Forskere udvikler nye 3D-atomic force mikroskopisonder

Et team af forskere fra NYU Abu Dhabis Advanced Microfluidics and Microdevices Laboratory (AMMLab) har udviklet en ny slags Atomic Force Microscopy (AFM)-prober i ægte tredimensionelle former, de kalder 3DTIP'er. AFM-teknologi gør det muligt for forskere at observere, måle og manipulere prøver og mikro- og nanoskalaenheder med hidtil uset præcision. De nye 3DTIP'er, som er fremstillet ved hjælp af en enkelt-trins 3D-printproces, kan bruges til en bredere vifte af applikationer - og potentielle observationer og opdagelser - end standard, mere begrænsede siliciumbaserede sonder, der anses for at være state-of-the- kunst i vores nuværende tid.

Atomic force microscopy (AFM) er en teknik til at karakterisere prøver ved at scanne en fysisk sonde på tværs af overflader, hvilket producerer imponerende opløsninger 1.000 gange højere end optisk mikroskopi kan opnå. AFM er et grundlæggende instrument inden for mange discipliner, herunder biomedicinske videnskaber, med anvendelser lige fra karakterisering af levedygtige bakterier og pattedyrsceller, analyse af DNA-molekyler, undersøgelse af proteiner i realtid og billeddannelse af molekyler ned til subatomær opløsning.

AFM-sonden, der består af en lille udkraget bjælke med en miniaturespids for enden, er kernen i teknologien. Den sanser og mærker prøveoverflader gennem tiltræknings- og frastødningskræfter, på samme måde som vi bruger vores fingerspidser, men med en opløsning ned til atomniveau. Kommercielle AFM-prober er lavet af silicium ved hjælp af konventionelle halvlederfremstillingsprocesser, typiske i mikroelektronikindustrien, der er begrænset af 2D-design og lange produktionstrin. Disse nuværende avancerede sonder er stive, sprøde og fås kun i visse former. De er ikke-ideelle til at sondere blødt stof, såsom pattedyrceller.

I papiret offentliggjort i tidsskriftet Advanced Science , præsenterer forskerne deres proprietære teknologi til fremstilling af næste generation af AFM-sonder baseret på to-foton polymerisation 3D-print. De resulterende 3DTIP'er er blødere end deres siliciumbaserede modstykker, hvilket gør dem mere velegnede til AFM-applikationer, der involverer blidere interaktioner med celler, proteiner og DNA-molekyler. Vigtigt er det, at materialeegenskaberne af 3DTIP'er gør det muligt at opnå scanninger, der er mere end 100 gange hurtigere end almindelige siliciumprober af lignende dimensioner. Derfor kan 3DTIP'er åbne døren for at erhverve videoer, der fanger bioaktiviteter af proteiner, DNA og endnu mindre molekyler i realtid.

"Vi har udviklet en ny teknologi til næste generation af AFM-sonder med nye materialer, forbedrede designs og produktionsprocesser, nye former i 3D og skræddersyet prototyping til en sømløs produktionscyklus for applikationsfokuserede AFM-sonder," sagde Mohammad Qasaimeh, rektor. efterforsker af projektet og lektor i Mechanical Engineering and Bioengineering ved NYUAD. "Evnen til at generere tilpassede AFM-sonder med innovative 3D-design i et enkelt trin giver uendelige multidisciplinære forskningsmuligheder."

"Vores 3DTIP'er er i stand til at opnå høj opløsning, højhastigheds AFM-billeddannelse ved hjælp af almindelige AFM-tilstande og under luft- og væskemiljøer," sagde Dr. Ayoub Glia, den første forfatter til undersøgelsen og postdoc ved AMMLab. "At raffinere spidsenden af ​​3DTIP'erne ved fokuseret ionstråleætsning og inklusion af kulstofnanorør udvider deres funktionalitet væsentligt i højopløsnings AFM-billeddannelse og når angstrom-skalaer."

Forfatterne af undersøgelsen håber, at 3DTIP'ernes multifunktionelle egenskaber kan bringe næste generations AFM-tips til rutinemæssige og avancerede AFM-applikationer og udvide områderne med højhastigheds-AFM-billeddannelse og biologiske kraftmålinger. + Udforsk yderligere

Simulering af 3D-AFM-billeder for systemer, der ikke er i ligevægt