最初のナノセンサーの例は、1999 年にジョージア工科大学で研究者らによって開発され、カーボン ナノチューブから生み出された革新的なものでした。ナノセンサーはユニークな種類のセンサーであり、化学的、生物学的、物理的、または環境情報をナノスケールレベルで検出および測定するために設計された小さなプラットフォームです。これら センサー 以下のようなユニークなナノ粒子特性により、主にセンシング用途に最適です。その巨大な表面領域とレベルの比率。この記事では、ナノセンサー、その仕組み、種類、用途について簡単に説明します。
ナノセンサーの定義
数ナノメートルの特徴的な寸法を持つセンサーの一種は、ナノセンサーとして知られています。これは機械的または化学的なセンサーであり、ナノ粒子や化学種の発生を検出したり、さまざまな物理的パラメーターをチェックしたりするために使用されます。これらは、水質、食品、その他の化学物質の検出などの医療診断アプリケーションに使用されます。このセンサーは通常のセンサーと同様に機能しますが、微量を検出し、分析すべき信号に変換します。ナノセンサーは、輸送システム、病原体検出、医療、製造、汚染防止などで使用されます。
ナノセンサーの例としては、次のようなものがあります。 DNA またはペプチドで作られた蛍光ナノセンサー、カーボン ナノチューブ、量子ドット、プラズモン結合に基づくナノセンサー、磁気共鳴イメージング、および光音響。
ナノセンサーコンポーネント
ナノセンサーのコンポーネントには、主に検体、センサー、トランスデューサー、検出器が含まれます。ナノセンサーは単一分子点レベルを測定できます。一般に、これらのセンサーは、センサー材料内の電気的変化に従うことによって機能します。
この図では、まず、溶液からの分析物がナノセンサーの表面に拡散します。その後、特異的かつ効率的に応答するため、トランスデューサー表面の物理化学的特性が変化し、トランスデューサー面の電子的 (または) 光学的特性の変化につながります。最終的にこれを電気信号に変えて検出します。
ナノセンサーの動作原理
ナノセンサーは、センサー材料内の電気的変化を追跡することによって機能します。ナノセンサーの基本的な部分は次のとおりです。検体、トランスデューサー、検出器、および検出器からセンサーブロックに向かうフィードバックライン。ナノセンサーは、センサー材料内の電気的変化を維持するだけで単一分子レベルと動作を測定します。
“ミニアンプの作り方 ”
このセンサー内の分析対象物は、最初に溶液からセンサーの表面に拡散し、表面の物理化学的特性を変化させることによって正確かつ非常に効果的に反応します。その後、電子光変換器の特性に変化が生じます。したがって、最終的にこの変化は電気信号に変換されて認識されるようになります。
ナノセンサーの歴史
- 「ナノプローブ」としてのナノセンサーは 1990 年に設立され、バルクマイクロマシニングによるシリコン AFM プローブのバッチ処理に必要な基本技術について IBM ジンデルフィンゲンで実施された研究に基づいて構築されました。
- Nanosensors は、1993 年に AFM および SPM プローブを世界的に商品化しました。そのため、AFM プローブを作成するためのバッチ処理技術におけるナノセンサーの開発は、原子間力顕微鏡を時間産業に導入することに貢献しました。
- この認識の特定において、これらのセンサーは、ドイツのバーデン ヴュルテンベルク州のルドルフ エーベルレ博士イノベーション賞、1995 年のドイツ産業イノベーション賞、および同年の Förderkreis für die Mikroelektronik e.V Innovation Award を識別しました。 1999 年。2002 年に Nanosensors を買収し、スイスに拠点を置く独立した事業部門である NanoWorld に統合されました。
- 2003 年、これらのセンサーは、AdvancedTEC™ のような革新的な新しい AFM タイプのプローブを導入しました。これにより、AFM プローブが取り付けのためにわずかに傾いている場合でも、このプローブは正確な位置決めを可能にし、原子間力顕微鏡光学システム全体で実際の先端の可視性を提供します。
- Sensors は 2003 年に NanoAndMore GmbH をトルコ、イスラエル、ヨーロッパの新しい正規代理店として任命しました。
- 2004 年に、互換性や高いアプリケーション多用途性など、定評ある PointProbe® シリーズの機能を市販の AFM と統合した PointProbe® Plus が導入されました。
- 2005 年に、UHV アプリケーション向けに優れた Q ファクターと強化された S/N 比を備えた新しい AFM プローブ走査近接性である Q30K-Plus が発表されました。
- Nanosensors 2006 は、NanoWorld Group のメンバーである北米の販売ネットワークを変えました。
- NanoAndMore USA Corp. は、米国、メキシコ、カナダにおける Nanosensor の公式代理店となりました。
- Nanosensors 2007 は、新しいシリコン MFM AFM プローブ シリーズを発売し、PointProbe® Plus XY-Alignment シリーズを発表し、Plateau Tip AFM プローブ シリーズを発売し、PointProbe® Plus AFM プローブ シリーズを発表しました。
- 2008 年に、自己作動および自己感知型の Akiyama プローブを導入しました。
- Nanosensor 2011 は、最初の特別開発リストをアップロードし、新しい耐摩耗性、導電性 AFM プローブ シリーズとプラチナ シリサイド AFM プローブを発表しました。
- 2013 年に、YouTube チャンネルで主要な 2 つのスクリーンキャストが発表されました。
- 同社は 2013 年に uniqprobe™ として知られる新しい AFM プローブ シリーズを発表しました。
ナノセンサー製造技術
これらのセンサーを次のように作成するために提案された技術がいくつかあります。トップダウンリソグラフィー、ボトムアップアセンブリ、分子自己集合。
- トップダウンのアプローチ
- リソグラフィー: この方法には、電子ビーム リソグラフィー (EBL) やフォトリソグラフィーなどの技術を使用して、基板上にナノスケール パターンをエッチングすることが含まれます。特に EBL は高解像度を提供し、ナノスケールのフィーチャーの作成に不可欠な正確なパターニングを可能にします。
- エッチング： ウェット エッチング方法とドライ エッチング方法の両方を使用して、基板の表面から材料を選択的に除去し、ナノスケール構造を作成します。反応性イオン エッチング (RIE) は、その精度と複雑なパターンを作成できるため、一般的なドライ エッチング技術です。
- ボトムアップのアプローチ
- 化学蒸着 (CVD): CVD は、ガス状反応物が基板上に固体材料を形成し、薄膜やナノ構造を作成するプロセスです。プラズマ増強 CVD (PECVD) のような変種は、プラズマを使用して反応速度を高めることでプロセスを強化します。
- 自己組織化: この技術には、分子を構造化した配置に自発的に組織化することが含まれます。たとえば、DNA ナノテクノロジーは、DNA の塩基対形成特性を利用して、複雑なナノ構造を作成します。
- ゾルゲル処理: これには、溶液系が液体の「ゾル」から固体の「ゲル」相へ移行することが含まれます。これは、セラミックやガラス状のナノ構造を作成する場合に特に役立ちます。
- ハイブリッドアプローチ
ナノインプリントリソグラフィー (NIL): これは、トップダウンとボトムアップの両方のアプローチの側面を組み合わせたものです。これには、ナノ構造の型をポリマー層に押し込み、その後ポリマーを硬化してナノスケールの特徴を転写することが含まれます。
ナノセンサーの種類
ナノセンサーにはさまざまなタイプがありますが、これについては以下で説明します。
物理的ナノセンサー
これらのセンサーは、速度、温度、圧力、電気力、変位、質量などの物理量の変化を測定するために使用されます。これらのナノセンサーは、日常生活や産業のさまざまな用途に使用されています。 Nanowear Inc. は、身体からの電気信号の変化を観察することで、慢性疾患の患者に心不全が起こる前に、心不全の可能性を発見するウェアラブル下着の製造に物理的ナノセンサーを利用しています。
化学ナノセンサー
これらのセンサーは、pH 値などのさまざまな化学物質 (または) 化学的特性の検出に役立ちます。したがって、これは生態学的汚染を調べるとき (または) 薬学的分析を行うときに役立ちます。通常、これらのセンサーは、計算が必要な特定のターゲット化学物質の発生に応答するため、金属ナノ粒子やグラフェンなどのさまざまなナノ材料から製造されます。
このセンサーの最も良い例は、液体の pH 値を検出することです。研究グループは、分光技術でpH値を検出するために、金ナノ粒子で覆われたポリマーブラシを使用してそのようなタイプのセンサーを構築することができました。
ナノバイオセンサー
医学およびヘルスケアにおけるナノ バイオセンサーは、病原体、毒素、腫瘍、バイオマーカーを正確に検出できます。これらのセンサーは、分子の応答を光信号または電気信号に変換し、測定が必要なものを非常に具体的に狙うことができるという利点があります。物体のサイズとその表面積と体積の比が大きくなるたびに、これらのセンサーは、ターゲット分子を介した反応がより頻繁に発生するときにより優れたセンシングを提供するという、より大型のバイオセンサーに対して大きな利点をもたらします。
これらのセンサーは、台湾の新興企業インスタント ナノバイオセンサーズ社が使用しています。金ナノ粒子と抗体で覆われた光ファイバーを利用して、さまざまな生物学的化合物を検出します。
光ナノセンサー
光学ナノセンサーは、電磁励起に対して光周波数で異なる反応を示すナノスケール (または) ナノ構造のセンサー材料を備えています。これらのセンサーは主に、化学的または生物学的プロセスの監視および識別のための分析目的で使用されます。これらのセンサーは、データを重要な情報の信号に変換します。
長所と短所
の ナノセンサーの利点 以下のものが含まれます。
- ナノセンサーはナノレベルで容易に相互作用することができ、マクロレベルとは異なるナノレベルでの独自の発展を観察します。
- これらのセンサーは感度が高く、より正確な精度を実現します。
- これらは、耐久性、安定性、ポータブル、高感度、小型、堅牢な応答、リアルタイム検出、選択性、軽量です。
- このセンサーは消費電力が低いです
- 分析に必要なサンプル量は少なく、観察される物質への影響も最小限に抑えられます。
- このセンサーの応答時間は短く、他のセンサーよりも高速であるため、リアルタイム分析を実行できます。
- このセンサーはさまざまなものを同時に検出するため、さまざまな機能が可能になります。
- ナノセンサーは、かなりの範囲の検出感度 (または) 分解能を示します。
- これらのセンサーは小規模で動作します。
- より優れた感度と精度を備えています。
ナノセンサーの欠点には次のようなものがあります。
- これらのセンサーは、DNA や抗体などの生体受容体に対する高い特異性を欠いているため、通常、主に生物学的測定に対する選択性が低くなります。
- トップダウンで製造されたナノセンサーは解像度が限られており、高価です。
- ボトムアップ型のナノセンサーは効率が非常に低く、スケーリングが大きく、他のセンサーと比較して非常に高価です。
アプリケーション
ナノセンサーの用途には次のようなものがあります。
- ナノセンサーは主に次のような植物科学内の多数の用途に使用されます。安定したエネルギー供給、代謝活動の検出、情報の保存と計算、そして広範囲にわたる生態学的刺激の検出と対応も行います。
- これはユニークなタイプのセンサーであり、主に化学的、生物学的、環境 (または) 物理情報をナノスケール レベルで検出および測定するように設計されています。
- これらは機械式または化学式のセンサーであり、生物医学産業から環境産業に至るまでのさまざまな用途に使用されます。
- これらのセンサーの一般的な用途には主に次のものがあります。
- これらのセンサーは、汚染を監視するためにガス内のさまざまな化学物質を検出するのに役立ちます。
- ナノセンサーは、変位、流量、温度などの物理パラメータを監視するために使用されます。
- ナノセンサーは、植物のシグナル伝達と代謝をモニタリングして植物の生物学を理解するのに役立ちます。
- 脳内の神経伝達物質を研究して神経生理学を認識するのに役立ちます。
- これらのセンサーは、エアバッグ センサーなどの MEMS デバイス内の加速度計として使用できます。
- これは、次のようなリアルタイムの土壌状態測定値を収集するために使用されます。主に農業目的の pH、栄養素、水分、残留農薬。
- このセンサーは、野菜や果物の農薬を検出し、食品内の発がん性物質を検出するために使用されます。
- 食品の安全性と品質管理対策の要素として、食品内の病原体を検出します。
- このセンサーは、小分子代謝産物を検出および監視します。
- これは、治療侵入に応じたリアルタイムの代謝癌細胞活動モニタリングに使用されます。
したがって、これは ナノセンサーの概要 、その仕組み、種類、メリット、デメリット、用途などを解説します。ナノセンサーは、物理量を測定し、検出および分析できる信号に変換するナノスケールのデバイスです。これらのセンサーは、防衛、医療、環境産業などのさまざまな用途で使用されるさまざまなタイプが用意されています。このようなタイプのセンサーを製造するには、さまざまな技術が利用できます。トップダウンリソグラフィー、2番目はボトムアップアセンブリ、3番目は分子自己集合です。ここで質問がありますが、ナノセンサーは誰によって発明されましたか?
