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『传感器专家网』一文读懂纳米传感器，尤其是制造纳米传感器的5大材料技术( 二 )


而物理化学纳米传感器虽然也是通过检测材料的电导率变化来工作的 。 但是 ， 与化学纳米传感器的工作机制却大不相同 。 比如其中的机械纳米传感器 ， 当对材料进行物理操作时 ， 用作机械纳米传感器的纳米材料会改变其电导率 ， 而这种物理变化会引起可检测的响应 。 也可以使用连接的电容器来测量此响应 ， 其中的物理变化会导致电容的可测量变化 。 其他示例包括电磁纳米传感器、等离激元纳米传感器、表面增强拉曼光谱的光谱纳米传感器、磁电子或自旋电子纳米传感器等 。
『传感器专家网』一文读懂纳米传感器，尤其是制造纳米传感器的5大材料技术
本文插图
光子纳米传感器：
光子设备也可用作纳米传感器 ， 以量化临床相关样品的浓度 。 光子纳米传感器的工作原理基于结合了布拉格光栅的水凝胶膜体积的化学调制 。 当水凝胶在化学刺激下膨胀或收缩时 ， 布拉格光栅会改变颜色并使不同波长的光发生衍射 。 衍射光可以与目标分析物的浓度相关 。
比色法纳米传感器：
这一类纳米传感器是通过比色法工作的纳米传感器 。 其工作原理是 ， 分析物的存在引起化学反应或形态变化 ， 从而发生可见的颜色变化 。 典型的应用是金纳米颗粒可用于检测重金属 ， 也可以通过比色变化检测到许多有害气体 ， 例如通过市售的DragerTube 。 这些可以替代庞大的实验室规模的系统 ， 因为它们可以小型化以用于采样点设备 。 再例如 ， 许多化学药品受到环境保护署的监管并需要进行广泛的测试 ， 以确保污染物水平在适当的范围内 。 比色纳米传感器提供了一种现场确定许多污染物的方法 。
四、生产纳米传感器的方法
目前可以通过使用不同的方法来制备纳米传感器 。 三种常见的方法是自上而下的光刻 ， 自下而上的制造（例如受控的横向外延生长和原子层沉积）以及自组装的纳米结构（通常使用生物分子（例如脂质体）完成）的组合方式 ， 分析物的生化检测将转换为电信号） 。
方法1：自上而下
自上而下的光刻是现在制造大多数集成电路的方式 。 它涉及从一些较大的材料开始 ， 然后雕刻出所需的形式 。 这些精雕细琢的设备 ， 特别是在用作微传感器的特定微机电系统中使用的设备 ， 通常只能达到微米尺寸 ， 但是其中最新的已开始包含纳米尺寸的组件 。
方法2：自下而上
生产纳米传感器的另一种方法是通过自下而上的方法 ， 该方法包括将传感器组装成更多的微小成分 ， 最可能是单个原子或分子 。 这将涉及将特定物质的原子一个一个地移动到特定位置 ， 尽管这是在实验室测试中使用原子力显微镜之类的工具实现的 ， 但由于逻辑上的原因 ， 这仍然是一个很大的困难 ， 尤其是在批量生产时以及经济的 。 此过程最有可能主要用于构建自组装传感器的起始分子 。
方法3：自组装
第三种方法有望带来更快的结果 ， 它涉及自组装或“增长”用作传感器的特定纳米结构 。 这通常需要一整套已经完整的组件 ， 这些组件会自动将其组装成成品 。 准确地能够在实验室中为所需的传感器复制这种效果将意味着 ， 科学家可以通过让大量分子在很少或没有外界影响的情况下自行组装 ， 而不必手动组装每个传感器 ， 从而更快 ， 更便宜地制造纳米传感器 。
五、制造纳米传感器的5大材料技术
①、基于纳米粒子和纳米团簇的纳米传感器
【『传感器专家网』一文读懂纳米传感器，尤其是制造纳米传感器的5大材料技术】纳米粒子（主要是贵金属粒子）具有出色的尺寸相关光学特性 ， 这些特性已用于构建光学纳米传感器 。
称为局部表面等离子体共振（LSPR）的现象的光谱取决于纳米粒子本身的大小 ， 形状和材料以及粒子的环境 。 LSPR传感器的高灵敏度可以接近大型生物分子的单分子检测极限 。
除金属纳米颗粒外 ， 基于荧光测量的光学纳米传感器已用半导体量子点构建 ， 其他光学传感器也已利用纳米级探针开发 ， 这些探针包含染料 ， 其染料在待测分析物存在下会被淬灭 。 纳米颗粒膜已被用于气体传感器 。 与生物识别分子（即DNA ， 酶等）结合的磁性纳米颗粒已用于富集要检测的分析物 。


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