Une équipe de chercheurs du laboratoire de microfluidique et de microdispositifs avancés de NYU Abu Dhabi (AMMLab) a développé un nouveau type de sondes de microscopie à force atomique (AFM) dans de véritables formes tridimensionnelles qu’ils appellent 3DTIP. La technologie AFM permet aux scientifiques d’observer, de mesurer et de manipuler des échantillons et des entités micro et nanométriques avec une précision sans précédent. Les nouveaux 3DTIP, qui sont fabriqués à l’aide d’un processus d’impression 3D en une seule étape, peuvent être utilisés pour une plus grande variété d’applications (et d’observations et de découvertes potentielles) que les sondes standard à base de silicium plus limitées qui sont considérées comme à la pointe de la technologie. l’art à notre époque.
La microscopie à force atomique (AFM) est une technique permettant de caractériser des échantillons en balayant une sonde physique sur des surfaces, produisant des résolutions impressionnantes 1 000 fois supérieures à celles que la microscopie optique peut atteindre. L’AFM est un instrument fondamental dans de nombreuses disciplines, y compris les sciences biomédicales, avec des applications allant de la caractérisation des bactéries viables et des cellules de mammifères, l’analyse des molécules d’ADN, l’étude des protéines en temps réel et l’imagerie des molécules jusqu’à la résolution subatomique.
La sonde AFM, composée d’un minuscule faisceau en porte-à-faux avec une pointe miniature à son extrémité, est au cœur de la technologie. Il détecte et ressent les surfaces des échantillons grâce à des forces d’attraction et de répulsion, de la même manière que nous utilisons nos doigts, mais avec une résolution jusqu’au niveau atomique. Les sondes AFM commerciales sont fabriquées à partir de silicium, en utilisant des procédés de fabrication de semi-conducteurs conventionnels, typiques de l’industrie de la microélectronique, qui sont limités par des conceptions 2D et de longues étapes de production. Ces sondes à la pointe de la technologie sont rigides, cassantes et uniquement disponibles dans certaines formes. Ils ne sont pas idéaux pour sonder la matière molle, comme les cellules de mammifères.
Dans l’article publié dans la revue Sciences avancées, les chercheurs présentent leur technologie propriétaire pour produire des sondes AFM de nouvelle génération basées sur l’impression 3D par polymérisation à deux photons. Les 3DTIP résultants sont plus souples que leurs homologues à base de silicium, ce qui les rend plus adaptés aux applications AFM impliquant des interactions plus douces avec les cellules, les protéines et les molécules d’ADN. Il est important de noter que les propriétés matérielles des 3DTIP permettent d’obtenir des scans plus de 100 fois plus rapides que les sondes en silicium ordinaires de dimensions similaires. Par conséquent, les 3DTIP pourraient ouvrir la porte à l’acquisition de vidéos qui capturent les bioactivités des protéines, de l’ADN et même des molécules plus petites en temps réel.
« Nous avons développé une nouvelle technologie pour les sondes AFM de nouvelle génération avec de nouveaux matériaux, des conceptions et des processus de production améliorés, de nouvelles formes en 3D et un prototypage personnalisé pour un cycle de production transparent pour les sondes AFM axées sur les applications », a déclaré Mohammad Qasaimeh, directeur chercheur du projet et professeur agrégé de génie mécanique et de bio-ingénierie à NYUAD. « La possibilité de générer des sondes AFM personnalisées avec des conceptions 3D innovantes en une seule étape offre des opportunités de recherche multidisciplinaire sans fin. »
« Nos 3DTIP sont capables d’obtenir une imagerie AFM haute résolution et à grande vitesse en utilisant des modes AFM courants, et sous des environnements aériens et liquides », a déclaré le Dr Ayoub Glia, premier auteur de l’étude et associé postdoctoral à l’AMMLab. « Le raffinement de l’extrémité de pointe des 3DTIP par gravure par faisceau ionique focalisé et inclusion de nanotubes de carbone étend considérablement leur fonctionnalité dans l’imagerie AFM haute résolution, atteignant des échelles d’angström. »
Les auteurs de l’étude espèrent que les capacités multifonctionnelles des 3DTIP pourraient apporter des pointes AFM de nouvelle génération aux applications AFM de routine et avancées et élargir les domaines de l’imagerie AFM à grande vitesse et des mesures de force biologique.
Ayoub Glia et al, Génération 3D d’embouts de microscopie à force atomique polyvalents, Sciences avancées (2022). DOI : 10.1002/advs.202201489