Наносетилник

Наносетилник или наносензор - сетилник чии активни елементи вклучуваат наноматеријали. Тие се употребуваат за различни медицински цели и како премини за изградба на други нанопроизводи, како што се компјутерските чипови, кои работат на наноскала, и нанороботи. Денес, постојат неколку начини за изработка на наносетилници, како што се top-down литографија, bottom-up здружување и меѓусебно здружување на молекули.

Преглед на општ проток на наносензор.

Предвидени употреби

Медицинската употреба на наносензорите главно се одвива околу потенцијалот на наносензорите прецизно да идентификуваат одредени клетки или површини во тело кое има потреба. Со мерење на промените на волумен, концентрација, разместување и густина,гравитациски,електрични и магнетни сили,притисок или температура на клетките во телото, наносензорите може да имаат способност да прават разлика помеѓу и да препознаваат одредени клетки, особено оние на рак на молекуларно ниво, со цел да пренесат лекови или да се следи развојот на специфичните места во телото. Уште повеќе, тие може да се способни за откривање на макроскопски варијации надвор од телото и да комуницираат за овие промени со други нанопроизводи што работат во телото.

Кај еден пример на наносензор е вклучена употребата на флуоросцентните својства на quantum точките од кадмиум селенид како сензори за откривање на тумор во телото. Со инјектирање на овие quantum точки во телото, докторот може да виде каде е клетката на туморот или ракот со пронаоѓање на quantum точките, што претставува лесен процес поради нивната флуоросцентност. Развиените наносетилни quantum точки би биле специфично конструирани за да ја најдат само одредената клетка заради која телото било изложено на опасност. Меѓутоа, негативна страна на кадмиум селенид точките, е тоа што тие се многу токсични за телото. Поради ова,истражувачите работат на развивање на алтернативни точки направени од различни,помалку токсични материјали, додека сè уште се задржуваат некои од флуоросцентните својства. Особено,тие ги имаат истражувано посебните придонеси на quantum точки од цинк сулфид кои, и покрај тоа што не се многу флуоросцентни како кадмиум селенид, може да се зголемат со други метали,меѓу кои и магнезиум и различни лантаноидни елементи. Дополнително,овие понови quantum токи стануваат пофлуоросцентни кога се врзуваат со нивните целни клетки. Како потенцијално предвидени функции може исто така да се вклучат и сензори за откривање на специфична DNA, со цел да се препознаат експлицитни генетски аномалии, особено кај личности кај кои степенот на ризик е повисок, и вградените сензори што може автоматски да откријат ниво на гликоза поедноставно од сегашните детектори ,кога станува збор за дијабетични субјекти. DNA може исто така да послужи и за изработка на интегралното коло на CMOS(Complementary metal–oxide–semiconductor), интегрирајќи наноуред со сетилни способности. Затоа, при употреба на модели на протеомика и нови хибридни материјали, нанобиосензорите може исто така да се употребат за оспособување на компоненти да конфигурираат во хибриден полупроводнички супстрат, како дел од спојувањето на колото. Развојот и минијатурноста на нанобиосензорите би требало да обезбеди интересни нови можности.

Други планирани производи, кои најчето користат наносензори за изгадба на помали интегрирани кола, како и нивно инкорпорирање во други различни производи кои се изработени со употреба на други форми на нанотехнологија се наменети за различни области, како што се транспорт, комуникација, подобрување во структурниот интегритет, и роботика. Наносензорите може исто така да се корисни како попрецизни набљудубачи на состојбота на материјалите за употреба во системи каде големината и тежината се ограничени, како што се во сателитите и други машини во аеронаутиката.

Постоечки наносетилници

Во денешно време, масовно произведените функционални наносензори најчесто се наменети за биолошкиот свет,како природни рецептори за надворешна стимулација. На пример, сетилото за мирис, особено кај животните што е поразвиено, функционира употребувајќи рецептори кои може да осетат молекули со наноголемина. Одредени растенија,исто така, користат наносензори за да откријат присуство на сончева светлина;некои видови на риби користат наносензори за откривање на мали вибрации во околната водна средина; и многу инсекти детектираат сексуални феромони користејќи наносензори.

Еден од првите функционални примероци на синтетичккиот наносензор бил изработен од истражувачи на Иститутот за технологија во Џорџија, во 1999. Тоа се состоело од поврзување на единечна честичка на крајот од јаглеродна наноцевка и притоа мерејќи ја вибрациската честота на наноцевката со и без честичката. Разликата меѓу двете честоти им овозможило на истражувачите да ја измерат масата на прикачената честичка.

Исто така, хемиските сензори биле изградени користејќи наноцевки за да откријат различни својства на гасните молекули. Јаглеродните наноцевки биле употребени за откривање на можна јонизација на гасните молекули, додека наноцевките направени од титан биле употребени за откривање на атмосферска концентреција на водород на молекуларно ниво. Многу од овие вклучуваат системи со кои се изградени наноцевките за да имаат посебни преградени отвори/џебови за друга молекула.Кога таа одредена молекула, и само таа специфична молекула, се вклопи во наносензорот , и кога ќе се донесе светлина врз наносензорот ,тоа ќе рефлектира различни бранови должини на светлина и притоа ќе биде во различни бои. На сличен начин Flood et al. покажале дека супрамолекуларната домаќин-гостин хемија нуди квантитативна детекција, користејќи Раманско расејување на светлината (Raman scattered light) како и површински засилена Раманска спектроскопија(SERS-Surface enhanced Raman spectroscopy or surface enhanced Raman scattering).

Производствени методи

Денес постојат неколку хипотетизирани начини за производство на наносензори. Top-down литографијата е начин на кој повеќето интегрални кола се направени. Се состои од отпочуање со поголемо парче од некој материјал и потоа се обликува посакуваната форма. Овие оформени уреди, посебно употребени во микроелектромеханички системи како микросензори ,обично ја достигнуваат само микро големината, но од неодамна почнале да инкорпорираат и компоненти со наноголемина.

Друг начин да се произведат наносензори е преку методот bottom-up ,кој се состои од спојување на сензорите, дури од поминијатурни компоненти, како што се поединечни атоми или молекули. Ова би вклучило придвижување на атомите од одредена супстанца еден по еден во одредени позиции кое,иако ова е постигнато во лабораториски тест користејќи алатки како што се микроскопи за атомско присилување, сè уште претставува голема потешкотија, посебно да се направат масовно, поради логички и економски причини. Најверојатно,овој процес главно ќе се применува за изработка на стартер молекула за меѓусебно спојување на сензорите.

Третиот начин, кој ветува далеку побрзи резултати,вклучува меѓусебно здружување(self-assembly), или „зголемување“ на одредени наноструктури за да се употребат како сензори. Ова најчесто вклучува еден од двата типа на спојување. Првиот се состои од користење на дел од некоја претходно создадена или природно формирана наноструктура,која се потопува во слободни атоми од идентичен вид. По даден период,структурата,со својата неправилна површина што би придонела за привлекување на повеќе молекули како продолжеток на нејзината моментална форма, ќе фати некој од слободните атоми и ќе продолжи да се создава сè поголема,за да направи поголеми компоненти на наносензори.

Вториот тип на меѓусебно здружување започнува со веќе целосен сет на компоненти што автоматски би се споиле во краен производ. И покрај тоа што ова досега е успешно само кај спојување на компјутерски чипови со микро големина, сепак истражувачите се надеваат дека конечно ќе може да го направат тоа со нано големина за повеќе производи, вклучувајќи ги и наносензорите. Можноста за прецизно репродуцирање на овој ефект за посакуваните сензори во лабораторија би значело дека научниците би можеле да произведат наносензори многу побрзо и кои би коштале многу поевтино,со овозможување на многубројни молекули да се спојат со мало или воопшто никакво надворешно влијание, отколку рачно да го спојуваат секој сензор.

Економско влијание

Иако наносензорната технологија е доста ново поле, глобалното предвидување за продажба на производи кои вклучуваат наносензори варира од 0,6 билиони до $2,7 билиони долари во наредните три до четири години. Тие најверојатно ќе бидат вклучени во најсовремените електрични кола употребени во напредните компјутерски системи,бидејќи нивниот потенцијал за обезбедување на врска помеѓу други форми на нанотехнологијата и макроскопскиот свет овозможува развивачите целосно да го искористат потенцијалот на нанотехнологијата за минијатуризирање на компјутерските чипови, додека значително им го прошируваат нивниот потенцијал за складирање.

Најпрво ,програмерите на наносензорите мора да ги надминат моменталните високи трошоци за производство, со цел да станат исплатливи за имплементација кај потрошувачките производи. Дополнително, веродостојноста кај наносензорите не е сè уште погодна за широка употреба, и,поради нивниот недостиг, наносензорите треба допрва да се пуштат на пазарот и да се имплементираат надвор од истражувачките установи. Следствено, наносензорите треба допрва да се направат компатабилни со повеќето потрошувачки технологии за кои тие биле наменети за нивно надградување.

Општествени влијанија

Етичките и социјалните влијанија потешко се дефинираат и определуваат како добри или лоши во споредба со влијанијата врз здравјето и околината. Напредокот во откривањето на рзлични биолошки и хемиски единки ,со зголемен капацитет и прецизност, може да ги трансформираат општествените механизми, кои најпрво се базирале врз несигурни и непрецизни информации. На пример, способноста за мерење на екстремно малите количества на загадувачи на воздухот или на токсичните материјали во водата покренуваат прашања и дилеми за прагот на ризик,особено ако напредокот на таквите технологии ја надминува способноста на јавноста да одговори. Како друг пример, медицинските сензори не само што ќе помогнат кај дијагнозите и третманите, но исто така можат да го предвидат идниот профил на една личност. Ова ќе се додаде на иформацијата употребена од страна на осигурителните компании,при одлучување дали да доделат или одбијат покритие. Други социјални проблеми од широката употреба на наносензорите и уредите за набљудување вклучуваат нарушување на приватноста и безбедносни проблеми.

Поврзано

• Нанотехнологија

Надворешни врски

• Weighing the Very Small: ‘Nanobalance’ Based on Carbon Nanotubes Shows New Application for Nanomechanics, Georgia Tech Research News.
• Emerging Technologies and the Environment
• Nanotechnology and Societal Transformation
• Nanotechnology, Privacy and Shifting Social Conventions
• Nanotechnology and Surveillance Архивирано на 12 април 2018 г.