La scrittura laser diretta 3D basata sulla polimerizzazione a due fotoni può essere utilizzata per creare punte personalizzate. (a) Disegno schematico del processo di scrittura sul cantilever mediante polimerizzazione a due fotoni. L'inserto mostra un'immagine al microscopio elettronico a scansione dell'apice della punta. Per ottenere un apice della punta affilato e definito, è stato scritto con parametri ottimizzati (ma più lenti) in modo che la superficie dell'apice della punta sia più liscia rispetto al resto della struttura. In questo modo è possibile realizzare una grande varietà di punte. (b) Punta alta (20 micron) e sottile (5 micron alla base). (c) Punta estremamente lunga con un'altezza di 100 micron. (d) Punta sferica con diametro di 10 micron. (e) Punta a forma della famosa montagna svizzera "Cervino". (f) Punta sporgente visibile dall'alto durante la scansione. (g) Punta conica rimpicciolita dopo la carbonizzazione tramite pirolisi (decomposizione causata dall'esposizione ad alte temperature). Credito:Istituto di tecnologia di Karlsruhe
La microscopia a forza atomica (AFM) è una tecnica che consente ai ricercatori di analizzare le superfici su scala atomica, e si basa su un concetto sorprendentemente semplice:una punta affilata su un cantilever "percepisce" la topografia dei campioni.
Sebbene questa tecnica sia stata utilizzata con successo per più di 30 anni, e puoi facilmente acquistare sonde microlavorate standard per esperimenti, le punte di dimensioni standard non sono sempre esattamente ciò di cui hai bisogno. I ricercatori spesso desiderano punte con un design unico:una forma specifica dell'apice della punta o punte estremamente lunghe che possono raggiungere il fondo di trincee profonde. È possibile preparare punte non standard tramite microlavorazione, ma spesso è costoso.
Ma ora, un gruppo di ricercatori del Karlsruhe Institute of Technology (KIT) riferisce di aver sviluppato un metodo per personalizzare i suggerimenti per applicazioni specifiche tramite la scrittura laser diretta 3D basata sulla polimerizzazione a due fotoni che apparirà in copertina questa settimana in Lettere di fisica applicata .
La polimerizzazione a due fotoni è un processo di stampa 3D che fornisce strutturazione ad altissima risoluzione. Implica l'uso di un laser a femtosecondi a infrarossi ben focalizzato per esporre un materiale fotoresist polimerizzabile con luce ultravioletta, che provoca l'adsorbimento di due fotoni che, a sua volta, innesca una reazione di polimerizzazione. In questo modo, le parti progettate liberamente possono essere scritte esattamente nel luogo del loro scopo, anche oggetti su scala nanometrica come le punte AFM sui cantilever.
"Questo concetto non è nuovo su scala macroscopica:puoi disegnare liberamente qualsiasi forma con il tuo computer e stamparla in 3D, " ha spiegato Hendrik Hölscher, capo del gruppo di tecnologie delle sonde di scansione al KIT. "Ma su scala nanometrica, questo approccio è complesso. Per scrivere i nostri consigli, abbiamo applicato la polimerizzazione a due fotoni con un setup sperimentale, recentemente sviluppato al KIT, che è ora disponibile dalla startup Nanoscribe GmbH."
Punte con raggi di soli 25 nanometri, circa 3, 000 volte più piccolo del diametro di un capello umano e forme arbitrarie possono essere fissate a cantilever microlavorati di forma convenzionale, secondo il gruppo. Le misurazioni di scansione a lungo termine mostrano bassi tassi di usura che dimostrano l'affidabilità di questi suggerimenti. "Siamo stati anche in grado di dimostrare che lo spettro di risonanza della sonda può essere sintonizzato per applicazioni multifrequenza aggiungendo strutture di rinforzo al cantilever, " ha detto Hölscher.
Il significato chiave del lavoro del gruppo è che la capacità di progettare punte o sonde ottimali apre la porta a infinite opzioni per l'analisi dei campioni, con una risoluzione notevolmente migliorata.
"La scrittura di parti tramite la stampa 3D dovrebbe diventare un grande business su scala macroscopica, " ha detto. "Ma sono rimasto sorpreso da come funziona bene per la scala nanometrica, pure. Quando il nostro gruppo ha iniziato con questo progetto, abbiamo cercato di estendere continuamente i limiti della tecnologia... ma il dottorato di ricerca. gli studenti Philipp-Immanuel Dietrich e Gerald Göring continuavano a tornare dal laboratorio con nuovi risultati positivi."
Per quanto riguarda le applicazioni future a breve termine, la polimerizzazione a due fotoni diventerà ampiamente disponibile per i ricercatori nel campo delle nanotecnologie. "Ci aspettiamo che altri gruppi che lavorano nel campo dei metodi delle sonde di scansione siano in grado di trarre vantaggio dal nostro approccio il prima possibile, " ha osservato Hölscher. "Potrebbe persino diventare un'attività su Internet che consente di progettare e ordinare sonde AFM tramite il web".
Il gruppo "continuerà a ottimizzare" il proprio approccio, Holscher ha detto, e applicarlo a progetti di ricerca che vanno dalla biomimetica all'ottica e alla fotonica.
