Atoomkrachtmicroscopie (AFM) is een techniek waarmee onderzoekers oppervlakken op atomaire schaal kunnen analyseren, en het is gebaseerd op een verrassend eenvoudig concept:een scherpe punt op een cantilever "voelt" de topografie van monsters.

Hoewel deze techniek al meer dan 30 jaar met succes wordt gebruikt, en je kunt gemakkelijk standaard microbewerkte sondes kopen voor experimenten, standaardformaat tips zijn niet altijd precies wat je nodig hebt. Onderzoekers verlangen vaak naar tips met een uniek ontwerp - een specifieke punttopvorm of extreem lange tips die de bodem van diepe greppels kunnen bereiken. Het voorbereiden van niet-standaard tips via microbewerking is mogelijk, maar het is vaak duur.

Maar nu, een groep onderzoekers van het Karlsruhe Institute of Technology (KIT) meldt dat ze een methode hebben ontwikkeld om tips op maat te maken voor specifieke toepassingen via 3D direct laserschrijven op basis van twee-fotonpolymerisatie die deze week op de omslag zal verschijnen in Technische Natuurkunde Brieven .

Twee-fotonpolymerisatie is een 3D-printproces dat zorgt voor structurering met een extreem hoge resolutie. Het omvat het gebruik van een strak gefocuste infrarood femtoseconde laser om een ​​met ultraviolet licht uithardbaar fotoresistmateriaal te belichten, die twee-fotonadsorptie veroorzaakt die, beurtelings, veroorzaakt een polymerisatiereactie. Op deze manier, vrij ontworpen onderdelen kunnen precies op de plaats van hun doel worden geschreven - zelfs objecten op nanoschaal zoals AFM-tips op cantilevers.

"Dit concept is niet nieuw op macroscopische schaal:je kunt elke vorm vrijelijk ontwerpen met je computer en deze in 3D afdrukken, " legde Hendrik Hölscher uit, hoofd van de scanning probe technologies group bij KIT. "Maar op nanoschaal deze aanpak is complex. Om onze tips te schrijven, we hebben twee-fotonpolymerisatie toegepast met een experimentele opstelling, onlangs ontwikkeld bij het KIT, die nu verkrijgbaar is bij het startende bedrijf Nanoscribe GmbH."

Tips met een straal zo klein als 25 nanometer - ongeveer 3, 000 keer kleiner dan de diameter van een mensenhaar - en willekeurige vormen kunnen worden bevestigd aan conventioneel gevormde micromachinale uitkragingen, volgens de groep. Scanmetingen op lange termijn tonen lage slijtagepercentages die de betrouwbaarheid van deze tips aantonen. "We hebben ook kunnen bewijzen dat het resonantiespectrum van de sonde kan worden afgestemd op toepassingen met meerdere frequenties door versterkende structuren aan de cantilever toe te voegen, ’ zei Holscher.

De belangrijkste betekenis van het werk van de groep is dat de mogelijkheid om optimale tips of sondes te ontwerpen de deur opent naar eindeloze opties voor het analyseren van monsters - met een sterk verbeterde resolutie.

"Het schrijven van onderdelen via 3D-printen zal naar verwachting een big business worden op macroscopische schaal, " zei hij. "Maar ik was verrast door hoe goed het werkt voor nanoschaal, te. Toen onze groep met dit project begon, we probeerden voortdurend de grenzen van de technologie te verleggen ... maar Ph.D. studenten Philipp-Immanuel Dietrich en Gerald Göring kwamen steeds terug uit het lab met nieuwe succesvolle resultaten."

Wat toekomstige toepassingen op korte termijn betreft, twee-foton polymerisatie zal op grote schaal beschikbaar worden voor nanotechnologie onderzoekers. "We verwachten dat andere groepen die werkzaam zijn op het gebied van scanning probe-methoden zo snel mogelijk van onze aanpak kunnen profiteren, " merkte Hölscher op. "Het kan zelfs een internetbedrijf worden waarmee je AFM-sondes via internet kunt ontwerpen en bestellen."

De groep zal hun aanpak "blijven optimaliseren", Hölscher zei, en pas het toe op onderzoeksprojecten variërend van biomimetica tot optica en fotonica.