نانوسینسر: اجزاء، اقسام، کام کرنا، فیبریکیشن تکنیک، اقسام اور اس کے اطلاقات

پہلی نانوسینسر کی مثال 1999 میں جارجیا انسٹی ٹیوٹ آف ٹیکنالوجی میں محققین کے ذریعہ کاربن نانوٹوبس سے تخلیق کی گئی ایک اختراع تھی۔ ایک نینو سینسر ایک منفرد قسم کا سینسر ہے اور یہ چھوٹے پلیٹ فارم ہیں جو نانوسکل سطح پر کیمیائی، حیاتیاتی، جسمانی، یا ماحولیاتی معلومات کا پتہ لگانے اور اس کی پیمائش کرنے کے لیے بنائے گئے ہیں۔ یہ سینسر بنیادی طور پر سینسنگ ایپلی کیشنز کے لیے مثالی ہیں کیونکہ ان کی منفرد نینو پارٹیکل خصوصیات جیسے؛ سطح کے تناسب سے ان کا بڑا سطحی علاقہ۔ یہ مضمون نانوسینسرز، ان کے کام کرنے، اقسام اور ان کے استعمال کے بارے میں مختصر معلومات فراہم کرتا ہے۔

نانوسینسر کی تعریف

سینسر کی ایک قسم جس میں چند نینو میٹر کی خصوصیت کے طول و عرض کو نینو سینسر کہا جاتا ہے۔ یہ ایک مکینیکل یا کیمیائی سینسر ہے، جو نینو پارٹیکلز، اور کیمیائی انواع کی موجودگی کا پتہ لگانے یا مختلف جسمانی پیرامیٹرز کو چیک کرنے کے لیے استعمال ہوتا ہے۔ یہ طبی تشخیصی ایپلی کیشنز جیسے پانی کے معیار، خوراک اور دیگر کیمیکلز کو سینس کرنے میں استعمال ہوتے ہیں۔ یہ سینسر عام سینسر کی طرح کام کرتا ہے لیکن یہ کم مقدار کا پتہ لگاتا ہے اور انہیں سگنلز میں تبدیل کرتا ہے جن کا تجزیہ کیا جانا چاہیے۔ Nanosensors نقل و حمل کے نظام، پیتھوجین کا پتہ لگانے، ادویات، مینوفیکچرنگ، آلودگی کنٹرول وغیرہ میں استعمال ہوتے ہیں۔

نینو سینسر کی کچھ مثالیں ہیں؛ ڈی این اے یا پیپٹائڈس، کاربن نانوٹوبس، کوانٹم ڈاٹس، پلازمون کپلنگ، مقناطیسی گونج امیجنگ، اور فوٹو اکوسٹک پر منحصر نینو سینسرز کے ساتھ بنائے گئے فلوروسینٹ نینو سینسرز۔

نینو سینسر اجزاء

نینو سینسر کے اجزاء میں بنیادی طور پر ایک تجزیہ کار، سینسر، ٹرانسڈیوسر اور ایک ڈیٹیکٹر شامل ہیں۔ نانوسینسرز واحد مالیکیول پوائنٹ کی سطح کی پیمائش کرنے کے قابل ہیں۔ عام طور پر، یہ سینسر سینسر مواد کے اندر برقی تبدیلیوں کی پیروی کرتے ہوئے کام کرتے ہیں۔

اس خاکہ میں، سب سے پہلے، حل سے تجزیہ کار نینو سینسر کی سطح پر پھیلا ہوا ہے۔ اس کے بعد، یہ خاص طور پر اور مؤثر طریقے سے جواب دیتا ہے، لہذا یہ ٹرانسڈیوسر کی سطح کی فزیکو کیمیکل خصوصیات میں تبدیلی لاتا ہے، جو ٹرانس ڈوسر کے چہرے کی الیکٹرانک (یا) آپٹیکل خصوصیات میں تبدیلی کا باعث بنتا ہے۔ آخر میں، یہ ایک برقی سگنل میں تبدیل ہوتا ہے جس کا پتہ چلا جاتا ہے

نینوسینسر کام کرنے کا اصول

Nanosensor سینسر کے مواد کے اندر برقی تبدیلیوں کو ٹریک کرکے کام کرتا ہے۔ نینو سینسر کے بنیادی حصے ہیں؛ تجزیہ کار، ٹرانسڈیوسر، ڈیٹیکٹر اور ڈٹیکٹر سے سینسر بلاک کی طرف فیڈ بیک لائن۔ Nanosensor واحد مالیکیول کی سطح کی پیمائش کرتا ہے اور سینسر مواد کے اندر صرف برقی تبدیلی کو برقرار رکھتے ہوئے کام کرتا ہے۔

اس سینسر میں تجزیہ کرنے والا پہلے محلول سے سینسر کی سطح تک پھیلتا ہے اور سطح کی فزیک کیمیکل خصوصیات کو تبدیل کرکے بالکل اور بہت مؤثر طریقے سے جواب دیتا ہے۔ اس کے بعد، یہ الیکٹرانک آپٹیکل ٹرانس ڈوسر کی خصوصیات میں تبدیلی کا سبب بنتا ہے۔ تو آخر کار اس تبدیلی کو ایک برقی سگنل میں تبدیل کیا جا سکتا ہے جو محسوس کیا جاتا ہے۔

نینوسینسر کی تاریخ

• Nanosensor بطور 'Nanoprobe' سال 1990 میں قائم کیا گیا تھا اور IBM Sindelfingen میں بلک مائیکرو مشیننگ کے ساتھ سلیکون AFM پروبس بیچ پروسیسنگ کے لیے ضروری بنیادی ٹیکنالوجیز پر کی جانے والی تحقیق پر بنایا گیا تھا۔
• نانوسینسرز نے 1993 میں عالمی سطح پر AFM اور SPM تحقیقات کو کمرشلائز کیا۔ چنانچہ AFM پروبس بنانے کے لیے بیچ پروسیسنگ ٹیکنالوجیز کے اندر ان کی ترقی نے اٹامک فورس مائکروسکوپس کو ٹائم انڈسٹری میں شروع کرنے میں اہم کردار ادا کیا۔
• اس احساس کی نشاندہی میں، ان سینسرز نے جرمن ریاست باڈن-ورٹمبرگ کے لیے ڈاکٹر-روڈولف-ایبرل انوویشن کا ایوارڈ، سال 1995 میں جرمن انڈسٹری انوویشن پرائز اور Förderkreis für die Mikroelektronik e.V in the year. 1999. 2002 میں نانوسینسرز کو حاصل کیا گیا اور سوئٹزرلینڈ میں قائم نینو ورلڈ میں ضم کیا گیا جو کہ ایک آزاد کاروباری یونٹ ہے۔
• 2003 میں، ان سینسرز نے ایک جدید AFM قسم کی تحقیقات متعارف کروائیں جیسے AdvancedTEC™۔ یہ درست پوزیشننگ کی اجازت دیتا ہے اور اس پروب کو ایٹم فورس مائکروسکوپ آپٹیکل سسٹم میں اصلی ٹپ ویزیبلٹی فراہم کرتا ہے یہاں تک کہ جب بھی اے ایف ایم پروب اس کے بڑھنے کی وجہ سے تھوڑا سا جھکا ہوا ہو۔
• سینسر نے 2003 میں NanoAndMore GmbH کو ترکی، اسرائیل اور یورپ کے لیے اپنا نیا آفیشل ڈسٹری بیوٹر مقرر کیا۔
• 2004 میں، PointProbe® Plus کو متعارف کرایا گیا تھا جو معروف ثابت شدہ PointProbe® سیریز کی خصوصیات کو یکجا کرتا ہے جیسے کہ تجارتی AFMs کے ساتھ مطابقت اور اعلیٰ درخواست کی استعداد۔
• 2005 میں، Q30K-Plus کا اعلان کیا گیا جو کہ ایک بہترین Q-فیکٹر اور UHV ایپلی کیشنز کے لیے بہتر S/N تناسب کے ساتھ ایک ناول AFM پروب اسکیننگ قربت ہے۔
• Nanosensors 2006 نے شمالی امریکہ کے ڈسٹری بیوشن نیٹ ورک کو تبدیل کر دیا، جو NanoWorld گروپ کا رکن ہے،
• NanoAndMore USA Corp.، USA، میکسیکو اور کینیڈا میں Nanosensor کا آفیشل ڈسٹری بیوٹر بن گیا۔
• Nanosensors 2007 نے ایک نئی سلکان MFM AFM پروب سیریز کا آغاز کیا، PointProbe® Plus XY-Alignment سیریز کو متعارف کرایا، Plateau Tip AFM پروبس سیریز کا آغاز کیا، اور PointProbe® Plus AFM پروب سیریز کا اعلان کیا۔
• 2008 میں، اس نے سیلف ایکٹیوٹنگ اور سیلف سینسنگ اکیاما پروب متعارف کرایا۔
• Nanosensor 2011 نے اپنی ابتدائی خصوصی ترقی کی فہرست اپ لوڈ کی اور ایک نئی لباس مزاحم، conductive AFM تحقیقات سیریز، اور Platinum Silicide AFM تحقیقات کا اعلان کیا۔
• 2013 میں، اس کے یوٹیوب چینل پر بنیادی دو اسکرین کاسٹ کا اعلان کیا گیا۔
• اس نے 2013 میں ایک نئی AFM تحقیقات کی سیریز متعارف کروائی جسے uniqprobe™ کہا جاتا ہے۔

نینو سینسر فیبریکیشن تکنیک

ان سینسروں کو بنانے کے لیے کئی تکنیکیں تجویز کی گئی ہیں جیسے؛ اوپر سے نیچے لتھوگرافی، نیچے سے اوپر کی اسمبلی اور مالیکیولر سیلف اسمبلی۔

1. اوپر سے نیچے کے نقطہ نظر
   • لتھوگرافی: اس طریقہ کار میں الیکٹران بیم لیتھوگرافی (EBL) یا فوٹو لیتھوگرافی جیسی تکنیکوں کا استعمال کرتے ہوئے سبسٹریٹس پر نانوسکل پیٹرن کو کھینچنا شامل ہے۔ EBL، خاص طور پر، اعلی ریزولیوشن پیش کرتا ہے، جس سے نانوسکل فیچرز بنانے کے لیے درست پیٹرننگ ضروری ہے۔
   • اینچنگ: نانوسکل ڈھانچے بنانے کے لیے سبسٹریٹ کی سطح سے مواد کو منتخب طور پر ہٹانے کے لیے گیلے اور خشک دونوں طریقے استعمال کیے جاتے ہیں۔ ری ایکٹیو آئن ایچنگ (RIE) اپنی درستگی اور پیچیدہ پیٹرن بنانے کی صلاحیت کے لیے ایک مقبول خشک اینچنگ تکنیک ہے۔
2. باٹم اپ اپروچز
   • کیمیائی بخارات جمع (CVD): سی وی ڈی ایک ایسا عمل ہے جہاں گیسی ری ایکٹنٹس سبسٹریٹس پر ٹھوس مواد بناتے ہیں، پتلی فلمیں اور نانو اسٹرکچرز بناتے ہیں۔ پلازما اینہانسڈ سی وی ڈی (پی ای سی وی ڈی) جیسے تغیرات رد عمل کی شرح کو بڑھانے کے لیے پلازما کا استعمال کرکے عمل کو بڑھاتے ہیں۔
   • خود اسمبلی: اس تکنیک میں ساختی انتظامات میں مالیکیولز کی بے ساختہ تنظیم شامل ہوتی ہے۔ ڈی این اے نینو ٹیکنالوجی، مثال کے طور پر، پیچیدہ نانو اسٹرکچرز بنانے کے لیے ڈی این اے کی بنیادی جوڑی کی خصوصیات کا استعمال کرتی ہے۔
   • سول جیل پروسیسنگ: اس میں حل کے نظام کی مائع 'سول' سے ٹھوس 'جیل' مرحلے میں منتقلی شامل ہے۔ یہ خاص طور پر سیرامک ​​اور شیشے والے نانو اسٹرکچرز بنانے کے لیے مفید ہے۔
3. ہائبرڈ نقطہ نظر

                      Nanoimprint Lithography (NIL): یہ اوپر سے نیچے اور نیچے تک دونوں طریقوں کے پہلوؤں کو یکجا کرتا ہے۔ اس میں ایک پولیمر پرت میں نانو سٹرکچرڈ مولڈ کو دبانا، پھر نانوسکل خصوصیات کو منتقل کرنے کے لیے پولیمر کو ٹھیک کرنا شامل ہے۔

نانوسینسرز کی اقسام

نینو سینسر کی مختلف قسمیں ہیں جن پر ذیل میں تبادلہ خیال کیا گیا ہے۔

جسمانی نینو سینسر

یہ سینسر جسمانی مقداروں جیسے رفتار، درجہ حرارت، دباؤ، برقی قوتوں، نقل مکانی، بڑے پیمانے پر، اور بہت کچھ کے اندر تبدیلیوں کی پیمائش کے لیے استعمال ہوتے ہیں۔ یہ نینو سینسر روزمرہ کی زندگی اور صنعتوں میں بھی مختلف ایپلی کیشنز میں استعمال ہوتے ہیں۔ Nanowear Inc. ہمارے جسم سے برقی سگنلز کے اندر تبدیلیوں کو دیکھ کر دائمی طور پر بیمار مریضوں میں دل کی ناکامی کے ممکنہ خطرے کا پتہ لگانے کے لیے پہننے کے قابل زیر جامہ بنانے کے لیے فزیکل نینو سینسرز کا استعمال کرتا ہے۔

کیمیکل نینو سینسر

یہ سینسر مختلف کیمیکلز (یا) کیمیائی خصوصیات جیسے پی ایچ ویلیو کا پتہ لگانے میں مدد کرتے ہیں۔ لہذا جب بھی دواسازی کے تجزیہ کے لیے ماحولیاتی آلودگی (یا) کو دیکھیں تو یہ مفید ہے۔ عام طور پر، یہ سینسر مختلف نینو میٹریلز جیسے دھاتی نینو پارٹیکلز یا گرافین سے بنائے جاتے ہیں کیونکہ یہ مخصوص ہدف والے کیمیکلز کی موجودگی کا جواب دیتے ہیں جن کا حساب لگانے کی ضرورت ہوتی ہے۔

اس سینسر کی بہترین مثال مائع کی پی ایچ ویلیو کا پتہ لگانا ہے۔ ایک تفتیشی گروپ اس طرح کا سینسر بنانے میں کامیاب رہا جس میں سونے کے نینو پارٹیکلز سے ڈھکے پولیمر برش کا استعمال کرتے ہوئے اسپیکٹروسکوپک تکنیک کے ساتھ پی ایچ ویلیو کا پتہ لگایا جا سکتا ہے۔

نینو بایوسینسر

میڈیسن اور ہیلتھ کیئر میں نینو بائیو سینسرز پیتھوجینز، ٹاکسنز، ٹیومر اور بائیو مارکر کا بالکل پتہ لگا سکتے ہیں۔ یہ سینسر مالیکیولز کے ردعمل کو آپٹیکل یا برقی سگنلز میں تبدیل کرتے ہیں اور اس کا فائدہ یہ ہوتا ہے کہ وہ خاص طور پر اس مقصد کو حاصل کرنے کے قابل ہے جس کی پیمائش کی ضرورت ہے۔ جب بھی کسی شے کا سائز اور اس کی سطح سے حجم کا تناسب بڑا ہوتا ہے، تو ان سینسروں کا بڑے بائیو سینسرز کو بڑا فائدہ ہوتا ہے تاکہ ہدف شدہ مالیکیولز کے ذریعے ردعمل زیادہ کثرت سے ہوتا ہے تو بہتر سینسنگ فراہم کرتا ہے۔

یہ سینسر تائیوان کی سٹارٹ اپ Instant NanoBiosensors Co., Ltd کی طرف سے استعمال کیے جاتے ہیں۔ وہ مختلف حیاتیاتی مرکبات کا پتہ لگانے کے لیے سونے کے نینو پارٹیکلز اور اینٹی باڈیز سے ڈھکے ہوئے آپٹیکل فائبر کا استعمال کرتے ہیں۔

آپٹیکل نینو سینسر

آپٹیکل نانوسینسرز میں نانوسکل (یا) نانو سٹرکچرڈ سینسر میٹریل ہوتے ہیں جو آپٹیکل فریکوئنسیوں پر برقی مقناطیسی اتیجیت کے لیے مختلف رد عمل کا مظاہرہ کرتے ہیں۔ یہ سینسر بنیادی طور پر تجزیاتی وجوہات کی نگرانی کے ساتھ ساتھ کیمیائی یا حیاتیاتی عمل کی شناخت کے لیے استعمال ہوتے ہیں۔ یہ سینسر اہم معلومات کے لیے ڈیٹا کو سگنلز میں بھی تبدیل کرتے ہیں۔

فائدے اور نقصانات

دی نینو سینسر کے فوائد مندرجہ ذیل شامل ہیں.

• نینو سینسرز آسانی سے نینو سطح پر بات چیت کر سکتے ہیں اور وہ نینو سطح پر منفرد پیش رفت کا مشاہدہ کرتے ہیں جو میکرو لیول سے مختلف ہیں۔
• ان سینسر میں زیادہ حساسیت ہے جو زیادہ درستگی کی اجازت دیتی ہے۔
• یہ پائیدار، مستحکم، پورٹیبل، اعلی حساسیت، چھوٹا، مضبوط ردعمل، حقیقی وقت کا پتہ لگانے، سلیکٹیوٹی، اور ہلکا پھلکا،
• اس سینسر کی بجلی کی کھپت کم ہے۔
• مشاہدہ شدہ مواد کا تجزیہ کرنے اور کم سے کم خلل پیدا کرنے کے لیے اسے کم نمونے والی مقدار کی ضرورت ہوتی ہے۔
• اس سینسر کا رسپانس ٹائم کم ہے اور اس کی رفتار دوسرے سینسر سے زیادہ ہے، جس کی وجہ سے وہ ریئل ٹائم تجزیہ کر سکتے ہیں۔
• یہ سینسر بیک وقت مختلف چیزوں کا پتہ لگاتا ہے جس سے مختلف افعال کی اجازت ملتی ہے۔
• نانوسینسرز پتہ لگانے کی حساسیت (یا) ریزولوشن کی اہم حدود کو ظاہر کرتے ہیں۔
• یہ سینسر چھوٹے پیمانے پر کام کرتے ہیں۔
• ان میں زیادہ حساسیت اور زیادہ درستگی ہے۔

نینو سینسر کے نقصانات میں درج ذیل شامل ہیں۔

• یہ سینسر عموماً حیاتیاتی پیمائش کے لیے کم منتخب ہوتے ہیں کیونکہ ان میں ڈی این اے اور اینٹی باڈیز جیسے بائیو ریسیپٹرز کے لیے اعلیٰ خصوصیت کی کمی ہوتی ہے۔
• اوپر سے نیچے من گھڑت نینو سینسر کی ریزولوشن محدود ہے اور وہ مہنگے ہیں۔
• باٹم اپ ٹائپ نینو سینسرز بہت کم کارگر ہوتے ہیں، بڑے پیمانے پر ہوتے ہیں اور دوسروں کے مقابلے میں انتہائی مہنگے ہوتے ہیں۔

ایپلی کیشنز

nanosensors کی درخواستوں میں درج ذیل شامل ہیں۔

• نانوسینسرز کا استعمال بنیادی طور پر پودوں کے علوم کے اندر ایپلی کیشنز کی ایک بڑی تعداد کے لیے کیا جاتا ہے جیسے؛ مستحکم توانائی کی فراہمی، میٹابولک سرگرمیوں کا پتہ لگانا، معلومات کو ذخیرہ کرنا، اور کمپیوٹنگ کرنا، اور ماحولیاتی محرکات کی وسیع رینج کا پتہ لگانا اور ان کا جواب دینا۔
• یہ ایک منفرد قسم کا سینسر ہے، جو بنیادی طور پر نانوسکل سطح پر کیمیائی، حیاتیاتی، ماحولیاتی (یا) جسمانی معلومات کا پتہ لگانے اور پیمائش کرنے کے لیے ڈیزائن کیا گیا ہے۔
• یہ مکینیکل یا کیمیائی سینسر ہیں، جو مختلف ایپلی کیشنز میں استعمال ہوتے ہیں جو بائیو میڈیکل انڈسٹری سے لے کر ماحولیاتی صنعتوں تک ہوتے ہیں۔
• ان سینسر کی کچھ عام ایپلی کیشنز میں بنیادی طور پر شامل ہیں؛
• یہ سینسر آلودگی کی نگرانی کے لیے گیسوں کے اندر مختلف قسم کے کیمیکلز کا پتہ لگانے میں مدد کرتے ہیں۔
• ایک نینو سینسر جسمانی پیرامیٹرز جیسے نقل مکانی، بہاؤ اور درجہ حرارت کی نگرانی کے لیے استعمال ہوتا ہے۔
• نینو سینسر پودوں کی حیاتیات کو سمجھنے کے لیے پلانٹ سگنلنگ اور میٹابولزم کی نگرانی میں مدد کرتے ہیں۔
• یہ نیورو فزیالوجی کو پہچاننے کے لیے دماغ کے اندر نیورو ٹرانسمیٹر کا مطالعہ کرنے میں مدد کرتا ہے۔
• ان سینسرز کو MEMS ڈیوائسز جیسے ایئر بیگ سینسرز میں ایکسلرومیٹر کے طور پر استعمال کیا جا سکتا ہے۔
• یہ ریئل ٹائم مٹی کی حالت کی پیمائش کو جمع کرنے کے لیے استعمال کیا جاتا ہے جیسے؛ pH، غذائی اجزاء، نمی اور بقایا کیڑے مار ادویات بنیادی طور پر زرعی مقاصد کے لیے۔
• اس سینسر کو سبزیوں اور پھلوں پر کیڑے مار ادویات کا پتہ لگانے کے لیے استعمال کیا جاتا ہے تاکہ کھانے کے اندر سرطان پیدا کی جا سکے۔
• یہ کھانے کی حفاظت اور کوالٹی کنٹرول کے اقدامات کے ایک عنصر کے طور پر کھانے کے اندر پیتھوجینز کا پتہ لگاتا ہے۔
• یہ سینسر چھوٹے مالیکیول میٹابولائٹس کا پتہ لگاتا اور مانیٹر کرتا ہے۔
• یہ علاج کی مداخلت کے جواب میں ریئل ٹائم میٹابولک کینسر سیل کی سرگرمی کی نگرانی کے لیے استعمال ہوتا ہے۔

اس طرح، یہ ہے نینو سینسر کا ایک جائزہ ان کے کام، اقسام، فوائد، نقصانات، اور ایپلی کیشنز۔ ایک نانوسینسر ایک نانوسکل ڈیوائس ہے جو جسمانی مقداروں کی پیمائش کرتا ہے اور سگنلز میں بھی تبدیل ہوتا ہے جن کا پتہ لگانے کے ساتھ ساتھ تجزیہ بھی کیا جا سکتا ہے۔ یہ سینسر مختلف ایپلی کیشنز جیسے دفاع، صحت کی دیکھ بھال اور ماحولیاتی صنعتوں میں استعمال ہونے والی مختلف اقسام میں دستیاب ہیں۔ اس قسم کے سینسر بنانے کے لیے مختلف تکنیکیں دستیاب ہیں۔ ٹاپ ڈاون لتھوگرافی، دوسرا نیچے سے اوپر اسمبلی اور تیسرا سالماتی سیلف اسمبلی۔ یہاں آپ کے لئے ایک سوال ہے، nanosensor کی طرف سے ایجاد ہے؟