La microscopía de fuerza atómica (AFM) es una técnica que permite a los investigadores analizar superficies a escala atómica, y se basa en un concepto sorprendentemente simple:una punta afilada en un voladizo "siente" la topografía de las muestras.

Si bien esta técnica se ha utilizado con éxito durante más de 30 años, y puede comprar fácilmente sondas micromaquinadas estándar para experimentos, Las puntas de tamaño estándar no siempre son exactamente lo que necesita. Los investigadores con frecuencia desean puntas con un diseño único:una forma de ápice de punta específica o puntas extremadamente largas que puedan llegar al fondo de zanjas profundas. Es posible preparar puntas no estándar mediante micromecanizado, pero suele ser caro.

Pero ahora, un grupo de investigadores del Instituto de Tecnología de Karlsruhe (KIT) informan que han desarrollado un método para adaptar las puntas a aplicaciones específicas a través de la escritura láser directa en 3-D basada en la polimerización de dos fotones que aparecerá en la portada esta semana en Letras de física aplicada .

La polimerización de dos fotones es un proceso de impresión 3-D que proporciona una estructuración con una resolución extremadamente alta. Implica el uso de un láser de femtosegundo infrarrojo muy enfocado para exponer un material fotorresistente curable con luz ultravioleta, que causa la adsorción de dos fotones que, Sucesivamente, desencadena una reacción de polimerización. De este modo, Las piezas diseñadas libremente se pueden escribir exactamente en el lugar de su propósito, incluso objetos a nanoescala como puntas AFM en voladizos.

"Este concepto no es nuevo a escala macroscópica:puede diseñar libremente cualquier forma con su computadora e imprimirla en 3-D, "explicó Hendrik Hölscher, jefe del grupo de tecnologías de sondas de exploración en KIT. "Pero a nanoescala, este enfoque es complejo. Para escribir nuestros consejos, aplicamos la polimerización de dos fotones con una configuración experimental, desarrollado recientemente en KIT, que ahora está disponible en la empresa emergente Nanoscribe GmbH ".

Puntas con radios tan pequeños como 25 nanómetros, aproximadamente 3, 000 veces más pequeño que el diámetro de un cabello humano, y se pueden unir formas arbitrarias a voladizos micromecanizados de forma convencional, según el grupo. Las mediciones de escaneo a largo plazo muestran bajas tasas de desgaste que demuestran la confiabilidad de estas puntas. "También pudimos demostrar que el espectro de resonancia de la sonda se puede ajustar para aplicaciones de multifrecuencia agregando estructuras de refuerzo al voladizo, "Dijo Hölscher.

El significado clave del trabajo del grupo es que la capacidad de diseñar puntas o sondas óptimas abre la puerta a infinitas opciones para analizar muestras, con una resolución muy mejorada.

"Se espera que la escritura de piezas mediante impresión 3D se convierta en un gran negocio a escala macroscópica, ", dijo." Pero me sorprendió lo bien que funciona para nanoescala, también. Cuando nuestro grupo comenzó con este proyecto, intentamos estirar continuamente los límites de la tecnología ... pero Ph.D. los estudiantes Philipp-Immanuel Dietrich y Gerald Göring siguieron regresando del laboratorio con nuevos resultados exitosos ".

En cuanto a las aplicaciones futuras a corto plazo, La polimerización de dos fotones estará ampliamente disponible para los investigadores en nanotecnología. "Esperamos que otros grupos que trabajan en el campo de los métodos de exploración de sondas puedan aprovechar nuestro enfoque lo antes posible". "Hölscher señaló." Incluso puede convertirse en un negocio de Internet que le permite diseñar y pedir sondas AFM a través de la web ".

El grupo "seguirá optimizando" su enfoque, Hölscher dijo:y aplicarlo a proyectos de investigación que van desde la biomimética a la óptica y la fotónica.