نانو سیستم (پای-الکترون) نانو ساختار ها Nano Structure در معماری نانو سنسور ها و نانو بیو سنسور ها

انواع بسیاری از نانو سنسور ها با استفاده از نانو ساختار ها Nano Structure جهت کاربرد های نانو بیولوژیکی طراحی شده اند.(سطح رسانا) اکسیداسیون نانو ساختار های پلیمری رسانا به راحتی توسط مکانیزمهای اکسیداسیون – احیا تغییر میکند، همچنین خواص انتقال بار در این نانو ساختار ها ، توسط پارامتر های ساختاری، مانند قطر و ابعاد تحت تاثیر قرار میگیرد.نانو ساختار ها Nano Structure قادر به ارائه پاسخ های حساس و سریع به گونه های بیولوژیکی و شیمیایی خاص میباشند. اغلب برای ساخت نانو ساختار ها از تکنیک هایی همچون پلیمریزاسیون شیمیایی استفاده میشود.استراتژی های ساخت را میتوان در سه دسته تقسیم بندی کرد: سنتز با استفاده از قالب سخت، سنتز با استفاده از قالب نرم و سنتز بدون قالب. پرکاربرد ترین پلیمرهای رسانا که در نانو بیوسنسور ها مورد استفاده قرار میگیرند ، نانو  ادوات تهیه شده از نانو ساختار ها به دلیل خواص شیمیایی و الکتریکی منحصر به فرد خود که ناشی از خواص  نانو سیستم پای-الکترون آنهاست در نانو بیوسنسور های مختلفی مورد استفاده قرار میگیرند.

نحوه عاملدار کردن نانو ساختار ها جهت ساخت نانو بیوسنسورهای الکتریکی :

بسیاری از فن آوری های الگودهی و عاملدار کردن برای کنترل مکان، نحوه توزیع، مقدار و یا ساختار و جهت گیری نانو مولکولهای زیستی در سطح نانو ساختار ها در حال توسعه میباشد. بنابراین، سطح تماس ما بین نانو مولکولهای زیستی و نانو ساختار ها در کاربرد های بیشماری از اهمیت ویژه ای برخوردار است. اصلاحات کوالانسی و غیر کوالانسی دو روش کلی برای کوپل کردن مولکول های بیولوژیکی و نانو ساختار ها میباشد. عاملدار کردن کوالانسی یک فرآیند شیمیایی است که طی آن یک پیوند قوی بین نانو ساختار ها و مولکول های زیستی و یا رابطه ای آن شکل میگیرد. در بسیاری از موارد، اصلاحات شیمیایی سطح برای ایجاد گروه های فعالی که بتوانند با مولکول های زیستی اتصال برقرار کنند، لازم است.بر خلاف عاملدار کردن کوالانسی ، در روش غیر کوالانسی نانو مولکول های زیستی بدون از بین بردن ساختار هندسی و الکترونیکی روی سطح نانو ساختار ها تشکیل  میشوند. فعل و انفعالات غیر کوالانسی در بسیاری از سیستم های بیولوژیکی از اهمیت ویژه ای برخوردارند.نسبت سطح به حجم بزرگ در نانو ساختارها و پتانسیل بالا جهت تقویت سیگنال، شرایط ایده آلی را برای نشان دار کردن و تشخیص المان های بیولوژیکی در ساختار نانو بیوسنسور ها  فراهم می کند.

در تغییر (ساختار) نانو ساختار ها Nano Structure  از پدیده های طبیعی حرارتی ناشی از کوچک شدن ساختمان مواد، ناپایداری حرارتی نانو ذرات است. همانگونه که میدانید،( گرما دارای انرژی E )است، که 03 - میزان انرژی آن متناسب با دمای محیط است. این انرژی برابر با KBT است. در این رابطه KB ثابت بولترمان و یک مقدار ثابت برابر با  و T دما بر حسب کلوین است. بنابراین، وقتی نانو ساختار ها در محیطهای مختلف قرار میگیرند، در اثر گرما به الکترونها انرژی(-0 01*0/33JK)داده میشود. حال یک ویژگی از یک ذره را در نظر بگیرید که به صورت کلی به (حجم نانو ذره V)  بستگی دارد. انرژی این ویژگی به صورت U و تابعی از V است. هنگامی که حجم به اندازه کافی کوچک باشد، به طوری که KBT بزرگتر از U باشد، آنگاه شرایط از نظر حرارتی ناپایدار خواهد بود.ویژگی مهم همه ی نانو ساختارها در این موضوع خلاصه شده که تعداد اتم های (سطح ) در آن ها نسبت به تعداد اتم های (حجم ) بیشتر است.

 این نسبت با کاهش اندازه ی( نانو ذره) افزایش می یابد. بنابراین اندازه ی نانو ذره ویژگی مهم آن محسوب می شود.اشکال و اندازه های نانو ساختارها بطور طبیعی بر اساس ترکیب و شرایط تشکیل آن ها تعیین می شود. ویژگی های نانو ساختارها نیز به نوبه ی خود اصالت ویژگی های نانو ساختار و زمینه های احتمالی کارکرد آن ها را مشخص می نماید.بازه ی 1 تا 1000nm را به عنوان محدوده ی نانو ساختارها معرفی میشود ،ویژگی مهم نانو ساختار ها کنترل فرآیند های خود سازمان است.بازه ی تغییر فعالیت نانو ساختار به ماهیت و شکل نانو ساختار بستگی دارد. با این حال، اگر انرژی میدان نانو ذره با انرژی پرتودهی الکترو مغناطیسی قابل قیاس باشد و اگر در محدوده ی معین طول موج با رخداد واکنش های شیمیایی در مواد تحت پرتودهی تغییرات چشمگیر ایجاد گردد فعالیت نانو ذره ها تا اندازه ی 100nm چشمگیر خواهد بود.

یکی از برتری های بالقوه نانو بیوسنسورها نسبت به سنسورهای عادی حساسیت بالای آنها است. حساسیت داخلی یک سنسور به صورت نسبت سیگنال خروجی سنسور به تغییر در خواص سنسور میزان آنالیت های متصل به سنسورتعریف میشود.این پارامتر را می توان به عنوان توانایی سنسور برای تبدیل یک سیگنال ورودی به یک سیگنال خروجی در نظر گرفت.یک سنسور با حساسیت بالا قادر به تغییرات لحظه ای سریع میباشد. همچنین حساسیت را میتوان به صورت آزمون روش حساسیت نیز تعریف کرد که توضیح میدهد چگونه یک تست تشخیصی قادر به شناسایی نمونه ی خاصی حاوی آنالیت و یا بدون آنالیت است. حساسیت در سنسورها برخی خواص از جمله تکرار پذیری و دقت تشخیصی را تحت تاثیر قرار می دهد.

محدوده دینامیکی در نانو بیوسنسور های الکتریکی :

پارامتر دیگری که به ندرت در زمینه نانو بیوسنسورها مورد بحث قرار میگیرد محدوده دینامیکی سنسور است. در این بازه سنسور قادر به تولید سیگنال خروجی است که نشان دهنده مقدار آنالیت میباشد. منحنی پاسخ سنسور خطی بوده و طیف وسیعی از مقدار آنالیت و خروجی سنسور مربوطه را توصیف میکند.علاوه بر قابلیت تولید یک سیگنال خروجی که نشان دهنده ی حضور آنالیت است، یک سنسور باید قادر به شناسایی یک آنالیت خاص باشد. این توانایی، عملکرد اختصاصی نام دارد و عاملی است که به موجب آن سنسور میتواند در یک محیط بدون شاهد که حاوی مقادیر زیادی مواد ناشناخته است، کارآمد باشد. برخلاف حساسیت ، اندازه گیری عملکرد نانو بیوسنسور اختصاصی مشکل است ، زیرا تعداد موادی که نباید سیگنال خروجی تولید کنند، بسیار زیاد است. عملکرد اختصاصی بیشتر در مواقعی کاربرد دارد که یک سنسور میبایست غلظت کمی از آنالیت خاصی را در محیطی حاوی مقادیر زیادی مواد غیر هدف تشخیص دهد، که بسیاری از آنها ممکن است به صورت غیر اختصاصی به سنسور متصل شده و در نتیجه یک سیگنال غیرعادی تولید کنند.