Los investigadores de la EPFL han impreso sensores a escala nanométrica capaces de mejorar el rendimiento de los microscopios de fuerza atómica.

Pequeños sensores hechos a través de la impresión 3D a nanoescala pueden ser la base para la próxima generación de microscopios de fuerza atómica. Estos nanosensores pueden mejorar la sensibilidad y la velocidad de detección de los microscopios miniaturizando su componente de detección hasta 100 veces. Los sensores se utilizaron en una aplicación del mundo real por primera vez en EPFL, y los resultados se publican en Comunicaciones de la naturaleza .

Un pequeño tocadiscos que 'escucha' a los átomos

La microscopía de fuerza atómica se basa en una potente tecnología que funciona como un tocadiscos en miniatura. Un pequeño voladizo con una punta nanométrica pasa sobre una muestra y traza su relieve, átomo por átomo. Los movimientos infinitesimales hacia arriba y hacia abajo de la punta son captados por un sensor para poder determinar la topografía de la muestra.

Una forma de mejorar los microscopios de fuerza atómica es miniaturizar el voladizo, ya que esto reducirá la inercia, aumentar la sensibilidad, y acelerar la detección. Los investigadores del Laboratorio de Bio y Nanoinstrumentación de la EPFL lograron esto al equipar el voladizo con un sensor de 5 nanómetros de espesor fabricado con una técnica de impresión 3D a nanoescala. "Utilizando nuestro método, el voladizo puede ser 100 veces más pequeño, "dice Georg Fantner, el director del laboratorio.

Electrones que saltan obstáculos

Los movimientos hacia arriba y hacia abajo de la punta nanométrica se pueden medir a través de la deformación del sensor colocado en el extremo fijo del voladizo. Pero debido a que los investigadores estaban lidiando con movimientos diminutos, más pequeños que un átomo, tuvieron que sacar un truco de su sombrero.

Junto con el laboratorio de Michael Huth en la Goethe Universität en Frankfurt am Main, desarrollaron un sensor compuesto de nanopartículas de platino de alta conductividad rodeadas por una matriz de carbono aislante. Bajo condiciones normales, el carbono aísla los electrones. Pero a nanoescala, entra en juego un efecto cuántico:algunos electrones saltan a través del material aislante y viajan de una nanopartícula a la siguiente. "Es como si la gente que camina por un sendero se topa con una pared y solo unos pocos valientes logran escalarla, "dijo Fantner.

Cuando cambia la forma del sensor, las nanopartículas se alejan más unas de otras y los electrones saltan entre ellas con menos frecuencia. Los cambios en la corriente revelan así la deformación del sensor y la composición de la muestra.

Sensores hechos a medida

La verdadera hazaña de los investigadores fue encontrar una manera de producir estos sensores en dimensiones a nanoescala mientras controlaban cuidadosamente su estructura y, por extensión, sus propiedades. "En un aspirador, distribuimos un gas precursor que contiene platino y átomos de carbono sobre un sustrato. Luego aplicamos un haz de electrones. Los átomos de platino se juntan y forman nanopartículas, y los átomos de carbono forman de forma natural una matriz a su alrededor, "dijo Maja Dukic, el autor principal del artículo. "Al repetir este proceso, podemos construir sensores con cualquier grosor y forma que queramos. Hemos demostrado que podemos construir estos sensores y que funcionan en las infraestructuras existentes. Nuestra técnica ahora se puede utilizar para aplicaciones más amplias, que van desde biosensores, Sensores ABS para automóviles, tocar sensores en membranas flexibles en prótesis y piel artificial ".