Pirmo nanosensora piemēru 1999. gadā Džordžijas Tehnoloģiju institūtā pētnieki izstrādāja inovāciju, kas radīta no oglekļa nanocaurulēm. Nanosensors ir unikāls sensoru veids, un tās ir mazas platformas, kas paredzētas ķīmiskās, bioloģiskās, fiziskās vai vides informācijas noteikšanai un mērīšanai nanomēroga līmenī. Šie sensori ir ideāli piemēroti galvenokārt sensoru lietojumiem to unikālo nanodaļiņu īpašību dēļ, piemēram; to milzīgā virsmas laukuma un līmeņa attiecība. Šajā rakstā ir sniegta īsa informācija par nanosensoriem, to darbību, veidiem un lietojumiem.
Nanosensora definīcija
Sensora veids ar dažiem nanometru raksturīgajiem izmēriem ir pazīstams kā nanosensors. Tas ir mehānisks vai ķīmisks sensors, ko izmanto, lai noteiktu nanodaļiņu un ķīmisko sugu parādīšanos vai pārbaudītu dažādus fizikālos parametrus. Tos izmanto medicīniskās diagnostikas lietojumos, piemēram, ūdens kvalitātes, pārtikas un citu ķīmisko vielu noteikšanā. Šis sensors darbojas līdzīgi kā parastais sensors, taču tas nosaka nelielus daudzumus un pārvērš tos signālos, kas jāanalizē. Nanosensori tiek izmantoti transporta sistēmās, patogēnu noteikšanā, medicīnā, ražošanā, piesārņojuma kontrolē utt.
Daži nanosensoru piemēri ir; fluorescējoši nanosensori, kas izgatavoti no DNS vai peptīdiem, oglekļa nanocaurules, kvantu punkti, nanosensori atkarībā no plazmona savienojuma, magnētiskās rezonanses attēlveidošana un fotoakustiskie.
Nanosensoru sastāvdaļas
Nanosensoru komponenti galvenokārt ietver analītu, sensoru, devēju un detektoru. Nanosensori spēj izmērīt vienas molekulas punktu līmeni. Parasti šie sensori darbojas, sekojot elektriskām izmaiņām sensora materiālos.
Šajā diagrammā, pirmkārt, analīts no šķīduma izkliedējas uz nanosensora virsmu. Pēc tam tas reaģē īpaši un efektīvi, tādējādi mainot devēja virsmas fizikāli ķīmiskās īpašības, kas izraisa izmaiņas devēja virsmas elektroniskajās (vai) optiskajās īpašībās. Visbeidzot, tas tiek pārveidots par elektrisko signālu, kas tiek atklāts
Nanosensoru darbības princips
Nanosensors darbojas, izsekojot elektriskās izmaiņas sensora materiālos. Nanosensora pamatdaļas ir; analīts, devējs, detektors un atgriezeniskās saites līnija no detektora uz sensora bloku. Nanosensors mēra vienas molekulas līmeņus un darbojas, vienkārši uzturot elektriskās izmaiņas sensora materiālā.
Šajā sensorā esošais analīts vispirms izkliedējas no šķīduma uz sensora virsmu un reaģē precīzi un ļoti efektīvi, mainot virsmas fizikāli ķīmiskās īpašības. Pēc tam tas izraisa izmaiņas elektroniskā optiskā devēja īpašībās. Tātad beidzot šīs izmaiņas var pārvērst elektriskajā signālā, kas tiek pamanīts.
Nanosensoru vēsture
- Nanosensors kā “Nanoprobe” tika dibināts 1990. gadā, un tā pamatā ir IBM Sindelfingen pētījumi, kas tika veikti par nepieciešamajām pamattehnoloģijām silīcija AFM zondu sērijveida apstrādei ar lielapjoma mikroapstrādi.
- Nanosensori AFM un SPM zondes komercializēja visā pasaulē 1993. gadā. Tādējādi to attīstība sērijveida apstrādes tehnoloģijās, lai izveidotu AFM zondes, veicināja atomu spēku mikroskopu ieviešanu laika industrijā.
- Nosakot šo atziņu, šie sensori noteica Dr.-Rudolf-Eberle Inovācijas balvu Vācijas Bādenes-Virtembergas štatā, Vācijas Rūpniecības inovācijas balvu 1995. gadā un Förderkreis für die Mikroelektronik e.V Inovācijas balvu gadā. 1999. Nanosensori 2002. gadā tika iegūti un integrēti Šveicē bāzētajā NanoWorld, kas ir neatkarīga biznesa vienība.
- 2003. gadā šie sensori ieviesa novatorisku jaunu AFM tipa zondi, piemēram, AdvancedTEC™. Tas nodrošina precīzu pozicionēšanu un liek šai zondei nodrošināt reālu galu redzamību visā atomu spēka mikroskopa optiskajā sistēmā pat tad, ja AFM zonde ir nedaudz sasvērta tās stiprinājuma dēļ.
- Sensors 2003. gadā iecēla NanoAndMore GmbH par savu jauno oficiālo izplatītāju Turcijā, Izraēlā un Eiropā.
- 2004. gadā tika ieviests PointProbe® Plus, kas apvieno pazīstamās pārbaudītās PointProbe® sērijas funkcijas, piemēram, saderību un augstu lietojumu daudzpusību ar komerciāliem AFM.
- 2005. gadā tika paziņots par Q30K-Plus, kas ir jauns AFM zondes skenēšanas tuvums ar izcilu Q koeficientu un uzlabotu S/N attiecību UHV lietojumiem.
- Nanosensors 2006 mainīja Ziemeļamerikas izplatīšanas tīklu, kas ir NanoWorld grupas dalībnieks,
- NanoAndMore USA Corp. kļuva par Nanosensor oficiālo izplatītāju ASV, Meksikā un Kanādā.
- Nanosensors 2007 ieviesa jaunu silīcija MFM AFM zondu sēriju, ieviesa PointProbe® Plus XY-Alignment sēriju, uzsāka Plateau Tip AFM zondes sēriju un paziņoja par PointProbe® Plus AFM zondu sēriju.
- 2008. gadā tas ieviesa pašaktivizējošo un pašsajūtu Akiyama zondi.
- Nanosensor 2011 augšupielādēja savu sākotnējo īpašo izstrādes sarakstu un paziņoja par jaunu nodilumizturīgu, vadošu AFM zondu sēriju un Platinum Silicide AFM zondēm.
- 2013. gadā tas tiek paziņots par diviem primārajiem ekrānuzņēmumiem savā YouTube kanālā.
- 2013. gadā tika ieviesta jauna AFM zondes sērija, kas pazīstama kā uniqprobe™.
Nanosensoru izgatavošanas metodes
Ir piedāvāti vairāki paņēmieni, kā padarīt šos sensorus līdzīgus; no augšas uz leju litogrāfija, no apakšas uz augšu montāža un molekulārā pašmontāža.
- No augšas uz leju pieejas
- Litogrāfija: Šī metode ietver nanomēroga rakstu kodināšanu uz substrātiem, izmantojot tādas metodes kā elektronu staru litogrāfija (EBL) vai fotolitogrāfija. Jo īpaši EBL piedāvā augstu izšķirtspēju, kas ļauj veikt precīzu rakstīšanu, kas ir būtiska nanomēroga funkciju izveidei.
- Kodināšana: Gan mitrās, gan sausās kodināšanas metodes tiek izmantotas, lai selektīvi noņemtu materiālu no substrāta virsmas, lai izveidotu nanomēroga struktūras. Reaktīvā jonu kodināšana (RIE) ir populāra sausās kodināšanas tehnika tās precizitātes un spējas radīt sarežģītus rakstus.
- Augšupējas pieejas
- Ķīmiskā tvaiku pārklāšana (CVD): CVD ir process, kurā gāzveida reaģenti veido cietus materiālus uz substrātiem, veidojot plānas kārtiņas un nanostruktūras. Varianti, piemēram, ar plazmu uzlabots CVD (PECVD), uzlabo procesu, izmantojot plazmu, lai palielinātu reakcijas ātrumu.
- Pašmontāža: Šis paņēmiens ietver spontānu molekulu organizēšanu strukturētās struktūrās. Piemēram, DNS nanotehnoloģija izmanto DNS bāzu savienošanas īpašības, lai izveidotu sarežģītas nanostruktūras.
- Sol-Gel apstrāde: Tas ietver šķīduma sistēmas pāreju no šķidrā “sol” uz cieto “želejas” fāzi. Tas ir īpaši noderīgi, veidojot keramikas un stiklveida nanostruktūras.
- Hibrīdās pieejas
Nanospiedumu litogrāfija (NIL): Tas apvieno gan lejupējās, gan augšupējās pieejas aspektus. Tas ietver nanostrukturētas veidnes presēšanu polimēra slānī, pēc tam polimēra sacietēšanu, lai pārnestu nanomēroga pazīmes.
Nanosensoru veidi
Ir dažādi nanosensoru veidi, kas ir apskatīti turpmāk.
Fiziskie nanosensori
Šos sensorus izmanto fizisko lielumu, piemēram, ātruma, temperatūras, spiediena, elektrisko spēku, pārvietojuma, masas un daudzu citu izmaiņu mērīšanai. Šie nanosensori tiek izmantoti dažādos pielietojumos ikdienas dzīvē un arī nozarēs. Nanowear Inc. izmanto fiziskos nanosensorus, lai izgatavotu valkājamu apakšveļu, lai konstatētu iespējamu sirds mazspēju, pirms tā rodas hroniski slimiem pacientiem, aplūkojot izmaiņas mūsu ķermeņa elektriskajos signālos.
Ķīmiskie nanosensori
Šie sensori palīdz noteikt dažādas ķīmiskās vielas (vai ķīmiskās īpašības), piemēram, pH vērtību. Tāpēc tas ir noderīgi, aplūkojot ekoloģisko piesārņojumu (vai) farmaceitiskajai analīzei. Parasti šie sensori ir izgatavoti no dažādiem nanomateriāliem, piemēram, metāla nanodaļiņām vai grafēna, jo tie reaģē uz konkrētu mērķa ķīmisko vielu rašanos, kas ir jāaprēķina.
Labākais šī sensora piemērs ir šķidruma pH vērtības noteikšana. Izpētītā grupa spēja izveidot šāda veida sensoru, izmantojot polimēru otas, kas pārklātas ar zelta nanodaļiņām, lai noteiktu pH vērtību ar spektroskopisko tehniku.
Nano-biosensori
Nano biosensori medicīnā un veselības aprūpē var precīzi noteikt patogēnus, toksīnus, audzējus un biomarķierus. Šie sensori pārvērš molekulu reakciju optiskos vai elektriskos signālos, un to priekšrocība ir iespēja īpaši precīzi mērķēt uz to, kas ir jāmēra. Ikreiz, kad objekta izmērs un tā virsmas un tilpuma attiecība kļūst lielāka, šie sensori sniedz lielu labumu lielākiem biosensoriem, nodrošinot labāku uztveri, kad reakcija caur mērķa molekulām notiek biežāk.
Šos sensorus izmanto Taivānas jaunuzņēmums Instant NanoBiosensors Co., Ltd. Tajos tiek izmantota optiskā šķiedra, kas pārklāta ar zelta nanodaļiņām un antivielām, lai noteiktu dažādus bioloģiskos savienojumus.
Optiskais nanosensors
Optiskajiem nanosensoriem ir nanomēroga (vai) nanostrukturēti sensoru materiāli, kas optiskajās frekvencēs demonstrē atšķirīgu reakciju uz elektromagnētisko ierosmi. Šos sensorus galvenokārt izmanto analītisku iemeslu dēļ monitoringam, kā arī ķīmisko vai bioloģisko procesu identificēšanai. Šie sensori arī maina datus signālos svarīgai informācijai.
Priekšrocības un trūkumi
The nanosensoru priekšrocības iekļaujiet tālāk norādīto.
- Nanosensori var viegli mijiedarboties nano līmenī, un tie nano līmenī novēro unikālus notikumus, kas atšķiras no makro līmeņa.
- Šiem sensoriem ir augsta jutība, kas nodrošina lielāku precizitāti.
- Tās ir izturīgas, stabilas, pārnēsājamas, augstas jutības, mazas, spēcīgas reakcijas, reāllaika noteikšana, selektivitāte un viegls svars,
- Šim sensoram ir zems enerģijas patēriņš
- Tas prasa mazu parauga tilpumu, lai analizētu un radītu vismazākos traucējumus novērotajam materiālam.
- Šī sensora reakcijas laiks ir zems, un tam ir lielāks ātrums nekā citiem sensoriem, kas ļauj tiem veikt reāllaika analīzi.
- Šis sensors vienlaikus nosaka dažādas lietas, kas ļauj veikt dažādas funkcijas.
- Nanosensori parāda ievērojamus noteikšanas jutības (vai) izšķirtspējas diapazonus.
- Šie sensori darbojas mazākā mērogā.
- Viņiem ir lielāka jutība un lielāka precizitāte.
Nanosensoru trūkumi ir šādi.
- Šie sensori parasti ir mazāk selektīvi galvenokārt bioloģiskiem mērījumiem, jo tiem trūkst augstākas specifikas bioreceptoriem, piemēram, DNS un antivielām.
- No augšas uz leju izgatavotajam nanosensoram ir ierobežota izšķirtspēja, un tie ir dārgi.
- Apakšējā tipa nanosensori ir ļoti zemi efektīvi, tiem ir liela mērogošana un tie ir ārkārtīgi dārgi salīdzinājumā ar citiem.
Lietojumprogrammas
Nanosensoru lietojumi ietver šādus.
- Nanosensori tiek izmantoti galvenokārt daudziem lietojumiem augu zinātnēs, piemēram; vienmērīgu enerģijas piegādi, vielmaiņas aktivitāšu noteikšanu, informācijas glabāšanu un aprēķināšanu, kā arī plašu ekoloģisko stimulu klāstu un reaģēšanu uz tiem.
- Šis ir unikāls sensora veids, kas paredzēts galvenokārt ķīmiskās, bioloģiskās, vides (vai) fiziskās informācijas noteikšanai un mērīšanai nanomēroga līmenī.
- Tie ir mehāniski vai ķīmiski sensori, ko izmanto dažādos lietojumos, sākot no biomedicīnas līdz vides nozarēm.
- Daži izplatīti šo sensoru lietojumi galvenokārt ietver:
- Šie sensori palīdz noteikt dažādas ķīmiskas vielas gāzēs, lai uzraudzītu piesārņojumu.
- Nanosensors tiek izmantots, lai uzraudzītu fiziskos parametrus, piemēram, pārvietojumu, plūsmu un temperatūru.
- Nanosensori palīdz uzraudzīt augu signālu un vielmaiņu, lai izprastu augu bioloģiju.
- Tas palīdz pētīt neirotransmiterus smadzenēs, lai atpazītu neirofizioloģiju.
- Šos sensorus var izmantot kā akselerometrus MEMS ierīcēs, piemēram, gaisa spilvenu sensoros.
- To izmanto, lai savāktu reāllaika augsnes stāvokļa mērījumus, piemēram; pH, barības vielas, mitrums un pesticīdu atliekas galvenokārt lauksaimniecības vajadzībām.
- Šo sensoru izmanto pesticīdu noteikšanai dārzeņos un augļos, lai noteiktu kancerogēnus pārtikā.
- Tas atklāj patogēnus pārtikā kā pārtikas drošības un kvalitātes kontroles pasākumu elementu.
- Šis sensors nosaka un uzrauga mazu molekulu metabolītus.
- To izmanto reāllaika metabolisma vēža šūnu aktivitātes uzraudzībai, reaģējot uz terapeitisko ielaušanos.
Tādējādi tas ir nanosensora pārskats , to darbība, veidi, priekšrocības, trūkumi un pielietojums. Nanosensors ir nanomēroga ierīce, kas mēra fiziskos daudzumus un arī pārvēršas signālos, kurus var noteikt un analizēt. Šie sensori ir pieejami dažādos veidos, ko izmanto dažādās lietojumprogrammās, piemēram, aizsardzības, veselības aprūpes un vides nozarēs. Šāda veida sensoru izgatavošanai ir pieejamas dažādas metodes; no augšas uz leju litogrāfija, otrā ir montāža no apakšas uz augšu un trešā ir molekulārā pašsavienošanās. Šeit ir jautājums jums, nanosensoru izgudroja?
