Rasterkraft à la carte

Mit Hilfe der Rasterkraftmikroskopie ist es möglich, Oberflächen bis in die atomare Ebene hinein zu analysieren. Die bislang dafür gebräuchlichen, in Standardgrößen erhältlichen Spitzen eignen sich jedoch nicht für jeden Einsatz. Manch ein Untersuchungs­objekt erfordert eine speziell gestaltete Form oder eine besonders lange Spitze, mit der sich starke Vertiefungen im Material abtasten lassen. Wissenschaftler am Karlsruher Institut für Technologie (KIT) zeigen jetzt, wie es möglich ist, optimal an spezielle Anforderungen angepasste Sonden­spitzen einfach herzustellen.

„Biologische Oberflächen, zum Beispiel die Blütenblätter von Tulpen oder Rosen, haben häufig Strukturen, die sehr tief sind und hohe Hügelchen aufweisen“, sagt Hendrik Hölscher, der am Institut für Mikrostrukturtechnik des KIT die Arbeits­gruppe Raster­sonden-Technologien leitet. Die auf dem Markt erhältlichen Spitzen seien typischerweise 15 Mikrometer hoch, pyramidenförmig und relativ breit, so der Physiker. Anders geformte Spitzen sind zwar zu kaufen, jedoch aufwändig in Hand­arbeit hergestellt und teuer.

Mit Hilfe der 3D-Laserlithografie ist es den Karlsruher Forschern nun gelungen, maß­geschneiderte Spitzen in beliebiger Gestalt zu formen, die einen Radius von nur 25 Nanometern haben. Das Verfahren, mit dem sich jede gewünschte Form mit dem Computer gestalten und anschließend im 3D-Druck herstellen lässt, ist im makro­skopischen Bereich bereits einige Zeit bekannt, auf der Nano­skala ist dieser Ansatz jedoch anspruchsvoll. Um die jeweils gewünschten drei­dimensionalen Strukturen zu erhalten, nutzen die Forscher das am KIT entwickelte und von dem Unternehmen Nanoscribe – einer Ausgründung des KIT – vermarktete Verfahren der 3D-Lithografie. Sie basiert auf der Zwei-Photonen-Polymerisation: Stark fokussierte Laserimpulse lassen licht­empfindliche Materialien in den gewünschten Strukturen aushärten, die anschließend aus dem umliegenden, nicht belichteten Material herausgelöst werden. „Die Methode bietet den Vorteil, dass sich für jede Probe, die man untersuchen möchte, die perfekte Spitze herstellen lässt“, erläutert Hölscher.

Die in beliebiger Form herstellbaren Spitzen lassen sich auf herkömmliche handelsübliche Messnadeln aufsetzen und zeigen einen geringen Verschleiß. Sie eignen sich hervorragend für die Untersuchung von biologischen Proben, aber auch von technischen und optischen Komponenten auf der Nanoebene.

KIT / DE