Nanosensor : Mga Bahagi, Mga Uri, Paggawa, Mga Teknik sa Fabrication, Mga Uri at Mga Application Nito

Ang unang halimbawa ng nanosensor ay binuo noong 1999 sa Georgia Institute of Technology ng mga mananaliksik ng isang inobasyon na nilikha mula sa carbon nanotubes. Ang nanosensor ay isang natatanging uri ng sensor at ang mga ito ay maliliit na platform na idinisenyo para sa pag-detect at pagsukat ng kemikal, biyolohikal, pisikal, o pangkapaligiran na impormasyon sa antas ng nanoscale. Ang mga ito mga sensor ay perpekto pangunahin para sa sensing application dahil sa kanilang mga natatanging katangian ng nanoparticle tulad ng; ang kanilang malaking rehiyon sa ibabaw sa ratio ng antas. Ang artikulong ito ay nagbibigay ng maikling impormasyon sa mga nanosensor, ang kanilang pagtatrabaho, mga uri, at ang kanilang mga aplikasyon.

Kahulugan ng Nanosensor

Ang isang uri ng sensor na may ilang nanometer na katangian na dimensyon ay kilala bilang isang nanosensor. Ito ay isang mekanikal o kemikal na sensor, na ginagamit upang makita ang paglitaw ng mga nanoparticle, at mga kemikal na species o suriin ang iba't ibang mga pisikal na parameter. Ginagamit ang mga ito sa mga medikal na diagnostic na aplikasyon tulad ng pagdama ng kalidad ng tubig, pagkain at iba pang kemikal. Gumagana ang sensor na ito nang katulad sa isang normal na sensor ngunit nakakakita ito ng maliliit na dami at ginagawa itong mga signal na dapat suriin. Ang mga nanosensor ay ginagamit sa mga sistema ng transportasyon, pagtuklas ng pathogen, gamot, pagmamanupaktura, pagkontrol sa polusyon, atbp.

Ang ilan sa mga halimbawa ng nanosensor ay; fluorescent nanosensors na ginawa gamit ang DNA o peptides, carbon nanotubes, quantum dots, nanosensors depende sa plasmon coupling, magnetic resonance imaging, at photoacoustic.

Mga Bahagi ng Nanosensor

Ang mga bahagi ng nanosensor ay pangunahing kasama ang isang analyte, sensor, transducer at isang detektor. Ang mga nanosensor ay may kakayahang sukatin ang antas ng single-molecule point. Sa pangkalahatan, gumagana ang mga sensor na ito sa pamamagitan ng pagsunod sa mga pagbabagong elektrikal sa loob ng mga materyales ng sensor.

Sa diagram na ito, una, ang analyte mula sa solusyon ay nagkakalat sa ibabaw ng nanosensor. Pagkatapos nito, tumutugon ito nang partikular at mahusay, kaya binabago nito ang mga katangian ng physicochemical na ibabaw ng transducer, na humahantong sa pagbabago sa loob ng mga electronic (o) optical na katangian ng mukha ng transducer. Sa wakas, ito ay binago sa isang de-koryenteng signal na nakita

Prinsipyo ng Paggawa ng Nanosensor

Gumagana ang Nanosensor sa pamamagitan ng pagsubaybay sa mga pagbabagong elektrikal sa loob ng mga materyales ng sensor. Ang mga pangunahing bahagi ng isang nanosensor ay; ang analyte, transducer, detector at ang feedback line mula sa detector patungo sa sensor block. Sinusukat ng Nanosensor ang mga solong antas ng molekula at gumagana sa pamamagitan lamang ng pagpapanatili ng pagbabago sa kuryente sa loob ng materyal ng sensor.

Ang analyte sa sensor na ito ay unang nagkakalat mula sa solusyon patungo sa ibabaw ng sensor at tumutugon nang eksakto at napakabisa sa pamamagitan ng pagbabago sa mga katangian ng physicochemical ng ibabaw. Pagkatapos nito, nagiging sanhi ito ng pagbabago sa mga katangian ng electronic optical transducer. Kaya sa wakas ang pagbabagong ito ay maaaring ma-convert sa isang electrical signal na napansin.

Kasaysayan ng Nanosensor

• Ang Nanosensor bilang 'Nanoprobe' ay itinatag noong taong 1990 at itinayo sa pananaliksik sa IBM Sindelfingen na isinagawa sa kinakailangang mga pangunahing teknolohiya para sa pagproseso ng batch ng silikon na AFM probes na may bulk micromachining.
• Ang mga nanosensor ay nagkomersyal ng AFM at SPM na mga pagsisiyasat sa buong mundo noong taong 1993. Kaya't ang kanilang mga pag-unlad sa loob ng mga teknolohiya sa pagpoproseso ng batch para sa paglikha ng AFM probes ay nag-ambag sa pagsisimula ng Atomic Force Microscopes sa industriya ng oras.
• Sa pagkakakilanlan ng pagsasakatuparan na ito, nakita ng mga sensor na ito ang Award ng Dr.-Rudolf-Eberle Innovation para sa German State of Baden-Württemberg, ang German Industry Innovation Prize sa taong 1995 at ang Förderkreis für die Mikroelektronik e.V Innovation Award sa taon 1999. Ang mga Nanosensor noong 2002 ay nakuha at isinama sa NanoWorld na nakabase sa Switzerland na isang independiyenteng yunit ng negosyo.
• Noong 2003, ipinakilala ng mga sensor na ito ang isang makabagong bagong AFM-type na probe tulad ng AdvancedTEC™. Pinapayagan nito ang eksaktong pagpoposisyon at ginagawang ang probe na ito ay nagbibigay ng Real Tip Visibility sa kabuuan ng isang atomic force microscope optical system kahit na ang AFM probe ay bahagyang tumagilid dahil sa pag-mount nito.
• Itinalaga ng mga sensor noong 2003 ang NanoAndMore GmbH bilang bagong opisyal na distributor nito para sa Turkey, Israel at Europe.
• Noong 2004, ipinakilala ang PointProbe® Plus na pinagsasama ang pamilyar na napatunayang mga feature ng PointProbe® Series tulad ng compatibility at mataas na kakayahang magamit sa mga komersyal na AFM.
• Noong 2005, ang Q30K-Plus ay inihayag na isang nobelang AFM probe scanning proximity na may mahusay na Q-factor at pinahusay na S/N ratio para sa mga UHV application.
• Binago ng Nanosensors 2006 ang network ng pamamahagi ng North American, isang miyembro ng NanoWorld Group,
• Ang NanoAndMore USA Corp., ay naging opisyal na distributor ng Nanosensor sa loob ng USA, Mexico at Canada.
• Ang Nanosensors 2007 ay naglunsad ng bagong silicon MFM AFM probe series, ipinakilala ang PointProbe® Plus XY-Alignment series, inilunsad ang Plateau Tip AFM probes series, at inihayag ang PointProbe® Plus AFM probe Series.
• Noong 2008, ipinakilala nito ang self-actuating at self-sensing na Akiyama probe.
• Ang Nanosensor 2011 ay nag-upload ng paunang listahan ng espesyal na pag-unlad nito at nag-anunsyo ng bagong wear-resistant, conductive AFM probe series, at ang Platinum Silicide AFM probe.
• Noong 2013, inihayag ang pangunahing dalawang screencast sa channel nito sa YouTube.
• Nagpakilala ito ng bagong AFM probes series na kilala bilang uniqprobe™ noong 2013.

Mga Teknik sa Paggawa ng Nanosensor

Mayroong ilang mga pamamaraan na iminungkahi upang gawin ang mga sensor na ito tulad ng; top-down na lithography, bottom-up assembly at molecular self-assembly.

1. Top-Down Approach
   • Lithography: Kasama sa pamamaraang ito ang pag-ukit ng mga pattern ng nanoscale sa mga substrate gamit ang mga diskarte tulad ng electron beam lithography (EBL) o photolithography. Ang EBL, sa partikular, ay nag-aalok ng mataas na resolution, na nagbibigay-daan para sa tumpak na patterning na mahalaga para sa paglikha ng mga nanoscale na tampok.
   • Pag-ukit: Parehong wet at dry etching na pamamaraan ang ginagamit upang piliing alisin ang materyal mula sa ibabaw ng substrate upang lumikha ng mga nanoscale na istruktura. Ang reactive ion etching (RIE) ay isang sikat na dry etching technique para sa katumpakan at kakayahang lumikha ng mga kumplikadong pattern.
2. Mga Bottom-Up Approach
   • Chemical Vapor Deposition (CVD): Ang CVD ay isang proseso kung saan ang mga gaseous reactant ay bumubuo ng mga solidong materyales sa mga substrate, na lumilikha ng mga manipis na pelikula at nanostructure. Ang mga variant tulad ng plasma-enhanced CVD (PECVD) ay nagpapahusay sa proseso sa pamamagitan ng paggamit ng plasma upang mapataas ang mga rate ng reaksyon.
   • Self-Assembly: Ang pamamaraang ito ay nagsasangkot ng kusang organisasyon ng mga molekula sa mga nakabalangkas na kaayusan. Ang DNA nanotechnology, halimbawa, ay gumagamit ng base-pairing na katangian ng DNA upang lumikha ng masalimuot na mga nanostructure.
   • Pagproseso ng Sol-Gel: Kabilang dito ang paglipat ng isang sistema ng solusyon mula sa isang likidong 'sol' patungo sa isang solidong 'gel' na bahagi. Ito ay partikular na kapaki-pakinabang para sa paglikha ng mga ceramic at malasalamin na nanostructure.
3. Mga Hybrid Approach

                      Nanoimprint Lithography (NIL): Pinagsasama nito ang mga aspeto ng parehong top-down at bottom-up approach. Ito ay nagsasangkot ng pagpindot sa isang nanostructured na amag sa isang polymer layer, pagkatapos ay paggamot sa polimer upang ilipat ang mga nanoscale na tampok.

Mga Uri ng Nanosensors

Mayroong iba't ibang uri ng nanosensors na tinalakay sa ibaba.

Mga Pisikal na Nanosensor

Ginagamit ang mga sensor na ito para sa pagsukat ng mga pagbabago sa loob ng mga pisikal na dami tulad ng bilis, temperatura, presyon, puwersa ng kuryente, displacement, masa, at marami pa. Ang mga nanosensor na ito ay ginagamit sa iba't ibang aplikasyon sa pang-araw-araw na buhay at gayundin sa mga industriya. Gumagamit ang Nanowear Inc. ng mga pisikal na nanosensor para sa paggawa ng mga naisusuot na damit na panloob upang makahanap ng posibleng pagpalya ng puso bago ito mangyari sa mga pasyenteng may malalang sakit sa pamamagitan ng pagtingin sa mga pagbabago sa loob ng mga signal ng kuryente mula sa ating mga katawan.

Mga Chemical Nanosensor

Nakakatulong ang mga sensor na ito sa pag-detect ng iba't ibang kemikal (o) mga katangian ng kemikal tulad ng pH value. Kaya ito ay kapaki-pakinabang sa tuwing tumitingin sa ecological pollution (o) para sa pharmaceutical analysis. Karaniwan, ang mga sensor na ito ay gawa-gawa mula sa iba't ibang mga nanomaterial tulad ng metal nanoparticle o graphene dahil ang mga ito ay tumutugon sa paglitaw ng mga partikular na target na kemikal na kailangang kalkulahin.

Ang pinakamahusay na halimbawa ng sensor na ito ay upang makita ang halaga ng pH ng likido. Ang isang inimbestigahang grupo ay nakagawa ng ganitong uri ng sensor gamit ang mga polymer brush na natatakpan ng gintong nanoparticle upang makita ang halaga ng pH gamit ang spectroscopic technique.

Mga nano-biosensor

Ang mga nano biosensor sa medisina at pangangalagang pangkalusugan ay maaaring eksaktong makakita ng mga pathogen, toxins, tumor, at biomarker. Ang mga sensor na ito ay nagko-convert ng tugon ng mga molekula sa optical o electrical signal at may pakinabang ng kakayahang maghangad ng lubos na partikular sa kung ano ang kinakailangang sukatin. Sa tuwing ang laki ng isang bagay at ang surface-to-volume ratio nito ay nagiging mas malaki, kung gayon ang mga sensor na ito ay may malaking benepisyo sa mas malalaking biosensor upang magbigay ng mas mahusay na sensing kapag ang reaksyon sa pamamagitan ng mga target na molekula ay nangyayari nang mas madalas.

Ang mga sensor na ito ay ginagamit ng Taiwanese start-up na Instant NanoBiosensors Co., Ltd. Gumagamit sila ng optical fiber na natatakpan ng gintong nanoparticle at antibodies para sa pag-detect ng iba't ibang biological compound.

Optical Nanosensor

Ang mga optical nanosensor ay may nanoscale (o) nanostructured na mga materyales ng sensor na nagpapakita ng ibang reaksyon sa mga optical frequency sa electromagnetic excitation. Ang mga sensor na ito ay pangunahing ginagamit para sa analytical na mga dahilan para sa pagsubaybay pati na rin ang pagtukoy ng mga kemikal o biological na proseso. Binabago din ng mga sensor na ito ang data sa mga signal para sa mahalagang impormasyon.

Mga Kalamangan at Kahinaan

Ang Mga pakinabang ng nanosensors isama ang mga sumusunod.

• Madaling nakikipag-ugnayan ang mga nanosensor sa antas ng nano at naobserbahan nila ang mga natatanging pag-unlad sa antas ng nano na iba sa antas ng macro.
• Ang mga sensor na ito ay may mataas na sensitivity na nagbibigay-daan sa higit na katumpakan.
• Ang mga ito ay matibay, matatag, portable, mataas ang sensitivity, maliit, matatag na tugon, real-time na detection, selectivity, at magaan,
• Ang sensor na ito ay may mababang paggamit ng kuryente
• Nangangailangan ito ng mababang dami ng sample para sa pagsusuri at pagdudulot ng pinakamaliit na kaguluhan sa naobserbahang materyal.
• Ang oras ng pagtugon ng sensor na ito ay mababa at may mas bilis kaysa sa iba pang mga sensor, na nagbibigay-daan sa kanila na magsagawa ng real-time na pagsusuri.
• Nakikita ng sensor na ito ang iba't ibang mga bagay nang sabay-sabay na nagbibigay-daan para sa iba't ibang mga function.
• Nagpapakita ang mga nanosensor ng makabuluhang hanay ng sensitivity (o) resolution ng detection.
• Ang mga sensor na ito ay gumagana sa mas maliit na sukat.
• Mayroon silang mas mataas na sensitivity at mas katumpakan.

Ang mga disadvantages ng nanosensors ay kinabibilangan ng mga sumusunod.

• Ang mga sensor na ito ay karaniwang hindi gaanong pumipili pangunahin para sa mga biological na sukat dahil kulang ang mga ito ng mas mataas na pagtitiyak para sa mga bio-receptor tulad ng DNA, at mga antibodies.
• Ang top-down na fabricated nanosensor ay may limitadong resolution at ang mga ito ay mahal.
• Ang bottom-up type nanosensors ay napakababang mahusay, may malaking scaling at napakamahal kumpara sa iba.

Mga aplikasyon

Ang mga aplikasyon ng nanosensors ay kinabibilangan ng mga sumusunod.

• Ang mga nanosensor ay pangunahing ginagamit para sa isang malaking bilang ng mga aplikasyon sa loob ng mga agham ng halaman tulad ng; steady na supply ng enerhiya, pag-detect ng mga metabolic na aktibidad, pag-iimbak, at pag-compute ng impormasyon, at gayundin upang makita at tumugon sa isang malawak na hanay ng ecological stimuli.
• Ito ay isang natatanging uri ng sensor, na pangunahing idinisenyo upang tuklasin at sukatin ang kemikal, biyolohikal, kapaligiran (o) pisikal na impormasyon sa antas ng nanoscale.
• Ang mga ito ay mekanikal o kemikal na mga sensor, na ginagamit sa iba't ibang mga aplikasyon na mula sa biomedical na industriya hanggang sa kapaligirang industriya.
• Ang ilang karaniwang mga aplikasyon ng mga sensor na ito ay pangunahing kinabibilangan;
• Ang mga sensor na ito ay tumutulong sa pag-detect ng iba't ibang mga kemikal sa loob ng mga gas para sa pagsubaybay sa polusyon.
• Ang isang nanosensor ay ginagamit upang subaybayan ang mga pisikal na parameter tulad ng displacement, daloy at temperatura.
• Tumutulong ang mga nanosensor sa pagsubaybay sa pagbibigay ng senyas at metabolismo ng halaman upang maunawaan ang biology ng halaman.
• Nakakatulong ito sa pag-aaral ng mga neurotransmitter sa loob ng utak upang makilala ang neurophysiology.
• Ang mga sensor na ito ay maaaring gamitin bilang mga accelerometer sa loob ng MEMS device tulad ng mga airbag sensor.
• Ito ay ginagamit upang mangalap ng real-time na mga sukat ng kondisyon ng lupa tulad ng; pH, nutrients, moisture at natitirang pestisidyo pangunahin para sa mga layuning pang-agrikultura.
• Ginagamit ang sensor na ito para sa pag-detect ng mga pestisidyo sa mga gulay at prutas para makakita ng mga carcinogens sa loob ng pagkain.
• Nakikita nito ang mga pathogen sa loob ng pagkain bilang elemento ng seguridad sa pagkain at mga hakbang sa pagkontrol sa kalidad.
• Nakikita at sinusubaybayan ng sensor na ito ang maliliit na molekula na metabolite.
• Ginagamit ito para sa real-time na pagsubaybay sa aktibidad ng metabolic cancer cell bilang tugon sa therapeutic intrusion.

Kaya, ito ay isang pangkalahatang-ideya ng isang nanosensor , ang kanilang pagtatrabaho, mga uri, mga pakinabang, mga disadvantage, at mga aplikasyon. Ang nanosensor ay isang nanoscale device na sumusukat sa mga pisikal na dami at nagbabago din sa mga signal na maaaring makita pati na rin masuri. Available ang mga sensor na ito sa iba't ibang uri na ginagamit sa iba't ibang mga application tulad ng mga industriya ng depensa, pangangalaga sa kalusugan at kapaligiran. Mayroong iba't ibang mga pamamaraan na magagamit upang gumawa ng mga ganitong uri ng mga sensor; top-down na lithography, pangalawa ay bottom-up assembly at pangatlo ay molecular self-assembly. Narito ang isang tanong para sa iyo, ang nanosensor ay naimbento ni?