eng
Выпуск #4/2017
И.Яминский, А.Ахметова, М.Смирнова
Сканирующая зондовая микроскопия локальных химических реакций в осажденных тонких пленках
Сканирующая зондовая микроскопия локальных химических реакций в осажденных тонких пленках
Просмотры: 3882
Интеграция режима сканирующей капиллярной микроскопии в сканирующие зондовые микроскопы открывает новые возможности в области управления локальными химическими реакциями.
УДК 621.385.833
ВАК 05.11.13
DOI: 10.22184/1993-8578.2017.75.4.64.67
УДК 621.385.833
ВАК 05.11.13
DOI: 10.22184/1993-8578.2017.75.4.64.67
Теги: scanning capillary microscopy scanning probe microscopy сканирующая зондовая микроскопия сканирующая капиллярная микроскопия
Для многих практических приложений особый интерес представляет контролируемая модификация поверхности в естественных условиях – на воздухе и в жидких средах, в том числе проведение химических реакций с вовлечением минимального количества атомов и молекул. Изменение свойств поверхности и проведение химических реакций в областях нанометрового масштаба открывает новые пути создания химических и биологических сенсоров с предельной чувствительностью на уровне единичных атомов и молекул.
Именно определение основных закономерностей локальной модификации поверхности в условиях естественного окружения является ключевой задачей совместного проекта ученых МГУ им. М.В.Ломоносова и Шарифского университета (Тегеран, Иран) [1]. Иранские коллеги во главе с научным руководителем проекта Фаршадом Салехи обладают большим опытом фундаментальных исследований тонких пленок, имеют богатую экспериментальную технологическую базу для создания проводящих и диэлектрических пленок с требуемыми параметрами. Благодаря совместной реализации проекта разработаны новые методы модификации поверхности в естественных средах с изменчивыми параметрами: температурой, составом, скоростью потока и пр.
В сканирующем зондовом микроскопе "ФемтоСкан", который активно используется в научных исследованиях и технологических работах как российской, так и иранской сторонами, реализована уникальная возможность управления всеми режимами измерений в многопользовательском режиме через Интернет. Благодаря этому эксперименты по сканирующей зондовой микроскопии проводятся совместно удаленным образом, причем как российские, так и иранские ученые получают все данные в режиме реального времени. Это особенно важно для сложных и длительных экспериментов, к которым относятся опыты по модификации поверхности материалов, экспериментальные работы по определению влияния параметров окружающей среды на характер протекания поверхностных локальных реакций.
В данный момент наша группа осуществляет интеграцию режима сканирующей капиллярной микроскопии в сканирующие зондовые микроскопы "ФемтоСкан" и "ФемтоСкан Х" [2]. С помощью сканирующего туннельного микроскопа исследуется возможность удаления отдельных атомов и локальных областей с графитовых подложек в воздушной среде при контролируемой влажности в диапазоне 10–95%. Также перед нами стоит задача апробации технологии создания многоканальных капилляров с диаметром выходных отверстий от 5 до 100 нм.
Другие задачи проекта:
• создание литографического рисунка с помощью сканирующего зондового микроскопа с характерным размером на уровне 50 нм на поверхности углеродных материалов, металлических пленок (алюминий, титан) и полупроводников (легированный кремний);
• отработка методов литографии с атомным разрешением на воздухе и в условиях контролируемой газовой среды;
• оценка локального энергетического воздействия электрического импульса на поверхность материалов.
В перспективе рассматриваются задачи доставки химических реагентов и буферов в область нанометрового масштаба с помощью многоканальных капиллярных систем. Для этих задач используется сканирующий ион-проводящий микроскоп, в котором капиллярный зонд может выступать в качестве средства доставки веществ, электрохимического сенсора, измерителя pH, тест-системы для обнаружения ионов металлов и др. Такое решение позволяет реализовать новые подходы в нанолитографии в условиях естественного окружения – воздушной и водной среды. Многоканальный капиллярный зонд дает возможность создавать в локальной области условия для протекания заданных локальных химических реакций. Возможности сканирующей ион-проводящей микроскопии значительно шире, чем просто наблюдение рельефа поверхности шероховатых объектов с низкой механической жесткостью. Использование многоканальных капилляров в качестве зонда перспективно для мультипараметрического анализа клеток [3, 4].
В настоящее время многоканальные капилляры используются в центре молодежного инновационного творчества "Нанотехнологии" при изучении клеток крови в рамках направления "Биомедицина" платформы Healthnet Национальной технологической инициативы (рис.1–3). С помощью многоканальных капилляров изучается возможность определения антибиотикорезистентности бактерий E.coli. С применением сканирующего ион-проводящего микроскопа ведется работа по визуализации эритроцитов, в частности, осваивается техника деликатного прикрепления эритроцитов к покровному стеклу с использованием полилизина.
Исследование выполнено при финансовой поддержке РФФИ в рамках научного проекта 17-52-560001. Авторы выражают искреннюю благодарность Правительству Москвы, Департаменту науки, промышленной политики и предпринимательства г. Москвы, Минэкономразвития России (Договор № 8/3-63ин-16 от 22 августа 2016 года) за финансовую поддержку проектов ЦМИТ "Нанотехнологии".
ЛИТЕРАТУРА
1. Ахметова А., Мешков Г., Яминский И., Салехи Ф. "ФемтоСкан" и международное сотрудничество // НАНОИНДУСТРИЯ. 2016. № 67(5). C. 90–92.
2. Синицына О.В., Яминский И.В. Сканирующая капиллярная микроскопия // Медицина и высокие технологии. 2016. № 4. C. 20–21.
3. Макарова Е., Багров Д., Горелкин П., Ерофеев А., Яминский И. Наблюдение эритроцитов с помощью атомно-силовой и сканирующей ион-проводящей микроскопии // НАНОИНДУСТРИЯ. 2015. № 56(2). C. 42–47.
4. Макарова Е.С., Багров Д.В., Горелкин П.В., Ерофеев А.С., Яминский И.В. Визуализация эритроцитов методами атомно-силовой и сканирующей ион-проводящей микроскопии // Медицина и высокие технологии. 2015. № 2. C. 42–45.
1 Физический факультет МГУ им. М.В.Ломоносова / Lomonosov Moscow State University, Faculty of Physics.
2 Центр перспективных технологий / Advanced Technologies Center.
Именно определение основных закономерностей локальной модификации поверхности в условиях естественного окружения является ключевой задачей совместного проекта ученых МГУ им. М.В.Ломоносова и Шарифского университета (Тегеран, Иран) [1]. Иранские коллеги во главе с научным руководителем проекта Фаршадом Салехи обладают большим опытом фундаментальных исследований тонких пленок, имеют богатую экспериментальную технологическую базу для создания проводящих и диэлектрических пленок с требуемыми параметрами. Благодаря совместной реализации проекта разработаны новые методы модификации поверхности в естественных средах с изменчивыми параметрами: температурой, составом, скоростью потока и пр.
В сканирующем зондовом микроскопе "ФемтоСкан", который активно используется в научных исследованиях и технологических работах как российской, так и иранской сторонами, реализована уникальная возможность управления всеми режимами измерений в многопользовательском режиме через Интернет. Благодаря этому эксперименты по сканирующей зондовой микроскопии проводятся совместно удаленным образом, причем как российские, так и иранские ученые получают все данные в режиме реального времени. Это особенно важно для сложных и длительных экспериментов, к которым относятся опыты по модификации поверхности материалов, экспериментальные работы по определению влияния параметров окружающей среды на характер протекания поверхностных локальных реакций.
В данный момент наша группа осуществляет интеграцию режима сканирующей капиллярной микроскопии в сканирующие зондовые микроскопы "ФемтоСкан" и "ФемтоСкан Х" [2]. С помощью сканирующего туннельного микроскопа исследуется возможность удаления отдельных атомов и локальных областей с графитовых подложек в воздушной среде при контролируемой влажности в диапазоне 10–95%. Также перед нами стоит задача апробации технологии создания многоканальных капилляров с диаметром выходных отверстий от 5 до 100 нм.
Другие задачи проекта:
• создание литографического рисунка с помощью сканирующего зондового микроскопа с характерным размером на уровне 50 нм на поверхности углеродных материалов, металлических пленок (алюминий, титан) и полупроводников (легированный кремний);
• отработка методов литографии с атомным разрешением на воздухе и в условиях контролируемой газовой среды;
• оценка локального энергетического воздействия электрического импульса на поверхность материалов.
В перспективе рассматриваются задачи доставки химических реагентов и буферов в область нанометрового масштаба с помощью многоканальных капиллярных систем. Для этих задач используется сканирующий ион-проводящий микроскоп, в котором капиллярный зонд может выступать в качестве средства доставки веществ, электрохимического сенсора, измерителя pH, тест-системы для обнаружения ионов металлов и др. Такое решение позволяет реализовать новые подходы в нанолитографии в условиях естественного окружения – воздушной и водной среды. Многоканальный капиллярный зонд дает возможность создавать в локальной области условия для протекания заданных локальных химических реакций. Возможности сканирующей ион-проводящей микроскопии значительно шире, чем просто наблюдение рельефа поверхности шероховатых объектов с низкой механической жесткостью. Использование многоканальных капилляров в качестве зонда перспективно для мультипараметрического анализа клеток [3, 4].
В настоящее время многоканальные капилляры используются в центре молодежного инновационного творчества "Нанотехнологии" при изучении клеток крови в рамках направления "Биомедицина" платформы Healthnet Национальной технологической инициативы (рис.1–3). С помощью многоканальных капилляров изучается возможность определения антибиотикорезистентности бактерий E.coli. С применением сканирующего ион-проводящего микроскопа ведется работа по визуализации эритроцитов, в частности, осваивается техника деликатного прикрепления эритроцитов к покровному стеклу с использованием полилизина.
Исследование выполнено при финансовой поддержке РФФИ в рамках научного проекта 17-52-560001. Авторы выражают искреннюю благодарность Правительству Москвы, Департаменту науки, промышленной политики и предпринимательства г. Москвы, Минэкономразвития России (Договор № 8/3-63ин-16 от 22 августа 2016 года) за финансовую поддержку проектов ЦМИТ "Нанотехнологии".
ЛИТЕРАТУРА
1. Ахметова А., Мешков Г., Яминский И., Салехи Ф. "ФемтоСкан" и международное сотрудничество // НАНОИНДУСТРИЯ. 2016. № 67(5). C. 90–92.
2. Синицына О.В., Яминский И.В. Сканирующая капиллярная микроскопия // Медицина и высокие технологии. 2016. № 4. C. 20–21.
3. Макарова Е., Багров Д., Горелкин П., Ерофеев А., Яминский И. Наблюдение эритроцитов с помощью атомно-силовой и сканирующей ион-проводящей микроскопии // НАНОИНДУСТРИЯ. 2015. № 56(2). C. 42–47.
4. Макарова Е.С., Багров Д.В., Горелкин П.В., Ерофеев А.С., Яминский И.В. Визуализация эритроцитов методами атомно-силовой и сканирующей ион-проводящей микроскопии // Медицина и высокие технологии. 2015. № 2. C. 42–45.
1 Физический факультет МГУ им. М.В.Ломоносова / Lomonosov Moscow State University, Faculty of Physics.
2 Центр перспективных технологий / Advanced Technologies Center.
Отзывы читателей
