07/01/2021
Door Ad Spijkers
Harde magneetlagen van het Fraunhofer-Institut für Schicht- und Oberflächentechnik (IST) in Braunschweig helpen om de kleinste celstructuren zeer snel en nauwkeurig vast te leggen.
In de strijd tegen het coronavirus is microscopie van bijzonder belang. Speciale microscopen zijn een onmisbaar hulpmiddel bij het weergeven van de kleinste celstructuren. Ze helpen bij de ontwikkeling van vaccins en therapieën tegen COVID-19. De eisen aan de optische resolutie van de microscoop en de precisie van de microscooptafels zijn enorm.
Kobalt samarium
Bij Fraunhofer-IST ontwikkelen onderzoekers harde magnetische lagen van kobalt samarium (CoSm) voor magnetische schalen. Deze tapes worden gebruikt in de microscooptafels bij Dr. ITK Kassen GmbH gebruikt. In combinatie met sensoren en een evaluatie-algoritme verhogen ze de positioneersnauwkeurigheid van het microscoopplatform waarop een monster ter observatie wordt geplaatst.
Biologisch materiaal zoals cellen kan bewegen, dus moet een onderzoeker naar posities tot op de micrometer kunnen bewegen. De microscoopplatforms die werken met magnetische positionering kunnen compact worden gebouwd; ze worden gebruikt in microscopen van bekende fabrikanten zoals Leica of Zeiss.
De CoSm-lagen zijn ontwikkeld in nauwe samenwerking met de industriële partner. De lagen worden geproduceerd met behulp van een technologie die is ontwikkeld bij IST: holle kathode gasstroom sputteren, een vacuümcoatingproces. In tegenstelling tot galvanische processen worden hierbij geen schadelijke stoffen gebruikt.
Positieresolutie in nanometerbereik
Het team onderzoekers past de CoSm-lagen toe op niet-magnetische metalen strips. Dat wil zeggen dat deze een gedefinieerde magnetische structuur of functionele laag krijgen die kan worden gecodeerd met een signaalpatroon en uitgelezen door een sensor om zijn positie te kunnen bepalen. In combinatie met de geïntegreerde sensoren die de signalen lezen, maken de lagen het mogelijk om posities te benaderen met een nauwkeurigheid van vijf nanometer.
Dankzij het geïntegreerde meetsysteem maken de tabellen het mogelijk zonder referentiepunt de absolute positie te bepalen. Er kunnen herhaalnauwkeurigheden van plus of min 100 nanometer worden bereikt. Dit is vooral belangrijk bij het onderzoeken van levende objecten, waarbij de onderzoekstijd vaak kort is en een snelle positionering essentieel is.
De nieuwe lagen vervangen galvanische kobaltlagen, voor de productie waarvan milieubelastende chemicaliën nodig zijn. Ze worden gekenmerkt door hun robuustheid, lange levensduur en goede magnetische eigenschappen. Ze maken een sterker magnetisch signaal en contactloze meting mogelijk. Het is ook mogelijk te meten in gesloten componenten waar optische systemen niet bij kunnen, zoals hydraulische cilinders.
In tegenstelling tot pure kobaltlagen zijn de CoSm-lagen niet eenvoudig omkeerbaar en zijn ze ongevoelig voor stoorvelden. Bovendien kunnen fijne laagdiktes worden bereikt en maken ze metingen in vervuilde gebieden mogelijk. Maar ook hoekposities en radiale bewegingen kunnen worden gemeten. Dit is relevant bij robottoepassingen, bijvoorbeeld in de auto-industrie. Als een compacte CoSm-laag rechtstreeks op het onderdeel zoals een kogellager wordt aangebracht, is aanvullende informatie te verkrijgen.
Foto: ITK Dr. Kassen GmbH