Det första nanosensorexemplet utvecklades 1999 vid Georgia Institute of Technology av forskare, en innovation skapad av kolnanorör. En nanosensor är en unik typ av sensorer och de är små plattformar som är designade för att detektera och mäta kemisk, biologisk, fysikalisk eller miljöinformation på nanoskalanivå. Dessa sensorer är idealiska främst för avkänningstillämpningar på grund av deras unika nanopartikelegenskaper som; deras enorma förhållande mellan ytregion och nivå. Den här artikeln ger kort information om nanosensorer, deras funktion, typer och deras tillämpningar.
Nanosensor Definition
En typ av sensor med några nanometers karakteristiska dimensioner kallas en nanosensor. Detta är en mekanisk eller kemisk sensor som används för att upptäcka förekomsten av nanopartiklar och kemiska arter eller kontrollera olika fysikaliska parametrar. Dessa används i medicinska diagnostiska tillämpningar som avkänning av vattenkvalitet, mat och andra kemikalier. Denna sensor fungerar på samma sätt som en normal sensor men den upptäcker små mängder och ändrar dem till signaler som bör analyseras. Nanosensorer används i transportsystem, patogendetektion, medicin, tillverkning, föroreningskontroll, etc.
Några av nanosensorexemplen är; fluorescerande nanosensorer gjorda med DNA eller peptider, kolnanorör, kvantprickar, nanosensorer beroende på plasmonkoppling, magnetisk resonanstomografi och fotoakustisk.
Nanosensorkomponenter
Nanosensorkomponenterna inkluderar huvudsakligen en analyt, sensor, givare och en detektor. Nanosensorer kan mäta punktnivån på en molekyl. Generellt fungerar dessa sensorer genom att följa de elektriska förändringarna i sensormaterialen.
I detta diagram diffunderar först analyten från lösningen till nanosensorns yta. Efter det reagerar den specifikt och effektivt, så detta ändrar givarytans fysikalisk-kemiska egenskaper, vilket leder till en förändring inom de elektroniska (eller) optiska egenskaperna hos transduktorns yta. Slutligen ändras detta till en elektrisk signal som detekteras
Nanosensor arbetsprincip
Nanosensor fungerar genom att spåra de elektriska förändringarna i sensormaterialen. De grundläggande delarna av en nanosensor är; analyten, givaren, detektorn och återkopplingsledningen från detektorn mot sensorblocket. Nanosensor mäter enstaka molekylnivåer och fungerar genom att helt enkelt upprätthålla en elektrisk förändring i sensormaterialet.
Analyten i denna sensor diffunderar först från lösningen till sensorns yta och reagerar exakt och mycket effektivt genom att ändra ytans fysikalisk-kemiska egenskaper. Efter det orsakar det en förändring i den elektroniska optiska givarens egenskaper. Så äntligen kan denna förändring omvandlas till en elektrisk signal som märks.
Nanosensor Historia
- Nanosensor som 'Nanoprobe' grundades år 1990 och byggde på forskning vid IBM Sindelfingen utförd på nödvändiga grundläggande teknologier för kisel AFM-sonderna batchbearbetning med bulkmikrobearbetning.
- Nanosensorer kommersialiserade AFM- och SPM-sonder globalt år 1993. Så deras utveckling inom batchbearbetningsteknologier för att skapa AFM-sonder bidrog till att initiera Atomic Force-mikroskop i tidsindustrin.
- I identifieringen av denna insikt urskiljde dessa sensorer utmärkelsen Dr.-Rudolf-Eberle Innovation för den tyska delstaten Baden-Württemberg, den tyska industrins innovationspris år 1995 och Förderkreis für die Mikroelektronik e.V Innovation Award under året 1999. Nanosensorer 2002 erhölls och integrerades i Schweiz-baserade NanoWorld som är en oberoende affärsenhet.
- 2003 introducerade dessa sensorer en innovativ ny AFM-typ sond som AdvancedTEC™. Det tillåter exakt positionering och gör att denna sond ger verklig spetssynlighet i ett optiskt system med atomkraftmikroskop även när AFM-sonden lutar något på grund av dess montering.
- Sensors utsåg 2003 NanoAndMore GmbH till sin nya officiella distributör för Turkiet, Israel och Europa.
- 2004 introducerades PointProbe® Plus som förenar de välkända beprövade PointProbe®-seriens funktioner som kompatibilitet och hög applikationsmångsidighet med kommersiella AFM.
- 2005 tillkännagavs Q30K-Plus som är en ny AFM-sondskanningsnärhet med en utmärkt Q-faktor och ett förbättrat S/N-förhållande för UHV-applikationer.
- Nanosensors 2006 förändrade det nordamerikanska distributionsnätverket, en medlem av NanoWorld Group,
- NanoAndMore USA Corp., blev Nanosensors officiella distributör i USA, Mexiko och Kanada.
- Nanosensors 2007 lanserade en ny MFM AFM-sondserie av kisel, introducerade PointProbe® Plus XY-Alignment-serien, lanserade Plateau Tip AFM-sondserien och tillkännagav PointProbe® Plus AFM-sondserien.
- 2008 introducerade den den självaktiverande och självkännande Akiyama-sonden.
- Nanosensor 2011 laddade upp sin första speciella utvecklingslista och tillkännagav en ny slitstark, ledande AFM-sondserie och Platinum Silicide AFM-sonderna.
- Under 2013 tillkännages de två primära screencasts på sin YouTube-kanal.
- Den introducerade en ny AFM-probserie känd som uniqprobe™ 2013.
Nanosensortillverkningstekniker
Det finns flera tekniker som föreslås för att göra dessa sensorer som; top-down litografi, bottom-up montering & molekylär självmontering.
- Top-Down-metoder
- Litografi: Denna metod involverar etsning av mönster i nanoskala på substrat med hjälp av tekniker som elektronstrålelitografi (EBL) eller fotolitografi. EBL, i synnerhet, erbjuder hög upplösning, vilket möjliggör exakt mönstring som är avgörande för att skapa nanoskala funktioner.
- Etsning: Både våta och torra etsningsmetoder används för att ta bort material selektivt från ytan av ett substrat för att skapa strukturer i nanoskala. Reaktiv jonetsning (RIE) är en populär torretsningsteknik för sin precision och förmåga att skapa komplexa mönster.
- Bottom-up-metoder
- Kemisk ångdeposition (CVD): CVD är en process där gasformiga reaktanter bildar fasta material på substrat och skapar tunna filmer och nanostrukturer. Varianter som plasmaförstärkt CVD (PECVD) förbättrar processen genom att använda plasma för att öka reaktionshastigheterna.
- Självmontering: Denna teknik involverar spontan organisering av molekyler i strukturerade arrangemang. DNA-nanoteknik, till exempel, utnyttjar DNA:s basparningsegenskaper för att skapa invecklade nanostrukturer.
- Sol-Gel bearbetning: Detta involverar övergången av ett lösningssystem från en flytande 'sol' till en fast 'gel'-fas. Det är särskilt användbart för att skapa keramiska och glasartade nanostrukturer.
- Hybridmetoder
Nanoimprint Lithography (NIL): Detta kombinerar aspekter av både top-down och bottom-up-metoder. Det innebär att en nanostrukturerad form pressas in i ett polymerlager och sedan härdas polymeren för att överföra nanoskala egenskaper.
Typer av nanosensorer
Det finns olika typer av nanosensorer som diskuteras nedan.
Fysiska nanosensorer
Dessa sensorer används för att mäta förändringar inom fysiska storheter som hastighet, temperatur, tryck, elektriska krafter, förskjutning, massa och många fler. Dessa nanosensorer används i olika applikationer i det dagliga livet och även i industrier. Nanowear Inc. använder fysiska nanosensorer för att göra bärbara underkläder för att hitta en möjlig hjärtsvikt innan den inträffar hos kroniskt sjuka patienter genom att titta på förändringar i de elektriska signalerna från våra kroppar.
Kemiska nanosensorer
Dessa sensorer hjälper till att detektera olika kemikalier (eller) kemiska egenskaper som pH-värde. Så detta är användbart när man tittar på ekologiska föroreningar (eller) för farmaceutisk analys. Vanligtvis är dessa sensorer tillverkade av olika nanomaterial som metallnanopartiklar eller grafen eftersom dessa svarar på förekomsten av särskilda målkemikalier som måste beräknas.
Det bästa exemplet på denna sensor är att detektera en vätskas pH-värde. En undersökt grupp kunde bygga en sådan typ av sensor med hjälp av polymerborstar täckta med guldnanopartiklar för att detektera pH-värdet med spektroskopisk teknik.
Nano-biosensorer
Nanobiosensorer inom medicin & sjukvård kan exakt upptäcka patogener, toxiner, tumörer och biomarkörer. Dessa sensorer omvandlar molekylers respons till optiska eller elektriska signaler och har fördelen av att kunna sikta extremt specifikt på vad som krävs för att mätas. Närhelst ett objekts storlek och dess yta-till-volym-förhållande blir större, har dessa sensorer en stor fördel jämfört med större biosensorer för att ge bättre avkänning när reaktionen genom målmolekylerna inträffar oftare.
Dessa sensorer används av taiwanesiska nystartade Instant NanoBiosensors Co., Ltd. De använder en optisk fiber täckt med guldnanopartiklar och antikroppar för att detektera olika biologiska föreningar.
Optisk nanosensor
Optiska nanosensorer har nanoskala (eller) nanostrukturerade sensormaterial som visar en annan reaktion vid optiska frekvenser på elektromagnetisk excitation. Dessa sensorer används främst av analytiska skäl för övervakning och identifiering av kemiska eller biologiska processer. Dessa sensorer ändrar också data till signaler för viktig information.
Fördelar och nackdelar
De fördelarna med nanosensorer inkluderar följande.
- Nanosensorer kan enkelt interagera på nanonivå och de observerar unika utvecklingar på nanonivå som skiljer sig från makronivån.
- Dessa sensorer har hög känslighet som ger större noggrannhet.
- Dessa är hållbara, stabila, bärbara, hög känslighet, små, robusta svar, realtidsdetektering, selektivitet och lätta,
- Denna sensor har låg strömförbrukning
- Det kräver en låg provvolym för att analysera och orsaka minsta möjliga störning av det observerade materialet.
- Denna sensors svarstid är låg och har högre hastighet än andra sensorer, vilket låter dem utföra realtidsanalyser.
- Denna sensor känner av olika saker samtidigt vilket möjliggör en mängd olika funktioner.
- Nanosensorer visar betydande intervall för detektionskänslighet (eller) upplösning.
- Dessa sensorer fungerar i mindre skala.
- De har större känslighet och mer precision.
Nanodelarna med nanosensorer inkluderar följande.
- Dessa sensorer är normalt mindre selektiva främst för biologiska mätningar eftersom de saknar högre specificitet för bioreceptorer som DNA och antikroppar.
- Den top-down tillverkade nanosensorn har begränsad upplösning och de är dyra.
- Nanosensorerna av typen bottom-up är mycket lågeffektiva, har stor skalning och är extremt dyra jämfört med andra.
Ansökningar
Tillämpningarna av nanosensorer inkluderar följande.
- Nanosensorer används främst för ett stort antal tillämpningar inom växtvetenskaper som; stadig energiförsörjning, detektering av metaboliska aktiviteter, lagring och beräkning av information, och även för att upptäcka och reagera på ett brett spektrum av ekologiska stimuli.
- Detta är en unik typ av sensor, designad huvudsakligen för att detektera och mäta kemisk, biologisk, miljö (eller) fysisk information på nanoskalanivå.
- Dessa är mekaniska eller kemiska sensorer, som används i olika applikationer som sträcker sig från biomedicinska industrier till miljöindustrier.
- Några vanliga tillämpningar av dessa sensorer inkluderar främst;
- Dessa sensorer hjälper till att detektera en mängd olika kemikalier i gaser för att övervaka föroreningar.
- En nanosensor används för att övervaka fysiska parametrar som förskjutning, flöde och temperatur.
- Nanosensorer hjälper till att övervaka växters signalering och metabolism för att förstå växtbiologi.
- Det hjälper till att studera neurotransmittorer i hjärnan för att känna igen neurofysiologi.
- Dessa sensorer kan användas som accelerometrar inom MEMS-enheter som krockkuddesensorer.
- Den används för att samla in jordtillståndsmätningar i realtid som; pH, näringsämnen, fukt & kvarvarande bekämpningsmedel främst för jordbruksändamål.
- Denna sensor används för att detektera bekämpningsmedel på grönsaker och frukter för att upptäcka cancerframkallande ämnen i mat.
- Den upptäcker patogener i livsmedel som en del av livsmedelssäkerhet och kvalitetskontroll.
- Denna sensor detekterar och övervakar småmolekylära metaboliter.
- Den används för övervakning av metabolisk cancercellaktivitet i realtid som svar på terapeutiskt intrång.
Detta är alltså en översikt över en nanosensor , deras funktion, typer, fördelar, nackdelar och tillämpningar. En nanosensor är en enhet i nanoskala som mäter fysiska kvantiteter och även ändras till signaler som kan detekteras och analyseras. Dessa sensorer finns tillgängliga i olika typer som används i olika applikationer som försvars-, hälso- och miljöindustrin. Det finns olika tekniker tillgängliga för att tillverka dessa typer av sensorer; top-down litografi, andra är bottom-up montering och tredje är molekylär självmontering. Här är en fråga till dig, nanosensor uppfanns av?
