Il progresso apre la strada a una serie di potenziali nuove applicazioni AFM e scoperte su scala nanometrica
Abu Dhabi, Emirati Arabi Uniti, 26 luglio 2022: un team di ricercatori dell’Advanced Microfluidics and Microdevices Laboratory (AMMLab) della NYU Abu Dhabi ha sviluppato un nuovo tipo di sonde per microscopia a forza atomica (AFM) in vere forme tridimensionali che chiamano 3DTIP. La tecnologia AFM consente agli scienziati di osservare, misurare e manipolare campioni ed entità su micro e nanoscala con una precisione senza precedenti. I nuovi 3DTIP, prodotti utilizzando un processo di stampa 3D in un’unica fase, possono essere utilizzati per una più ampia varietà di applicazioni – e potenziali osservazioni e scoperte – rispetto alle sonde standard a base di silicio più limitate che sono considerate all’avanguardia arte nel nostro tempo.
La microscopia a forza atomica (AFM) è una tecnica per caratterizzare i campioni scansionando una sonda fisica attraverso le superfici, producendo risoluzioni impressionanti 1.000 volte superiori a quelle che la microscopia ottica può ottenere. L’AFM è uno strumento fondamentale in molte discipline, comprese le scienze biomediche, con applicazioni che vanno dalla caratterizzazione di batteri vitali e cellule di mammiferi, all’analisi di molecole di DNA, allo studio delle proteine in tempo reale e all’imaging di molecole fino alla risoluzione subatomica.
La sonda AFM, che comprende un minuscolo raggio a sbalzo con una punta in miniatura all’estremità, è il cuore della tecnologia. Percepisce e percepisce le superfici dei campioni attraverso forze di attrazione e repulsione, nello stesso modo in cui usiamo la punta delle dita, ma con una risoluzione fino al livello atomico. Le sonde AFM commerciali sono realizzate in silicio, utilizzando processi di produzione di semiconduttori convenzionali, tipici dell’industria microelettronica, che sono limitati da progetti 2D e lunghe fasi di produzione. Queste attuali sonde all’avanguardia sono rigide, fragili e disponibili solo in determinate forme. Non sono ideali per sondare la materia molle, come le cellule dei mammiferi.
Nel documento intitolato 3D Generation of Multipurpose Atomic Force Microscopy Tips pubblicato sulla rivista Advanced Science , i ricercatori presentano la loro tecnologia proprietaria per la produzione di sonde AFM di prossima generazione basate sulla stampa 3D con polimerizzazione a due fotoni. I 3DTIP risultanti sono più morbidi delle loro controparti a base di silicio, il che li rende più adatti per applicazioni AFM che implicano interazioni più delicate con cellule, proteine e molecole di DNA. È importante sottolineare che le proprietà del materiale dei 3DTIP consentono di ottenere scansioni oltre 100 volte più veloci rispetto alle normali sonde al silicio di dimensioni simili. Pertanto, i 3DTIP potrebbero aprire le porte all’acquisizione di video che catturano le bioattività di proteine, DNA e molecole ancora più piccole in tempo reale.
“Abbiamo sviluppato una nuova tecnologia per le sonde AFM di prossima generazione con nuovi materiali, design e processi di produzione migliorati, nuove forme in 3D e prototipazione personalizzata per un ciclo di produzione senza interruzioni per sonde AFM incentrate sull’applicazione”, ha affermato Mohammad Qasaimeh, il principale ricercatore del progetto e Professore Associato di Ingegneria Meccanica e Bioingegneria presso la NYUAD. “La capacità di generare sonde AFM personalizzate con design 3D innovativi in un unico passaggio offre infinite opportunità di ricerca multidisciplinare”.
“I nostri 3DTIP sono in grado di ottenere immagini AFM ad alta risoluzione e ad alta velocità utilizzando le modalità AFM comuni e in ambienti aerei e liquidi”, ha affermato il dott. Ayoub Glia, primo autore dello studio e associato post-dottorato presso l’AMMLab. “La raffinazione dell’estremità della punta dei 3DTIP mediante incisione a fascio ionico focalizzato e inclusione di nanotubi di carbonio estende sostanzialmente la loro funzionalità nell’imaging AFM ad alta risoluzione, raggiungendo scale angstrom”.
Gli autori dello studio sperano che le capacità multifunzionali dei 3DTIP possano portare i puntali AFM di nuova generazione ad applicazioni AFM di routine e avanzate ed espandere i campi dell’imaging AFM ad alta velocità e delle misurazioni della forza biologica.
Lo studio è stato finanziato dalla NYU Abu Dhabi, dalla NYU Abu Dhabi Research Enhancement Fund, dagli Emirati Arabi Uniti e dall’International Run Program della Terry Fox Foundation, Vancouver, Canada.
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