納米傳感器 - 它們是什麼；他們做什麼
期限納米傳感器未明確定義。大多數定義是指它至少一個尺寸小於100 nm的傳感設備，目的是收集有關納米級的信息並將其傳輸到數據中進行分析。
納米技術處理納米級物質的物理或化學特性，這可能與它們的批量特性不同。納米傳感器可以利用這些現象。因此，在經典建模的傳感器的情況下，納米傳感器的重要特性和質量參數可以改善，而傳感器的傳感零件和/或換能器僅降低。
因此，納米傳感器的大小不一定降低到納米級，而是可能是使用納米材料的獨特性能來檢測和測量納米級事件的較大設備。例如，在銀或金等高貴金屬中，與電子波長相比，用於電子的納米結構較小，導致在可見/近紫外區域的強烈吸收，而在散裝材料的光譜中不存在。
已經開發出納米傳感器來檢測氣體，化學和生化變量以及物理變量以及檢測電磁輻射。
納米傳感器製造
可以使用不同的方法來製備納米傳感器。三種常見方法是自上而下的光刻，自下而上的製造（例如，受控的外側外延生長和原子層沉積）以及自組裝的納米結構（通常是用生物分子完成的，例如脂質體，這些脂質體以這樣的方式結合了這種方式分析物的生化檢測被轉換為電信號）。
基於納米顆粒和納米簇的納米傳感器
納米顆粒，主要是高貴的金屬，具有出色的尺寸依賴性光學特性，這些特性已用於構建光學納米傳感器。
一種稱為的現象的頻譜局部表麵等離子體共振（LSPR）取決於納米顆粒本身以及粒子環境的大小，形狀和材料。LSPR傳感器的高靈敏度可以接近大型生物分子的單分子檢測極限。
除了金屬納米顆粒外，還使用半導體構建了基於熒光測量的光學納米傳感器量子點和其他光學傳感器是用納米級探針開發的，納米級探針含有染料，其在待確定的分析物存在下散落的熒光被淬滅。納米顆粒膜已用於氣體傳感器。與生物認知分子結合的磁納米顆粒（即DNA，酶等）已被用來富集被檢測到的分析物。
例如，研究人員開發了基於金納米顆粒的酶生物標誌物測試可以檢測人類，動物和食品中稱為蛋白酶的疾病的酶標記。該納米傳感器指示何時通過可見的色素反應存在蛋白酶。
酪蛋白覆蓋的金納米顆粒。存在蛋白酶，它們“吃”保護性酪蛋白屏障，暴露了金納米顆粒的表麵。（圖片：貝爾法斯特皇後大學）
基於納米線，納米纖維和碳納米管的納米傳感器
大多數基於碳納米管（CNT）是現場效應晶體管（FET），因為盡管CNT是穩健和惰性結構，但它們的電性能對電荷轉移和各種分子的化學摻雜的影響極為敏感。CNT的功能化對於使它們對目標分析物的選擇性很重要 - 不同類型的傳感器基於功能主義CNT和目標分析物之間的分子識別相互作用。
例如，研究人員已經開發了柔性氫傳感器使用用鈀納米顆粒裝飾的單壁碳納米管。
納米線和納米纖維也已用於構建用於疾病的診斷的化學傳感器。它們已被用來在呼出的呼吸分析中最大化氣體傳感器的反應，以檢測揮發性有機化合物（它們是各種疾病的生物標誌物；例如，丙酮，硫化氫，氨和甲苯可以用作評估糖尿病，鹵素病，鹵素病，鹵代含量的生物標誌物，腎功能故障和肺癌）。
在一個例子中，多孔錫氧化物（SNO2）納米纖維已被證明在0.1 ppm的水平下檢測丙酮，比診斷糖尿病所需的氣體感應水平低八倍。
基於石墨烯的納米傳感器
另一個碳納米材料功能化石墨烯，對生物學和化學傳感器保持非凡的希望。研究人員已經表明，氧化石墨烯（GO）的獨特2D結構與其對水分子的超磨練性相結合，導致具有前所未有的速度的傳感設備（“超快石墨烯傳感器在說話時監視您的呼吸”）。
科學家發現，化學蒸氣改變了石墨烯晶體管的噪聲光譜，使他們可以使用原始石墨烯製成的單個設備對許多蒸氣進行選擇性氣體傳感 - 無需對石墨烯表麵的功能化（“使用原始石墨烯選擇性氣體傳感”）。
研究人員還開始使用石墨烯泡沫 - 電導率極高的相互連接石墨烯片的三維結構。這些結構非常有前途的氣體傳感器（“石墨烯泡沫檢測到爆炸物，排放量比當今的氣體傳感器更好”）和作為檢測疾病的生物傳感器（例如，請參見：“檢測帕金森氏病生物標誌物的納米技術生物傳感器”）。
基於散裝納米結構材料的納米傳感器
盡管納米顆粒的幾種特性對於納米傳感器的應用很有用，但它們的催化行為是電化學傳感設備最重要的行為之一。例如，據報道，諸如多孔碳或高貴金屬等材料支持的鉑納米顆粒與氣體擴散電極的設計有關。
另一個特性，即它們的高表麵積，使納米顆粒適合固定分子，聚合物或生物材料塗層，從而允許生成具有可調表麵特性的複合材料。例如，用預設計的受體單元修改金屬納米顆粒並將其組裝在表麵上可能會導致具有量身定製特異性的新電化學傳感器。
通過適當的納米顆粒功能化，也可以實現簡單和高度選擇性的電分析程序。最後，穩定的納米顆粒可以代替具有有限穩定性的標簽，例如酶或脂質體，具有等效或改善的敏感性。
基於金屬有機框架（MOF）的納米傳感器
金屬有機框架（MOF）是有機無機雜化晶體多孔材料，由一係列帶有有機“接頭”分子的正規帶電金屬離子組成。金屬離子形成結合接頭的臂的節點，形成一個重複的籠子狀結構。由於這種空心結構，MOF的內部表麵積非常大，這使其成為氣體傳感的理想材料。
通過從不同的金屬原子和有機接頭製造MOF，研究人員可以創建將特定氣體選擇性吸收到結構內量身定製的口袋中的材料。
一個例子是一個薄膜A量身定製的MOF，塗在電極上，形成一個可以的電子傳感器檢測二氧化硫氣體的痕跡。
納米傳感器應用的其他示例
一個簡單的單納米級傳感器和光譜法（熒光）可用於感知生物膜（例如細胞壁）的電勢差。這個非接觸，光電壓納米傳感器基於DNA折紙上的Förster共振能量傳遞（FRET）傳感器。
一個石墨烯納米傳感器可實時監測胰島素在生理相關的濃度下 - 濃度約為35 pm。該設備采用了基於適體的石墨烯場現場效應晶體管（GFET）納米傳感器，該納米傳感器可以快速響應外部刺激，例如與胰島素與胰島素的表麵彈性化適體分子之間的結合。這導致在石墨烯表麵的近距離接近靜電電荷特性的顯著變化。
基於凝膠的傳感器技術可以幫助醫學物理學家和腫瘤學家有效地計劃放射治療，減少意外過度曝光，並降低輻射引起的毒性。與傳統的不靈感傳感器相反，這些等離子體納米傳感器凝膠表明暴露水平隨著輻射輸送到水凝膠會增加凝膠中產生的顏色強度。
通過將無線石墨烯納米傳感器連接到生物材料，通過絲綢生物吸收，研究人員開發了石墨烯納米傳感器紋身為了監測有害的口腔細菌。
納米傳感器技術的一個很好的例子是用分子探針芯片檢測細胞內生物學參數，即從活細胞內。