به گزارش اطلاعات آنلاین، سالانه هفت میلیون نفر از مردم سراسر دنیا در اثر آلودگی هوا به مرگ زود هنگام دچار می شوند. دانستن این واقعیت های تلخ پایش کیفیت هوا را به امری اجتناب ناپذیر تبدیل می کند. اندازه گیری میزان آلودگی هوا کاری پرچالش است؛ چون تجهیزات مورد نیاز برای انجام آن بزرگ و گران قیمت هستند اما با ظهور نانوفناوری بخش بزرگی از مشکل حل شده است.
نانو حسگرها یکی از دگرگونی های مهم و بزرگ در دنیای فناوری به شمار می آیند. هم اکنون نسل جدیدی از حسگرها که به نانو حسگر شهرت دارند تولید می شوند. حسگر یک وسیله الکتریکی است که تغییرات فیزیکی یا شیمیایی را اندازه گیری و آنها را به سیگنال های الکتریکی تبدیل می کند. حسگرها در واقع ابزار ارتباط روبات ها با دنیای خارج و کسب اطلاعات محیطی و نیز داخلی هستند. این ابزارها می توانند در شرایط خاص ازخود واکنش های پیش بینی شده و مورد انتظار نشان دهند.
شاید بتوان دماسنج را جزء نخستین حسگرهایی دانست که بشر ساخته است. برای این که یک حسگر طراحی شود لازم است دانشمندان حوزه های گوناگون علم از جمله بیوشیمی، شاخه های مختلف شیمی، بیولوژی الکترونیک و فیزیک حضور داشته باشند.
قسمت اصلی یک حسگرشیمیایی یا زیستی عنصر حسگر آن بوده که در تماس با یک آشکار ساز است. این عنصر مسئول شناسایی و پیوند شدن با گونه مورد نظر در یک نمونه پیچیده است. سپس آشکارساز سیگنال های شیمیایی را که در نتیجۀ پیوند شدن عنصرحسگر با گونۀ مورد نظر تولید شده است را به یک سیگنال خروجی قابل اندازه گیری تبدیل می کند. حسگرهای زیستی بر اجزای بیولوژیکی نظیرآنتی بادی ها تکیه دارند. آنزیم ها، گیرنده ها یا کل سلول ها می توانند به عنوان عنصر حسگر مورد استفاده قرار گیرند.
نانو حسگرها تنوع و کاربردهای بسیاری دارند. با پیشرفت علم در دنیا و ساخت تجهیزات الکترونیکی و تحولات بزرگی که در چند دهه اخیر روی داده است نیاز به ساخت حسگرهای دقیق تر، کوچک تر و دارای توانایی های بیشتر احساس شد. امروزه از حسگرهایی با حساسیت بالا استفاده می شود؛ به طوری که در برابر مقادیر ناچیزی از گاز، گرما یا تشعشع حساس هستند. بالا بردن درجه حساسیت، بهره و دقت این حسگرها به کشف مواد و ابزارهای جدید نیاز دارد. نانو حسگرها، حسگرهایی در ابعاد نانومتری هستند که به خاطرکوچکی و نانومتری بودن ابعادشان از دقت و واکنش پذیری بسیار بالایی برخوردار هستند. حساسیت آنها تا حدی است که حتی نسبت به حضور چند اتم از یک گاز هم عکس العمل نشان می دهند. نانوحسگرها براساس نوع ساختار به سه دسته نقاط کوانتومی، نانولوله های کربنی و نانوابزارها تقسیم بندی می شوند.
یکی از نیازهای مهم و اساسی در ارتباط با کنترل آلودگی محیط زیست، پایش مستمر آلودگی هوا است. با استفاده از نانوحسگرها پیشرفت مؤثری در زمینه کنترل آلودگی هوا صورت گرفته است. یکی از این راهکارها اختراع «غبارهای هوشمند» است. غبارهای هوشمند مجموعه ای از حسگرهای پیشرفته به صورت نانو رایانه های بسیار سبک هستند که به راحتی ساعت ها در هوا معلق باقی می مانند. این ذرات بسیار ریز از سیلیکون ساخته می شوند و می توانند از طریق بی سیم درونی خود، اطلاعات موجود را به یک پایگاه مرکزی منتقل کنند. سرعت انتقال اطلاعات حدود یک کیلوبایت در ثانیه است. هم چنین حسگرهایی از جنس نانولوله های تک لایه ساخته شده اند که می توانند مولکول گازهای سمی را جذب کنند و همچنین قادر به شناسایی تعداد اندکی از گازهای مهلک موجود در محیط هستند. پژوهشگران معتقدند این نانوحسگرها برای شناسایی گازهای بیوشیمیایی جنگی و آلاینده های هوا کاربرد خواهند داشت.
یکی دیگر از ابداعات تحسین برانگیز در زمینه ساخت نانوحسگرهای پایشگر آلودگی، نانوحسگرهای نوری هستند که روی چراغ برق های خیابان ها نصب می شوند. با کمک این حسگرهای کوچک، قابل حمل و دقیق که در «دانشگاه صنعتی چالمرز» سوئد طراحی و ساخته شده اند، اندازه گیری میزان انتشار آلاینده های خطرناک هم ارزان تر و هم ساده تر می شود. آنها غلظت های پایین نیتروژن دی اکسید هوا را اندازه می گیرند. دود اگزوز وسایل نقلیه جاده ای بیشترین سهم را در آلودگی ناشی از نیتروژن دی اکسید دارد. این گاز حتی در کمترین مقدار، آسیب شدیدی به سلامتی افراد وارد می کند.
تکنیک اندازه گیری این نانوحسگرها بر اساس پدیده ای نوری به نام پلاسمون است. هنگامی که نانوذرات فلزی روشن می شوند، پلاسمون فعال شده و طول موج های معینی از نور را جذب می کند. این وسیله تغییرات ایجاد شده در طول موج های نانوذرات فلزی را اندازه گیری می کند. سازندگان این نانوحسگر نوری بیش از یک دهه روی فناوری خود کار کرده و آن را طوری تنظیم کرده اند که فقط میزان نیتروژن دی اکسید هوا را محاسبه کند، اما اگر تغییراتی روی آن ایجاد شود، می تواند سطح گازهای دیگر موجود در هوا را نیز اندازه بگیرد.
انتشار و پخش گازهای مهلک و سمی یکی از خطرات روزمره زندگی صنعتی است. متأسفانه هشدار دهنده های موجود در صنعت اغلب بسیار دیر موفق به شناسائی این گونه گازهای نشتی می شوند. نانوحسگرهایی متشکل از نانوتیوب های تک لایه به ضخامت حدود یک نانومتر ساخته شده اند که توانند مولکول های گازهای سمی را جذب کنند. آنها همچنین قادر به شناسائی تعداد معدودی از مولکول های گازهای مهلک در محیط هستند. پژوهشگران مدعی هستند که این حسگرها برای شناسائی به هنگام گازهای بیوشیمیائی جنگی، آلاینده های هوا و حتی مولکول های آلی موجود در فضا کاربرد خواهند داشت.
می توان انتظار داشت که در آینده با ترکیب محرک ها و نانوحسگرها مواد هوشمندی ساخته شوند که در فرآیندهای تولید سیستم های پیچیده نقش های مهمی ایفا کرده و فن آوری جدید دیگری را پایه ریزی کنند. اگر چه باید موانعی مانند افزایش قیمت، عدم اطمینان از تأثیر آنها و نیز بی اعتمادی نسبت به کاربرد آنها در زمینه های صلح آمیز نیز باید از سر راه برداشته شوند.