Atomic force microscopy (AFM) är en teknik som gör det möjligt för forskare att analysera ytor i atomskala, och det är baserat på ett förvånansvärt enkelt koncept:En skarp spets på en cantilever "känner" av topografin av prover.

Även om denna teknik har använts framgångsrikt i mer än 30 år, och du kan enkelt köpa vanliga mikromaskinerade sonder för experiment, standardstorlekar är inte alltid precis vad du behöver. Forskare önskar ofta tips med en unik design - en specifik spetsform eller extremt långa tips som kan nå botten av djupa skyttegravar. Det är möjligt att förbereda icke -standardiserade tips via mikromaskinering, men det är ofta dyrt.

Men nu, en grupp forskare från Karlsruhe Institute of Technology (KIT) rapporterar att de har utvecklat en metod för att skräddarsy tips för specifika applikationer via 3D-laserskrivning direkt baserat på tvåfotonpolymerisering som kommer att visas på omslaget denna vecka i Tillämpad fysikbokstäver .

Tvåfotonpolymerisation är en 3D-tryckprocess som ger strukturering med extremt hög upplösning. Det innebär att man använder en tätt fokuserad infraröd femtosekundlaser för att exponera ett ultraviolett ljus-härdbart fotoresistmaterial, vilket orsakar två-fotonadsorption som, i tur och ordning, utlöser en polymerisationsreaktion. På det här sättet, fritt utformade delar kan skrivas exakt på platsen för deras ändamål - även objekt i nanoskala som t.ex. AFM -tips om fribärare.

"Detta koncept är inte nytt i makroskopisk skala:du kan fritt designa vilken form som helst med din dator och skriva ut den i 3D, "förklarade Hendrik Hölscher, chef för gruppen för skanningssondteknologi på KIT. "Men på nanoskala, detta tillvägagångssätt är komplext. För att skriva våra tips, vi applicerade tvåfotonpolymerisation med en experimentell installation, nyligen utvecklat på KIT, som nu är tillgängligt från startföretaget Nanoscribe GmbH. "

Tips med radier så små som 25 nanometer - cirka 3, 000 gånger mindre än diametern på ett människohår - och godtyckliga former kan fästas på konventionellt formade mikromaskinerade fribärare, enligt gruppen. Långsiktiga skanningsmätningar visar låga slitage som visar pålitligheten hos dessa tips. "Vi kunde också bevisa att sondens resonansspektrum kan ställas in för flerfrekvensapplikationer genom att lägga till förstärkande strukturer till cantilever, "Sa Hölscher.

Den viktigaste betydelsen av gruppens arbete är att möjligheten att utforma optimala tips eller sonder öppnar dörren till oändliga alternativ för analys av prover - med kraftigt förbättrad upplösning.

"Att skriva delar via 3D-utskrift förväntas bli ett stort företag i makroskopisk skala, "sa han." Men jag blev förvånad över hur fint det fungerar för nanoskala, för. När vår grupp började med detta projekt, vi försökte kontinuerligt sträcka teknikens gränser ... men Ph.D. studenterna Philipp-Immanuel Dietrich och Gerald Göring fortsatte att komma tillbaka från labbet med nya framgångsrika resultat. "

När det gäller framtida applikationer på kort sikt, tvåfotonpolymerisation kommer att bli allmänt tillgängligt för nanoteknikforskare. "Vi förväntar oss att andra grupper som arbetar inom skanningssondmetoder ska kunna dra nytta av vårt tillvägagångssätt så snart som möjligt, "Hölscher noterade." Det kan till och med bli ett internetföretag som låter dig designa och beställa AFM -sonder via webben. "

Gruppen kommer att "fortsätta att optimera" sitt tillvägagångssätt, Hölscher sa:och tillämpa den på forskningsprojekt som sträcker sig från biomimetik till optik och fotonik.