पहला नैनोसेंसर उदाहरण 1999 में जॉर्जिया इंस्टीट्यूट ऑफ टेक्नोलॉजी में शोधकर्ताओं द्वारा कार्बन नैनोट्यूब से निर्मित एक नवाचार द्वारा विकसित किया गया था। नैनोसेंसर एक अद्वितीय प्रकार का सेंसर है और वे छोटे प्लेटफ़ॉर्म हैं जो नैनोस्केल स्तर पर रासायनिक, जैविक, भौतिक या पर्यावरणीय जानकारी का पता लगाने और मापने के लिए डिज़ाइन किए गए हैं। इन सेंसर अपने अद्वितीय नैनोकण गुणों के कारण मुख्य रूप से सेंसिंग अनुप्रयोगों के लिए आदर्श हैं; उनके विशाल सतह क्षेत्र और स्तर का अनुपात। यह आलेख नैनोसेंसर, उनके कार्य, प्रकार और उनके अनुप्रयोगों पर संक्षिप्त जानकारी प्रदान करता है।
नैनोसेंसर परिभाषा
कुछ नैनोमीटर के विशिष्ट आयामों वाले एक प्रकार के सेंसर को नैनोसेंसर के रूप में जाना जाता है। यह एक यांत्रिक या रासायनिक सेंसर है, जिसका उपयोग नैनोकणों और रासायनिक प्रजातियों की घटना का पता लगाने या विभिन्न भौतिक मापदंडों की जांच करने के लिए किया जाता है। इनका उपयोग पानी की गुणवत्ता, भोजन और अन्य रसायनों को पहचानने जैसे चिकित्सा निदान अनुप्रयोगों में किया जाता है। यह सेंसर सामान्य सेंसर की तरह ही काम करता है लेकिन यह छोटी मात्रा का पता लगाता है और उन्हें संकेतों में बदल देता है जिनका विश्लेषण किया जाना चाहिए। नैनोसेंसर का उपयोग परिवहन प्रणाली, रोगज़नक़ का पता लगाने, दवा, विनिर्माण, प्रदूषण नियंत्रण आदि में किया जाता है।
नैनोसेंसर के कुछ उदाहरण हैं; डीएनए या पेप्टाइड्स, कार्बन नैनोट्यूब, क्वांटम डॉट्स, प्लास्मोन युग्मन, चुंबकीय अनुनाद इमेजिंग और फोटोकॉस्टिक पर निर्भर नैनोसेंसर से बने फ्लोरोसेंट नैनोसेंसर।
नैनोसेंसर घटक
नैनोसेंसर घटकों में मुख्य रूप से एक विश्लेषक, सेंसर, ट्रांसड्यूसर और एक डिटेक्टर शामिल हैं। नैनोसेंसर एकल-अणु बिंदु स्तर को मापने में सक्षम हैं। आम तौर पर, ये सेंसर सेंसर सामग्री के भीतर विद्युत परिवर्तनों का पालन करके कार्य करते हैं।
इस आरेख में, सबसे पहले, समाधान से विश्लेषण नैनोसेंसर की सतह तक फैलता है। उसके बाद, यह विशेष रूप से और कुशलता से प्रतिक्रिया करता है, इसलिए यह ट्रांसड्यूसर सतह के भौतिक-रासायनिक गुणों को बदल देता है, जिससे ट्रांसड्यूसर के चेहरे के इलेक्ट्रॉनिक (या) ऑप्टिकल गुणों में परिवर्तन होता है। अंत में, इसे एक विद्युत संकेत में बदल दिया जाता है जिसका पता लगाया जाता है
नैनोसेंसर कार्य सिद्धांत
नैनोसेंसर सेंसर सामग्रियों के भीतर विद्युत परिवर्तनों को ट्रैक करके काम करता है। नैनोसेंसर के मूलभूत भाग हैं; विश्लेषक, ट्रांसड्यूसर, डिटेक्टर और डिटेक्टर से सेंसर ब्लॉक की ओर फीडबैक लाइन। नैनोसेंसर एकल अणु स्तर को मापता है और सेंसर सामग्री के भीतर केवल विद्युत परिवर्तन को बनाए रखकर काम करता है।
इस सेंसर में विश्लेषण पहले घोल से सेंसर की सतह तक फैलता है और सतह के भौतिक रासायनिक गुणों को बदलकर सटीक और बहुत प्रभावी ढंग से प्रतिक्रिया करता है। उसके बाद, यह इलेक्ट्रॉनिक ऑप्टिकल ट्रांसड्यूसर गुणों में बदलाव का कारण बनता है। तो अंततः इस परिवर्तन को एक विद्युत संकेत में परिवर्तित किया जा सकता है जिसे देखा जा सकता है।
नैनोसेंसर इतिहास
- 'नैनोप्रोब' के रूप में नैनोसेंसर की स्थापना वर्ष 1990 में की गई थी और इसे थोक माइक्रोमशीनिंग के साथ सिलिकॉन एएफएम जांच बैच प्रोसेसिंग के लिए आवश्यक बुनियादी प्रौद्योगिकियों पर आईबीएम सिंडेलफिनिंग में किए गए शोध पर बनाया गया था।
- नैनोसेंसर्स ने वर्ष 1993 में विश्व स्तर पर एएफएम और एसपीएम जांच का व्यावसायीकरण किया। इसलिए एएफएम जांच बनाने के लिए बैच प्रोसेसिंग प्रौद्योगिकियों के भीतर उनके विकास ने समय उद्योग में परमाणु बल माइक्रोस्कोप की शुरुआत करने में योगदान दिया।
- इस अहसास की पहचान में, इन सेंसरों ने जर्मन राज्य बाडेन-वुर्टेमबर्ग के लिए डॉ.-रुडोल्फ-एबरले इनोवेशन पुरस्कार, वर्ष 1995 में जर्मन उद्योग इनोवेशन पुरस्कार और वर्ष में फ़ोर्डेरक्रेइस फ़्यूर डाई मिक्रोइलेक्ट्रॉनिक ई.वी. इनोवेशन अवार्ड प्राप्त किया। 1999. 2002 में नैनोसेंसर प्राप्त किया गया और स्विट्जरलैंड स्थित नैनोवर्ल्ड में एकीकृत किया गया जो एक स्वतंत्र व्यवसाय इकाई है।
- 2003 में, इन सेंसरों ने AdvancedTEC™ जैसी एक नवीन नई AFM-प्रकार जांच पेश की। यह सटीक स्थिति की अनुमति देता है और इस जांच को परमाणु बल माइक्रोस्कोप ऑप्टिकल सिस्टम में वास्तविक टिप दृश्यता प्रदान करता है, यहां तक कि जब भी एएफएम जांच इसके माउंटिंग के कारण थोड़ा झुका हुआ होता है।
- सेंसर्स ने 2003 में NanoAndMore GmbH को तुर्की, इज़राइल और यूरोप के लिए अपना नया आधिकारिक वितरक नियुक्त किया।
- 2004 में, पॉइंटप्रोब® प्लस पेश किया गया था जो वाणिज्यिक एएफएम के साथ संगतता और उच्च अनुप्रयोग बहुमुखी प्रतिभा जैसी परिचित सिद्ध पॉइंटप्रोब® श्रृंखला सुविधाओं को एकजुट करता है।
- 2005 में, Q30K-प्लस की घोषणा की गई थी जो एक उत्कृष्ट Q-फैक्टर और UHV अनुप्रयोगों के लिए उन्नत S/N अनुपात के साथ एक नवीन AFM जांच स्कैनिंग निकटता है।
- नैनोसेंसर्स 2006 ने उत्तरी अमेरिकी वितरण नेटवर्क को बदल दिया, जो नैनोवर्ल्ड समूह का एक सदस्य है,
- NanoAndMore USA Corp., संयुक्त राज्य अमेरिका, मैक्सिको और कनाडा में नैनोसेंसर का आधिकारिक वितरक बन गया।
- नैनोसेंसर्स 2007 ने एक नई सिलिकॉन एमएफएम एएफएम जांच श्रृंखला लॉन्च की, प्वाइंटप्रोब® प्लस एक्सवाई-एलाइनमेंट श्रृंखला पेश की, प्लेटो टिप एएफएम जांच श्रृंखला लॉन्च की, और प्वाइंटप्रोब® प्लस एएफएम जांच श्रृंखला की घोषणा की।
- 2008 में, इसने सेल्फ-एक्टुएटिंग और सेल्फ-सेंसिंग अकीयामा जांच पेश की।
- नैनोसेंसर 2011 ने अपनी प्रारंभिक विशेष विकास सूची अपलोड की और एक नई पहनने-प्रतिरोधी, प्रवाहकीय एएफएम जांच श्रृंखला और प्लेटिनम सिलिसाइड एएफएम जांच की घोषणा की।
- 2013 में, इसने अपने YouTube चैनल पर पहले दो स्क्रीनकास्ट की घोषणा की।
- इसने 2013 में एक नई AFM जांच श्रृंखला पेश की जिसे uniqprobe™ के नाम से जाना जाता है।
नैनोसेंसर निर्माण तकनीक
इन सेंसरों को बनाने के लिए कई तकनीकें प्रस्तावित हैं जैसे; टॉप-डाउन लिथोग्राफी, बॉटम-अप असेंबली और आणविक स्व-असेंबली।
- ऊपर से नीचे तक दृष्टिकोण
- लिथोग्राफी: इस विधि में इलेक्ट्रॉन बीम लिथोग्राफी (ईबीएल) या फोटोलिथोग्राफी जैसी तकनीकों का उपयोग करके सब्सट्रेट पर नैनोस्केल पैटर्न उकेरना शामिल है। ईबीएल, विशेष रूप से, उच्च रिज़ॉल्यूशन प्रदान करता है, जो नैनोस्केल सुविधाओं को बनाने के लिए आवश्यक सटीक पैटर्निंग की अनुमति देता है।
- नक़्क़ाशी: नैनोस्केल संरचनाएं बनाने के लिए सब्सट्रेट की सतह से चुनिंदा सामग्री को हटाने के लिए गीली और सूखी दोनों नक़्क़ाशी विधियों का उपयोग किया जाता है। प्रतिक्रियाशील आयन नक़्क़ाशी (आरआईई) अपनी सटीकता और जटिल पैटर्न बनाने की क्षमता के लिए एक लोकप्रिय सूखी नक़्क़ाशी तकनीक है।
- नीचे से ऊपर के दृष्टिकोण
- रासायनिक वाष्प जमाव (सीवीडी): सीवीडी एक ऐसी प्रक्रिया है जहां गैसीय अभिकारक सब्सट्रेट पर ठोस पदार्थ बनाते हैं, जिससे पतली फिल्में और नैनोस्ट्रक्चर बनते हैं। प्लाज़्मा-एन्हांस्ड सीवीडी (पीईसीवीडी) जैसे वेरिएंट प्रतिक्रिया दरों को बढ़ाने के लिए प्लाज़्मा का उपयोग करके प्रक्रिया को बढ़ाते हैं।
- स्व-संयोजन: इस तकनीक में अणुओं को संरचित व्यवस्थाओं में सहज रूप से व्यवस्थित करना शामिल है। उदाहरण के लिए, डीएनए नैनोटेक्नोलॉजी, जटिल नैनोस्ट्रक्चर बनाने के लिए डीएनए के बेस-पेयरिंग गुणों का उपयोग करती है।
- सोल-जेल प्रसंस्करण: इसमें एक समाधान प्रणाली का तरल 'सोल' से ठोस 'जेल' चरण में संक्रमण शामिल है। यह सिरेमिक और ग्लासी नैनोस्ट्रक्चर बनाने के लिए विशेष रूप से उपयोगी है।
- हाइब्रिड दृष्टिकोण
नैनोइंप्रिंट लिथोग्राफी (शून्य): यह ऊपर से नीचे और नीचे से ऊपर दोनों दृष्टिकोणों के पहलुओं को जोड़ता है। इसमें एक नैनोस्ट्रक्चर्ड मोल्ड को पॉलिमर परत में दबाना, फिर नैनोस्केल सुविधाओं को स्थानांतरित करने के लिए पॉलिमर को ठीक करना शामिल है।
नैनोसेंसर के प्रकार
विभिन्न प्रकार के नैनोसेंसर हैं जिनकी चर्चा नीचे की गई है।
भौतिक नैनोसेंसर
इन सेंसरों का उपयोग वेग, तापमान, दबाव, विद्युत बल, विस्थापन, द्रव्यमान और कई अन्य भौतिक मात्राओं में परिवर्तन को मापने के लिए किया जाता है। इन नैनोसेंसरों का उपयोग दैनिक जीवन और उद्योगों में विभिन्न अनुप्रयोगों में किया जाता है। नैनोवियर इंक हमारे शरीर से विद्युत संकेतों के भीतर परिवर्तनों को देखकर लंबे समय से बीमार रोगियों में संभावित हृदय विफलता का पता लगाने के लिए पहनने योग्य अंडरगारमेंट बनाने के लिए भौतिक नैनोसेंसर का उपयोग करता है।
रासायनिक नैनोसेंसर
ये सेंसर पीएच मान जैसे विभिन्न रसायनों (या) रासायनिक गुणों का पता लगाने में मदद करते हैं। इसलिए जब भी पारिस्थितिक प्रदूषण (या) को फार्मास्युटिकल विश्लेषण के लिए देखा जाए तो यह उपयोगी है। आमतौर पर, ये सेंसर धातु नैनोकणों या ग्राफीन जैसे विभिन्न नैनोमटेरियल से निर्मित होते हैं क्योंकि ये विशेष लक्ष्य रसायनों की घटना पर प्रतिक्रिया करते हैं जिनकी गणना करने की आवश्यकता होती है।
इस सेंसर का सबसे अच्छा उदाहरण किसी तरल पदार्थ के पीएच मान का पता लगाना है। एक जांच समूह स्पेक्ट्रोस्कोपिक तकनीक के साथ पीएच मान का पता लगाने के लिए सोने के नैनोकणों से ढके पॉलिमर ब्रश का उपयोग करके इस प्रकार के सेंसर का निर्माण करने में सक्षम था।
नैनो-बायोसेंसर
चिकित्सा और स्वास्थ्य देखभाल में नैनो बायोसेंसर रोगजनकों, विषाक्त पदार्थों, ट्यूमर और बायोमार्कर का सटीक पता लगा सकते हैं। ये सेंसर अणुओं की प्रतिक्रिया को ऑप्टिकल या विद्युत संकेतों में परिवर्तित करते हैं और जो मापने की आवश्यकता होती है उस पर बेहद विशेष रूप से लक्ष्य करने में सक्षम होने का लाभ होता है। जब भी किसी वस्तु का आकार और उसकी सतह-से-आयतन अनुपात बड़ा हो जाता है, तो लक्षित अणुओं के माध्यम से प्रतिक्रिया अधिक बार होने पर बेहतर सेंसिंग प्रदान करने के लिए इन सेंसरों को बड़े बायोसेंसरों का बड़ा लाभ होता है।
इन सेंसरों का उपयोग ताइवानी स्टार्ट-अप इंस्टेंट नैनोबायोसेंसर्स कंपनी लिमिटेड द्वारा किया जाता है। वे विभिन्न जैविक यौगिकों का पता लगाने के लिए सोने के नैनोकणों और एंटीबॉडी से ढके ऑप्टिकल फाइबर का उपयोग करते हैं।
ऑप्टिकल नैनोसेंसर
ऑप्टिकल नैनोसेंसर में नैनोस्केल (या) नैनोसंरचित सेंसर सामग्री होती है जो विद्युत चुम्बकीय उत्तेजना के लिए ऑप्टिकल आवृत्तियों पर एक अलग प्रतिक्रिया प्रदर्शित करती है। इन सेंसरों का उपयोग मुख्य रूप से रासायनिक या जैविक प्रक्रियाओं की निगरानी के साथ-साथ विश्लेषणात्मक कारणों से किया जाता है। ये सेंसर महत्वपूर्ण जानकारी के लिए डेटा को सिग्नल में भी बदलते हैं।
फायदे और नुकसान
नैनोसेंसर के लाभ निम्नलिखित को शामिल कीजिए।
- नैनोसेंसर नैनो स्तर पर आसानी से बातचीत कर सकते हैं और वे नैनो स्तर पर अद्वितीय विकास का निरीक्षण करते हैं जो मैक्रो स्तर से भिन्न होते हैं।
- इन सेंसरों में उच्च संवेदनशीलता होती है जो अधिक सटीकता की अनुमति देती है।
- ये टिकाऊ, स्थिर, पोर्टेबल, उच्च संवेदनशीलता, छोटी, मजबूत प्रतिक्रिया, वास्तविक समय का पता लगाने, चयनात्मकता और हल्के वजन वाले हैं।
- इस सेंसर में बिजली की खपत कम है
- इसका विश्लेषण करने और प्रेक्षित सामग्री में कम से कम गड़बड़ी पैदा करने के लिए कम नमूना मात्रा की आवश्यकता होती है।
- इस सेंसर का प्रतिक्रिया समय कम है और अन्य सेंसर की तुलना में इसकी गति अधिक है, जो उन्हें वास्तविक समय में विश्लेषण करने की सुविधा देती है।
- यह सेंसर एक साथ विभिन्न चीजों का पता लगाता है जो विभिन्न प्रकार के कार्यों की अनुमति देता है।
- नैनोसेंसर पहचान संवेदनशीलता (या) रिज़ॉल्यूशन की महत्वपूर्ण रेंज प्रदर्शित करते हैं।
- ये सेंसर छोटे पैमाने पर काम करते हैं।
- उनमें अधिक संवेदनशीलता और अधिक सटीकता होती है।
नैनोसेंसर के नुकसान में निम्नलिखित शामिल हैं।
- ये सेंसर आम तौर पर मुख्य रूप से जैविक माप के लिए कम चयनात्मक होते हैं क्योंकि उनमें डीएनए और एंटीबॉडी जैसे जैव-रिसेप्टर्स के लिए उच्च विशिष्टता का अभाव होता है।
- ऊपर से नीचे तक निर्मित नैनोसेंसर का रिज़ॉल्यूशन सीमित है और वे महंगे हैं।
- बॉटम-अप प्रकार के नैनोसेंसर बहुत कम कुशल होते हैं, बड़े स्केलिंग वाले होते हैं और दूसरों की तुलना में बेहद महंगे होते हैं।
अनुप्रयोग
नैनोसेंसर के अनुप्रयोगों में निम्नलिखित शामिल हैं।
- नैनोसेंसर का उपयोग मुख्य रूप से पादप विज्ञान में बड़ी संख्या में अनुप्रयोगों के लिए किया जाता है जैसे; स्थिर ऊर्जा आपूर्ति, चयापचय गतिविधियों का पता लगाना, भंडारण और कंप्यूटिंग जानकारी, और पारिस्थितिक उत्तेजनाओं की एक विस्तृत श्रृंखला का पता लगाना और प्रतिक्रिया देना भी।
- यह एक अद्वितीय प्रकार का सेंसर है, जिसे मुख्य रूप से नैनोस्केल स्तर पर रासायनिक, जैविक, पर्यावरणीय (या) भौतिक जानकारी का पता लगाने और मापने के लिए डिज़ाइन किया गया है।
- ये यांत्रिक या रासायनिक सेंसर हैं, जिनका उपयोग विभिन्न अनुप्रयोगों में किया जाता है जो जैव चिकित्सा उद्योगों से लेकर पर्यावरण उद्योगों तक होते हैं।
- इन सेंसरों के कुछ सामान्य अनुप्रयोगों में मुख्य रूप से शामिल हैं;
- ये सेंसर प्रदूषण की निगरानी के लिए गैसों के भीतर विभिन्न प्रकार के रसायनों का पता लगाने में मदद करते हैं।
- एक नैनोसेंसर का उपयोग विस्थापन, प्रवाह और तापमान जैसे भौतिक मापदंडों की निगरानी के लिए किया जाता है।
- नैनोसेंसर पादप जीव विज्ञान को समझने के लिए पादप सिग्नलिंग और चयापचय की निगरानी में मदद करते हैं।
- यह न्यूरोफिज़ियोलॉजी को पहचानने के लिए मस्तिष्क के भीतर न्यूरोट्रांसमीटर का अध्ययन करने में मदद करता है।
- इन सेंसरों का उपयोग एयरबैग सेंसर जैसे एमईएमएस उपकरणों के भीतर एक्सेलेरोमीटर के रूप में किया जा सकता है।
- इसका उपयोग वास्तविक समय में मिट्टी की स्थिति को मापने के लिए किया जाता है जैसे; पीएच, पोषक तत्व, नमी और अवशिष्ट कीटनाशक मुख्य रूप से कृषि उद्देश्यों के लिए।
- इस सेंसर का उपयोग भोजन के भीतर कार्सिनोजन का पता लगाने के लिए सब्जियों और फलों पर कीटनाशकों का पता लगाने के लिए किया जाता है।
- यह खाद्य सुरक्षा और गुणवत्ता नियंत्रण उपायों के एक तत्व के रूप में भोजन के भीतर रोगजनकों का पता लगाता है।
- यह सेंसर छोटे-अणु मेटाबोलाइट्स का पता लगाता है और उनकी निगरानी करता है।
- इसका उपयोग चिकित्सीय घुसपैठ के जवाब में वास्तविक समय में चयापचय कैंसर कोशिका गतिविधि की निगरानी के लिए किया जाता है।
इस प्रकार, यह है नैनोसेंसर का अवलोकन , उनके कार्य, प्रकार, फायदे, नुकसान और अनुप्रयोग। नैनोसेंसर एक नैनोस्केल उपकरण है जो भौतिक मात्राओं को मापता है और संकेतों में भी बदलता है जिनका पता लगाने के साथ-साथ विश्लेषण भी किया जा सकता है। ये सेंसर विभिन्न प्रकारों में उपलब्ध हैं जिनका उपयोग रक्षा, स्वास्थ्य देखभाल और पर्यावरण उद्योगों जैसे विभिन्न अनुप्रयोगों में किया जाता है। इस प्रकार के सेंसर बनाने के लिए विभिन्न तकनीकें उपलब्ध हैं; टॉप-डाउन लिथोग्राफी, दूसरा बॉटम-अप असेंबली और तीसरा मॉलिक्यूलर सेल्फ-असेंबली। यहां आपके लिए एक प्रश्न है, नैनोसेंसर का आविष्कार किसके द्वारा किया गया था?
