Moleculaire koolstofbuisjes tasten oppervlak af

Met de uitvinding van de Scanning Tunneling Microscoop (STM) in de jaren tachtig kregen onderzoekers in zo ongeveer elke tak van natuurwetenschap er een ongelofelijk krachtig instrument bij om hun monsters tot op moleculaire schaal te bekijken. Dat gold eens te meer toen al snel een heel scala van nauw verwante microscopen werd ontwikkeld.

Hiervan is de Atomic Force Microscoop (AFM) misschien wel het meest veelzijdig gebleken. De naald (ook wel tip) van deze 'moleculaire platenspeler' tast voorzichtig een oppervlak af, terwijl zijn bewegingen nauwkeurig worden geregistreerd met behulp van een klein lasertje. Zo kunnen in gunstige gevallen zelfs de atomen in een vaste stof zichtbaar worden gemaakt. Daarvoor is het echter wel noodzakelijk dat de tip op atomaire schaal scherp is.

En dat is vaak geen eenvoudige opgave. Zo worden AFM-tips - een paar honderd nanometer hoge silicium piramides - weliswaar met behulp van geavanceerde microtechnologie gefabriceerd, maar dat is lang niet altijd een garantie voor een optimale scherpte. Maar al te vaak bevinden er zich in het te onderzoeken monster veel scherpere of kleinere structuren, waardoor deze niet door de tip worden afgebeeld, maar juist een afbeelding van de tip maken. Bovendien variëren de tips onderling sterk en hebben de piramides een vrij brede basis waardoor ze moeilijk in smalle gootjes kunnen komen.

Dat lijkt allemaal voorbij nu fysici en chemici van Rice University in Texas (onder wie de Nobelprijswinnaar chemie Richard Smalley) erin geslaagd zijn om buckytubes aan een standaard AFM-tip te bevestigen (Nature, 14 november). Deze moleculaire koolstofbuisjes, met een diameter tussen de 5 en 20 nanometer en een lengte van een paar micron, bleken stevig genoeg om monsters af te tasten en overleefden zelfs de soms onvermijdelijke crashes. Ze zijn namelijk erg flexibel en oefenen dus slechts een uiterst kleine kracht uit, zodat ook tere (biologische) preparaten zonder te beschadigen bekeken kunnen worden. Ten slotte zijn ze ook nog eens geleidend, zodat ook toepassing in een STM tot de mogelijkheden behoort.

Helemaal interessant wordt het wanneer de buisjes chemisch gemodificeerd zouden worden, waardoor meer specifieke informatie beschikbaar kan komen, bijvoorbeeld over het soort atomen dat zich onder de tip bevindt.

    • Rob van den Berg