سیستم حسگر نانوالکترونیک و بهبود حساسیت نسبت به هیدروژن

عنوان انگلیسی: Nanoelectronic sensor system and hydrogen-sensitive
functionalization
شماره پتنت: ۲۰۰۶۰۲۶۳۲۵۵
نام پدیدآورندگان: Darin Olson, Alexander Star, Jean-Christophe P.
Gabriel, Sergei Skarupo, John Loren Passmore, Philip G. Collins,
Keith Bradley Han, Tzong-Ru
تاریخ ثبت: ۱۱/۲۳/۲۰۰۶
 

مقدمه
تاکنون راهکارهای فنی متعددی برای اندازه‌گیری گونه‌های بیومولکول/
شیمیایی مثل مولکول‌های هیدروژن، به‌عنوان یک جزء تشکیل‌دهنده در هوا و
سایر محیط‌های آنالیتی توسعه پیدا کرده‌است؛ برای مثال می‌توان به
حسگرهای احتراق کاتالیستی، حسگرهای مادون قرمز(IR) ، حسگرهای نیمه‌هادی
اکسیدهای فلزی(MOS)، کروموتوگرافی گاز، حسگرهای الکتروشیمیایی، حسگرهای
امواج صوتی سطح(SAW) و… اشاره کرد. در این حسگرها، تلاش شده است تا
از دستگاه‌های الکترونیک جامد به‌عنوان حسگرهای بیومولکول/ شیمیایی
استفاده کنند؛ اما در بسیاری از کاربردهای صنعتی استفاده از این حسگرها،
به‌دلیل وجود مشکلاتی از قبیل حساسیت محدود آنها، حساسیت عرضی بالای
آنها نسبت به سایر گونه‌های جانبی، عکس‌العمل یا زمان بازیابی پایین،
دامنه شدت پاسخ محدود، سمی بودن دستگاه‌ها، نیاز به دماهای بالا، طول
عمر محدود و… محدود شده‌است؛ بنابراین نیاز به حسگر کوچکی با توان
مصرفی پایین و قیمت کم‌تری مثل حسگرهای H2 ـ که دارای محدوده پویایی
بزرگ و پاسخ سریع باشند ـ وجود دارد؛ به‌ویژه حسگرهایی که برای قرار
دادن در آرایه‌های چند آنالیتی نیز مناسب هستند.
این اختراع در ارتباط با دستگاه‌های نانوساختار مثل حسگرهای نانولوله‌ای
و ترانزیستورهاست و برای تشخیص و اندازه‌گیری مواد شیمیایی و
بیومولکولی مثل هیدروژن گازی کاربرد دارد. در این اختراع نحوه عملکرد و
روش‌های ساخت آنها شرح داده شده‌است.

خلاصه‌ای از اختراع
حسگر نانوساختار در این اختراع شامل موارد زیر است:
یک زیرلایه که اولین نانوساختار بر روی آن قرار گرفته، این نانوساختار
دارای حساسیت مناسبی ـ حداقل نسبت به یک آنالیت انتخابی ـ است. اولین
جزء هادی نیز بر روی زیرلایه قرار گرفته که اولین اتصال الکتریکی با
اولین نانوساختار را شکل می‌دهد. دومین جزء هادی نیز بر روی زیرلایه
قرار گرفته و دومین اتصال الکتریکی با اولین نانوساختار را تشکیل می‌دهد.

نانوساختار مورد استفاده شامل یک یا چند نانوذره از گروهی از نانومواد
است که شامل نانولوله‌ها، نانوسیم‌ها، نانوفیبرها و نانومیله‌ها می‌شود.

شکل زیر، تصویر شماتیکی از دستگاه نانوساختار ساخته‌شده در این اختراع
را نشان می‌دهد.

مزایای اختراع
تطابق عملکرد نانوحسگر با فناوری‌های موجود و یا افزایش کارایی فناوری‌های
آنها؛
همخوانی با هر دو سیستم کنترل آنالوگ و دیجیتال؛
اندازه کوچک و توان مصرفی پایین مورد نیاز برای یکپارچگی سیستم‌های
بدون سیم؛
اثرات میدان ترانزیستوری ایجادشده با نانولوله‌های کربنی تک‌دیواره
نیمه‌هادی، که پایه‌ای برای حسگرهای حساس بیومولکول و شیمیایی است و
شامل حسگرهای H2 می‌شود؛
توانایی تشخیص چندین ماده با ‌استفاده از چند دستگاه حسگر و افزایش دقت
تشخیص هر ماده، دامنه شدت و یا دامنه پویایی.