O primeiro exemplo de nanossensor foi desenvolvido em 1999 no Georgia Institute of Technology por pesquisadores, uma inovação criada a partir de nanotubos de carbono. Um nanosensor é um tipo único de sensor e são pequenas plataformas projetadas para detectar e medir informações químicas, biológicas, físicas ou ambientais em nível nanoescala. Esses sensores são ideais principalmente para aplicações de detecção devido às suas propriedades únicas de nanopartículas como; sua enorme região de superfície em relação ao nível. Este artigo fornece breves informações sobre nanossensores, seu funcionamento, tipos e aplicações.
Definição de nanossensor
Um tipo de sensor com dimensões características de alguns nanômetros é conhecido como nanosensor. Este é um sensor mecânico ou químico, utilizado para detectar a ocorrência de nanopartículas e espécies químicas ou verificar diferentes parâmetros físicos. Eles são usados em aplicações de diagnóstico médico, como detecção da qualidade da água, alimentos e outros produtos químicos. Este sensor funciona de forma semelhante a um sensor normal, mas detecta pequenas quantidades e as transforma em sinais que devem ser analisados. Nanossensores são usados em sistemas de transporte, detecção de patógenos, medicina, fabricação, controle de poluição, etc.
Alguns dos exemplos de nanossensores são; nanosensores fluorescentes feitos com DNA ou peptídeos, nanotubos de carbono, pontos quânticos, nanosensores dependentes de acoplamento plasmônico, ressonância magnética e fotoacústica.
Componentes do nanossensor
Os componentes do nanossensor incluem principalmente um analito, sensor, transdutor e um detector. Nanossensores são capazes de medir o nível pontual de uma única molécula. Geralmente, esses sensores funcionam seguindo as mudanças elétricas nos materiais do sensor.
Neste diagrama, primeiro, o analito da solução se difunde para a superfície do nanosensor. Depois disso, ele responde de forma específica e eficiente, alterando as propriedades físico-químicas da superfície do transdutor, o que leva a uma alteração nas propriedades eletrônicas (ou) ópticas da face do transdutor. Finalmente, isso é transformado em um sinal elétrico que é detectado
Princípio de funcionamento do nanossensor
O nanosensor funciona rastreando as mudanças elétricas nos materiais do sensor. As partes fundamentais de um nanosensor são; o analito, transdutor, detector e a linha de feedback do detector em direção ao bloco do sensor. O nanosensor mede os níveis de moléculas únicas e funciona simplesmente mantendo uma mudança elétrica no material do sensor.
O analito neste sensor se difunde primeiro da solução para a superfície do sensor e responde de maneira exata e muito eficaz, alterando as propriedades físico-químicas da superfície. Depois disso, provoca uma alteração nas propriedades do transdutor óptico eletrônico. Então, finalmente, essa mudança pode ser convertida em um sinal elétrico que é percebido.
História do nanossensor
- O Nanosensor como “Nanoprobe” foi fundado no ano de 1990 e construído com base em pesquisas na IBM Sindelfingen conduzidas em tecnologias básicas necessárias para o processamento em lote de sondas AFM de silício com microusinagem em massa.
- Os nanosensores comercializaram sondas AFM e SPM globalmente no ano de 1993. Portanto, seus desenvolvimentos nas tecnologias de processamento em lote para a criação de sondas AFM contribuíram para iniciar os microscópios de força atômica na indústria do tempo.
- Na identificação desta realização, estes sensores distinguiram o Prémio de Inovação Dr.-Rudolf-Eberle para o Estado Alemão de Baden-Württemberg, o Prémio de Inovação da Indústria Alemã no ano de 1995 e o Prémio de Inovação Förderkreis für die Mikroelektronik e.V no ano 1999. Os nanosensores em 2002 foram obtidos e integrados na NanoWorld, com sede na Suíça, que é uma unidade de negócios independente.
- Em 2003, esses sensores introduziram uma sonda inovadora do tipo AFM, como AdvancedTEC™. Ele permite o posicionamento exato e faz com que esta sonda forneça visibilidade real da ponta em todo o sistema óptico de um microscópio de força atômica, mesmo quando a sonda AFM estiver ligeiramente inclinada devido à sua montagem.
- Em 2003, a Sensors nomeou a NanoAndMore GmbH como seu novo distribuidor oficial para a Turquia, Israel e Europa.
- Em 2004, foi lançado o PointProbe® Plus, que une os recursos comprovados da série PointProbe®, como compatibilidade e alta versatilidade de aplicação com AFMs comerciais.
- Em 2005, foi anunciado o Q30K-Plus, que é uma nova sonda de proximidade de varredura AFM com um excelente fator Q e uma relação S/N aprimorada para aplicações UHV.
- Nanosensores 2006 mudou a rede de distribuição norte-americana, membro do Grupo NanoWorld,
- NanoAndMore USA Corp., tornou-se o distribuidor oficial do Nanosensor nos EUA, México e Canadá.
- Nanosensors 2007 lançou uma nova série de sondas de silício MFM AFM, introduziu a série PointProbe® Plus XY-Alignment, lançou a série de sondas Plateau Tip AFM e anunciou a série de sondas PointProbe® Plus AFM.
- Em 2008, introduziu a sonda Akiyama com atuação automática e detecção automática.
- A Nanosensor 2011 carregou sua lista inicial de desenvolvimento especial e anunciou uma nova série de sondas AFM condutivas e resistentes ao desgaste e as sondas Platinum Silicide AFM.
- Em 2013, são anunciados os dois primeiros screencasts em seu canal no YouTube.
- Ela introduziu uma nova série de sondas AFM conhecida como uniqprobe™ em 2013.
Técnicas de fabricação de nanosensores
Existem diversas técnicas propostas para fazer com que esses sensores sejam parecidos; litografia de cima para baixo, montagem de baixo para cima e automontagem molecular.
- Abordagens de cima para baixo
- Litografia: Este método envolve a gravação de padrões em nanoescala em substratos usando técnicas como litografia por feixe de elétrons (EBL) ou fotolitografia. O EBL, em particular, oferece alta resolução, permitindo padrões precisos essenciais para a criação de recursos em nanoescala.
- Gravura: Os métodos de gravação úmida e seca são usados para remover seletivamente o material da superfície de um substrato para criar estruturas em nanoescala. A gravação com íons reativos (RIE) é uma técnica popular de gravação a seco por sua precisão e capacidade de criar padrões complexos.
- Abordagens de baixo para cima
- Deposição Química de Vapor (CVD): CVD é um processo onde reagentes gasosos formam materiais sólidos em substratos, criando filmes finos e nanoestruturas. Variantes como o CVD aprimorado por plasma (PECVD) melhoram o processo usando plasma para aumentar as taxas de reação.
- Auto-montagem: Esta técnica envolve a organização espontânea de moléculas em arranjos estruturados. A nanotecnologia do DNA, por exemplo, utiliza as propriedades de emparelhamento de bases do DNA para criar nanoestruturas complexas.
- Processamento Sol-Gel: Isto envolve a transição de um sistema de solução de uma fase líquida “sol” para uma fase sólida “gel”. É particularmente útil para criar nanoestruturas cerâmicas e vítreas.
- Abordagens Híbridas
Litografia de nanoimpressão (NIL): Isto combina aspectos de abordagens de cima para baixo e de baixo para cima. Envolve pressionar um molde nanoestruturado em uma camada de polímero e, em seguida, curar o polímero para transferir as características em nanoescala.
Tipos de nanossensores
Existem diferentes tipos de nanossensores que são discutidos abaixo.
Nanossensores Físicos
Esses sensores são usados para medir mudanças em quantidades físicas como velocidade, temperatura, pressão, forças elétricas, deslocamento, massa e muito mais. Esses nanosensores são utilizados em diversas aplicações na vida diária e também nas indústrias. utiliza nanosensores físicos para fabricar roupas íntimas vestíveis para encontrar uma possível insuficiência cardíaca antes que ela ocorra em pacientes com doenças crônicas, observando as mudanças nos sinais elétricos de nossos corpos.
Nanossensores Químicos
Esses sensores ajudam na detecção de diferentes produtos químicos (ou) propriedades químicas, como valor de pH. Portanto, isso é útil sempre que se analisa a poluição ecológica (ou) para análises farmacêuticas. Normalmente, esses sensores são fabricados a partir de diferentes nanomateriais, como nanopartículas metálicas ou grafeno, porque respondem à ocorrência de produtos químicos alvo específicos que precisam ser calculados.
O melhor exemplo deste sensor é detectar o valor de pH de um líquido. Um grupo investigado conseguiu construir esse tipo de sensor usando escovas de polímero cobertas com nanopartículas de ouro para detectar o valor do pH com técnica espectroscópica.
Nano-biossensores
Nanobiossensores em medicina e saúde podem detectar exatamente patógenos, toxinas, tumores e biomarcadores. Esses sensores convertem a resposta das moléculas em sinais ópticos ou elétricos e têm a vantagem de serem capazes de apontar de forma extremamente específica para o que é necessário medir. Sempre que o tamanho de um objeto e sua relação superfície-volume aumentam, esses sensores têm um grande benefício em relação aos biossensores maiores para fornecer melhor detecção quando a reação através das moléculas alvo ocorre com mais frequência.
Esses sensores são usados pela startup taiwanesa Instant NanoBiosensors Co., Ltd. Eles utilizam uma fibra óptica coberta com nanopartículas de ouro e anticorpos para detectar vários compostos biológicos.
Nanossensor Óptico
Os nanosensores ópticos possuem materiais sensores em nanoescala (ou) nanoestruturados que demonstram uma reação diferente em frequências ópticas à excitação eletromagnética. Esses sensores são usados principalmente por razões analíticas para monitoramento e identificação de processos químicos ou biológicos. Esses sensores também transformam os dados em sinais para informações importantes.
Vantagens e desvantagens
O vantagens dos nanosensores inclui o seguinte.
- Os nanosensores podem interagir facilmente no nível nano e observam desenvolvimentos únicos no nível nano que são diferentes do nível macro.
- Esses sensores possuem alta sensibilidade que permite maior precisão.
- Eles são duráveis, estáveis, portáteis, de alta sensibilidade, resposta pequena e robusta, detecção em tempo real, seletividade e peso leve,
- Este sensor tem baixo consumo de energia
- Requer um baixo volume de amostra para análise e causa o mínimo de perturbação ao material observado.
- O tempo de resposta deste sensor é baixo e tem mais velocidade do que outros sensores, o que permite realizar análises em tempo real.
- Este sensor detecta várias coisas simultaneamente, o que permite uma variedade de funções.
- Os nanosensores exibem faixas significativas de sensibilidade de detecção (ou) resolução.
- Esses sensores operam em menor escala.
- Eles têm maior sensibilidade e mais precisão.
As desvantagens dos nanosensores incluem o seguinte.
- Esses sensores são normalmente menos seletivos, principalmente para medições biológicas, porque não possuem maior especificidade para biorreceptores como DNA e anticorpos.
- O nanosensor fabricado de cima para baixo tem resolução limitada e é caro.
- Os nanosensores do tipo bottom-up são de eficiência muito baixa, têm grande escala e são extremamente caros em comparação com outros.
Formulários
As aplicações de nanossensores incluem o seguinte.
- Nanossensores são usados principalmente para um grande número de aplicações em ciências vegetais, como; fornecimento constante de energia, detectando atividades metabólicas, armazenando e computando informações, e também para detectar e responder a uma ampla gama de estímulos ecológicos.
- Este é um tipo único de sensor, projetado principalmente para detectar e medir informações químicas, biológicas, ambientais (ou) físicas em nível nanoescala.
- São sensores mecânicos ou químicos, utilizados em diversas aplicações que vão desde indústrias biomédicas até indústrias ambientais.
- Algumas aplicações comuns desses sensores incluem principalmente;
- Esses sensores ajudam na detecção de uma variedade de produtos químicos nos gases para monitorar a poluição.
- Um nanosensor é usado para monitorar parâmetros físicos como deslocamento, fluxo e temperatura.
- Os nanosensores ajudam no monitoramento da sinalização e do metabolismo das plantas para entender a biologia das plantas.
- Ajuda no estudo dos neurotransmissores no cérebro para reconhecer a neurofisiologia.
- Esses sensores podem ser usados como acelerômetros em dispositivos MEMS, como sensores de airbag.
- É usado para coletar medições das condições do solo em tempo real, como; pH, nutrientes, umidade e pesticidas residuais principalmente para fins agrícolas.
- Este sensor é usado para detectar pesticidas em vegetais e frutas para detectar substâncias cancerígenas nos alimentos.
- Ele detecta patógenos nos alimentos como um elemento de segurança alimentar e medidas de controle de qualidade.
- Este sensor detecta e monitora metabólitos de moléculas pequenas.
- É usado para monitoramento da atividade metabólica de células cancerígenas em tempo real em resposta à intrusão terapêutica.
Assim, isso é uma visão geral de um nanosensor , seu funcionamento, tipos, vantagens, desvantagens e aplicações. Um nanosensor é um dispositivo em nanoescala que mede quantidades físicas e também se transforma em sinais que podem ser detectados e analisados. Esses sensores estão disponíveis em diferentes tipos, usados em diversas aplicações, como defesa, saúde e indústrias ambientais. Existem diferentes técnicas disponíveis para fabricar estes tipos de sensores; litografia de cima para baixo, a segunda é a montagem de baixo para cima e a terceira é a automontagem molecular. Aqui vai uma pergunta para você: o nanosensor foi inventado por?
