나노센서 : 구성요소, 유형, 작동, 제조 기술, 유형 및 응용

최초의 나노센서 사례는 1999년 조지아 공과대학 연구원들이 탄소 나노튜브를 기반으로 혁신적으로 개발한 것입니다. 나노센서는 독특한 종류의 센서이며 나노 수준에서 화학적, 생물학적, 물리적 또는 환경적 정보를 감지하고 측정하도록 설계된 작은 플랫폼입니다. 이것들 센서 다음과 같은 독특한 나노입자 특성으로 인해 주로 감지 응용 분야에 이상적입니다. 거대한 표면적 대 레벨 비율. 이 기사에서는 나노센서, 작동 방식, 유형 및 응용 분야에 대한 간략한 정보를 제공합니다.

나노센서 정의

몇 나노미터의 특성 크기를 갖는 센서 유형을 나노센서라고 합니다. 이는 나노입자 및 화학종의 발생을 감지하거나 다양한 물리적 매개변수를 확인하는 데 사용되는 기계적 또는 화학적 센서입니다. 이는 수질, 식품 및 기타 화학 물질 감지와 같은 의료 진단 응용 분야에 사용됩니다. 이 센서는 일반 센서와 유사하게 작동하지만 소량을 감지하여 분석해야 하는 신호로 변환합니다. 나노센서는 운송 시스템, 병원체 탐지, 의학, 제조, 오염 제어 등에 사용됩니다.

나노센서의 예 중 일부는 다음과 같습니다. DNA나 펩타이드로 만든 형광나노센서, 탄소나노튜브, 양자점, 플라즈몬 결합에 따른 나노센서, 자기공명영상, 광음향 등이 있다.

나노센서 구성요소

나노센서 구성 요소에는 주로 분석물, 센서, 변환기 및 검출기가 포함됩니다. 나노센서는 단일 분자 포인트 수준을 측정할 수 있습니다. 일반적으로 이러한 센서는 센서 재료 내의 전기적 변화를 따라 작동합니다.

이 다이어그램에서는 먼저 용액의 분석물이 나노센서 표면으로 확산됩니다. 그 후에는 구체적이고 효율적으로 반응하여 변환기 표면의 물리화학적 특성을 변경하고 이로 인해 변환기 표면의 전자(또는) 광학 특성이 변경됩니다. 마지막으로 이는 감지되는 전기 신호로 변경됩니다.

나노센서 작동 원리

나노센서는 센서 재료 내의 전기적 변화를 추적하여 작동합니다. 나노센서의 기본 부분은 다음과 같습니다. 분석 물질, 변환기, 검출기 및 검출기에서 센서 블록 방향의 피드백 라인. 나노센서는 센서 재료 내에서 전기적 변화를 유지함으로써 단일 분자 수준을 측정하고 작동합니다.

이 센서의 분석물은 먼저 용액에서 센서 표면으로 확산되고 표면의 물리화학적 특성을 변경하여 정확하고 매우 효과적으로 반응합니다. 그 후에는 전자 광학 변환기 특성이 변경됩니다. 따라서 마침내 이 변화는 눈에 띄는 전기 신호로 변환될 수 있습니다.

나노센서의 역사

• '나노프로브(Nanoprobe)'라는 나노센서는 1990년에 설립되었으며 벌크 마이크로머시닝을 통한 실리콘 AFM 프로브 배치 처리에 필요한 기본 기술에 대해 수행된 IBM Sindelfingen의 연구를 기반으로 구축되었습니다.
• 나노센서는 1993년에 AFM 및 SPM 프로브를 전 세계적으로 상용화했습니다. 따라서 AFM 프로브를 생성하기 위한 배치 처리 기술의 개발은 원자력 현미경을 시간 산업에 도입하는 데 기여했습니다.
• 이러한 실현을 확인하면서 이 센서는 독일 바덴-뷔르템베르크주에서 Dr.-Rudolf-Eberle 혁신상, 1995년 독일 산업 혁신상, 그해 Förderkreis für die Mikroelektronik e.V 혁신상을 식별했습니다. 1999. 2002년 Nanosensors는 스위스에 본사를 둔 독립 사업부인 NanoWorld에 인수 및 통합되었습니다.
• 2003년에 이 센서는 AdvancedTEC™과 같은 혁신적인 새로운 AFM 유형 프로브를 출시했습니다. 이를 통해 정확한 위치 지정이 가능하며 이 프로브는 장착으로 인해 AFM 프로브가 약간 기울어질 때에도 원자력 현미경 광학 시스템 전체에 걸쳐 실제 팁 가시성을 제공합니다.
• 2003년에 Sensors는 NanoAndMore GmbH를 터키, 이스라엘 및 유럽의 새로운 공식 대리점으로 지정했습니다.
• 2004년에는 상용 원자현미경과 호환성 및 높은 적용 다양성과 같은 익숙하고 입증된 PointProbe® 시리즈 기능을 통합한 PointProbe® Plus가 출시되었습니다.
• 2005년에는 UHV 애플리케이션을 위한 우수한 Q 인자 및 향상된 S/N 비율을 갖춘 새로운 AFM 프로브 스캐닝 근접성인 Q30K-Plus가 발표되었습니다.
• Nanosensors 2006은 NanoWorld Group의 일원인 북미 유통망을 변화시켰으며,
• NanoAndMore USA Corp.는 미국, 멕시코, 캐나다 내 Nanosensor의 공식 대리점이 되었습니다.
• Nanosensors 2007에서는 새로운 실리콘 MFM AFM 프로브 시리즈를 출시하고 PointProbe® Plus XY-Alignment 시리즈를 출시했으며 Plateau Tip AFM 프로브 시리즈를 출시하고 PointProbe® Plus AFM 프로브 시리즈를 발표했습니다.
• 2008년에는 자체 작동 및 자체 감지 아키야마 탐사선을 출시했습니다.
• Nanosensor 2011은 초기 특별 개발 목록을 업로드하고 새로운 내마모성 전도성 AFM 프로브 시리즈와 백금 규화물 AFM 프로브를 발표했습니다.
• 2013년에는 YouTube 채널에 두 개의 주요 스크린캐스트가 발표되었습니다.
• 2013년에는 uniqprobe™로 알려진 새로운 AFM 프로브 시리즈를 출시했습니다.

나노센서 제조 기술

이러한 센서를 다음과 같이 만들기 위해 제안된 몇 가지 기술이 있습니다. 하향식 리소그래피, 상향식 조립 및 분자 자체 조립.

1. 하향식 접근 방식
   • 리소그래피: 이 방법에는 전자빔 리소그래피(EBL) 또는 포토리소그래피와 같은 기술을 사용하여 기판에 나노 규모 패턴을 에칭하는 작업이 포함됩니다. 특히 EBL은 고해상도를 제공하므로 나노 크기의 형상을 생성하는 데 필수적인 정밀한 패터닝이 가능합니다.
   • 에칭: 습식 및 건식 에칭 방법 모두 기판 표면에서 재료를 선택적으로 제거하여 나노 규모 구조를 만드는 데 사용됩니다. 반응성 이온 에칭(RIE)은 정밀도와 복잡한 패턴 생성 능력으로 인해 널리 사용되는 건식 에칭 기술입니다.
2. 상향식 접근 방식
   • 화학 기상 증착(CVD): CVD는 기체 반응물이 기판에 고체 물질을 형성하여 박막과 나노구조를 생성하는 공정입니다. 플라즈마 강화 CVD(PECVD)와 같은 변형은 플라즈마를 사용하여 반응 속도를 높여 공정을 향상시킵니다.
   • 자체 조립: 이 기술은 분자를 구조화된 배열로 자발적으로 조직하는 것을 포함합니다. 예를 들어, DNA 나노기술은 DNA의 염기쌍 특성을 활용하여 복잡한 나노구조를 만듭니다.
   • 솔-겔 처리: 여기에는 용액 시스템이 액체 '졸'에서 고체 '겔' 상으로 전환되는 과정이 포함됩니다. 이는 세라믹 및 유리질 나노구조를 만드는 데 특히 유용합니다.
3. 하이브리드 접근 방식

                      나노임프린트 리소그래피(NIL): 이는 하향식 접근 방식과 상향식 접근 방식의 측면을 결합합니다. 여기에는 나노 구조의 몰드를 폴리머 층에 압착한 다음 폴리머를 경화하여 나노 크기의 특징을 전달하는 작업이 포함됩니다.

나노센서의 종류

아래에서 논의되는 다양한 유형의 나노센서가 있습니다.

물리적 나노센서

이러한 센서는 속도, 온도, 압력, 전기력, 변위, 질량 등과 같은 물리량의 변화를 측정하는 데 사용됩니다. 이러한 나노센서는 일상생활은 물론 산업 분야에서도 다양한 응용 분야에 사용됩니다. (주)나노웨어는 물리적 나노센서를 활용한 웨어러블 속옷 제작을 통해 우리 몸에서 나오는 전기신호의 변화를 관찰하여 만성질환 환자의 심부전 발생 가능성을 사전에 찾아냅니다.

화학 나노센서

이러한 센서는 다양한 화학물질(또는) pH 값과 같은 화학적 특성을 감지하는 데 도움이 됩니다. 따라서 이는 제약 분석을 위해 생태학적 오염을 살펴볼 때마다 유용합니다. 일반적으로 이러한 센서는 계산해야 하는 특정 대상 화학 물질의 발생에 반응하기 때문에 금속 나노 입자 또는 그래핀과 같은 다양한 나노 물질로 제작됩니다.

이 센서의 가장 좋은 예는 액체의 pH 값을 감지하는 것입니다. 조사 그룹은 분광 기술로 pH 값을 감지하기 위해 금 나노 입자로 덮인 폴리머 브러시를 사용하여 이러한 유형의 센서를 구축할 수 있었습니다.

나노바이오센서

의학 및 의료 분야의 나노 바이오센서는 병원체, 독소, 종양 및 바이오마커를 정확하게 감지할 수 있습니다. 이러한 센서는 분자의 반응을 광학 또는 전기 신호로 변환하고 측정해야 하는 대상을 매우 구체적으로 목표로 삼을 수 있다는 이점이 있습니다. 물체의 크기와 표면 대 부피 비율이 커질 때마다 이러한 센서는 표적 분자를 통한 반응이 더 자주 발생할 때 더 나은 감지를 제공하기 위해 더 큰 바이오 센서에 큰 이점을 제공합니다.

이 센서는 대만 스타트업인 Instant NanoBiosensors Co., Ltd.에서 사용합니다. 이 센서는 다양한 생물학적 화합물을 감지하기 위해 금 나노입자와 항체로 덮인 광섬유를 사용합니다.

광학나노센서

광학 나노센서는 광학 주파수에서 전자기 여기와 다른 반응을 보이는 나노규모(또는) 나노구조의 센서 재료를 가지고 있습니다. 이러한 센서는 화학적 또는 생물학적 프로세스를 모니터링하고 식별하기 위한 분석적 이유로 주로 사용됩니다. 또한 이러한 센서는 데이터를 중요한 정보에 대한 신호로 변경합니다.

장점과 단점

그만큼 나노센서의 장점 다음을 포함합니다.

• 나노센서는 나노 수준에서 쉽게 상호 작용할 수 있으며 매크로 수준과 다른 나노 수준의 고유한 발전을 관찰합니다.
• 이 센서는 감도가 높아 정확도가 높아집니다.
• 내구성, 안정성, 휴대성, 고감도, 작고 강력한 응답, 실시간 감지, 선택성 및 경량성을 갖추고 있습니다.
• 이 센서는 전력 소모가 적습니다.
• 관찰된 물질을 분석하고 교란을 최소화하려면 적은 양의 샘플이 필요합니다.
• 이 센서는 다른 센서에 비해 응답 시간이 낮고 속도가 빠르기 때문에 실시간 분석이 가능합니다.
• 이 센서는 다양한 사물을 동시에 감지하여 다양한 기능을 가능하게 합니다.
• 나노센서는 상당한 범위의 감지 감도(또는) 분해능을 표시합니다.
• 이러한 센서는 더 작은 규모로 작동합니다.
• 민감도가 더 높고 정확도도 더 높습니다.

나노센서의 단점은 다음과 같습니다.

• 이러한 센서는 일반적으로 DNA 및 항체와 같은 생체 수용체에 대한 특이성이 부족하기 때문에 주로 생물학적 측정에 덜 선택적입니다.
• 하향식으로 제작된 나노센서는 해상도가 제한되어 있으며 가격이 비쌉니다.
• 상향식 나노센서는 효율성이 매우 낮고 스케일링이 크며 다른 센서에 비해 가격이 매우 비쌉니다.

응용

나노센서의 응용 분야는 다음과 같습니다.

• 나노센서는 주로 다음과 같은 식물 과학 분야의 수많은 응용 분야에 사용됩니다. 꾸준한 에너지 공급, 대사 활동 감지, 정보 저장 및 컴퓨팅, 광범위한 생태 자극 감지 및 반응.
• 이는 주로 나노 수준의 화학적, 생물학적, 환경적(또는) 물리적 정보를 감지하고 측정하도록 설계된 독특한 유형의 센서입니다.
• 이는 생물 의학 산업에서 환경 산업에 이르기까지 다양한 응용 분야에 사용되는 기계적 또는 화학적 센서입니다.
• 이러한 센서의 일반적인 응용 분야는 주로 다음과 같습니다.
• 이 센서는 오염을 모니터링하기 위해 가스 내 다양한 ​​화학 물질을 감지하는 데 도움이 됩니다.
• 나노센서는 변위, 흐름 및 온도와 같은 물리적 매개변수를 모니터링하는 데 사용됩니다.
• 나노센서는 식물 신호 및 대사를 모니터링하여 식물 생물학을 이해하는 데 도움이 됩니다.
• 이는 뇌 내의 신경 전달 물질을 연구하여 신경 생리학을 인식하는 데 도움이 됩니다.
• 이러한 센서는 에어백 센서와 같은 MEMS 장치 내에서 가속도계로 사용할 수 있습니다.
• 이는 다음과 같은 실시간 토양 상태 측정값을 수집하는 데 사용됩니다. 주로 농업용으로 pH, 영양분, 수분, 잔류 농약을 처리합니다.
• 이 센서는 야채와 과일의 농약을 감지하여 식품 내 발암 물질을 감지하는 데 사용됩니다.
• 이는 식품 안보 및 품질 관리 조치의 요소로 식품 내 병원체를 탐지합니다.
• 이 센서는 저분자 대사산물을 감지하고 모니터링합니다.
• 치료적 침입에 대한 실시간 대사성 암세포 활동 모니터링에 사용됩니다.

따라서 이는 나노센서 개요 , 작업, 유형, 장점, 단점 및 응용 프로그램. 나노센서는 물리량을 측정하고 감지 및 분석할 수 있는 신호로 변화하는 나노 규모 장치입니다. 이 센서는 국방, 의료 및 환경 산업과 같은 다양한 응용 분야에 사용되는 다양한 유형으로 제공됩니다. 이러한 유형의 센서를 제작하는 데 사용할 수 있는 다양한 기술이 있습니다. 하향식 리소그래피, 두 번째는 상향식 조립, 세 번째는 분자 자체 조립입니다. 여기에 질문이 있습니다. 나노센서는 누구에 의해 발명되었습니까?