حسگرهايي در ابعاد اتم

سنسور (حسگر) تجهيزاتي هستند كه انواع متفاوت سيگنال هاي فيزيكي اعم از مكانيكي، نوري، الكترومغناطيسي، حرارتي و ... را به سيگنال الكتريكي تبديل مي‌كند.
[ برای مشاهده لینک ، با نام کاربری خود وارد شوید یا ثبت نام کنید ]
غالباً در علوم مختلف، از سنسور به عنوان مبدل ياد مي‌شود.مشخصه بارز سنسورها وجود يك آشكار ساز (detector ) حساس به سيگنال فرودي است.
نانو سنسور به نقاط حساس زيستي،‌ شيميايي، مكانيكي و الكترومغناطيسي گفته مي شود كه براي انتقال اطلاعات از دنياي ميكروسكوپي كه در آن ذراتي در مقياس نانو وجود دارد به دنياي ميكروسكوپي مورد استفاده قرار مي‌گيرد.
به طور كلي به علت فوق ريز بودن نانو ذرات امكان مشاهده مستقيم خصوصيات و واكنش هاي آنها براي ما غير ممكن است بنابراين به مبدلي نياز داريم كه به يكي از خواص بارز اين ذرات حساس باشد و ما را از تغييرات، خواص و حالات ذرات آگاه سازد.
كاربرد نانو سنسور در زمينه هاي گسترده و غير مرتبط به اثبات رسيده است. اين علم نوظهور در علوم دارويي و پزشكي به‌طور گسترده مورد استفاده قرار مي گيرد و دانشمندان آن را به عنوان قابل اطمينان ترين شيوه در شرايط حساس مورد استفاده قرار مي دهند.
فرض كنيد فردي مبتلا به سرطان باشد. سلول هاي سرطاني بر اثر تقسيم سلولي به سرعت در تمام بدن او پخش مي‌شود. براي مثال ممكن است تشخيص اوليه پزشك در مورد فردي سرطان سينه باشد ولي پس از مدت كوتاهي بر اساس آزمايش هاي به عمل آمده مشخص شود كه معده و كبد بيمار نيز درگير بيماري شده است. بنابراين با توجه به تقسيم سلولي كه مرتباً صورت مي‌گيرد، يك ثانيه نيز براي نجات فرد زمان با ارزشي است.
مهمترين درماني كه پزشك براي اين فرد مبتلا پيشنهاد مي‌كند استفاده از شيمي درماني و راديو تراپي ( پرتو درماني ) به منظور مهار سلول هاي سرطاني است. بله اين تنها راه براي درمان بيمار است ولي امروزه علم ثابت كرده است كه بهترين راه نيست. به دليل اينكه شيميايي كردن سلول ها نه تنها روي سلول هاي سرطاني و ناسالم بيمار تاثير مي گذارد بلكه بسياري از سلول هاي سالم را نيز از بين مي‌برد، چون داروهاي شيمي درماني هوشمند نيست و تفاوتي بين سلول هاي بدن قائل نمي شود.
نوع برخورد نانو حسگر با اين سلول ها كاملاً متفاوت است و وارد شاخه كاملاً تخصصي مي‌شود فقط كافي است كه بدانيد با توجه به اينكه گستره عملكرد نانو تكنولوژي 10-9 متر است فقط سلول هاي سرطاني را هدف گيري مي كند و درصد خطاي آن حدود چند سلول است. بنابراين سلول هاي سالم از بين نمي رود و بهبود با اطمينان و سرعت بيشتري انجام مي‌شود.
كاربردهاي دارويي نانو سنسور با توجه به دقت مورد نياز در بدن متفاوت است. براي مثال اينكه نقطه مورد نظر يك سلول يا يك عضو باشد روند كار و تجهيزات متفاوتي مورد استفاده قرار مي‌گيرد. ممكن است از خود سوال كنيد كه نانو حسگر ها چگونه مي توانند بين سلول ها تميز قائل شوند!
در جواب بايد گفت كه نانو سنسورها با اندازه گيري تغييرات حجم، غلظت، جابه جايي يا دماي سلول هاي بدن متوجه تغيير غير عادي در آنها مي شوند. بنابراين به راحتي سلول يا توده سرطاني را تشخيص مي دهند. از اين طريق موضع دقيق تهديد شناسايي مي شود و از آن پس تمام امور توسط پزشك به طور كامل كنترل مي‌شود. در اين حالت تغذيه سلول با دارو نيز كار ساده تري است.
به علاوه، تجهيزات مذكور قادراست تغييرات ميكروسكوپي به وجود آمده در خارج از بدن را شناسايي كند و اين تغييرات را به ديگر تجهيزات نانو كه در بدن فعاليت مي كنند اطلاع دهد. يعني اين تجهيزات در تعامل كامل با يكديگر فعاليت مي كنند و نتيجه كاركرد مكمل آنها، راندمان بيشتر است.
به عنوان مثال، خواص فلوئورسانسي نقاط كوانتومي سلنيد كادميم نقش سنسور را بازي مي‌كند و تومور هاي واقع در بدن را شناسايي مي كنند. فلوئورسنت به ماده اي با خاصيت فلوئورسانس گفته مي شود. فلوئورسانس از جمله خواص فيزيكي برخي مواد شيميايي است.
مواد داراي اين خاصيت نور با طول موج معيني را جذب مي‌كند و به جاي آن نور با طول موج ديگري را منتشر مي‌سازد. به اين صورت كه پزشك معالج مقداري از اين نقاط كوانتومي را به بيمار تزريق مي كند، اين ماده بر اساس فرآيندي روي تومور يا سلول سرطاني جا خوش مي‌كند.
سپس با توجه به خاصيت فلوئور سانسي اين ماده، شناسايي تومور يا سلول سرطاني براي پزشك به راحتي انجام مي‌پذيرد. نقاط كوانتومي مربوط به نانو سنسورهاي پيشرفته به اين منظور ساخته شده اند كه دقيقاً سلول هايي از بدن را كه در معرض خطر است شناسايي كند. با علم بر كارايي اين ماده علت اصلي اينكه براي حفظ جان افراد مورد استفاده قرار نمي گيرد سمي بودن آن است .
دانشمندان در حال بررسي سنسورهايي هستند كه نسبت به يك DNA‌ مشخص در بدن حساسيت دارند. اهميت اين حسگر در تشخيص و پيشگيري از بيماري هاي ژنتيك كاملاً واضح و آشكار است. براي مثال فرض كنيد در خانواده‌اي ديابت يك بيماري ارثي باشد كه از نسلي به نسل بعدي منتقل مي شود بنابراين هر فرد تازه متولد شده در اين خانواده مي تواند از نظر ابتلا به اين بيماري يك كيس كاملاً مشكوك باشد.
در اين حالت نانوسنسوري مورد استفاده قرار مي‌گيرد كه نسبت به سطح گلوكز خون حساس است. مطمئناً اين ميزان در اوايل سالهاي زندگي بسيار اندك و غير قابل شناسايي است ولي با استفاده از اين تكنولوژي به سرعت كشف مي شود و چون بيماري هنوز به مرحله پيشرفته نرسيده است ، روند درمان آن بسيار ساده تر و سريعتر از حد معمول پيش مي‌رود. شايد روزي برسد كه ديگر نياز نباشد افراد ديابتي روزي چندين بار به خود انسولين تزريق كنند.
همچنين مي توان در مدارهاي مجتمع CMOS‌ لايه اي از DNA‌ قرار داد و از نانو تجهيزات ديگري روي اين مدار استفاده كرد كه نسبت به يك يا چند تغيير مشخص حساسيت داشته باشند. بنابراين با استفاده از مواد هيبريدي جديد، نانوحسگرهاي زيستي قادرند مولفه ها را بر روي يك لايه نيمه رساناي هيبريدي، به عنوان بخشي از مدار پيكربندي كنند.
نانو سنسور كاربرد وسيعي در ساخت قطعات كامپيوتري و الكترونيكي از جمله مدارهاي مجتمع و علم رباتيك دارد. به طور كلي در هر كجه كه از نانو تكنولوژي استفاده شده باشد، نانو سنسور هم مي تواند در كنار مدار و تجهيزات ديگر به كار رود. دانشمندان معتقدند كه روزي استفاده از نانو سنسور براي كنترل دقيقتر و حساس تر حالات ماده در سيستم هايي كه اندازه و وزن محدودي دارد مانند ماهواره ها و ديگر صنايع فضايي غير قابل اجتناب باشد.
تمام مواردي كه تا اينجا مورد بررسي قرار گرفت، در مرحله تجربي يا تئوري قرار دارند. ولي استفاده از نانو سنسور به همين جا ختم نمي‌شود و مواردي وجود دارند كه به مرحله توليد و ظهور رسيده است .
همچنين نمونه واضحي از اين تكنولوژي در دنياي طبيعي يافت مي شود. براي مثال گيرنده هاي قوي بويايي در سگ نمونه اي از نانو حسگر است. اين حسگر به مولكول‌هاي بو كه در مقياس نانو هستند حساس بوده و آنها را دريافت مي‌كند. به عنوان نمونه ديگر مي‌توان به گياهان اشاره كرد كه از نانو سنسورهايي استفاده مي كنند كه به نور خورشيد حساسند. نوعي ماهي وجود دارد كه به نوعي نانو حسگر مجهز است و توسط آن كوچكترين حركت در آب را حس مي‌كند كه اين فرآيند براي جذب طعمه و ايمن بودن از دشمن ابزار كارآمدي است. چنين نمونه هايي در طبيعت اندك نيستند.
به طور كلي مي توان گفت توسعه و رويكرد كوچك‌سازي نانو حسگرهاي زيستي افق روشني از جزيره اي ناشناخته و مرموز پيش روي بشر گشوده كه هر انسان محقق و كنجكاوي را به سوي خود مي‌كشاند و دانشمندان تشنه كنكاش و رونمايي از اسرار اين سرزمين هستند.