Mikroskopi ligger i framkant i kampen mot coronaviruset. Specialmikroskop, som gör det möjligt för forskare att se små cellstrukturer, är ett oumbärligt verktyg i utvecklingen av vacciner och nya terapier. Sådan utrustning omfattar inte bara ett mikroskop med hög optisk upplösning utan också ett högprecisionsmikroskopsteg. Hårdmagnetiska beläggningar från Fraunhofer Institute for Surface Engineering and Thin Films IST spelar också en nyckelroll här. De hjälper till att undersöka små cellstrukturer i exakt detalj och med hög hastighet.

Mikroskop och tillhörande labbutrustning är ett livsviktigt vapen i kampen mot virus och bakterier. De hjälper forskare i deras sökande efter vacciner och terapier för att bekämpa, till exempel, SARS-CoV-2. På Fraunhofer IST i Braunschweig, forskare utvecklar hårdmagnetiska kobolt-samarium (CoSm) beläggningar för magnetiska linjära skalor. Dessa används i mikroskopstadierna som produceras av företaget ITK Dr. Kassen GmbH. I kombination med sensorer och en utvärderingsalgoritm, dessa linjära skalor förbättrar mikroskopets positioneringsnoggrannhet, på vilken provet placeras som förberedelse för visning. "Biologiskt material som celler kan röra sig, " förklarar Dr Ralf Bandorf, forskningsassistent vid Fraunhofer IST. "Men jag måste fortfarande kunna styra till rätt position med en precision på mikrometerskalan." Mikroskopsteg som använder ett magnetiskt positioneringssystem har i allmänhet en mycket kompakt design. De används i mikroskop från kända tillverkare som Leica eller Zeiss. CoSm-beläggningarna har utvecklats i nära samarbete med industripartner ITK Dr. Kassen GmbH.

En positionsupplösning på nanometerskalan

Dr. Bandorf och hans team applicerar en CoSm-beläggning på icke-magnetiska metallremsor. Detta ger remsorna en definierad magnetisk struktur som kan kodas med ett signalmönster. I tur och ordning, denna funktionella beläggning kan avläsas av en sensor för att bestämma den exakta positionen för en remsa. "I kombination med de integrerade sensorerna, som läser signalerna, våra beläggningar möjliggör en positionsupplösning på 5 nanometer, " förklarar Bandorf, ingenjör till utbildning. Med sitt integrerade mätsystem, mikroskopstadierna kan bestämma den exakta positionen för ett prov utan att behöva referera. En repeterbarhet på plus/minus 100 nanometer kan uppnås. Detta är särskilt viktigt för undersökning av levande föremål, där den tillgängliga tiden för visning ofta är begränsad, och snabb positionering är därför avgörande.

CoSm-beläggningar används istället för galvaniserade koboltbeläggningar, produktion av vilka kräver användning av miljöfarliga kemikalier. Robust och hållbar, de har också mycket goda magnetiska egenskaper, vilket säkerställer en kraftfullare magnetisk signal än vad som kan realiseras med koboltbeläggningar. Denna signal är tillräckligt stark för att mätas med ett kontaktlöst system, vilket gör sådana beläggningar lämpliga för användning i förseglade komponenter såsom hydraulcylindrar, där optiska system inte är ett alternativ.

På samma gång, CoSm-beläggningar avmagnetiseras mycket mindre lätt än rena koboltbeläggningar och de påverkas inte av interferensfält. Liknande, mycket fina skikttjocklekar kan uppnås. Vidare, de kan användas för mätningar i smutsiga miljöer. Och de är också lämpliga för att mäta vinkelpositioner och radiella rörelser, som är relevant för robotapplikationer i, till exempel, fordonsindustrin. "Om en fin CoSm-beläggning appliceras på en komponent som ett rullager, det är då möjligt att få ytterligare information om den komponenten, ", förklarar Bandorf. Efterfrågan på magnetiska mätsystem med hög precision växer också inom området elektromobilitet.

Miljövänlig beläggningsprocess

CoSm-beläggningarna skapas med en process som kallas ihålig katod-gasflödesförstoftning, en vakuumdeponeringsmetod utvecklad vid Fraunhofer IST. Till skillnad från galvaniseringsprocesser, denna metod innebär inte användning av giftiga ämnen.