امروزه فناوری نانوحسگرها به‌سرعت در حال پیشرفت و یکی از موضوعات تحقیق و توسعه جهانی است. فن‌آوری‌هایی مانند سیستم‌های نانو الکترومکانیکی، نانو فوتونیک و ترکیبی از فناوری نانو با میکرو امکان‌سنجی عملکرد حس‌گرها را برای طیف گسترده‌ای از متغیرهای شیمیایی، بیوشیمیایی و فیزیکی ممکن ساخته است. نانوحسگرها می‌توانند تغییرات ایجادشده در مقیاس نانو را با حساســیت و دقت بســیار بالا و به‌صورت کیفى یا کمى اندازه‌گیری نمایند. حساســیت زیاد،سایزکوچک، قدرت تشــخیص بالا و توانایی ایجاد مورفولوژی مناسب از مهم‌ترین مشخصه‌هایی هستند که باعث ایجاد اعتماد بسیار گســترده به داده‌های حاصل از و نانو حسگرها شده است و طیف وسیعی از محصولات در این حوزه اکنون به سمت تجاری‌سازی پیش رفته اند.

نانو حسگرها در طبقه بندی­های گوناگون به کار گرفته شده اند که از آن جمله می­توان به نانوحسگرهای مکانیکی، حرارتی، الکتروشیمیایی، مغناطیسی،نوری و زیستی اشاره نمود. همچنین امروزه نانوحسگرها کاربردهای متنوعی در حوزه های مختلف دارند که درادامه به برخی از آنها اشاره می شود:

 

نانو حسگرهای حوزه­ سلامت و پزشکی:

توســعه و سرمایه‌گذاری در صنعــت نانوحســگرها در حوزه پزشکى و سلامت به دلیل کاربرد گسترده، بیش از دیگر حوزه‌ها است. نیاز به اطلاعات درباره­ی وضعیت بیوشیمی/شیمی یک فرد و قابلیت تشخیص ارزان‌قیمت بیماری باقابلیت پردازش و تحلیل داده­ها، بحث مراقبت­های پزشکی در خانه و حسگرهای قابل‌حمل را ایجاد و بازار را به سمت حسگرهای تشخیص بیماری سوق داده است. استفاده از نانو حسگرها این امکان را در اختیار پزشکان قرار می دهد تا نه‌تنها گونه­ های بیولوژی مربوطه را تشخیص دهند، بلکه همچنین فعالیت­های داخل بدن را کنترل نمایند. به‌عنوان‌مثال، اندازه‌گیری هم­زمان گونه­ها بر روى یک تراشه کوچک و استفاده از مقادیر بسیار کم‌خون (سامانه آزمایشگاه روی تراشه)اهداف نانوحسگرهاى تشخیصى است که موردتوجه سرمایه‌گذاران این حوزه قرارگرفته اســت. این نوع از حســگرها در آزمایشگاه­ها،بیمارستان­ها و حتى مطب پزشکان بسیار کاربردى خواهند بود.روش­هاى نوین لیتوگرافى این امکان را فراهم می­کند که الگوهایى در ابعاد نانو و با جایگاه­هاى فعال بیشترى برروی تراشه قرار گیرد. همچنین استفاده از نانولوله کربنى به‌عنوان انتقال‌دهنده سیگنال، در این تراشه­ ها مورداستفاده قرار خواهند گرفت. انواع نانو حسگرهایی که در این حوزه مورداستفاده قرارگرفته‌اند شامل نانو حسگرهای تشخیص قند خون،فشارخون، نانو حسگرهای نوار قلب و مغز،نانو حسگرهای تشخیص سرطان ونقص­های ژنتیکی، نانو حسگرهای تنفسی، نانو حسگرهای دما­ی بدن، نانو حسگرهای اکسیژن سنج خون، نانو حسگرهای نوار عضله و...است.

 

j7t3_123.png

 سامانه آزمایشگاه روی پوست انسان. افزاره ­های انعطاف ­پذیر و قابل کشش به‌عنوان زیست حسگر

 

نانو حسگرها با کاربرد نظامی، امنیتی و نظارتی:

با افزایش استرس­های سیاسی و وجود ناآرامی­ها در سطح جهان، و نیز وجود سلاح­های شیمیایی، هسته­ای و بیولوژی، ایجاد دستگاه‌های حسگری باکیفیت بالا برای تشخیص و تحلیل آستانه خطر اهمیت فراوانی دارد. تشخیص کیفى و کمى ترکیبات شیمیایى خطرناک، بزرگ‌ترین دغدغه را درراستاى نظارت بر آن­ها در مناطق نظامی و غیرنظامی تشکیل مى­دهند. تشخیص وجود این ترکیبات، که عمدتاً به‌صورت گاز به درون یک منطقه نفوذ می‌نمایند، بسیار ضرورى است. افزایش روزافزون چنین مخاطراتی منجر به توســعه ابزارهاى ویژه­اى جهت تشخیص و اندازه­گیرى این نوع تهدیدات گردیده است. مهم­ترین این ابزارها حسگرها هستند که در سطوح ماکرو محدودیت­های تشخیصی پایینی دارند. علاوه بر این­که حسگرهای حوزه ماکرو حجیم، گران‌قیمت و نیازمند صرف زمان برای تشخیص هستند. در چنین فضایی، نانو حسگرها به دلیل داشتن ویژگی­هایی مانند حساسیت فوق­العاده، گزینش پذیری مناسب، سطوح فعال بسیار بزرگ، سایز کوچک، پاسخ سریع و قابل‌حمل بودن پتانسیل بسیار مناسبی را جهت جایگزین شدن به‌جای حسگرهای رایج را خواهند داشت. ازجمله‌ی این نانو حسگرها می­توان به نانو حسگرهای تشخیص تهدیدات بیولوژیکی و نانو حسگرهای تشخیص مواد منجره اشاره نمود.

pcv7_456.pngطرح­واره­ای از سیستم  قابل‌حمل و سبک برای تشخیص سریع و با دقت بالای و ارزیابی تهدیدات بیولوژی و شیمیایی

 

نانو حسگرهای پایش شرایط محیطی:

در حال حاضر یکى از مهم­ترین بخش­ها در حوزه محیط‌زیست، تشخیص آلاینده­ها و نظارت زیست‌محیطی اســت. به علت تخریب پیوسته محیط‌زیست توسط انسان­ها و سایر منابع طبیعی، حسگرهای پایش شرایط محیطی در کشورهای درحال‌توسعه و توسعه‌یافته، به‌شدت موردنیاز خواهند بود. نانو حسگرها دارای توانایى بالا در اندازه­گیرى یک یا چند مورد از آلاینده­ها­ی هستند به‌گونه‌ای که قادرند مواد آلاینده را در مقادیر و غلظت­هاى بسیار کم آشکار نمایند. برخی از مزایای استفاده از نانو فناوری در نانو حسگرهای پایش محیطی عبارت‌اند از: افزایش حساسیت برای تشخیص غلظت­های بسیار پایین آلاینده­های مضر،  امکان طراحی و یکپارچه­ سازی نانو سیستم­های خود-توان برای کاهش مصرف انرژی، دارا بودن سایز کوچک برای ایجاد افزاره­های قابل‌حمل و تشخیص هم‌زمان چند آلاینده و انتقال آن­ها به واحدهای کنترل.  نانو حسگرهای مورداستفاده در پایش­ شرایط محیطی شامل سه دسته اصلی نانو حسگرهای پایش کیفیت آب مانند اندازه­گیری میزان نیترات و فسفات، پایش PH، تشخیص میزان اکسیژن حل‌شده در آب، تشخیص میزان کل جامدات حل‌شده در آب، تشخیص میزان کدری آب، اندازه ­گیری آلودگی­های میکروبی و باکتریایی آب-نانو حسگرهای پایش آلودگی هوا و نانو حسگرهای تشخیص و کنترل رطوبت خاک هستند.

 

نانو حسگرهای صنایع غذایی و آشامیدنی:

دامنه بازار حسگرهاى موردنیاز صنایع غذایى و آشامیدنی در تمامى فرآیندها از ماده خام تا مرحله تولید محصول نهایى بسیار گسترده است. حدود یک دهه است که از حضور نانو حسگرها در صنایع غذایی می­گذرد و صنعت نسبتاً نوپایی محسوب می­شود. ازآنجایی‌که اطلاعات مربوط به تولید مواد غذایی که نشان­دهنده­ی وضعیت آن ماده­ی غذایی است برای شرکت­های بسته‌بندی و تولید مواد غذایی از ضروریات محسوب می­شود، نانو حسگرها می­توانند کیفیت را در صنعت آماده­سازی غذا افزایش دهند تا بتوان محصولاتى تازه و سالم به دست مصرف‌کننده رساند. از سویى دیگر، دولت‌ها استانداردهایى را براى تولید و بسته‌بندی مواد غذایى تعیین کرده­اند و بصورت مدام در حال بهبود این قوانین هستند. در طى فرایندى که مواد غذایى خام از مزارع کشاورزى و دام‌پروری طى می‌کنند تا به‌صورت بســته­بندى به مشــترى برسد، فاکتورهاى مانند روش کشت، روش حمل‌ونقل، روش تولیــد و نگه­دارى و غیره در ایجاد یک محصول باکیفیت تأثیر می‌گذارد که نیاز به کنترل در هر مرحله دارد. نانو حسگرها به دلیل تشخیص سریع، آسان، حساس و ارزان نسبت به تکنیک­های با کار آیی بسیار بالای موجود مانند کروماتوگرافی مایع یا گاز برتری ویژه­ای دارند. یکى از نکات مهمى که بسیار موردتوجه کارخانه‌ها  است، افزایش محافظت و نگه‌داری مواد غذایى بسته‌بندی شده است. میزان سرمایه‌گذاری جهت بهبود تولید و بسته‌بندی مواد غذایى در آمریکا از 55 درصد به 65 درصد رشد داشته که ارزش آن معادل 13 میلیارد دلار بوده است. مهم‌ترین نانو حسگرهای موردتوجه در این صنعت نانو حسگرهای بینی یا زبان الکترونیکی، نانو حسگرهای RFID ونانو حسگرهای جوهر هوشمند اکسیژن سنج است.

 

ob8h_456.png

 نانو حسگرها برای پایش و گزارش وضعیت غذا

 

نانو حسگرهای حوزه کشاورزی:

به دلیل افزایش جمعیت در جهان، نیاز به تولید محصولات کشــاورزى و به دنبال آن مصرف آفت‌کش‌ها ضروری است. براى مدیریت مصرف سموم کشاورزى، آژانس حفاظت محیط‌زیست اندازه‌گیری و کنترل آفت‌کش‌ها در سطوح مختلف را تعیین کرده است. به‌طورکلی، کنترل و پایش آفت‌کش‌ها و ارگانوفسفات­ها به سه بخش سموم موجود در آب‌وخاک، سموم موجود بر روى گیاه و سموم موجود در محصولات کشاورزى و غذایى تقسیم‌بندی می­شود. نانو حسگرها با تشخیص و اندازه­گیرى سموم مى­تواند زمان پاسخ‌دهی را کوتاه کرده و به‌صورت قابل‌حمل نمونه‌ها را آنالیز کند. عملکرد این نانو حســگرها مبتنی بر روش­های الکتروشیمیایی و یا نوری است. در روش­هاى الکتروشــیمیایى، براثر اکسایش وکاهش و انتقال الکترون در ســطح الکترود، مقادیر آفت‌کش‌ها قابل‌تشخیص است. در روش­هاى نورى تغییرات به‌صورت برهم­کنش نور با سطح (تغییر در مشخصه­های جذبی و بازتابشی) خود را نشان خواهد داد.