3D-Druck im Nanobereich

Verbesserte Komponenten für Mikroskope

Rasterkraftmikroskope machen die Nanostruktur von Oberflächen sichtbar. Dazu wird das Material mit feinsten Messnadeln von Sonden abgetastet. Karlsruher Forschern ist es jetzt gelungen, diesen Messnadeln eine verbesserte, maßgeschneiderte Form zu geben – mittels 3D-Laserlithografie, einem 3D-Drucker für Strukturen in Nanometer-Größe.

Rasterkraftmikroskopie analysiert Oberflächen bis in die atomare Ebene hinein. Die dafür gebräuchlichen Spitzen waren bisher in Standardgrößen erhältlich, die sich nicht für jeden Einsatz eignen. So erfordern manche Untersuchungsobjekte eine speziell gestaltete Form.

Zwar sind alternativ geformte Spitzen verfügbar, ihre Herstellung ist aber aufwendig und teuer. Wissenschaftler des Karlsruher Instituts für Technologie (KIT) haben eine Methode entwickelt, optimal an spezielle Anforderungen angepasste Sondenspitzen einfach herzustellen.

Radius von nur 25 Nanometer

Dazu nutzen die Forscher 3D-Laserlithografie. Mit der Technik können sie maßgeschneiderte Spitzen in beliebiger Gestalt formen, die einen Radius von nur 25 Nanometer haben. Die gewünschte Form wird mit dem Computer gestaltet und anschließend im 3D-Druck hergestellt. Das Verfahren ist im makroskopischen Bereich bereits einige Zeit bekannt, auf der Nanoskala ist dieser Ansatz anspruchsvoll.

Um die gewünschten dreidimensionalen Strukturen zu erhalten, nutzen die Forscher das am KIT entwickelte und von dem Unternehmen Nanoscribe vermarktete Verfahren der 3D-Lithografie. Es basiert auf der Zwei-Photonen-Polymerisation: Stark fokussierte Laserimpulse lassen lichtempfindliche Materialien in den gewünschten Strukturen aushärten. Die Materialien werden anschließend aus dem umliegenden, nicht belichteten Material herausgelöst. So lässt sich für jede Probe die ideale Spitze herstellen.

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