|
|
Consejo
Superior de Investigaciones Científicas
|
|
Microscopía Electrónica Analítica
La Microscopía
Electrónica Analítica permite obtener información cuantitativa, estructural y
química, en micro y/o nano regiones bien definidas de muestras delgadas.
Para
estudios a nivel microscópico el Instituto cuenta con un microscopio
electrónico de barrido de alta resolución (SEM-FEG) equipado con detección
númerica de imágenes de electrones secundarios y retrodispersados y con un
sistema de microanálisis de rayos X que permite la realización de análisis
puntuales y de cartografías químicas.
Los estudios a nivel
nanoscópico necesitan la utilización de
microscopios electrónicos de transmisión analíticos de alta resolución
(AEM-FEG) equipados con espectrómetros de R-X (EDX) y de perdida de energía de
los electrones transmitidos (EELS). El Instituto no dispone de este tipo de
instrumentos por lo que utilizamos los microscopios del Servicio de Microscopía
de la Universidad Complutense de Madrid o los de laboratorios extranjeros con
los que colaboramos (CNRS Nantes, Marseille,...)
En
el Instituto se realizan :
A) Estudios metodológicos encaminados a:
A1.- Optimizar las cartografías químicas elementales
obtenidas por EELS a partir de series de imágenes filtradas en energía
Primera fase:puesta a punto, en colaboración
con el INSERM-Universidad de Reims, de un nuevo sofware de tratamiento y
análisis de las imágenes filtradas en energía. En
particular se han estudiado:
(a) La
aplicación del Análisis Estadístico Multivariado (MSA) al tratamiento de series
de imagenes inelásticas con el fin de separar la “información util” (las
señales características y el fondo continuo) de la “información inutil” (ruido
y artefactos de adquisición); este procedimiento permite una mejora notable de
la relación señal sobre ruido de cartografías químicas ( filtrado factorial ). También se utiliza el MSA para la
segmentación de series de cartografías químicas.
(b) La utilización de diferentes modelos matemáticos
y de diferentes metodos de substracción del fondo continuo.
Segunda fase:estudio comparativo de las
prestaciones suministradas por dos microscopios analíticos diferentes, un Jeol
1200 EX + PEELS+GIF y un Zeiss 912 + Filtro OMEGA en lo que se refiere a la
obtención de espectros EELS y de “verdaderas” cartografías químicas a partir de
series de imágenes filtradas en energía
Publicaciones:
Evaluation
of the analytical and imaging performances of a non-dedicated cryo-TEM equipped
with a parallele electron energy loss spectrometer (PEELS) and Image filter
(IF)
QUINTANA C., Marco S.,
Carrascosa JL. J. Trace and Microprobe Techn. 15(2), 175-188, (1997).
Optimization of
maps from energy filtering TEM images by using different background models and
factorial filtering
QUINTANA
C. Acta Microscopica, Vol.8 Supl. 8,(1999), XI-XIV.
A2. - Obtener secciones planares y transversales delgadas de
nanoestructuras por métodos puramente mecánicos (ultramicrotomía y sistema
TRIPODE). Los materiales adelgazados han sido : semiconductores III-V,
recubrimientos duros de carbono/Cr, y metales
magnéticos (FePd/ MgO, Fe/zafiro)
Publicaciones
Ultramicrotomy for
cross-sections of nanostructure
QUINTANA C. Micron 28 :217-219, (1997).
B) Estudios sobre :
B1. - La composición química elemental (carbono, nitrogeno,
fósforo, azufre, calcio y hierro) de estructuras biologicas.
Los
materiales estudiados han sido:
1. -
Estructuras celulares que contienen ácidos nucleicos. Se han realizado
cartografías de Fósforo, Azufre y Nitrógeno en cortes ultrafinos de cultivos
celulares de Swine Testis.(Fig.1)
2. -
Precitados de material orgánico-inorgánico de bacterias asociadas al tubo protector de Riftia pachyptila, organismos de fuentes hidrotermales. Se han
realizado series de imágenes filtradas en energía en las regiones del Fósforo, Hierro, Carbono, Nitrógeno y
Oxigeno y Calcio de estos precipitados.
B2. – La presencia
de moleculas de ferritina y hemosiderina en cerebros de pacientes con
enfermedades neurodegenerativas tipo PSP y Alzheimer (AD).
Hemos
realizado un estudio de la estructura y composición de los núcleos ferricos de
las moléculas de ferritina normal (bazo de caballo e hígado humano) y
patológica (extraída de cerebros de
enfermos de PSP y AD). Los núcleos de las
ferritinas fisiológicas están compuestos de diferentes fases minerales:
ferrihydrita como fase mayoritaria, hematita (16-20 %) y en menor proporción
una fase cúbica de tipo magnetita/maghemita.
Los
núcleos de la ferritina patológica humana estudiada son también polifásicos
pero presentan diferencias significativas respecto a las ferritinas
fisiológicas:
1.- La
ferrihydrita es minoritaria, no se encontró hematita y la fase mayoritaria es
una fase cúbica con estructura próxima a la magnetita pero con un parámetro de
red inferior.
2.- El
tamaño de los cristales es variable (4 a 8 nm)
3.-
Solo el 50% de los núcleos son
monocristalinos. El resto tiene estructura policristalina, en general, con defectos
como maclas, zonas amorfas o estructuras superficiales diferentes de las
estructuras en el interior del cristal.
Estos
resultados confirman la hipótesis de que la diferente estructura de los núcleos
de la ferritina pueden servir de marcador de enfermedades neurodegenerativas.
Además
de las diferencias en los núcleos hemos encontrado diferencias en la forma y
composición en péptidos de la envuelta protéica de una fracción de las moléculas. Estas moléculas modificadas son similares a la haemosiderina, molécula que
almacena el Fe en la Haematocromatosis primaria.
En la figura 2 se muestra un nanocristal cúbico multimaclado (a) con
su espectro de potencia (b) obtenido a partir de la Transformada de Fourier
numérica y el cristal filtrado con las
frecuencias mas altas (c) mostrando que la parte central y las regiones
contiguas a los planos de macla están contraidas.
Publicaciones:
Ferritin is associated to the aberrant tau filaments
present in Progressive Supranuclear Palsy. M. Perez M.,
Valpuesta JM., Montejo de Garcini E., QUINTANA C., Arraxate M., Carrascosa JL., Rabano A., Garcia de Yebenes J.,
Avila J. Am. J. Pathol.,152,
1531-1539, (1998).
Initial
studies with High Resolution TEM and Electron Energy Loss Spectroscopy studies
of ferritin cores extractred from brains of patients with Progressive
Supranuclear Palsy and Alzheimer disease.
QUINTANA C.,
Lancin M., Marhi C., Pérez M., Martin-Benito J., Avila J., Carrascosa
JL. Cellular and
Molecular Biology,46(3),2000.
Structure and composition changes of ferritin
correlated with human neurodegenerative diseases
QUINTANA C., Marhic C., Lancin
M., Martin-Benito J., Avila J., Carrascosa JL. Micron (submitted)
B3. - El
orden lateral inducido en super-redes de periodo corto Ga 0.22In 0.78As/Ga
0.22In 0.78P
Se ha
observado por HRTEM una estructura de pozos cuánticos, formada por una super red de periodo 2/2, orientada según el
eje de zona [010] (Fig.3a). La distancia entre planos [001] es ~ 0.3nm. La
imágen corresponde al cuarto y quinto pozo. En la figura 3b el espectro de
potencia : g1 indica la reflexión 002 , gi2
las –200, gi3 las –202 del plano recíproco (010) de una estructura monoclinica cuyos
parámetros varían periódicamente entre b
= c = 2,93, a/c =1.072 , b = 95.6º
y a/c = 0.95, b = 86º
Publicaciones
Strain induced lateral ordering in Ga 0.22In 0.78As/Ga
0,22In 0,78P short period superlattices on (001) InP
Dotor ML., QUINTANA C.,Golmayo D. J. Electronic Materials (in press).
B4.- Nanoestructura de
islas de hierro depositadas sobre zafiro
Se han
comenzado estudios de la forma, tamaño y orientación de los nanocristales de Fe
depositados por pulverización catódica sobre substratos monocristalinos de
zafiro (00.1).
Publicaciones
Lattice distorsion and magnetic properties of
nanometer size Fe(11) islands.
JL.Menendez,
G. Armelles, C Quintana, A. Cebollada
Surface
Science (in press).
