KIT gelingt Nano-3D-Druck Maßgeschneiderte Spitzen für Rasterkraftmikroskope

Mittels Nano-3D-Druck werden am KIT angepasste Sondenspitzen hergestellt
Mittels Nano-3D-Druck werden am KIT angepasste Sondenspitzen hergestellt.

Rasterkraftmikroskope machen die Nanostruktur von Oberflächen sichtbar. Doch verschiedene Messaufgaben erfordern verschiedene Messnadeln. Am KIT ist es nun gelungen, Messspitzen eine maßgeschneiderte Forum zu geben.

Rasterkraftmikroskopie ermöglicht die Analyse von Oberflächen bis in die atomaren Ebene. Die Standardgrößen der bislang verwendeten Spitzen sind jedoch nicht immer geeignet. So manches Untersuchungsobjekt erfordert besonders gestaltete Form. Sind im Material zum Beispiel starke Vertiefungen wird eine besonders lange Spitze benötigt, um die Oberfläche abzutasten. Wissenschaftler am Karlsruher Institut für Technologie (KIT) sind nun in der Lage Sondenspitzen herzustellen, die an spezielle Anforderungen angepasst sind.

»Biologische Oberflächen – zum Beispiel die Blütenblätter von Tulpen oder Rosen – haben häufig Strukturen, die sehr tief sind und hohe Hügelchen aufweisen«, erläutert Privatdozent Hendrik Hölscher, der am Institut für Mikrostrukturtechnik des KIT die Arbeitsgruppe Rastersonden-Technologien leitet. Die auf dem Markt erhältlichen Spitzen seien typischerweise 15 μm hoch, pyramidenförmig und relativ breit. Anders geformte Spitzen sind zwar erhältlich, jedoch in Handarbeit aufwendig hergestellt und teuer.

Mit Hilfe der 3D-Laserlithografie ist es den KIT-Forschern nun gelungen, maßgeschneiderte Spitzen in beliebiger Gestalt zu formen. Sie haben einen Radius von nur 25 nm. Das Verfahren, mit dem sich jede gewünschte Form mit dem Computer gestalten und anschließend im 3D-Druck herstellen lässt, ist im makroskopischen Bereich bereits seit einiger Zeit bekannt. Auf der Nanoskala ist der Ansatz jedoch sehr anspruchsvoll. Um die gewünschten dreidimensionalen Strukturen zu erhalten, nutzen die Forscher die 3D-Lithografie. Das Verfahren wurde am KIT entwickelt und wird vom Unternehmen Nanoscribe vermarktete. Es basiert auf der Zwei-Photonen-Polymerisation: Stark fokussierte Laserimpulse härten lichtempfindliche Materialien in den gewünschten Strukturen aus. Anschließend werden die Formen aus dem umliegenden und nicht belichteten Material herausgelöst.

Über den Nutzen des Verfahrens für die Verbesserung der Rasterkraftmikroskopie berichten die Forscher unter dem Titel »Tailored probes for atomic force microscopy fabricated by two-photon polymerization« in der Fachzeitschrift Applied Physics Letters. Die Forschung wurde durch die Deutsche Forschungsgemeinschaft, den Europäischen Forschungsrates, die Alfried-Krupp-von-Bohlen-und-Halbach Stiftung sowie durch das Bundesministerium für Bildung und Forschung gefördert.