nanosensor
Los nanosensores son dispositivos a nanoescala que miden cantidades físicas y las convierten en señales que pueden detectarse y analizarse. Hay varias formas propuestas hoy en día para hacer nanosensores; estos incluyen litografía de arriba hacia abajo, ensamblaje de abajo hacia arriba y autoensamblaje molecular . [1] Hay diferentes tipos de nanosensores en el mercado y en desarrollo para diversas aplicaciones, sobre todo en las industrias de defensa, medio ambiente y atención médica. Estos sensores comparten el mismo flujo de trabajo básico: unión selectiva de un analito, generación de señales a partir de la interacción del nanosensor con el bioelemento y procesamiento de la señal en métricas útiles.
Los sensores basados en nanomateriales tienen varios beneficios en cuanto a sensibilidad y especificidad sobre los sensores fabricados con materiales tradicionales, debido a las características de los nanomateriales que no están presentes en el material a granel que surge en la nanoescala. [2] Los nanosensores pueden tener una mayor especificidad porque operan a una escala similar a los procesos biológicos naturales, lo que permite la funcionalización con moléculas químicas y biológicas, con eventos de reconocimiento que provocan cambios físicos detectables. Las mejoras en la sensibilidad se derivan de la alta relación superficie-volumen de los nanomateriales, así como de las nuevas propiedades físicas de los nanomateriales que se pueden utilizar como base para la detección, incluida la nanofotónica . Los nanosensores también pueden integrarse potencialmente con la nanoelectrónicapara agregar capacidad de procesamiento nativo al nanosensor. [3] : 4–10
Además de su sensibilidad y especificidad, los nanosensores ofrecen ventajas significativas en cuanto a costos y tiempos de respuesta, lo que los hace adecuados para aplicaciones de alto rendimiento. Los nanosensores brindan monitoreo en tiempo real en comparación con los métodos de detección tradicionales, como la cromatografía y la espectroscopia. Estos métodos tradicionales pueden tardar días o semanas en obtener resultados y, a menudo, requieren una inversión en costos de capital y tiempo para la preparación de muestras. [4] [5] [6] [7]
Los nanomateriales unidimensionales, como los nanocables y los nanotubos , son muy adecuados para su uso en nanosensores, en comparación con los dispositivos planos a granel o de película delgada . Pueden funcionar tanto como transductores como cables para transmitir la señal. Su gran área de superficie puede provocar grandes cambios en la señal tras la unión de un analito. Su pequeño tamaño puede permitir una amplia multiplexación de unidades de sensor direccionables individualmente en un dispositivo pequeño. Su funcionamiento también es "sin etiquetas" en el sentido de que no requieren etiquetas fluorescentes o radiactivas en los analitos. [3] : 12–26 El nanocable de óxido de zinc se utiliza para aplicaciones de detección de gases, dado que exhibe una alta sensibilidad a la baja concentración de gas en condiciones ambientales y se puede fabricar fácilmente a bajo costo. [8]
Hay varios desafíos para los nanosensores, que incluyen evitar la deriva y el ensuciamiento , desarrollar métodos de calibración reproducibles, aplicar métodos de preconcentración y separación para lograr una concentración de analito adecuada que evite la saturación e integrar el nanosensor con otros elementos de un paquete de sensor de manera confiable. [3] : 4–10 Debido a que los nanosensores son una tecnología relativamente nueva, hay muchas preguntas sin respuesta con respecto a la nanotoxicología, que actualmente limita su aplicación en sistemas biológicos.
Las posibles aplicaciones de los nanosensores incluyen la medicina, la detección de contaminantes y patógenos, y el control de los procesos de fabricación y los sistemas de transporte. [3] : 4–10 Al medir los cambios en las propiedades físicas ( volumen , concentración , desplazamiento y velocidad , fuerzas gravitatorias , eléctricas y magnéticas , presión o temperatura ), los nanosensores pueden distinguir y reconocer ciertas células a nivel molecular. para administrar medicamentos o monitorear el desarrollo en lugares específicos del cuerpo. [9]El tipo de transducción de señales define el principal sistema de clasificación de los nanosensores. Algunos de los principales tipos de lecturas de nanosensores incluyen ópticas, mecánicas, vibratorias o electromagnéticas. [10]
