نانوحسگرها دارای خواص منحصر به فرد نانو مواد، برای تشخیص و اندازه گیری در مقیاس نانو هستند. نانوحسگرها دارای قابلیت اندازه گیری تا سطح تک مولکولی هستند. از نانوحسگرها می توان برای تشخیص اطلاعات شیمیایی یا مکانیکی، مانند وجود گونه های شیمیایی و یا نظارت بر پارامترهای فیزیکی مانند دما در مقیاس نانو استفاده کرد. اجزای نانوحسگرها شامل آنالیت، حسگر، مبدل (دستگاهی که یک شکل انرژی را به دیگری تبدیل می‌کند) و آشکارساز است. آنالیت از محلول به سطح سنسور پخش می شود و به طور موثر واکنش نشان می دهد.و باعث تغییر خواص فیزیکوشیمیایی سطح مبدل می شود که منجر به تغییر در خواص نوری یا الکترونیکی سطح مبدل می شود. این تغییر به سیگنال قابل شناسایی تبدیل می شود.
طبقه بندی انواع نانو حسگرها
نانوحسگرها را می‌توان بر اساس ساختار، کاربرد و منبع انرژی طبقه بندی کرد.
- بر اساس ساختار، نانوحسگرها دو نوع هستند. یکی نانوحسگر نوری و دیگری نانوحسگر الکتروشیمیایی است.
- بر اساس کاربرد شامل نانوحسگرهای قابل استقرار، حسگرهای زیستی، الکترومترها و حسگرهای شیمیایی هستند.
- بر اساس منابع انرژی شامل نانوحسگرهای فعال، که برای آنها به انرژی نیاز است (برای مثال ترمیستورها). و نانوحسگرهای غیرفعال، که برای آنها انرژی لازم نیست (مثلاً سنسورهای پیزوالکتریک و ترموکوپل).
اساس کار نانو حسگرها
- نانوحسگرهای نوری تغییر در شدت نور را اندازه گیری می کنند.
- نانوحسگرهای الکتروشیمیایی تغییر در توزیع الکتریکی را اندازه گیری می کنند.
- نانوحسگرهای پیزوالکتریک تغییر جرم را اندازه گیری می کنند.
- نانوحسگرهای کالریمتری تغییر گرما را اندازه گیری می کنند.
روش های ساخت نانو حسگرها
نانوحسگرها را می توان با استفاده از روش های مختلفی تهیه کرد. سه روش متداول عبارتند از:
- لیتوگرافی از بالا به پایین
- ساخت از پایین به بالا
- خودآرایی (معمولاً با مولکول های زیستی، به عنوان مثال لیپوزوم ها) که به گونه ای ترکیب می شوند که تشخیص بیوشیمیایی یک آنالیت به سیگنال الکتریکی تبدیل شود.
نانو حسگرها شامل، نانو حسگرهای مبتنی بر نانولوله کربنی، نانو حسگرهای مبتنی بر نقاط کوانتومی،نانو حسگرهای مبتنی بر نانوذرات و نانوخوشه ها، و نانوحسگرهای مبتنی بر فوتوآکوستیک و غیره هستند.
کاربرد نانو حسگرها
نانوذرات، عمدتاً آنهایی که فلزات نجیب هستند، دارای خواص نوری برجسته وابسته به اندازه هستند و برای ساختن نانوحسگرهای نوری استفاده میشوند. علاوه بر نانوذرات فلزی، نانوحسگرهای نوری بر اساس اندازه‌گیری‌های فلورسانس با نقاط کوانتومی نیمه‌رسانا ساخته میشوند. سایر حسگرهای نوری با پروب‌های نانومقیاس ساخته میشوند. از نانوسیم ها و نانوالیاف نیز برای ساخت حسگرهای مقاومت شیمیایی برای تشخیص بیماری ها استفاده میشود. برای به حداکثر رساندن پاسخ های حسگر گاز در تجزیه و تحلیل بازدم برای تشخیص ترکیبات آلی فرار ( نشانگرهای زیستی برای بیماری های مختلف هستند) استفاده میشوند. به عنوان مثال، استون، سولفید هیدروژن، آمونیاک و تولوئن می توانند به عنوان نشانگرهای زیستی برای ارزیابی دیابت و هالیتوزیس استفاده شوند.
یکی دیگر از نانومواد کربنی، گرافن عامل دار، برای حسگرهای بیولوژیکی و همراه با نفوذپذیری بالا در برابر مولکول‌های آب، به دستگاه‌های حسگر با سرعتی بی‌سابقه منجر میشود. برخی از نانو حسگرها منجر به یافته‌های جدیدی شده است. و پتانسیل زیادی برای پزشکی بالینی دارد، مانند تشخیص زودهنگام بیماری‌ها و درمان با حداقل تهاجم.
نانو حسگرها برای تعداد زیادی از کاربردها در علوم گیاهی، مانند سنجش فعالیت‌های متابولیک، تامین انرژی ثابت، ذخیره و محاسبه اطلاعات، و حس کردن و پاسخ به طیف وسیعی از محرک‌های محیطی استفاده میشوند. سایر نانو حسگرهای غیرفلزی که برای کاربردهای مختلف در صنایع غذایی طراحی و مورد بهره برداری قرار می گیرند، عمدتاً شامل نانومواد مبتنی بر پلیمر یا کربن هستند. به طور مثال برای تشخیص اکراتوکسین در نمونه‌های آب انگور و شراب قرمز استفاده میشود. برای هدف قرار دادن آنتاگونیست بتا که معمولاً در غذا یافت میشود. و اثرات آن از تغییر چربی بدن تا مسمومیت حاد متفاوت است، از نانوصفحات نیترید بور شش ضلعی بر روی نانولوله‌های کربنی چند جداره استفاده می‌کنند.