Първият пример за наносензор е разработен през 1999 г. в Технологичния институт на Джорджия от изследователи като иновация, създадена от въглеродни нанотръби. Наносензорът е уникален вид сензор и те са малки платформи, които са предназначени за откриване и измерване на химическа, биологична, физическа или екологична информация на наномащабно ниво. Тези сензори са идеални главно за сензорни приложения поради техните уникални свойства на наночастици като; огромното им съотношение на площ към ниво. Тази статия предоставя кратка информация за наносензорите, тяхната работа, видове и приложения.
Дефиниция на наносензор
Тип сензор с характерни размери няколко нанометра е известен като наносензор. Това е механичен или химичен сензор, използван за откриване на наличието на наночастици и химически видове или проверка на различни физични параметри. Те се използват в медицински диагностични приложения като отчитане на качеството на водата, храни и други химикали. Този сензор работи подобно на нормален сензор, но открива малки количества и ги променя в сигнали, които трябва да бъдат анализирани. Наносензорите се използват в транспортни системи, откриване на патогени, медицина, производство, контрол на замърсяването и др.
Някои от примерите за наносензори са; флуоресцентни наносензори, направени с ДНК или пептиди, въглеродни нанотръби, квантови точки, наносензори в зависимост от плазмонното свързване, магнитно резонансно изображение и фотоакустика.
Наносензорни компоненти
Компонентите на наносензора включват основно аналит, сензор, преобразувател и детектор. Наносензорите са способни да измерват нивото на точката на една молекула. Обикновено тези сензори функционират, като следват електрическите промени в материалите на сензора.
В тази диаграма, първо, аналитът от разтвора дифундира към повърхността на наносензора. След това той реагира специфично и ефективно, така че това променя физикохимичните свойства на повърхността на трансдюсера, което води до промяна в електронните (или) оптичните свойства на лицето на трансдюсера. Накрая това се променя в електрически сигнал, който се засича
Принцип на работа на наносензора
Наносензорът работи чрез проследяване на електрическите промени в сензорните материали. Основните части на наносензора са; аналита, преобразувателя, детектора и линията за обратна връзка от детектора към сензорния блок. Наносензорът измерва нивата на единична молекула и работи, като просто поддържа електрическа промяна в материала на сензора.
Аналитът в този сензор дифундира първо от разтвора към повърхността на сензора и реагира точно и много ефективно, като променя физикохимичните свойства на повърхността. След това предизвиква промяна в свойствата на електронния оптичен преобразувател. Така че най-накрая тази промяна може да се преобразува в електрически сигнал, който се забелязва.
История на наносензора
- Nanosensor като „Nanoprobe“ е основан през 1990 г. и се основава на изследвания в IBM Sindelfingen, проведени върху необходимите основни технологии за групова обработка на силициеви AFM сонди с групова микрообработка.
- Наносензорите комерсиализираха AFM & SPM сонди в световен мащаб през 1993 г. Така че тяхното развитие в рамките на технологиите за групова обработка за създаване на AFM сонди допринесе за инициирането на атомно-силовите микроскопи във времевата индустрия.
- При идентифицирането на тази реализация тези сензори разпознаха наградата за иновации на Dr.-Rudolf-Eberle за германската провинция Баден-Вюртемберг, наградата за иновации в германската индустрия през 1995 г. и наградата за иновации на Förderkreis für die Mikroelektronik e.V през годината 1999. Наносензорите през 2002 г. бяха придобити и интегрирани в базираната в Швейцария NanoWorld, която е независима бизнес единица.
- През 2003 г. тези сензори представиха иновативна нова сонда от AFM тип като AdvancedTEC™. Позволява точно позициониране и прави тази сонда да осигурява реална видимост на върха в оптичната система на атомно-силовия микроскоп, дори когато AFM сондата е леко наклонена поради нейния монтаж.
- Sensors през 2003 г. назначи NanoAndMore GmbH за нов официален дистрибутор за Турция, Израел и Европа.
- През 2004 г. беше представен PointProbe® Plus, който обединява познатите доказани характеристики на серия PointProbe® като съвместимост и висока гъвкавост на приложенията с търговски AFM.
- През 2005 г. беше обявен Q30K-Plus, който е нова AFM сонда за сканиране на близост с отличен Q-фактор и подобрено съотношение S/N за UHV приложения.
- Nanosensors 2006 промени дистрибуторската мрежа в Северна Америка, член на NanoWorld Group,
- NanoAndMore USA Corp. стана официален дистрибутор на Nanosensor в САЩ, Мексико и Канада.
- Nanosensors 2007 пусна нова серия силиконови MFM AFM сонди, представи серията PointProbe® Plus XY-Alignment, пусна серията Plateau Tip AFM сонди и обяви серията AFM сонди PointProbe® Plus.
- През 2008 г. тя представи самозадействащата се и самочувствителна сонда Akiyama.
- Nanosensor 2011 качи своя първоначален специален списък за разработка и обяви нова устойчива на износване, проводяща серия AFM сонди и сонди Platinum Silicide AFM.
- През 2013 г. се обявяват първите два скрийнкаста в канала му в YouTube.
- Той представи нова серия AFM сонди, известна като uniqprobe™ през 2013 г.
Техники за производство на наносензори
Предлагат се няколко техники, за да се направят тези сензори като; литография отгоре надолу, сглобяване отдолу нагоре и молекулярно самосглобяване.
- Подходи отгоре надолу
- Литография: Този метод включва ецване на наномащабни модели върху субстрати с помощта на техники като електронно-лъчева литография (EBL) или фотолитография. EBL, по-специално, предлага висока разделителна способност, позволяваща прецизно моделиране, което е от съществено значение за създаването на наномащабни характеристики.
- Офорт: Методите за мокро и сухо ецване се използват за селективно отстраняване на материала от повърхността на субстрата за създаване на наномащабни структури. Реактивно йонно ецване (RIE) е популярна техника за сухо ецване поради своята прецизност и способност да създава сложни модели.
- Подходи отдолу нагоре
- Химично отлагане на пари (CVD): CVD е процес, при който газообразните реагенти образуват твърди материали върху субстрати, създавайки тънки филми и наноструктури. Варианти като CVD с плазмено усилване (PECVD) подобряват процеса чрез използване на плазма за увеличаване на скоростта на реакцията.
- Самосглобяване: Тази техника включва спонтанното организиране на молекулите в структурирани подредби. ДНК нанотехнологията, например, използва свойствата на ДНК за сдвояване на основи, за да създаде сложни наноструктури.
- Сол-гел обработка: Това включва прехода на система от разтвори от течен „зол“ в твърда „гел“ фаза. Той е особено полезен за създаване на керамични и стъклени наноструктури.
- Хибридни подходи
Наноимпринт литография (NIL): Това съчетава аспекти на подхода отгоре надолу и отдолу нагоре. Това включва пресоване на наноструктурирана форма в полимерен слой, след което полимерът се втвърдява, за да се пренесат наномащабните характеристики.
Видове наносензори
Има различни видове наносензори, които са обсъдени по-долу.
Физически наносензори
Тези сензори се използват за измерване на промени във физически величини като скорост, температура, налягане, електрически сили, изместване, маса и много други. Тези наносензори се използват в различни приложения в ежедневието, а също и в промишлеността. Nanowear Inc. използва физически наносензори за производство на бельо за носене, за да открие възможна сърдечна недостатъчност, преди да се появи при хронично болни пациенти, като наблюдава промените в електрическите сигнали от телата ни.
Химически наносензори
Тези сензори помагат при откриването на различни химикали (или) химични свойства като pH стойност. Така че това е полезно винаги, когато разглеждаме екологичното замърсяване (или) за фармацевтичен анализ. Обикновено тези сензори са произведени от различни наноматериали като метални наночастици или графен, тъй като те реагират на появата на конкретни целеви химикали, които трябва да бъдат изчислени.
Най-добрият пример за този сензор е откриването на рН стойността на течността. Изследвана група успя да изгради такъв тип сензор, използвайки полимерни четки, покрити със златни наночастици, за да открие стойността на pH със спектроскопска техника.
Нано-биосензори
Нано биосензорите в медицината и здравеопазването могат точно да откриват патогени, токсини, тумори и биомаркери. Тези сензори преобразуват реакцията на молекулите в оптични или електрически сигнали и имат предимството да могат да се насочват изключително конкретно към това, което се изисква за измерване. Всеки път, когато размерът на даден обект и съотношението му повърхност към обем се увеличат, тогава тези сензори имат голяма полза пред по-големите биосензори, за да осигурят по-добро усещане, когато реакцията чрез целевите молекули се случва по-често.
Тези сензори се използват от тайванската стартираща компания Instant NanoBiosensors Co., Ltd. Те използват оптично влакно, покрито със златни наночастици и антитела за откриване на различни биологични съединения.
Оптичен наносензор
Оптичните наносензори имат наноразмерни (или) наноструктурирани сензорни материали, които демонстрират различна реакция при оптични честоти спрямо електромагнитното възбуждане. Тези сензори се използват главно за аналитични причини за наблюдение, както и за идентифициране на химически или биологични процеси. Тези сензори също променят данните в сигнали за важна информация.
Предимства и недостатъци
The предимства на наносензорите включват следното.
- Наносензорите могат лесно да взаимодействат на нано ниво и те наблюдават уникални развития на нано ниво, които са различни от макро ниво.
- Тези сензори имат висока чувствителност, която позволява по-голяма точност.
- Те са издръжливи, стабилни, преносими, с висока чувствителност, малък, стабилен отговор, откриване в реално време, селективност и леки,
- Този сензор има ниска консумация на енергия
- Изисква нисък обем на пробата за анализиране и причиняване на най-малко смущение на наблюдавания материал.
- Времето за реакция на този сензор е ниско и има по-голяма скорост от другите сензори, което им позволява да извършват анализ в реално време.
- Този сензор открива различни неща едновременно, което позволява различни функции.
- Наносензорите показват значителни диапазони на чувствителност (или) резолюция на откриване.
- Тези сензори работят в по-малък мащаб.
- Те имат по-голяма чувствителност и по-голяма точност.
Недостатъците на наносензорите включват следното.
- Тези сензори обикновено са по-малко селективни главно за биологични измервания, тъй като им липсва по-висока специфичност за биорецептори като ДНК и антитела.
- Изработеният отгоре надолу наносензор има ограничена разделителна способност и е скъп.
- Наносензорите тип „отдолу нагоре“ са много нискоефективни, имат голям мащаб и са изключително скъпи в сравнение с други.
Приложения
Приложенията на наносензорите включват следното.
- Наносензорите се използват главно за голям брой приложения в растителните науки като; стабилно снабдяване с енергия, откриване на метаболитни дейности, съхраняване и изчисляване на информация, както и за откриване и реагиране на широк спектър от екологични стимули.
- Това е уникален тип сензор, предназначен главно за откриване и измерване на химическа, биологична, екологична (или) физическа информация на наномащабно ниво.
- Това са механични или химически сензори, използвани в различни приложения, които варират от биомедицински индустрии до екологични индустрии.
- Някои общи приложения на тези сензори включват главно;
- Тези сензори помагат при откриването на различни химикали в газовете за наблюдение на замърсяването.
- Наносензор се използва за наблюдение на физически параметри като изместване, поток и температура.
- Наносензорите помагат при наблюдението на растителната сигнализация и метаболизма, за да се разбере растителната биология.
- Помага при изучаването на невротрансмитери в мозъка за разпознаване на неврофизиологията.
- Тези сензори могат да се използват като акселерометри в MEMS устройства като сензори за въздушни възглавници.
- Използва се за събиране на измервания в реално време на състоянието на почвата като; pH, хранителни вещества, влага и остатъчни пестициди главно за селскостопански цели.
- Този сензор се използва за откриване на пестициди върху зеленчуци и плодове за откриване на канцерогени в храната.
- Той открива патогени в храната като елемент от мерките за сигурност на храните и контрол на качеството.
- Този сензор открива и наблюдава нискомолекулни метаболити.
- Използва се за мониторинг на активността на метаболитните ракови клетки в реално време в отговор на терапевтично проникване.
По този начин, това е преглед на наносензор , тяхната работа, видове, предимства, недостатъци и приложения. Наносензорът е устройство с наномащаб, което измерва физически величини и също се променя в сигнали, които могат да бъдат открити и анализирани. Тези сензори се предлагат в различни видове, използвани в различни приложения като отбраната, здравеопазването и околната среда. Съществуват различни техники за производство на тези видове сензори; литография отгоре надолу, второто е сглобяване отдолу нагоре и третото е молекулярно самосглобяване. Ето един въпрос към вас, наносензорът е изобретен от?
