Новые 3DTIP, которые изготавливаются с использованием одноэтапного процесса 3D-печати, могут использоваться для более широкого спектра приложений — и потенциальных наблюдений и открытий — чем стандартные, более ограниченные датчики на основе кремния, которые считаются современным искусством в наше время.

Атомно-силовая микроскопия (АСМ) — это метод определения характеристик образцов путем сканирования поверхности физическим зондом, обеспечивающий впечатляющее разрешение, в 1000 раз превышающее возможности оптической микроскопии. АСМ является фундаментальным инструментом во многих дисциплинах, включая биомедицинские науки, с приложениями, варьирующимися от характеристики жизнеспособных бактерий и клеток млекопитающих, анализа молекул ДНК, изучения белков в реальном времени и визуализации молекул до субатомного разрешения.

Зонд АСМ , состоящий из крошечного консольного луча с миниатюрным наконечником на конце, является ядром технологии. Он воспринимает и ощущает поверхности образца за счет сил притяжения и отталкивания, так же как мы пользуемся кончиками пальцев, но с разрешением вплоть до атомарного уровня. Коммерческие датчики АСМ изготавливаются из кремния с использованием обычных процессов производства полупроводников, типичных для микроэлектронной промышленности, которые ограничены двумерными конструкциями и длительными производственными этапами. Эти современные датчики являются жесткими, хрупкими и доступны только в определенных формах. Они не идеальны для исследования мягких тканей, таких как клетки млекопитающих.

В статье, опубликованной в журнале Advanced Science, исследователи представляют свою запатентованную технологию производства АСМ-зондов нового поколения на основе 3D-печати с двухфотонной полимеризацией. Полученные 3DTIP более мягкие, чем их аналоги на основе кремния, что делает их более подходящими для приложений АСМ, предполагающих более мягкое взаимодействие с клетками, белками и молекулами ДНК. Важно отметить, что свойства материала 3DTIP позволяют выполнять сканирование более чем в 100 раз быстрее, чем обычные кремниевые датчики аналогичных размеров. Таким образом, 3DTIP могут открыть двери для получения видеороликов, фиксирующих биологическую активность белков, ДНК и даже более мелких молекул в режиме реального времени.

«Мы разработали новую технологию для зондов АСМ следующего поколения с новыми материалами, улучшенными конструкциями и производственными процессами , новыми формами в 3D и индивидуальным прототипированием для непрерывного производственного цикла зондов АСМ, ориентированных на применение», — сказал Мохаммад Касаймех, руководитель исследователь проекта и доцент кафедры машиностроения и биоинженерии NYUAD. «Возможность создания индивидуальных АСМ-зондов с инновационным 3D-дизайном за один шаг открывает бесконечные возможности междисциплинарных исследований».

«Наши 3DTIP способны получать высокоскоростные АСМ-изображения с высоким разрешением с использованием обычных режимов АСМ, а также в воздушной и жидкой средах», — сказал д-р Аюб Глиа, первый автор исследования и научный сотрудник лаборатории AMMLab. «Уточнение кончика 3DTIP путем травления сфокусированным ионным пучком и включения углеродных нанотрубок существенно расширяет их функциональные возможности при получении изображений АСМ с высоким разрешением, достигая ангстремных масштабов».

Авторы исследования надеются, что многофункциональные возможности 3DTIP позволят использовать наконечники АСМ следующего поколения для рутинных и продвинутых приложений АСМ и расширить области высокоскоростной визуализации АСМ и измерения биологической силы.