ESTAÇÃO IMBUIA-nano: s-SNOM SÍNCROTRON
Uma das principais vantagens da análise por espectroscopia de IR é a possibilidade de identificar a composição dos materiais por sua resposta vibracional natural. No caso de materiais biológicos orgânicos, isso significa que não há necessidade de uso de marcadores químicos ou marcação fluorescente para esta modalidade analítica. Apesar dessa vantagem para a microscopia de contraste químico, os longos comprimentos de onda da faixa de mid-IR (2 – 20 µm) limitam a microscopia de IR a resoluções espaciais comparáveis ao comprimento de onda (limite de Abbe). Para superar essa limitação, a microscopia óptica de varredura de campo próximo de espalhamento (s-SNOM) é uma modalidade de ultra-microscopia que permite imagens espectrais de IR em nanoescala, além do limite de difração.
Conforme ilustrado abaixo, a técnica s-SNOM combina microscopia IR e Microscopia de Força Atômica (AFM), onde uma ponta metálica converte a radiação do espaço livre em campos evanescentes em seu ápice, com dimensões de confinamento comparáveis ao raio da ponta (normalmente alguns nanômetros). A técnica permite acessar informações sobre absorção de IR, refletividade de IR e propriedades morfológicas de materiais multidisciplinares, simultaneamente.
Técnica s-SNOM: morfologia e índice de refração complexo em nanoescala.
A estação IMBUIA-nano combina s-SNOM e IR síncrotron no experimento chamado Nanoespectroscopia de IR Síncrotron (SINS), que explora a alta resolução espacial do s-SNOM (~25 nm) com a cobertura de energia ultra larga da fonte síncrotron (mid- ao far-IR). Além disso, a estação está equipada com fontes de lasers adicionais, permitindo imagens IR de banda estreita (fonte QCL) e imagens hiperespectrais rápidas em banda larga (fonte laser baseada em DFG). O nanoscópio de campo próximo permite iluminação/deteção de ambos os lados, portanto, é possível combinar as modalidades de imagem espectral de bandas larga e estreita, conforme apresentado a seguir.
Síncrotron s-SNOM combinado com fontes de lasers. A configuração da nanoespectroscopia de banda larga (síncrotron e laser de banda larga) permite a espectroscopia IR na nanoescala, enquanto o lado de nanoimagem de banda estreita (fontes de laser de linha única) permite obter imagens rápidas de absorção/dispersão de IR com tamanho de pixel em nanoescala. A estação está equipada com um nanoscópio comercial de campo próximo. A interferometria assimétrica de Michelson (estágio BB) e deteção pseudo-heteródina (estágio PH) fornecem interferogramas de banda larga e resposta óptica complexa de linha única dos materiais, respectivamente.
Fontes de banda larga, como síncrotrons e lasers, permitem uma análise espectral completa em experimentos de “single shot” baseados em interferometria de transformada de Fourier (FT) e processamento de dados. Throughput, multiplex e relação sinal-ruído (SNR) aprimorados são vantagens estabelecidas do FTIR, que podem ser exploradas em nanoescala quando aplicadas ao s-SNOM. A IMBUIA-nano será servida com 2 fontes de banda larga: i) o IR síncrotron do acelerador Sirius (breve disponível) que cobre toda a faixa mid-IR continuamente e ii) um laser de banda larga baseado em Geração por Diferença de Frequência (DFG), que cobrem todo o “IR fingerprint” sintonizando uma banda larga de 800 cm-1 em 4 frequências centrais diferentes. No modo de nanoespectroscopia de banda larga, a estação permite a análise de locais específicos (espectro pontual), resposta IR através de interfaces (varredura espectral em linha) e varreduras de área (mapeamento hiperespectral), conforme organizado a seguir.
Cobertura espectral de banda larga e modalidades analíticas espectrais-nanoimagem disponíveis na estação IMBUIA-nano.
Para imagens rápidas em frequências específicas, a estação oferece um conjunto de Lasers de Cascata Quântica (QCL) equipado com 4 chips que são capazes de cobrir parcialmente a faixa de mid-IR. Fontes de diodo laser e de gás (HeNe) também estão disponíveis para experimentos de nanoimagem no visível.
Cobertura espectral de banda estreita ajustável e nanoimagem de linha única disponíveis na estação IMBUIA-nano.