Kombinierte Mikroskopietechnik fängt lichtgesteuerte Polymere auf frischer Tat ein
Forscher kombinieren Hochgeschwindigkeits-Atomkraftmikroskopie mit einer Laserlichtquelle zur Echtzeitbeobachtung von Azopolymerfilmen
Um unser wissenschaftliches Verständnis zu erweitern, müssen wir oft so nah wie möglich an das Geschehen herankommen. Jetzt haben Forscher aus Japan das Verhalten von Azopolymerfilmen im Nanobereich beobachtet, während sie diese mit Laserlicht auslösten.
Hochgeschwindigkeits-Atomkraftmikroskopie in Kombination mit einem Laserbestrahlungssystem für die in-situ Echtzeit-Beobachtung des Verformungsprozesses von Azo-Polymeren
Osaka University
In einer Studie, die letzten Monat in Nano Letters veröffentlicht wurde, verwendeten die Forscher der Universität Osaka die Tip-Scan-Hochgeschwindigkeits-Atomkraftmikroskopie (HS-AFM) in Kombination mit einem optischen Mikroskop, um Filme zu erstellen, während sich die Polymerfilme veränderten.
Azo-Polymere sind photoaktive Materialien, d. h. sie verändern sich, wenn sie mit Licht bestrahlt werden. Insbesondere verändert das Licht ihre chemische Struktur, wodurch sich die Oberfläche der Filme verändert. Das macht sie interessant für Anwendungen wie die optische Datenspeicherung und die Bereitstellung von lichtgesteuerten Bewegungen.
Die Möglichkeit, diese Veränderungen mit einem fokussierten Laserlicht auszulösen und gleichzeitig Bilder aufzunehmen, wird als In-situ-Messung bezeichnet.
"Es ist üblich, Veränderungen in Polymerfilmen zu untersuchen, indem man sie einer Behandlung unterzieht, z. B. einer Bestrahlung mit Licht, und anschließend Messungen oder Beobachtungen durchführt. Dies liefert jedoch nur begrenzte Informationen", erklärt der Hauptautor der Studie, Keishi Yang. "Mit einem HS-AFM-Setup, das ein inverses optisches Mikroskop mit einem Laser umfasst, konnten wir Veränderungen in Azo-Polymerfilmen auslösen und sie in Echtzeit mit hoher räumlicher und zeitlicher Auflösung beobachten."
Die HS-AFM-Messungen waren in der Lage, die dynamischen Veränderungen in den Oberflächen der Polymerfilme in Filmen mit zwei Bildern pro Sekunde zu verfolgen. Es wurde auch festgestellt, dass die Richtung des verwendeten polarisierten Lichts einen Einfluss auf das endgültige Oberflächenmuster hat.
Es wird erwartet, dass weitere Untersuchungen mit Hilfe des In-situ-Ansatzes zu einem gründlichen Verständnis des Mechanismus der lichtgetriebenen Verformung von Azopolymeren führen werden, wodurch das Potenzial dieser Materialien maximiert werden kann.
"Wir haben unsere Technik zur Beobachtung der Verformung von Polymerfilmen demonstriert", sagt der Erstautor der Studie, Takayuki Umakoshi. "Dabei haben wir das Potenzial der Kombination von Tip-Scan-HS-AFM und einer Laserquelle für den Einsatz in den Materialwissenschaften und der physikalischen Chemie aufgezeigt."
Materialien und Prozesse, die auf Licht reagieren, sind in einer Vielzahl von Bereichen der Chemie und Biologie von Bedeutung, darunter Sensorik, Bildgebung und Nanomedizin. Die In-situ-Technik bietet die Möglichkeit, das Verständnis zu vertiefen und das Potenzial zu maximieren, und wird daher voraussichtlich für verschiedene optische Geräte eingesetzt werden.
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Originalveröffentlichung
Keishi Yang, Feng-Yueh Chan, Hiroki Watanabe, Shingo Yoshioka, Yasushi Inouye, Takayuki Uchihashi, Hidekazu Ishitobi, Prabhat Verma, Takayuki Umakoshi; "In Situ Real-Time Observation of Photoinduced Nanoscale Azo-Polymer Motions Using High-Speed Atomic Force Microscopy Combined with an Inverted Optical Microscope"; Nano Letters, Volume 24, 2024-2-26
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