Skræddersyede AFM-sonder skabt via 3-D direkte laserskrivning

Atomic force microscopy (AFM) er en teknik, der gør det muligt for forskere at analysere overflader på atomskala, og det er baseret på et overraskende simpelt koncept:Et skarpt tip på en cantilever "fornemmer" topografien af ​​prøver.

Selvom denne teknik er blevet brugt med succes i mere end 30 år, og du kan nemt købe standard mikrobearbejdede prober til eksperimenter, tip i standardstørrelse er ikke altid lige, hvad du har brug for. Forskere ønsker ofte spidser med et unikt design - en specifik spidsspidsform eller ekstremt lange spidser, der kan nå bunden af ​​dybe skyttegrave. Forberedelse af ikke-standardspidser via mikrobearbejdning er muligt, men det er ofte dyrt.

Men nu, en gruppe af Karlsruhe Institute of Technology (KIT) forskere rapporterer, at de har udviklet en metode til at skræddersy tips til specifikke applikationer via 3-D direkte laserskrivning baseret på to-foton polymerisation, der vises på forsiden i denne uge i Anvendt fysik bogstaver .

To-foton polymerisation er en 3-D printproces, der giver strukturering med ekstrem høj opløsning. Det involverer at bruge en tæt fokuseret infrarød femtosekund-laser til at eksponere et ultraviolet-lys-hærdeligt fotoresistmateriale, som forårsager to-foton adsorption, på tur, udløser en polymerisationsreaktion. På denne måde frit designede dele kan skrives nøjagtigt på det sted, de har deres formål – selv objekter i nanoskala, såsom AFM-spidser på udkragere.

"Dette koncept er ikke nyt i makroskopisk skala:du kan frit designe enhver form med din computer og printe den i 3D, " forklarede Hendrik Hölscher, leder af scanning probe technologys group hos KIT. "Men på nanoskalaen, denne tilgang er kompleks. For at skrive vores tips, vi anvendte to-foton polymerisation med en eksperimentel opsætning, nyligt udviklet hos KIT, som nu er tilgængelig fra startup-virksomheden Nanoscribe GmbH."

Spidser med radier så små som 25 nanometer - omkring 3, 000 gange mindre end diameteren af ​​et menneskehår - og vilkårlige former kan fastgøres til konventionelt formede mikrobearbejdede udkragere, ifølge gruppen. Langsigtede scanningsmålinger viser lave slidhastigheder, der demonstrerer pålideligheden af ​​disse spidser. "Vi var også i stand til at bevise, at resonansspektret af sonden kan tunes til multi-frekvens applikationer ved at tilføje forstærkende strukturer til cantileveren, " sagde Hölscher.

Nøglebetydningen af ​​gruppens arbejde er, at evnen til at designe optimale spidser eller sonder åbner døren til uendelige muligheder for at analysere prøver – med stærkt forbedret opløsning.

"At skrive dele via 3-D-print forventes at blive en stor forretning i makroskopisk skala, " sagde han. "Men jeg var overrasket over, hvor godt det virker for nanoskala, også. Da vores gruppe startede med dette projekt, vi forsøgte løbende at strække teknologiens grænser ... men ph.d. studerende Philipp-Immanuel Dietrich og Gerald Göring blev ved med at vende tilbage fra laboratoriet med nye succesfulde resultater."

Hvad angår fremtidige ansøgninger på kort sigt, to-foton polymerisation vil blive bredt tilgængelig for forskere i nanoteknologi. "Vi forventer, at andre grupper, der arbejder inden for scanningssondemetoder, kan drage fordel af vores tilgang så hurtigt som muligt, " Hölscher bemærkede. "Det kan endda blive en internetvirksomhed, der giver dig mulighed for at designe og bestille AFM-sonder via internettet."

Gruppen vil "fortsætte med at optimere" deres tilgang, Hölscher sagde, og anvende det på forskningsprojekter lige fra biomimetik til optik og fotonik.