo, cuando me hiciste la entrevista me preguntaste qué pensaba yo
que era hacer una tesis, recuerdo muy vagamente mi respuesta pero tu
cara decía claramente que yo no tenía ni idea, y en efecto, ni la más
mínima idea. Muchas gracias por darme la oportunidad de hacer la tesis
en tu laboratorio y por darme las herramientas necesarias y más para
entender el mundo científico.
Estoy muy muy agradecida al grupo Forcetool. A lo largo de estos años
mucha gente ha ido y venido pero siempre me ha sorprendido
encontrarme con gente muy buena (no sólo científicamente hablando)
que han compartido su experiencia conmigo, Marco, Jorge, Horacio,
Elena, Amir, Fran y Ryu y los nuevos, Pablo, Carlos A., Carlos G.,
Stefano, Arancha y Manuel que han traído aire fresco al grupo. Elena, tú
fuiste la que me enseñaste prácticamente todo lo que sé de AFM, muchas
gracias por tu paciencia y por tu disponibilidad, has sido una pieza clave
de esta tesis. Fuera del grupo también he conocido a gente muy especial
que me ha apoyado y me ha dado ánimos siempre que lo he necesitado,
Guilherme, muchas gracias por todo.
Dani y Andra, mi piñita, habéis sido uno de mis grandes apoyos durante
este tiempo. Gracias por estar ahí cada vez que os he necesitado. Dani, tu
manera de ver y analizar las cosas me ha enseñado a ser más observadora
y, sobre todo, menos vaga mentalmente! Andra, me siento muy
afortunada de haberte conocido y de haber recorrido este camino a tu
lado, nuestras miles de conversaciones, desde calibrar la punta del AFM,
pasando por el papel del científico en el mundo, hasta qué habrá hecho
hoy Kim Kardashian, han hecho inigualable esta experiencia, la volvería
a repetir mil veces si sé que tu vas a estar allí (y decir eso de una tesis,
¡es como ser masoca!).
Beguii, ¡qué suerte haber empezado en microelectrónica a tu lado! Esa
“coincidencia” ha fortalecido tanto nuestra amistad como mi admiración
hacia tu forma de ver la física, gracias por estar ahí siempre y por todas
las cervezas y conversaciones que han hecho que la – tesis se haya hecho
más llevadera.
Y a toda la gente que día a día, fin de semana a fin de semana han
aguantado mis quejas proporcionándome risas, ánimos y muchísimos
momentos de felicidad: friksicos, chicos, muchas gracias! Aún nos
quedan muchas horas pi por compartir, a los jodidos fanegas que ya sea
en los perros o una paella en casa de Mayte ;) siempre habeis estado ahí
apoyándome e intentando entender qué hago. Muchas gracias a la gente
de mundo viejuno por todos los consejos que me habéis dado y todo el
apoyo que me disteis en mis primeras conferencias.
Un gracias especial al grupo de Jesús, y a los padres blancos, Manu,
Eugenio y Óscar, todos habéis estado en este camino apoyándome y me
ayudáis cada día en mi esfuerzo por ser mejor persona.
A mis hermanas, que con sus: ¡Tú eres la mejor! y ¡La científica de la
familia! me habéis dado todo el cariño y la seguridad que muchas veces
me falta, muchas gracias por cuidarme tanto y por las chorradas que me
hacen reír hasta que me duele la barriga. Gracias también a mis sobris,
Diego y Sofía, que me han sacado mil sonrisas con sus bromas sobre
golpearme con microscopios y sus preguntas físicas! Muchas gracias
también a Agustín ¡creo que eres el único de la familia que se entera de
lo que hago! Y por último a mis padres, papá, mamá, gracias por
quererme, gracias por todo el esfuerzo que habéis hecho cada día para
que yo haya llegado a este punto. Gracias papá porque al final con tu
sueño de que tus hijas tuvieran una carrera has conseguido empujarnos y
darnos la educación que querías. Gracias mamá porque eres una heroína,
cada día de mi vida has hecho miles de pequeñas cosas que me han hecho
llegar hasta aquí. Ojala algún día pueda llegar a ser la mitad de buena que
tú.
List of symbols
k Cantilever spring constant
E Material Young modulus
b Width
h Thickness
l Length
ω Angular resonance frequency, given by ω = 2π f
0 0 0
Q Quality factor
k Boltzmann constant
B
T Temperature
F Tip-sample interaction force
ts
z Cantilever deflection
0
f Free resonance frequency
0
A Free oscillation amplitude
0
A Set-point amplitude
sp
A´ Oscillation amplitude
Δf Frequency shift
τ Transient time
V , V Far/Free Driving force amplitude in Chapter 3
exc exc,0
ΔV Driving force amplitude shift in Chapter 3
exc
E Effective Young modulus
eff
R Tip radius
δ Indentation
E Sample´s Young modulus
s
E Tip´s Young modulus
t
σ Stress
F General force term
ɛ Strain
ν Tip poisson ratio
t
ν Sample poisson ratio
s
z Cantilever-sample distance (piezo displacement)
c
a Contact radius
d Tip-sample distance
m
D1/2Fz Half derivative of the force
_
I1/2Fz Half integral of the force
_
Δf nth eigenmode frequency shift
n
A nth eigenmode oscillation amplitude
n
A nth eigenmode free oscillation amplitude
0n
k nth eigenmode cantilever spring constant
n
a Intermolecular distance
0
η Viscous coefficient
f nth eigenmode free resonance frequency
0n
F nth eigenmode free driving force amplitude
0n
F nth eigenmode free driving force amplitude shift
0n