Nanosensor: componente, tipuri, lucru, tehnici de fabricație, tipuri și aplicații

Primul exemplu de nanosenzor a fost dezvoltat în 1999 la Institutul de Tehnologie din Georgia de către cercetători, o inovație creată din nanotuburi de carbon. Un nanosenzor este un tip unic de senzor și sunt platforme mici care sunt proiectate pentru detectarea și măsurarea informațiilor chimice, biologice, fizice sau de mediu la nivel nanoscal. Aceste senzori sunt ideale în principal pentru aplicații de detectare datorită proprietăților lor unice de nanoparticule, cum ar fi; raportul dintre suprafața uriașă dintre regiune și nivel. Acest articol oferă informații scurte despre nanosenzorii, funcționarea acestora, tipurile și aplicațiile acestora.

Definiția nanosenzorului

Un tip de senzor cu dimensiuni caracteristice de câțiva nanometri este cunoscut sub numele de nanosenzor. Acesta este un senzor mecanic sau chimic, folosit pentru a detecta apariția nanoparticulelor și a speciilor chimice sau pentru a verifica diferiți parametri fizici. Acestea sunt utilizate în aplicații de diagnosticare medicală, cum ar fi detectarea calității apei, alimente și alte substanțe chimice. Acest senzor funcționează similar cu un senzor normal, dar detectează cantități mici și le transformă în semnale care ar trebui analizate. Nanosenzorii sunt utilizați în sistemele de transport, detectarea agenților patogeni, medicină, producție, controlul poluării etc.

Unele dintre exemplele de nanosenzori sunt; nanosenzori fluorescenți realizati cu ADN sau peptide, nanotuburi de carbon, puncte cuantice, nanosenzori în funcție de cuplarea plasmonilor, imagistica prin rezonanță magnetică și fotoacustică.

Componentele nanosenzorilor

Componentele nanosenzorilor includ în principal un analit, un senzor, un traductor și un detector. Nanosenzorii sunt capabili să măsoare nivelul punctului cu o singură moleculă. În general, acești senzori funcționează urmărind schimbările electrice din materialele senzorului.

În această diagramă, mai întâi, analitul din soluție difuzează la suprafața nanosenzorului. După aceea, răspunde în mod specific și eficient, astfel încât acest lucru modifică proprietățile fizico-chimice ale suprafeței traductorului, ceea ce duce la o modificare a proprietăților electronice (sau) optice ale feței traductorului. În cele din urmă, acesta este schimbat într-un semnal electric care este detectat

Principiul de funcționare al nanosenzorilor

Nanosensorul funcționează prin urmărirea modificărilor electrice din materialele senzorului. Părțile fundamentale ale unui nanosenzor sunt; analitul, traductorul, detectorul și linia de feedback de la detector către blocul senzorului. Nanosenzorul măsoară nivelurile unei molecule și funcționează pur și simplu menținând o schimbare electrică în materialul senzorului.

Analitul din acest senzor difuzează mai întâi de la soluție la suprafața senzorului și răspunde exact și foarte eficient prin modificarea proprietăților fizico-chimice ale suprafeței. După aceea, provoacă o modificare a proprietăților traductorului optic electronic. Deci, în sfârșit, această schimbare poate fi transformată într-un semnal electric care este observat.

Istoria nanosenzorilor

• Nanosensor ca „Nanoprobe” a fost fondat în anul 1990 și bazat pe cercetările de la IBM Sindelfingen efectuate pe tehnologiile de bază necesare pentru procesarea în loturi a sondelor AFM cu siliciu cu microprelucrare în vrac.
• Nanosensorsi au comercializat sonde AFM și SPM la nivel global în anul 1993. Astfel, dezvoltările lor în cadrul tehnologiilor de procesare în loturi pentru crearea de sonde AFM au contribuit la inițierea microscoapelor de forță atomică în industria timpului.
• În identificarea acestei realizări, acești senzori au recunoscut Premiul pentru inovație Dr.-Rudolf-Eberle pentru statul german Baden-Württemberg, Premiul pentru inovație industrială germană în anul 1995 și Premiul pentru inovație Förderkreis für die Mikroelektronik e.V în anul 1995. 1999. Nanosensors în 2002 a fost obținut și integrat în NanoWorld, cu sediul în Elveția, care este o unitate de afaceri independentă.
• În 2003, acești senzori au introdus o nouă sondă inovatoare de tip AFM precum AdvancedTEC™. Permite poziționarea exactă și face ca această sondă să ofere o vizibilitate reală a vârfului în cadrul unui sistem optic de microscop cu forță atomică, chiar și atunci când sonda AFM este ușor înclinată din cauza montării sale.
• Sensors în 2003 a numit NanoAndMore GmbH ca noul său distribuitor oficial pentru Turcia, Israel și Europa.
• În 2004, a fost introdus PointProbe® Plus, care unește caracteristicile familiare dovedite ale seriei PointProbe®, cum ar fi compatibilitatea și versatilitatea ridicată a aplicațiilor cu AFM comerciale.
• În 2005, a fost anunțat Q30K-Plus, care este o nouă proximitate de scanare a sondei AFM, cu un factor Q excelent și un raport S/N îmbunătățit pentru aplicațiile UHV.
• Nanosensors 2006 a schimbat rețeaua de distribuție nord-americană, membră a NanoWorld Group,
• NanoAndMore USA Corp., a devenit distribuitorul oficial al Nanosensor în SUA, Mexic și Canada.
• Nanosensors 2007 a lansat o nouă serie de sonde MFM AFM din siliciu, a introdus seria PointProbe® Plus XY-Alignment, a lansat seria de sonde Plateau Tip AFM și a anunțat seria de sonde PointProbe® Plus AFM.
• În 2008, a introdus sonda Akiyama cu autoacționare și autodetecție.
• Nanosensor 2011 și-a încărcat lista inițială de dezvoltare specială și a anunțat o nouă serie de sonde AFM conductoare și rezistente la uzură și sondele AFM cu siliciu de platină.
• În 2013, sunt anunțate primele două ecranizări pe canalul său YouTube.
• A introdus o nouă serie de sonde AFM cunoscută sub numele de uniqprobe™ în 2013.

Tehnici de fabricare a nanosenzorilor

Există mai multe tehnici propuse pentru a face ca acești senzori; litografie de sus în jos, asamblare de jos în sus și auto-asamblare moleculară.

1. Abordări de sus în jos
   • Litografie: Această metodă implică gravarea modelelor la scară nanometrică pe substraturi folosind tehnici precum litografia cu fascicul de electroni (EBL) sau fotolitografia. EBL, în special, oferă rezoluție înaltă, permițând modelarea precisă, esențială pentru crearea de caracteristici la scară nanometrică.
   • Gravurare: Ambele metode de gravare umedă și uscată sunt utilizate pentru a îndepărta selectiv materialul de pe suprafața unui substrat pentru a crea structuri la scară nanometrică. Gravarea cu ioni reactivi (RIE) este o tehnică populară de gravare uscată pentru precizia și capacitatea sa de a crea modele complexe.
2. Abordări de jos în sus
   • Depunerea chimică în vapori (CVD): CVD este un proces în care reactanții gazoși formează materiale solide pe substraturi, creând filme subțiri și nanostructuri. Variante precum CVD îmbunătățită cu plasmă (PECVD) îmbunătățesc procesul prin utilizarea plasmei pentru a crește ratele de reacție.
   • Auto-asamblare: Această tehnică implică organizarea spontană a moleculelor în aranjamente structurate. Nanotehnologia ADN-ului, de exemplu, utilizează proprietățile de împerechere de baze ale ADN-ului pentru a crea nanostructuri complicate.
   • Procesare Sol-Gel: Aceasta implică tranziția unui sistem de soluție de la un „sol” lichid într-o fază „gel” solidă. Este deosebit de util pentru crearea de nanostructuri ceramice și sticloase.
3. Abordări hibride

                      Litografie Nanoimprint (NIL): Aceasta combină aspecte ale abordărilor de sus în jos și de jos în sus. Aceasta implică presarea unei matrițe nanostructurate într-un strat de polimer, apoi întărirea polimerului pentru a transfera caracteristicile la scară nanometrică.

Tipuri de nanosenzori

Există diferite tipuri de nanosenzori care sunt discutate mai jos.

Nanosenzori fizici

Acești senzori sunt utilizați pentru măsurarea modificărilor în mărimi fizice precum viteza, temperatura, presiunea, forțele electrice, deplasarea, masa și multe altele. Acești nanosenzori sunt utilizați în diverse aplicații în viața de zi cu zi și, de asemenea, în industrii. Nanowear Inc. folosește nanosenzori fizici pentru a face lenjerie de corp purtabilă pentru a găsi o posibilă insuficiență cardiacă înainte ca aceasta să apară la pacienții bolnavi cronici, uitându-se la modificările semnalelor electrice din corpul nostru.

Nanosenzori chimici

Acești senzori ajută la detectarea diferitelor substanțe chimice (sau) proprietăți chimice, cum ar fi valoarea pH-ului. Deci, acest lucru este util atunci când se analizează poluarea ecologică (sau) pentru analize farmaceutice. De obicei, acești senzori sunt fabricați din diferite nanomateriale, cum ar fi nanoparticulele de metal sau grafenul, deoarece aceștia răspund la apariția unor substanțe chimice țintă care trebuie calculate.

Cel mai bun exemplu al acestui senzor este detectarea valorii pH-ului unui lichid. Un grup investigat a reușit să construiască un astfel de tip de senzor folosind perii de polimer acoperite cu nanoparticule de aur pentru a detecta valoarea pH-ului cu tehnica spectroscopică.

Nano-biosenzori

Nano-biosenzorii din medicină și asistență medicală pot detecta cu exactitate agenții patogeni, toxine, tumori și biomarkeri. Acești senzori transformă răspunsul moleculelor în semnale optice sau electrice și au avantajul de a putea viza extrem de specific ceea ce trebuie măsurat. Ori de câte ori dimensiunea unui obiect și raportul suprafață-volum devin mai mari, atunci acești senzori au un mare avantaj biosenzorilor mai mari pentru a oferi o mai bună detectare atunci când reacția prin moleculele vizate are loc mai frecvent.

Acești senzori sunt utilizați de start-up-ul taiwanez Instant NanoBiosensors Co., Ltd. Ei folosesc o fibră optică acoperită cu nanoparticule de aur și anticorpi pentru detectarea diferiților compuși biologici.

Nanosenzor optic

Nanosenzorii optici au materiale pentru senzori la scară nanometrică (sau) nanostructurate care demonstrează o reacție diferită la frecvențele optice la excitația electromagnetică. Acești senzori sunt utilizați în principal din motive analitice pentru monitorizare, precum și pentru identificarea proceselor chimice sau biologice. Acești senzori schimbă, de asemenea, datele în semnale pentru informații importante.

Avantaje și dezavantaje

The avantajele nanosenzorilor includ următoarele.

• Nanosenzorii pot interacționa cu ușurință la nivel nano și observă evoluții unice la nivel nano care sunt diferite de nivelul macro.
• Acești senzori au o sensibilitate ridicată care permite mai multă acuratețe.
• Acestea sunt durabile, stabile, portabile, sensibilitate ridicată, răspuns mic, robust, detectare în timp real, selectivitate și ușoare,
• Acest senzor are un consum redus de energie
• Este nevoie de un volum mic de probă pentru analiza și pentru a provoca cea mai mică perturbare materialului observat.
• Timpul de răspuns al acestui senzor este scăzut și are o viteză mai mare decât alți senzori, ceea ce le permite să efectueze analize în timp real.
• Acest senzor detectează diverse lucruri simultan, ceea ce permite o varietate de funcții.
• Nanosenzorii afișează game semnificative de sensibilitate (sau) rezoluție de detecție.
• Acești senzori funcționează la o scară mai mică.
• Au o sensibilitate mai mare și mai multă acuratețe.

Dezavantajele nanosenzorilor includ următoarele.

• Acești senzori sunt în mod normal mai puțin selectivi, în principal pentru măsurătorile biologice, deoarece le lipsește specificitatea mai mare pentru bio-receptori precum ADN-ul și anticorpii.
• Nanosenzorul fabricat de sus în jos are rezoluție limitată și sunt scumpi.
• Nanosenzorii de jos în sus au eficiență foarte scăzută, au o scară mare și sunt extrem de scumpi în comparație cu alții.

Aplicații

Aplicațiile nanosenzorilor includ următoarele.

• Nanosenzorii sunt utilizați în principal pentru un număr mare de aplicații în știința plantelor, cum ar fi; furnizare constantă de energie, detectarea activităților metabolice, stocarea și calculul informațiilor și, de asemenea, pentru a detecta și a răspunde la o gamă largă de stimuli ecologici.
• Acesta este un tip unic de senzor, conceput în principal pentru a detecta și măsura informații chimice, biologice, de mediu (sau) fizice la nivel nanoscal.
• Aceștia sunt senzori mecanici sau chimici, utilizați în diferite aplicații care variază de la industriile biomedicale la industriile de mediu.
• Unele aplicații comune ale acestor senzori includ în principal;
• Acești senzori ajută la detectarea unei varietăți de substanțe chimice din gaze pentru monitorizarea poluării.
• Un nanosenzor este utilizat pentru a monitoriza parametrii fizici precum deplasarea, debitul și temperatura.
• Nanosenzorii ajută la monitorizarea semnalizării plantelor și a metabolismului pentru a înțelege biologia plantelor.
• Ajută la studierea neurotransmițătorilor din creier pentru a recunoaște neurofiziologia.
• Acești senzori pot fi utilizați ca accelerometre în dispozitivele MEMS, cum ar fi senzorii airbag.
• Este folosit pentru a aduna măsurători în timp real ale stării solului, cum ar fi; pH, nutrienți, umiditate și pesticide reziduale, în principal pentru scopuri agricole.
• Acest senzor este utilizat pentru detectarea pesticidelor pe legume și fructe pentru a detecta agenții cancerigeni din alimente.
• Detectează agenții patogeni din alimente ca element al măsurilor de securitate alimentară și de control al calității.
• Acest senzor detectează și monitorizează metaboliții cu molecule mici.
• Este utilizat pentru monitorizarea în timp real a activității celulelor canceroase metabolice ca răspuns la intruziunea terapeutică.

Astfel, aceasta este o privire de ansamblu asupra unui nanosenzor , funcționarea, tipurile, avantajele, dezavantajele și aplicațiile lor. Un nanosenzor este un dispozitiv la scară nanometrică care măsoară cantități fizice și, de asemenea, se transformă în semnale care pot fi detectate și analizate. Acești senzori sunt disponibili în diferite tipuri utilizate în diverse aplicații, cum ar fi industriile de apărare, sănătate și mediu. Există diferite tehnici disponibile pentru fabricarea acestor tipuri de senzori; litografia de sus în jos, a doua este asamblarea de jos în sus și a treia este auto-asamblarea moleculară. Iată o întrebare pentru tine, nanosenzorul este inventat de?