Немецкие учёные из Мюнхенского Университета Людвига-Максимилиана разработали новый метод, позволяющий легко и быстро изготавливать головки для атомно-силовых микроскопов.

Атомно-силовая микроскопия является одним из наиболее универсальных вариантов сканирующей зондовой микроскопии, позволяющим визуализировать, измерять и манипулировать наноструктурами. «Сердцем» атомно-силового микроскопа является сканирующая головка, содержащая кантилевер, к которому присоединён зонд – заострённая до размера отдельных атомов игла. Измеряя с помощью луча лазера отклонение кантилевера при сканировании поверхности, можно получить её изображение в виде трёхмерного профиля. Это делает атомно-силовую микроскопию очень важным методом. Однако, сегодняшние устройства стоят сотни тысяч долларов, что сильно снижает их доступность.

Немецкие учёные предложили новое решение, которое позволяет быстрее и дешевле изготавливать сканирующие головки. Обычно их изготавливают из металлов путём механической обточки. Новый метод основан на использовании селективного лазерного спекания (SLS – selective laser sintering, торговая марка 3D Systems, Inc.) – технологии быстрого макетирования, в которой мощный лазер используется для сплавления малых частиц порошков металлов, пластмасс или керамик в желаемую трёхмерную форму. Лазер селективно спекает порошковый материал, сканируя двумерные сечения полученные из модели трёхмерного объекта, после чего на объект наносится новый слой порошка и процедура повторяется.

Пластиковая головка атомно-силового микроскопа. Белые детали изготовлены методом лазерной «печати». Инструкция по сборке – на сайте авторов нового метода.

«Отпечатав» таким образом головку атомно-силового микроскопа из пластика, учёные сравнили её работу с обычными алюминиевыми головками. При этом в обоих случаях использовались в точности одни и те же лазерный диод, пьезоактюатор и фотодетектор. Учёные пришли к выводу, что «отпечатанные» микроскопы вполне пригодны для одномолекулярной силовой спектроскопии: уровень шума, являющийся основным ограничением точности измерения, оказался не выше, чем для алюминиевых головок, а тепловой дрейф – даже ниже, вероятно, из-за меньшего коэффициента теплового расширения пластмассы. Использование этого метода позволило учёным оборудовать дополнительную лабораторию, затратив лишь долю обычной цены коммерческих микроскопов.

Василий Артюхов