Advanced Science：新型的3D原子力显微镜探针

时间：2022-07-30 21:26:39 来源：网络整理

来自纽约大学阿布扎比高级微流体和微器件实验室(AMMLab)的一组研究人员开发了一种新型的真正三维形状的原子力显微镜(AFM)探针，他们称之为3DTIps。AFM技术使科学家能够以前所未有的精度观察、测量和操纵样品以及微型和纳米尺度的实体。新的3DTIps使用单步3D打印工艺制造，可以用于更广泛的应用——以及潜在的观察和发现——比标准的、更有限的硅基探针被认为是我们当前最先进的。

原子力显微镜(AFM)是一种通过扫描物理探针表面来表征样品的技术，其分辨率比光学显微镜高1000倍。AFM是包括生物医学在内的许多学科的基础仪器，其应用范围从描述活细菌和哺乳动物细胞，分析DNA分子，实时研究蛋白质，以及成像分子到亚原子分辨率。

AFM探针是这项技术的核心，它由一个末端有一个微型尖端的微型悬臂梁组成。它通过引力和斥力来感知样本表面，就像我们用指尖的方式一样，但分辨率可以达到原子级别。商用AFM探针由硅制成，使用传统的半导体制造工艺，这在微电子工业中很常见，受限于二维设计和冗长的生产步骤。这些目前最先进的探针是刚性的，易碎的，只有在特定的形状。它们对于探测软物质(如哺乳动物细胞)并不理想。

研究人员展示了他们基于双光子聚合3D打印技术生产下一代AFM探针的专利技术。由此产生的3DTIps比硅基的同类产品更柔软，这使得它们更适合AFM应用，包括与细胞、蛋白质和DNA分子的温和相互作用。重要的是，3DTIps的材料特性使其扫描速度比同等尺寸的普通硅探针快100倍以上成为可能。因此，3DTIps可能为获取实时捕捉蛋白质、DNA甚至更小分子生物活性的视频打开了大门。

该项目首席研究员、纽约大学机械工程和生物工程副教授Mohammad Qasaimeh说:“我们已经开发了新一代AFM探针的新技术，采用新材料、改进的设计和生产流程、新颖的3D形状和定制的无缝生产周期的应用AFM探针的原型。”“通过创新的3D设计，一步生成定制的AFM探针的能力提供了无尽的多学科研究机会。”

“我们的3DTIps能够使用普通的AFM模式，在空气和液体环境下获得高分辨率、高速的AFM成像，”该研究的第一作者、AMMLab博士后助理Ayoub Glia博士说。“通过聚焦离子束蚀刻和碳纳米管包裹来细化3DTIps的尖端端，大大扩展了其在高分辨率AFM成像中的功能，达到埃尺度。”

该研究的作者希望3DTIps的多功能能力能够为常规和先进的AFM应用带来下一代AFM tips，并扩展高速AFM成像和生物力测量领域。

这项研究得到了纽约大学阿布扎比分校、阿联酋纽约大学阿布扎比分校研究促进基金以及加拿大温哥华的特里·福克斯基金会国际运行项目的财政支持。

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3D Generation of Multipurpose Atomic Force Microscopy Tips

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