Neuartige Small Cantilever

• Antragsteller: Professor Dr.-Ing. Thomas Fröhlich; Professor Dr.-Ing. Ivo W. Rangelow
• Fachliche Zuordnung: Messsysteme ; Mikrosysteme
• Förderung: Förderung von 2017 bis 2020
• Projektkennung: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Projektnummer 327297123

Die Raster-Kraft-Mikroskopie (AFM) erlaubt mikroskopische Aufnahmen mit millionenfacher Vergrößerung und damit die Sichtbarmachung von Einzelmolekülen und sogar Atomen. Sie hat sich in den letzten 15 Jahren zu einer Standard-Analysemethode in vielen Forschungszweigen entwickelt.Für zukünftige Anwendungen in der Biotechnologie oder Live-Science sind zwei Anforderungen von zentraler Wichtigkeit: Zur Darstellung biologischer Prozesse in und an lebenden Zellen benötigt man eine Bildaufnahmegeschwindigkeit, die mindestens vergleichbar ist mit der Geschwindigkeit der ablaufenden Prozesse. Hierzu sind Cantilever mit hoher Resonanzfrequenz erforderlich. Gleichzeitig sollten diese Cantilever kleine Federkonstanten aufweisen, um die Zellen oder Biofilme nicht mechanisch zu beschädigen. Weiterhin werden solche Cantilever zur Erfassung mechanischer Eigenschaften wie der Steifigkeit von biologischen Zellen verwendet (z.B. Kraftspektroskopie an Krebszellen). Für wirklich quantitative und vergleichbare Kraftmessungen wird jedoch eine rückführbare Kalibrierung der Federkonstanten mit geringen Unsicherheiten dringend benötigt.Es sind zurzeit keine Cantilever mit zugleich hohen Resonanzfrequenzen und geringen Federkonstanten erhältlich, die außerdem mit sehr geringen Kräften rückführbar kalibriert sind. Dazu benötigte hochauflösende Kalibriersysteme sind aktuell nicht verfügbar.Das vorgeschlagene Projekt adressiert genau diese fehlenden Punkte. Es sollen sowohl neuartige Small Cantilever mit gleichzeitig hohen Resonanzfrequenzen und niedrigen Federkonstanten als auch ein neues hochauflösendes Messverfahren zur Untersuchung der Zusammenhänge und Kalibrierung der Federkonstanten solcher Cantilevern erforscht werden.Der grundlegende Widerspruch zwischen hoher Resonanzfrequenz und geringer Federkonstante soll durch die Entwicklung von neuartigen Small Cantilevern mit geringeren Abmessungen und somit kleinerer Eigenmasse aufgelöst werden.Die benötigte hohe Kraftauflösung des Systems zur Messung und Kalibrierung der Federkonstanten soll im Wesentlichen erreicht werden, indem dessen Mechanik vereinfacht und damit die Kraftempfindlichkeit erhöht sowie die Störempfindlichkeit verringert wird.

• DFG-Verfahren: Sachbeihilfen
• Mitverantwortliche: Tzvetan Ivanov, Ph.D.; Dr.-Ing. Michael Kühnel; Dr.-Ing. Ilko Rahneberg; Dr. Jens-Peter Zöllner