Forum für Wissenschaft, Industrie und Wirtschaft

Hauptsponsoren:     3M 
Datenbankrecherche:

 

Nanodrähte als Sensoren in neuem Rasterkraftmikroskop

18.10.2016

Mit einem neu entwickelten Rasterkraftmikroskop können Nanodrähte als winzige Sensoren eingesetzt werden – womit sich im Gegensatz zu herkömmlichen Geräten sowohl Grösse als auch Richtung von Kräften messen lassen. Dies berichten Physiker der Universität Basel und der EPF Lausanne im Fachblatt «Nature Nanotechnology».

Nanodrähte sind extrem dünne, langgestreckte Kristalle, die Molekül für Molekül aus verschiedenen Materialien aufgebaut werden können und wegen ihrer besonderen Eigenschaften zurzeit von zahlreichen Forschungsteams weltweit untersucht werden.


Ein Nanodraht-Sensor kann sowohl die Grösse als auch Richtung von Kräften messen

Universität Basel, Departement Physik

Die Drähte haben normalerweise einen Durchmesser von maximal 100 Nanometern und sind damit etwa tausendmal dünner als ein menschliches Haar. Aufgrund ihrer winzigen Abmessungen besitzen sie eine im Vergleich zum Volumen enorm grosse Oberfläche, haben eine sehr geringe Masse und zeichnen sich durch ein fast fehlerfreies Kristallgitter aus. Nanodrähte sind daher gut geeignet, um als winzige Sensoren für biologische und chemische Proben, aber auch als Druck- oder Ladungssensoren eingesetzt zu werden.

Richtung und Grösse gemessen

Das Basler Forschungsteam um Argovia-Professor Martino Poggio vom Swiss Nanoscience Institute (SNI) und dem Departement Physik der Universität Basel zeigt nun, dass Nanodrähte auch als Sensoren in Rasterkraftmikroskopen zur Erfassung von Kräften verwendet werden können. Wegen ihrer besonderen mechanischen Eigenschaften vibrieren diese Drähte entlang zweier senkrecht zueinander stehender Achsen mit etwa derselben Frequenz.

Wird nun ein Nanodraht in ein Rasterkraftmikroskop integriert, können die Forscher diese senkrecht zueinander stehenden Vibrationsänderungen, die durch verschiedene Kräfte ausgelöst werden, messen. Sie nutzen die Nanodrähte damit als winzige mechanische Kompassnadeln, die sowohl die Richtung als auch die Grösse der umgebenden Kräfte anzeigen.

Bild des zweidimensionalen Kräftefelds

Die Basler Wissenschaftler beschreiben, wie sie mit einem Nanodraht-Sensor eine strukturierte Probenoberfläche abgebildet haben. Zusammen mit Kollegen von der EPF Lausanne, welche die Nanodrähte herstellen, konnten sie das zweidimensionale Kräftefeld über der Probenoberfläche mit dem Nanodraht-Kompass abbilden. Um zu beweisen, dass das Prinzip der Messung erfolgreich ist, generierten die Forscher mithilfe von winzigen Elektroden auch Test-Kraftfelder und bildeten diese erfolgreich ab.


Die grösste technische Herausforderung war dabei, ein Gerät zu realisieren, das einen Nanodraht über der Oberfläche scannen kann und gleichzeitig seine Vibration in zwei senkrecht zueinander laufenden Richtungen beobachtet. Entwickelt wurde daher ein neuer Typ von Rasterkraftmikroskop, womit dessen vielfältiger Einsatz noch erweitert werden kann.

Rasterkraftmikroskop heute breit eingesetzt

Die Entwicklung des Rasterkraftmikroskops vor 30 Jahren wurde Anfang September 2016 mit der Verleihung des hochdotierten Kavli-Preises ausgezeichnet. Prof. Christoph Gerber von SNI und Departement Physik der Universität Basel ist einer der drei Preisträger, der mit seiner Arbeit massgeblich dazu beigetragen hat, dass diese Art von Mikroskopie aus Bereichen wie Festkörperphysik, Materialwissenschaften, Biologie und Medizin nicht mehr wegzudenken ist.

Die verschiedenen Typen von Rasterkraftmikroskopen besitzen in der Regel Federbalken aus kristallinem Silizium als mechanische Sensoren. «Wenn wir nun die deutlich kleineren Nanodrähten einsetzen, öffnet das die Tür für weitere Verbesserungen dieser enorm erfolgreichen Technik», sagt Martino Poggio.

Die Studie wurde unterstützt von European Research Council Starting Grant NWScan, Swiss Nanoscience Institute, Kanton Aargau, Schweizerischem Nationalfonds und dem Nationalen Forschungsschwerpunkt «Quantum Science and Technology».

Originalbeitrag
Nicola Rossi, Floris R. Braakman, Davide Cadeddu, Denis Vasyukov, Gözde Tütüncüoglu, Anna Fontcuberta i Morral & Martino Poggio
Vectorial scanning force microcopy using a nanowire sensor
Nature Nanotechnology (2016), doi: 10.1038/nnano.2016.189

Weitere Informationen:

https://www.unibas.ch/de/Aktuell/News/Uni-Research/Nanodraehte-als-Sensoren-in-n...

Olivia Poisson | Universität Basel

Weitere Nachrichten aus der Kategorie Physik Astronomie:

nachricht Neue Methode für die Datenübertragung mit Licht
29.05.2017 | Leibniz-Institut für Photonische Technologien e. V.

nachricht Schnell wachsende Galaxien könnten kosmisches Rätsel lösen – zeigen früheste Verschmelzung
26.05.2017 | Max-Planck-Institut für Astronomie

Alle Nachrichten aus der Kategorie: Physik Astronomie >>>

Die aktuellsten Pressemeldungen zum Suchbegriff Innovation >>>

Die letzten 5 Focus-News des innovations-reports im Überblick:

Im Focus: Neue Methode für die Datenübertragung mit Licht

Der steigende Bedarf an schneller, leistungsfähiger Datenübertragung erfordert die Entwicklung neuer Verfahren zur verlustarmen und störungsfreien Übermittlung von optischen Informationssignalen. Wissenschaftler der Universität Johannesburg, des Instituts für Angewandte Optik der Friedrich-Schiller-Universität Jena und des Leibniz-Instituts für Photonische Technologien Jena (Leibniz-IPHT) präsentieren im Fachblatt „Journal of Optics“ eine neue Möglichkeit, glasfaserbasierte und kabellose optische Datenübertragung effizient miteinander zu verbinden.

Dank des Internets können wir in Sekundenbruchteilen mit Menschen rund um den Globus in Kontakt treten. Damit die Kommunikation reibungslos funktioniert,...

Im Focus: Strathclyde-led research develops world's highest gain high-power laser amplifier

The world's highest gain high power laser amplifier - by many orders of magnitude - has been developed in research led at the University of Strathclyde.

The researchers demonstrated the feasibility of using plasma to amplify short laser pulses of picojoule-level energy up to 100 millijoules, which is a 'gain'...

Im Focus: Lässt sich mit Boten-RNA das Immunsystem gegen Staphylococcus aureus scharf schalten?

Staphylococcus aureus ist aufgrund häufiger Resistenzen gegenüber vielen Antibiotika ein gefürchteter Erreger (MRSA) insbesondere bei Krankenhaus-Infektionen. Forscher des Paul-Ehrlich-Instituts haben immunologische Prozesse identifiziert, die eine erfolgreiche körpereigene, gegen den Erreger gerichtete Abwehr verhindern. Die Forscher konnten zeigen, dass sich durch Übertragung von Protein oder Boten-RNA (mRNA, messenger RNA) des Erregers auf Immunzellen die Immunantwort in Richtung einer aktiven Erregerabwehr verschieben lässt. Dies könnte für die Entwicklung eines wirksamen Impfstoffs bedeutsam sein. Darüber berichtet PLOS Pathogens in seiner Online-Ausgabe vom 25.05.2017.

Staphylococcus aureus (S. aureus) ist ein Bakterium, das bei weit über der Hälfte der Erwachsenen Haut und Schleimhäute besiedelt und dabei normalerweise keine...

Im Focus: Can the immune system be boosted against Staphylococcus aureus by delivery of messenger RNA?

Staphylococcus aureus is a feared pathogen (MRSA, multi-resistant S. aureus) due to frequent resistances against many antibiotics, especially in hospital infections. Researchers at the Paul-Ehrlich-Institut have identified immunological processes that prevent a successful immune response directed against the pathogenic agent. The delivery of bacterial proteins with RNA adjuvant or messenger RNA (mRNA) into immune cells allows the re-direction of the immune response towards an active defense against S. aureus. This could be of significant importance for the development of an effective vaccine. PLOS Pathogens has published these research results online on 25 May 2017.

Staphylococcus aureus (S. aureus) is a bacterium that colonizes by far more than half of the skin and the mucosa of adults, usually without causing infections....

Im Focus: Orientierungslauf im Mikrokosmos

Physiker der Universität Würzburg können auf Knopfdruck einzelne Lichtteilchen erzeugen, die einander ähneln wie ein Ei dem anderen. Zwei neue Studien zeigen nun, welches Potenzial diese Methode hat.

Der Quantencomputer beflügelt seit Jahrzehnten die Phantasie der Wissenschaftler: Er beruht auf grundlegend anderen Phänomenen als ein herkömmlicher Rechner....

Alle Focus-News des Innovations-reports >>>

Anzeige

Anzeige

IHR
JOB & KARRIERE
SERVICE
im innovations-report
in Kooperation mit academics
Veranstaltungen

Lebensdauer alternder Brücken - prüfen und vorausschauen

29.05.2017 | Veranstaltungen

49. eucen-Konferenz zum Thema Lebenslanges Lernen an Universitäten

29.05.2017 | Veranstaltungen

Internationale Konferenz an der Schnittstelle von Literatur, Kultur und Wirtschaft

29.05.2017 | Veranstaltungen

 
VideoLinks
B2B-VideoLinks
Weitere VideoLinks >>>
Aktuelle Beiträge

Neue Methode für die Datenübertragung mit Licht

29.05.2017 | Physik Astronomie

Deutschlandweit erstmalig: Selbstauflösender Bronchial-Stent für Säugling

29.05.2017 | Medizintechnik

Professionelle Mooszucht für den Klimaschutz – Projektstart in Greifswald

29.05.2017 | Ökologie Umwelt- Naturschutz