Nanosensor: komponendid, tüübid, töö, valmistamistehnikad, tüübid ja rakendused

Esimene nanosensori näide töötati välja 1999. aastal Georgia Tehnoloogiainstituudis teadlaste poolt süsiniknanotorudest loodud uuendusena. Nanosensor on unikaalne andur ja need on väikesed platvormid, mis on mõeldud keemilise, bioloogilise, füüsikalise või keskkonnateabe tuvastamiseks ja mõõtmiseks nanoskaala tasemel. Need andurid on ideaalsed peamiselt tuvastusrakenduste jaoks oma ainulaadsete nanoosakeste omaduste tõttu, nagu; nende tohutu pindala ja taseme suhe. See artikkel annab lühiteavet nanosensorite, nende töö, tüüpide ja rakenduste kohta.

Nanosensori määratlus

Teatud tüüpi andureid, millel on mõne nanomeetri iseloomulikud mõõtmed, tuntakse nanosensorina. See on mehaaniline või keemiline andur, mida kasutatakse nanoosakeste ja keemiliste liikide esinemise tuvastamiseks või erinevate füüsikaliste parameetrite kontrollimiseks. Neid kasutatakse meditsiinidiagnostika rakendustes, nagu vee, toidu ja muude kemikaalide kvaliteedi tuvastamine. See andur töötab sarnaselt tavalise anduriga, kuid tuvastab väikesed kogused ja muudab need signaalideks, mida tuleks analüüsida. Nanosensoreid kasutatakse transpordisüsteemides, patogeenide tuvastamisel, meditsiinis, tootmises, saastetõrjes jne.

Mõned nanosensori näited on; fluorestseeruvad nanosensorid, mis on valmistatud DNA või peptiididega, süsinik-nanotorud, kvantpunktid, nanosensorid sõltuvalt plasmonsidemest, magnetresonantstomograafia ja fotoakustilised.

Nanosensori komponendid

Nanosensori komponendid hõlmavad peamiselt analüüti, andurit, andurit ja detektorit. Nanosensorid on võimelised mõõtma ühe molekuli punktitaset. Üldiselt toimivad need andurid, järgides anduri materjalides toimuvaid elektrilisi muutusi.

Sellel diagrammil difundeerub esiteks lahusest saadud analüüt nanosensori pinnale. Pärast seda reageerib see spetsiifiliselt ja tõhusalt, nii et see muudab anduri pinna füüsikalis-keemilisi omadusi, mis viib anduri esikülje elektrooniliste (või) optiliste omaduste muutumiseni. Lõpuks muudetakse see elektrisignaaliks, mis tuvastatakse

Nanosensori tööpõhimõte

Nanosensor töötab, jälgides elektrilisi muutusi anduri materjalides. Nanosensori põhiosad on; analüüt, andur, detektor ja tagasiside joon detektorist anduriploki suunas. Nanosensor mõõdab üksikute molekulide taset ja toimib, säilitades lihtsalt anduri materjalis elektrilise muutuse.

Selles anduris olev analüüt hajub esmalt lahusest anduri pinnale ja reageerib täpselt ja väga tõhusalt, muutes pinna füüsikalis-keemilisi omadusi. Pärast seda põhjustab see elektroonilise optilise muunduri omaduste muutumise. Nii et lõpuks saab selle muutuse teisendada elektrisignaaliks, mida märgatakse.

Nanosensori ajalugu

• Nanosensor kui 'Nanoprobe' asutati 1990. aastal ja see põhines IBM Sindelfingeni uurimistööl, mis viidi läbi nõutavate põhitehnoloogiate kohta räni AFM-sondide partii töötlemiseks hulgi-mikrotöötlusega.
• Nanosensorid turustasid AFM- ja SPM-sonde ülemaailmselt 1993. aastal. Seega aitasid nende arendused AFM-sondide loomiseks mõeldud partiitöötlustehnoloogiate vallas kaasa aatomijõumikroskoopide kasutuselevõtule ajatööstuses.
• Selle teostuse tuvastamisel eristasid need andurid Dr.-Rudolf-Eberle innovatsiooniauhinda Saksamaa Baden-Württembergi liidumaal, Saksamaa tööstuse innovatsiooniauhinda 1995. aastal ja Förderkreis für die Mikroelektronik e.V innovatsiooniauhinda aastal. 1999. 2002. aastal saadi nanosensorid ja integreeriti Šveitsis asuvasse NanoWorldi, mis on iseseisev äriüksus.
• 2003. aastal tutvustasid need andurid uuenduslikku uut AFM-tüüpi sondi nagu AdvancedTEC™. See võimaldab täpset positsioneerimist ja annab selle sondi tõelise otsa nähtavuse kogu aatomjõumikroskoobi optilises süsteemis isegi siis, kui AFM-sond on selle kinnituse tõttu veidi kallutatud.
• Sensors määras 2003. aastal NanoAndMore GmbH oma uueks ametlikuks turustajaks Türgis, Iisraelis ja Euroopas.
• 2004. aastal tutvustati PointProbe® Plusi, mis ühendab tuttavad tõestatud PointProbe® seeria funktsioonid, nagu ühilduvus ja suur rakenduste mitmekülgsus kaubanduslike AFM-idega.
• 2005. aastal kuulutati välja Q30K-Plus, mis on uudne AFM-sondi skaneerimise lähedus suurepärase Q-teguri ja täiustatud S/N suhtega UHV-rakenduste jaoks.
• Nanosensors 2006 muutis Põhja-Ameerika turustusvõrku, mis on NanoWorld Groupi liige,
• NanoAndMore USA Corp. sai Nanosensori ametlikuks edasimüüjaks USA-s, Mehhikos ja Kanadas.
• Nanosensors 2007 tõi turule uue räni MFM AFM-sondide seeria, tutvustas PointProbe® Plus XY-Alignment seeriat, käivitas Plateau Tip AFM-sondide seeria ja kuulutas välja PointProbe® Plus AFM-sondide seeria.
• 2008. aastal tutvustas see iseliikuvat ja isetundlikku Akiyama sondi.
• Nanosensor 2011 laadis üles oma esialgse spetsiaalse arendusnimekirja ja teatas uuest kulumiskindlast juhtivast AFM-sondide seeriast ja Platinum Silicide AFM-sondidest.
• 2013. aastal kuulutatakse see välja oma YouTube'i kanali kaheks peamiseks ekraanisaateks.
• See tutvustas 2013. aastal uut AFM-sondide seeriat, mida tuntakse uniqprobe™ nime all.

Nanosensori valmistamise tehnikad

Nende andurite sarnaseks muutmiseks on välja pakutud mitmeid tehnikaid; ülalt-alla litograafia, alt-üles kokkupanek ja molekulaarne isekooste.

1. Ülalt-alla lähenemisviisid
   • Litograafia: See meetod hõlmab nanomõõtmeliste mustrite söövitamist substraatidele, kasutades selliseid meetodeid nagu elektronkiire litograafia (EBL) või fotolitograafia. Eelkõige pakub EBL kõrget eraldusvõimet, mis võimaldab nanoskaala funktsioonide loomiseks vajalikku täpset mustrit.
   • Söövitus: Materjali valikuliseks eemaldamiseks substraadi pinnalt kasutatakse nanomõõtmeliste struktuuride loomiseks nii märg- kui ka kuivsöövitusmeetodeid. Reaktiivne ioonsöövitus (RIE) on populaarne kuivsöövitamise tehnika täpsuse ja keerukate mustrite loomise võime tõttu.
2. Alt-üles lähenemisviisid
   • Keemiline aurustamine-sadestamine (CVD): CVD on protsess, kus gaasilised reagendid moodustavad substraatidel tahkeid materjale, luues õhukesi kilesid ja nanostruktuure. Sellised variandid nagu plasma-enhanced CVD (PECVD) täiustavad protsessi, kasutades plasmat reaktsioonikiiruste suurendamiseks.
   • Iseseisev kokkupanek: See meetod hõlmab molekulide spontaanset organiseerimist struktureeritud paigutusteks. Näiteks DNA nanotehnoloogia kasutab keerukate nanostruktuuride loomiseks DNA aluste sidumise omadusi.
   • Sol-Gel töötlemine: See hõlmab lahusesüsteemi üleminekut vedelalt 'soolilt' tahkeks 'geelifaasiks'. See on eriti kasulik keraamiliste ja klaasjas nanostruktuuride loomisel.
3. Hübriidsed lähenemisviisid

                      Nanojälje litograafia (NIL): See ühendab nii ülalt-alla kui ka alt-üles lähenemisviisi aspektid. See hõlmab nanostruktureeritud vormi pressimist polümeerikihiks, seejärel polümeeri kõvastamist nanoskaala omaduste ülekandmiseks.

Nanosensorite tüübid

On olemas erinevat tüüpi nanosensoreid, mida käsitletakse allpool.

Füüsilised nanosensorid

Neid andureid kasutatakse muutuste mõõtmiseks sellistes füüsikalistes suurustes nagu kiirus, temperatuur, rõhk, elektrilised jõud, nihe, mass ja palju muud. Neid nanosensoreid kasutatakse erinevates igapäevaelus ja ka tööstustes. Nanowear Inc. kasutab kantavate alusrõivaste valmistamisel füüsilisi nanosensoreid, et tuvastada võimalik südamepuudulikkus enne selle tekkimist krooniliselt haigetel patsientidel, vaadates meie kehast tulevate elektriliste signaalide muutusi.

Keemilised nanosensorid

Need andurid aitavad tuvastada erinevaid kemikaale (või keemilisi omadusi), nagu pH väärtus. Seega on see kasulik alati, kui vaadeldakse ökoloogilist reostust (või) farmaatsiaanalüüsi jaoks. Tavaliselt on need andurid valmistatud erinevatest nanomaterjalidest, nagu metalli nanoosakesed või grafeen, kuna need reageerivad konkreetsete sihtkemikaalide esinemisele, mida tuleb arvutada.

Selle anduri parim näide on vedeliku pH väärtuse tuvastamine. Uuritud rühm suutis ehitada sellist tüüpi anduri, kasutades kulla nanoosakestega kaetud polümeerharju, et tuvastada pH väärtus spektroskoopilise tehnikaga.

Nano-biosensorid

Nano-biosensorid meditsiinis ja tervishoius suudavad täpselt tuvastada patogeene, toksiine, kasvajaid ja biomarkereid. Need andurid muudavad molekulide reaktsiooni optilisteks või elektrilisteks signaalideks ja nende eeliseks on see, et nad suudavad mõõta väga täpselt. Iga kord, kui objekti suurus ja selle pinna ja ruumala suhe muutuvad suuremaks, on nendel anduritel suur eelis suurematele biosensoritele, et tagada parem tajumine, kui reaktsioon läbi sihtmolekulide toimub sagedamini.

Neid andureid kasutab Taiwani idufirma Instant NanoBiosensors Co., Ltd. Nad kasutavad erinevate bioloogiliste ühendite tuvastamiseks kulla nanoosakeste ja antikehadega kaetud optilist kiudu.

Optiline nanosensor

Optilistel nanosensoritel on nanomõõtmelised (või) nanostruktuuriga andurimaterjalid, mis näitavad optilistel sagedustel erinevat reaktsiooni elektromagnetilisele ergutamisele. Neid andureid kasutatakse peamiselt analüütilistel põhjustel seireks ning keemiliste või bioloogiliste protsesside tuvastamiseks. Need andurid muudavad andmed ka olulise teabe signaalideks.

Eelised ja miinused

The nanosensorite eelised sisaldama järgmist.

• Nanosensorid saavad hõlpsasti nanotasandil suhelda ja nad jälgivad nanotasandil ainulaadseid arenguid, mis erinevad makrotasandist.
• Nendel anduritel on kõrge tundlikkus, mis võimaldab suuremat täpsust.
• Need on vastupidavad, stabiilsed, kaasaskantavad, kõrge tundlikkusega, väikesed, tugeva reaktsioonivõimega, reaalajas tuvastamisega, selektiivsusega ja kerged,
• Sellel anduril on madal energiatarve
• See nõuab väikest proovi mahtu, et analüüsida ja tekitada vaadeldava materjali kõige vähem häireid.
• Selle anduri reaktsiooniaeg on madal ja sellel on suurem kiirus kui teistel anduritel, mis võimaldab neil teha reaalajas analüüsi.
• See andur tuvastab korraga erinevaid asju, mis võimaldab kasutada erinevaid funktsioone.
• Nanosensorid kuvavad märkimisväärseid tuvastamistundlikkuse (või eraldusvõime) vahemikke.
• Need andurid töötavad väiksemas mahus.
• Neil on suurem tundlikkus ja täpsus.

Nanosensorite puudused hõlmavad järgmist.

• Need andurid on tavaliselt vähem selektiivsed peamiselt bioloogiliste mõõtmiste jaoks, kuna neil puudub suurem spetsiifilisus bioretseptorite nagu DNA ja antikehade suhtes.
• Ülalt alla valmistatud nanosensoril on piiratud eraldusvõime ja need on kallid.
• Alt-üles tüüpi nanosensorid on väga madala efektiivsusega, suure mastaabiga ja teistega võrreldes äärmiselt kallid.

Rakendused

Nanosensorite rakendused hõlmavad järgmist.

• Nanosensoreid kasutatakse peamiselt paljudes taimeteadustes, näiteks; pidev energiavarustus, metaboolsete tegevuste tuvastamine, teabe salvestamine ja arvutamine, samuti paljude ökoloogiliste stiimulite tuvastamine ja neile reageerimine.
• See on unikaalne anduritüüp, mis on mõeldud peamiselt keemilise, bioloogilise, keskkonna- (või) füüsikalise teabe tuvastamiseks ja mõõtmiseks nanoskaala tasemel.
• Need on mehaanilised või keemilised andurid, mida kasutatakse erinevates rakendustes alates biomeditsiinitööstusest kuni keskkonnatööstuseni.
• Nende andurite mõned levinumad rakendused hõlmavad peamiselt:
• Need andurid aitavad tuvastada mitmesuguseid gaasides leiduvaid kemikaale, et jälgida reostust.
• Nanosensorit kasutatakse füüsiliste parameetrite, nagu nihe, vooluhulk ja temperatuur, jälgimiseks.
• Nanosensorid aitavad jälgida taimede signaalimist ja ainevahetust, et mõista taimebioloogiat.
• See aitab uurida neurotransmittereid ajus, et ära tunda neurofüsioloogiat.
• Neid andureid saab kasutada kiirendusmõõturitena MEMS-seadmetes, nagu turvapadja andurid.
• Seda kasutatakse reaalajas pinnase seisundi mõõtmiste kogumiseks, näiteks; pH, toitained, niiskus ja pestitsiidide jäägid peamiselt põllumajanduslikuks otstarbeks.
• Seda andurit kasutatakse köögiviljade ja puuviljade pestitsiidide tuvastamiseks, et tuvastada kantserogeenid toidus.
• See tuvastab patogeenid toidus toiduga kindlustatuse ja kvaliteedikontrolli meetmete elemendina.
• See andur tuvastab ja jälgib väikese molekuliga metaboliite.
• Seda kasutatakse reaalajas metaboolse vähirakkude aktiivsuse jälgimiseks vastuseks terapeutilisele sissetungile.

Seega on see ülevaade nanosensorist , nende töö, tüübid, eelised, puudused ja rakendused. Nanosensor on nanomõõtmeline seade, mis mõõdab füüsilisi suurusi ja muutub ka signaalideks, mida saab tuvastada ja analüüsida. Need andurid on saadaval erinevat tüüpi, mida kasutatakse erinevates rakendustes, näiteks kaitse-, tervishoiu- ja keskkonnatööstuses. Seda tüüpi andurite valmistamiseks on saadaval erinevad tehnikad; ülalt-alla litograafia, teine ​​on alt-üles kokkupanek ja kolmas on molekulaarne isekooste. Siin on teile küsimus, nanosensori leiutas?