Ett team av forskare från NYU Abu Dhabis Advanced Microfluidics and Microdevices Laboratory (AMMLab) har utvecklat nya typer av Atomic Force Microscopy-sonder (AFM) i sanna tredimensionella former som de kallar 3DTIPs. AFM-teknik gör det möjligt för forskare att observera, mäta och manipulera prover och enheter i mikro- och nanoskala med oöverträffad precision. De nya 3DTIP:erna, som tillverkas med hjälp av en 3D-utskriftsprocess i ett steg, kan användas för ett större antal applikationer – och potentiella observationer och upptäckter – än vanliga, mer begränsade kiselbaserade sonder som anses vara i toppklass. konst i vår nuvarande tid.

Atomic force microscopy (AFM) är en teknik för att karakterisera prover genom att skanna en fysisk sond över ytor, vilket ger imponerande upplösningar 1 000 gånger högre än vad optisk mikroskopi kan uppnå. AFM är ett grundläggande instrument inom många discipliner inklusive biomedicinska vetenskaper, med tillämpningar som sträcker sig från att karakterisera livskraftiga bakterier och däggdjursceller, analysera DNA-molekyler, studera proteiner i realtid och avbilda molekyler ner till subatomär upplösning.

AFM-sonden, som består av en liten fribärande balk med en miniatyrspets i änden, är kärnan i tekniken. Den känner och känner av provytor genom attraktions- och repulsionskrafter, på samma sätt som vi använder våra fingertoppar, men med en upplösning ner till atomnivå. Kommersiella AFM-sonder är gjorda av kisel, med hjälp av konventionella halvledartillverkningsprocesser, typiska inom mikroelektronikindustrin, som begränsas av 2D-designer och långa produktionssteg. Dessa nuvarande toppmoderna sonder är styva, spröda och endast tillgängliga i vissa former. De är inte idealiska för att undersöka mjukt material, såsom däggdjursceller.

I artikeln publicerad i tidskriften Advanced Science , presenterar forskarna sin egenutvecklade teknologi för att producera nästa generations AFM-sonder baserade på tvåfotonpolymerisation 3D-utskrift. De resulterande 3DTIP:erna är mjukare än deras kiselbaserade motsvarigheter, vilket gör dem mer lämpade för AFM-applikationer som involverar skonsammare interaktioner med celler, proteiner och DNA-molekyler. Viktigt är att materialegenskaperna hos 3DTIP gör det möjligt att uppnå skanningar som är mer än 100 gånger snabbare än vanliga kiselsonder med liknande dimensioner. Därför kan 3DTIPs öppna dörren för att skaffa videor som fångar bioaktiviteter av proteiner, DNA och ännu mindre molekyler i realtid.

"Vi har utvecklat en ny teknik för nästa generations AFM-sonder med nya material, förbättrade konstruktioner och produktionsprocesser, nya former i 3D och anpassade prototyper för en sömlös produktionscykel för applikationsfokuserade AFM-sonder", säger Mohammad Qasaimeh, rektor. utredare av projektet och docent i maskinteknik och bioteknik vid NYUAD. "Förmågan att generera skräddarsydda AFM-sonder med innovativ 3D-design i ett enda steg ger oändliga multidisciplinära forskningsmöjligheter."

"Våra 3DTIPs är kapabla att erhålla högupplösta, höghastighets AFM-bilder med vanliga AFM-lägen och under luft och vätskemiljöer", säger Dr. Ayoub Glia, första författaren till studien och postdoktor vid AMMLab. "Att förfina spetsänden av 3DTIPs genom fokuserad jonstråleetsning och kolnanorörsinneslutning förlänger avsevärt deras funktionalitet i högupplöst AFM-avbildning och når ångströmsskalor."

Författarna till studien hoppas att de multifunktionella funktionerna hos 3DTIPs kan ge nästa generations AFM-tips till rutinmässiga och avancerade AFM-applikationer och utöka områdena för höghastighets AFM-avbildning och biologiska kraftmätningar. + Utforska vidare

Simulering av 3D-AFM-bilder för system som inte är i jämvikt