Nanosensor : Komponen, Jenis, Cara Kerja, Teknik Fabrikasi, Jenis & Kegunaannya

Contoh nanosensor pertama dikembangkan pada tahun 1999 di Institut Teknologi Georgia oleh para peneliti sebuah inovasi yang dibuat dari tabung nano karbon. Sensor nano adalah jenis sensor unik dan merupakan platform kecil yang dirancang untuk mendeteksi dan mengukur informasi kimia, biologi, fisik, atau lingkungan pada tingkat skala nano. Ini sensor ideal terutama untuk aplikasi penginderaan karena sifat nanopartikelnya yang unik seperti; rasio wilayah permukaan dan tingkatnya yang besar. Artikel ini memberikan informasi singkat tentang nanosensor, cara kerja, jenis, dan aplikasinya.

Definisi Sensor Nano

Jenis sensor dengan dimensi karakteristik beberapa nanometer dikenal sebagai nanosensor. Ini adalah sensor mekanis atau kimia, yang digunakan untuk mendeteksi keberadaan nanopartikel, dan spesies kimia atau memeriksa parameter fisik yang berbeda. Ini digunakan dalam aplikasi diagnostik medis seperti penginderaan kualitas air, makanan & bahan kimia lainnya. Sensor ini bekerja mirip dengan sensor biasa tetapi mendeteksi jumlah kecil & mengubahnya menjadi sinyal yang harus dianalisis. Nanosensor digunakan dalam sistem transportasi, deteksi patogen, kedokteran, manufaktur, pengendalian polusi, dll.

Beberapa contoh nanosensor adalah; nanosensor fluoresen yang dibuat dengan DNA atau peptida, tabung nano karbon, titik kuantum, sensor nano yang bergantung pada kopling plasmon, pencitraan resonansi magnetik, dan fotoakustik.

Komponen Nanosensor

Komponen nanosensor terutama mencakup analit, sensor, transduser & detektor. Nanosensor mampu mengukur tingkat titik molekul tunggal. Umumnya sensor ini berfungsi dengan mengikuti perubahan kelistrikan di dalam material sensor.

Dalam diagram ini, pertama-tama, analit dari larutan berdifusi ke permukaan nanosensor. Setelah itu, ia merespons secara spesifik & efisien, sehingga mengubah sifat fisikokimia permukaan transduser, yang menyebabkan perubahan dalam sifat elektronik (atau) optik pada permukaan transduser. Akhirnya, ini diubah menjadi sinyal listrik yang terdeteksi

Prinsip Kerja Sensor Nano

Nanosensor bekerja dengan melacak perubahan listrik di dalam material sensor. Bagian mendasar dari nanosensor adalah; analit, transduser, detektor & jalur umpan balik dari detektor menuju blok sensor. Nanosensor mengukur tingkat molekul tunggal & bekerja hanya dengan mempertahankan perubahan listrik di dalam material sensor.

Analit dalam sensor ini berdifusi terlebih dahulu dari larutan ke permukaan sensor & merespons secara tepat dan sangat efektif dengan mengubah sifat fisikokimia permukaan. Setelah itu menyebabkan perubahan sifat transduser optik elektronik. Sehingga akhirnya perubahan ini dapat diubah menjadi sinyal listrik yang diperhatikan.

Sejarah sensor nano

• Nanosensor sebagai “Nanoprobe” didirikan pada tahun 1990 dan dibangun berdasarkan penelitian di IBM Sindelfingen yang dilakukan pada teknologi dasar yang diperlukan untuk pemrosesan batch probe AFM silikon dengan mesin mikro massal.
• Sensor nano mengkomersialkan probe AFM & SPM secara global pada tahun 1993. Jadi perkembangan mereka dalam teknologi pemrosesan batch untuk membuat probe AFM berkontribusi pada permulaan Mikroskop Kekuatan Atom ke dalam industri waktu.
• Dalam identifikasi realisasi ini, sensor-sensor ini melihat Penghargaan Inovasi Dr.-Rudolf-Eberle untuk Negara Bagian Baden-Württemberg Jerman, Penghargaan Inovasi Industri Jerman pada tahun 1995 dan Penghargaan Inovasi Förderkreis für die Mikroelektronik e.V pada tahun tersebut. 1999. Nanosensor pada tahun 2002 diperoleh & diintegrasikan ke dalam NanoWorld yang berbasis di Swiss yang merupakan unit bisnis independen.
• Pada tahun 2003, sensor ini memperkenalkan probe tipe AFM baru yang inovatif seperti AdvancedTEC™. Hal ini memungkinkan pemosisian yang tepat & menjadikan probe ini memberikan Visibilitas Tip Nyata di seluruh sistem optik mikroskop gaya atom bahkan setiap kali probe AFM sedikit dimiringkan karena pemasangannya.
• Sensor pada tahun 2003 menunjuk NanoAndMore GmbH sebagai distributor resmi barunya untuk Turki, Israel & Eropa.
• Pada tahun 2004, PointProbe® Plus diperkenalkan yang menyatukan fitur-fitur Seri PointProbe® yang telah terbukti seperti kompatibilitas & fleksibilitas aplikasi yang tinggi dengan AFM komersial.
• Pada tahun 2005, Q30K-Plus diumumkan yang merupakan kedekatan pemindaian probe AFM baru dengan faktor Q yang sangat baik & rasio S/N yang ditingkatkan untuk aplikasi UHV.
• Nanosensors 2006 mengubah jaringan distribusi Amerika Utara, anggota NanoWorld Group,
• NanoAndMore USA Corp., menjadi distributor resmi Nanosensor di AS, Meksiko & Kanada.
• Nanosensors 2007 meluncurkan seri probe MFM AFM silikon baru, memperkenalkan seri PointProbe® Plus XY-Alignment, meluncurkan seri probe Plateau Tip AFM, dan mengumumkan Seri probe PointProbe® Plus AFM.
• Pada tahun 2008, mereka memperkenalkan wahana Akiyama yang dapat menggerakkan dan merasakan sendiri.
• Nanosensor 2011 mengunggah daftar pengembangan khusus awalnya dan mengumumkan seri probe AFM konduktif tahan aus baru, dan probe Platinum Silicide AFM.
• Pada tahun 2013, dua screencast pertama diumumkan di saluran YouTube-nya.
• Perusahaan ini memperkenalkan seri probe AFM baru yang dikenal sebagai uniqprobe™ pada tahun 2013.

Teknik Fabrikasi Nanosensor

Ada beberapa teknik yang diusulkan untuk membuat sensor ini seperti; litografi top-down, perakitan bottom-up & perakitan mandiri molekuler.

1. Pendekatan Top-Down
   • Litografi: Metode ini melibatkan pengetsaan pola skala nano ke substrat menggunakan teknik seperti litografi berkas elektron (EBL) atau fotolitografi. EBL, khususnya, menawarkan resolusi tinggi, memungkinkan pola presisi yang penting untuk membuat fitur berskala nano.
   • Etsa: Metode etsa basah dan kering digunakan untuk menghilangkan material secara selektif dari permukaan substrat untuk membuat struktur berskala nano. Etsa ion reaktif (RIE) adalah teknik etsa kering yang populer karena presisi dan kemampuannya menciptakan pola yang kompleks.
2. Pendekatan dari Bawah ke Atas
   • Deposisi Uap Kimia (CVD): CVD adalah proses dimana reaktan gas membentuk bahan padat pada substrat, menciptakan film tipis dan struktur nano. Varian seperti CVD yang ditingkatkan plasma (PECVD) meningkatkan proses dengan menggunakan plasma untuk meningkatkan laju reaksi.
   • Perakitan Mandiri: Teknik ini melibatkan pengorganisasian molekul secara spontan ke dalam susunan terstruktur. Nanoteknologi DNA, misalnya, memanfaatkan sifat pasangan basa DNA untuk menciptakan struktur nano yang rumit.
   • Pengolahan Sol-Gel: Hal ini melibatkan transisi sistem larutan dari fase 'sol' cair menjadi fase 'gel' padat. Ini sangat berguna untuk membuat struktur nano keramik dan kaca.
3. Pendekatan Hibrid

                      Litografi Nanoimprint (NIL): Hal ini menggabungkan aspek pendekatan top-down dan bottom-up. Ini melibatkan penekanan cetakan berstruktur nano ke dalam lapisan polimer, kemudian menyembuhkan polimer untuk mentransfer fitur skala nano.

Jenis Nanosensor

Ada berbagai jenis nanosensor yang dibahas di bawah ini.

Nanosensor Fisik

Sensor ini digunakan untuk mengukur perubahan besaran fisika seperti kecepatan, suhu, tekanan, gaya listrik, perpindahan, massa, dan banyak lagi. Nanosensor ini digunakan dalam berbagai aplikasi dalam kehidupan sehari-hari & juga di industri. Nanowear Inc. menggunakan nanosensor fisik untuk membuat pakaian dalam yang dapat dipakai untuk menemukan kemungkinan gagal jantung sebelum terjadi pada pasien yang sakit kronis dengan melihat perubahan dalam sinyal listrik dari tubuh kita.

Nanosensor Kimia

Sensor ini membantu mendeteksi bahan kimia (atau) sifat kimia yang berbeda seperti nilai pH. Jadi ini berguna ketika melihat polusi ekologi (atau) untuk analisis farmasi. Biasanya, sensor ini dibuat dari bahan nano yang berbeda seperti nanopartikel logam atau graphene karena sensor ini merespons terjadinya bahan kimia target tertentu yang perlu dihitung.

Contoh terbaik dari sensor ini adalah mendeteksi nilai pH cairan. Kelompok yang diselidiki mampu membangun sensor jenis ini menggunakan sikat polimer yang dilapisi nanopartikel emas untuk mendeteksi nilai pH dengan teknik spektroskopi.

Biosensor nano

Biosensor nano dalam bidang kedokteran & perawatan kesehatan dapat mendeteksi patogen, racun, tumor & biomarker dengan tepat. Sensor-sensor ini mengubah respons molekul menjadi sinyal optik atau listrik dan memiliki keuntungan karena mampu membidik secara spesifik apa yang perlu diukur. Setiap kali ukuran objek dan rasio permukaan terhadap volumenya menjadi lebih besar, maka sensor ini memiliki manfaat besar dibandingkan biosensor yang lebih besar untuk memberikan penginderaan yang lebih baik ketika reaksi melalui molekul target terjadi lebih sering.

Sensor ini digunakan oleh perusahaan rintisan Taiwan, Instant NanoBiosensors Co., Ltd. Sensor ini menggunakan serat optik yang dilapisi nanopartikel emas & antibodi untuk mendeteksi berbagai senyawa biologis.

Nanosensor Optik

Sensor nano optik memiliki bahan sensor berskala nano (atau) berstruktur nano yang menunjukkan reaksi berbeda pada frekuensi optik terhadap eksitasi elektromagnetik. Sensor ini terutama digunakan untuk alasan analitis untuk memantau serta mengidentifikasi proses kimia atau biologis. Sensor ini juga mengubah data menjadi sinyal informasi penting.

Keuntungan dan kerugian

Itu kelebihan nanosensor termasuk yang berikut ini.

• Sensor nano dapat dengan mudah berinteraksi di tingkat nano dan mengamati perkembangan unik di tingkat nano yang berbeda dengan tingkat makro.
• Sensor ini memiliki sensitivitas tinggi yang memungkinkan akurasi lebih tinggi.
• Ini tahan lama, stabil, portabel, sensitivitas tinggi, kecil, respons kuat, deteksi waktu nyata, selektivitas, dan ringan,
• Sensor ini memiliki konsumsi daya yang rendah
• Hal ini memerlukan volume sampel yang rendah untuk menganalisis & menyebabkan gangguan paling sedikit pada materi yang diamati.
• Waktu respons sensor ini rendah dan memiliki kecepatan lebih tinggi dibandingkan sensor lainnya, sehingga memungkinkan sensor ini melakukan analisis waktu nyata.
• Sensor ini mendeteksi berbagai hal secara bersamaan yang memungkinkan beragam fungsi.
• Sensor nano menampilkan rentang sensitivitas deteksi (atau) resolusi yang signifikan.
• Sensor ini beroperasi pada skala yang lebih kecil.
• Mereka memiliki sensitivitas yang lebih besar dan akurasi yang lebih tinggi.

Kerugian dari nanosensor antara lain sebagai berikut.

• Sensor-sensor ini biasanya kurang selektif terutama untuk pengukuran biologis karena mereka tidak mempunyai spesifisitas yang lebih tinggi untuk bio-reseptor seperti DNA, dan antibodi.
• Sensor nano yang dibuat dari atas ke bawah memiliki resolusi terbatas dan harganya mahal.
• Sensor nano tipe bottom-up memiliki efisiensi yang sangat rendah, memiliki skala yang besar & sangat mahal dibandingkan dengan yang lain.

Aplikasi

Penerapan nanosensor antara lain sebagai berikut.

• Nanosensor digunakan terutama untuk sejumlah besar aplikasi dalam ilmu tanaman seperti; pasokan energi yang stabil, mendeteksi aktivitas metabolisme, menyimpan, dan menghitung informasi, dan juga untuk mendeteksi & merespons berbagai rangsangan ekologi.
• Ini adalah jenis sensor unik, yang dirancang terutama untuk mendeteksi & mengukur informasi kimia, biologi, lingkungan (atau) fisik pada tingkat skala nano.
• Ini adalah sensor mekanis atau kimia, yang digunakan dalam berbagai aplikasi mulai dari industri biomedis hingga industri lingkungan.
• Beberapa aplikasi umum dari sensor ini terutama meliputi;
• Sensor ini membantu mendeteksi berbagai bahan kimia dalam gas untuk memantau polusi.
• Nanosensor digunakan untuk memantau parameter fisik seperti perpindahan, aliran & suhu.
• Nanosensor membantu memantau sinyal & metabolisme tanaman untuk memahami biologi tanaman.
• Ini membantu dalam mempelajari neurotransmiter di dalam otak untuk mengenali neurofisiologi.
• Sensor ini dapat digunakan sebagai akselerometer dalam perangkat MEMS seperti sensor kantung udara.
• Ini digunakan untuk mengumpulkan pengukuran kondisi tanah secara real-time seperti; pH, nutrisi, kelembaban & sisa pestisida terutama untuk keperluan pertanian.
• Sensor ini digunakan untuk mendeteksi pestisida pada sayuran & buah-buahan hingga mendeteksi karsinogen dalam makanan.
• Ini mendeteksi patogen dalam makanan sebagai elemen keamanan pangan & tindakan pengendalian kualitas.
• Sensor ini mendeteksi & memantau metabolit molekul kecil.
• Ini digunakan untuk pemantauan aktivitas sel kanker metabolik secara real-time sebagai respons terhadap intrusi terapeutik.

Jadi, ini adalah gambaran umum tentang nanosensor , cara kerja, jenis, kelebihan, kekurangan, dan aplikasinya. Nanosensor adalah perangkat berskala nano yang mengukur besaran fisik & juga perubahan menjadi sinyal yang dapat dideteksi dan dianalisis. Sensor ini tersedia dalam berbagai jenis yang digunakan dalam berbagai aplikasi seperti industri pertahanan, kesehatan & lingkungan. Ada beberapa teknik berbeda yang tersedia untuk membuat jenis sensor ini; litografi top-down, kedua adalah perakitan bottom-up dan ketiga adalah perakitan mandiri molekuler. Ini pertanyaan untuk Anda, nanosensor ditemukan oleh?