Een team van onderzoekers van het Advanced Microfluidics and Microdevices Laboratory (AMMLab) van NYU Abu Dhabi heeft een nieuw soort Atomic Force Microscopy (AFM) -sondes ontwikkeld in echte driedimensionale vormen die ze 3DTIP's noemen. Met AFM-technologie kunnen wetenschappers monsters en micro- en nanoschaalentiteiten met ongekende precisie observeren, meten en manipuleren. De nieuwe 3DTIP's, die worden vervaardigd met behulp van een eenstaps 3D-printproces, kunnen worden gebruikt voor een grotere verscheidenheid aan toepassingen - en potentiële waarnemingen en ontdekkingen - dan standaard, meer beperkte op silicium gebaseerde sondes die als state-of-the-state worden beschouwd. kunst in onze huidige tijd.

Atoomkrachtmicroscopie (AFM) is een techniek voor het karakteriseren van monsters door een fysieke sonde over oppervlakken te scannen, waardoor indrukwekkende resoluties worden geproduceerd die 1000 keer hoger zijn dan met optische microscopie kan worden bereikt. AFM is een fundamenteel instrument in veel disciplines, waaronder biomedische wetenschappen, met toepassingen variërend van het karakteriseren van levensvatbare bacteriën en zoogdiercellen, het analyseren van DNA-moleculen, het in realtime bestuderen van eiwitten en het afbeelden van moleculen tot subatomaire resolutie.

De AFM-sonde, bestaande uit een kleine vrijdragende balk met een miniatuurpunt aan het uiteinde, vormt de kern van de technologie. Het detecteert en voelt monsteroppervlakken door aantrekkings- en afstotingskrachten, op dezelfde manier waarop we onze vingertoppen gebruiken, maar met een resolutie tot op atomair niveau. Commerciële AFM-sondes zijn gemaakt van silicium, met behulp van conventionele halfgeleiderproductieprocessen, typisch in de micro-elektronica-industrie, die worden beperkt door 2D-ontwerpen en lange productiestappen. Deze huidige state-of-the-art sondes zijn stijf, bros en alleen verkrijgbaar in bepaalde vormen. Ze zijn niet ideaal voor het onderzoeken van zachte materie, zoals zoogdiercellen.

In het artikel gepubliceerd in het tijdschrift Advanced Science , presenteren de onderzoekers hun gepatenteerde technologie voor het produceren van AFM-sondes van de volgende generatie op basis van 3D-printen met twee-fotonpolymerisatie. De resulterende 3DTIP's zijn zachter dan hun op silicium gebaseerde tegenhangers, waardoor ze meer geschikt zijn voor AFM-toepassingen met zachtere interacties met cellen, eiwitten en DNA-moleculen. Belangrijk is dat de materiaaleigenschappen van 3DTIP's het mogelijk maken om scans te maken die meer dan 100 keer sneller zijn dan gewone siliciumsondes van vergelijkbare afmetingen. Daarom kunnen 3DTIP's de deur openen voor het verwerven van video's die bio-activiteiten van eiwitten, DNA en zelfs kleinere moleculen in realtime vastleggen.

"We hebben een nieuwe technologie ontwikkeld voor AFM-sondes van de volgende generatie met nieuwe materialen, verbeterde ontwerpen en productieprocessen, nieuwe vormen in 3D en aangepaste prototyping voor een naadloze productiecyclus voor toepassingsgerichte AFM-sondes", zegt Mohammad Qasaimeh, de opdrachtgever onderzoeker van het project en universitair hoofddocent Werktuigbouwkunde en Bio-engineering aan NYUAD. "De mogelijkheid om in één stap aangepaste AFM-sondes met innovatieve 3D-ontwerpen te genereren, biedt eindeloze multidisciplinaire onderzoeksmogelijkheden."

"Onze 3DTIP's zijn in staat om AFM-beeldvorming met hoge resolutie en hoge snelheid te verkrijgen met behulp van gewone AFM-modi, en onder lucht en vloeistofomgevingen", zegt Dr. Ayoub Glia, de eerste auteur van de studie en postdoctoraal medewerker bij het AMMLab. "Het verfijnen van het uiteinde van de 3DTIP's door gefocusseerde ionenbundeletsen en het opnemen van koolstofnanobuisjes vergroot hun functionaliteit aanzienlijk in AFM-beeldvorming met hoge resolutie en bereikt angstrom-schalen."

De auteurs van de studie hopen dat de multifunctionele mogelijkheden van de 3DTIP's AFM-tips van de volgende generatie kunnen brengen voor routinematige en geavanceerde AFM-toepassingen en het gebied van snelle AFM-beeldvorming en biologische krachtmetingen kunnen uitbreiden. + Verder verkennen

3D-AFM-beelden simuleren voor systemen die niet in evenwicht zijn