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KOBRA - Dokumentenserver der Universität Kassel  → Fachbereiche  → FB 10 / Mathematik und Naturwissenschaften  → Institut für Physik  → Technische Physik - Halbleiterphysik, Nanostrukturierung & Analytik  → Dissertationen 

Please use this identifier to cite or link to this item: http://nbn-resolving.de/urn:nbn:de:hebis:34-2334

Titel: Wechselwirkung von im NANOJET erzeugten Teilchen mit Polymeren und biologischen Objekten
Autor(en): Rabinovych, Olexandr
Schlagworte (SWD): PlasmaMikrostrukturStrukturierungRasterkraftmikroskopie
Klassifikation (DDC): 530 - Physik (Physics)
Issue Date: 8-Jun-2005
Zusammenfassung: Am Institut für Mikrostrukturtechnologie und Analytik wurde eine neue Technik entwickelt, die neue Anwendungen und Methoden der Mikro- und Nanostrukturierung auf Basis eines neuen Verfahrens erschlossen hat. NANOJET führt über die passive Rastersondenmikroskopie hinaus zu einem vielseitigen, aktiven Bearbeitungswerkzeug auf der Mikro- und Nanometerskala. NANOJET (NANOstructuring Downstream PlasmaJET) ist eine aktive Rasterkraft-Mikroskopie-Sonde. Radikale (chemisch aktive Teilchen, die ein ungepaartes Valenzelektron besitzen) strömen aus dem Ende einer ultradünnen, hohlen Rasterkraftmikroskop-Spitze. Dadurch wird es möglich, über die übliche passive Abtastung einer Probenoberfläche hinausgehend, diese simultan und in-situ durch chemische Reaktionen zu verändern. Die Abtragung von Material wird durch eine chemische Ätzreaktion erreicht. In dieser Arbeit wurde zum größten Teil Photoresist als Substrat für die Ätzexperimente verwendet. Für das Ätzen des Resists wurden die Atome des Fluors und des Sauerstoffs im Grundzustand als verantwortlich identifiziert. Durch Experimente und durch Ergänzung von Literaturdaten wurde die Annahme bestätigt, dass Sauerstoffradikale mit Unterstützung von Fluorradikalen für die hohen erzielten Ätzraten verantwortlich sind. Die Beimischung von Fluor in einem Sauerstoffplasma führt zu einer Verringerung der Aktivierungsenergie für die Ätzreaktion gegenüber Verwendung reinen Sauerstoffs. In weiterer Folge wurde ein Strukturierungsverfahren dargestellt. Hierbei wurden "geformte Kapillaren" (mikrostrukturierte Aperturen) eingesetzt. Die Herstellung der Aperturen erfolgte durch einen elektrochemischen Ätzstop-Prozess. Die typische Größe der unter Verwendung der "geformten Kapillaren" geätzten Strukturen entsprach den Kapillarenöffnungen. Es wurde ein Monte-Carlo Simulationsprogramm entwickelt, welches den Transport der reaktiven Teilchen in der langen Transportröhre simulierte. Es wurde sowohl die Transmission der Teilchen in der Transportröhre und der Kapillare als auch ihre Winkelverteilung nach dem Verlassen der Kapillare berechnet. Das Aspektverhältnis der Röhren hat dabei einen sehr starken Einfluss. Mit einem steigenden Aspektverhältnis nahm die Transmission exponentiell ab. Die geschaffene experimentelle Infrastruktur wurde genutzt, um auch biologische Objekte zu behandeln und zu untersuchen. Hierfür wurde eine neue Methodik entwickelt, die eine dreidimensionale Darstellung des Zellinneren erlaubt. Dies wurde durch die kontrollierte Abtragung von Material aus der Zellmembran durchgeführt. Die Abtragung der Zellmembran erfolgte mittels Sauerstoffradikalen, die durch eine hohle Spitze lokalisiert zum Ort der Reaktion transportiert wurden. Ein piezoresistiver Cantilever diente als Sensor in dem zur Bildgebung eingesetzten RKM. Das entwickelte Verfahren ermöglicht es nun erstmals, schonend Zellen zu öffnen und die innen liegenden Organellen weiter zu untersuchen. Als Nachweis für weitere Verwendungsmöglichkeiten des NANOJET-Verfahrens wurde auch Knochenmaterial behandelt. Die Ergebnisse dieser Experimente zeigen klar, dass das Verfahren für vielfältige biologische Materialien verwendbar ist und somit nun ein weiter Anwendungskreis in der Biologie und Medizin offen steht.A new NANOJET technology, which enables new application and methods of the micro- and nanostructuring, has been developed at the Institute of Microstructure Technologies and Analytics. The NANOJET produces reactive species (free radicals) streaming out of a micro/nanometer-sized aperture at the end of atomic-force microscope (AFM) hollow tip in order to achieve localized etching (or deposition) of a material. The radicals are created from a mixture of two gases (O2 and SF6) within a cavity, which is powered by a microwave generator. The reactive species are forced in the direction of the substrate by a pressure gradient along the long transport tube. In this work, a photoresist has been mainly used as the media for the etching experiments. The atoms of fluorine and oxygen in their basic states have been identified to be responsible for the etching of the resist. Various experiments and their comparison with literature sources have confirmed that the oxygen radicals reinforced with fluorine radicals are responsible for high etching rates. The addition of fluorine leads to a reduction of the activation energy for the etching reaction towards the use of pure oxygen. A new method of polymerstructuring has been presented using of the shaped capillaries (micro/nanostructured apertures), which have been placed under the end of the transport tube. The development of the apertures has been made by gas chopping etching processes. The typical size of the etched structures corresponds to the aperture opening. A Monte-Carlo program has been developed, which simulates the transportation of the reactive particles in the long transportation tube. The transmission of the particles in the transport tube and in the capillary has been calculated as well as their angle distribution after escaping the capillary. The aspect ratio of the tube has a strong influence on the radical transmission. With an increased aspect ratio the transmission decreases exponentially. The created experimental infrastructure has been also used for the investigation of different biological objects. Thereby a new technique has been developed, which allows recognition of the internal structure of biological cells. This has been realized by removing of the cell plasma membrane with negligible damaging of the cell internal structure. The localized removal of the cell membrane takes place by using of oxygen radicals that have been transported through a hollow capillary to the reaction place. In order to obtain a true three-dimensional picture of the etched cell, the scanning probe microscope (AFM) has been used. The developed method makes it possible to open cells very carefully and to investigate the cell organelles. As a proof for further wide exploration of the NANOJET-technique the bone-material has been investigated. The results of these experiments clearly show that this technique can be applied for diverse biological materials. Therefore, different ways of NANOJET application in biology and medicine are opened.
URI: urn:nbn:de:hebis:34-2334
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