يشير مصطلح مستشعر نانوي (بالإنجليزية: Nanosensor)‏ إلى جميع نقاط الاستشعار الكيميائية والحيوية أوحتى الجراحية المستخدمة لتوصيل معلوماتٍ حول الجسيمات النانوية (بالإنجليزية: nanoparticles)‏ إلى العالم المجهري. ما يجعل من أبرز وظائفها بصورةٍ أساسيةٍ أنها تُستخدم لأغراضٍ طبيةٍ وكبواباتٍ لبناء المنتجات النانوية، ومنها على سبيل المثال رقاقات الحاسوب على الصعيد النانوي بالإضافة إلى تصنيع روبوتات النانو. هذا بالإضافة إلى أنه توجد في وقتنا الحالي الكثير من الطرق المقترحة لصناعة مستشعرات النانوومنها: الطباعة من أعلى إلى أسفل (بالإنجليزية: top-down lithograph)‏، التجميع من أسفل إلى أعلى (بالإنجليزية: bottom-up assembly)‏، والتجميع الذاتي الجزيئي (بالإنجليزية: molecular self-assembly)‏.

تطبيقات محتملة

تدور الاستخدامات الطبية لمستشعرات النانوبصورةٍ أساسيةٍ حول إمكانية استخدام مستشعرات النانوللتعهد بدقةٍ على خلايا خاصةٍ أوأماكنٍ معينةٍ مطلوب الوصل إليها داخل الجسم. فقد يحدث للمستشعرات النانوية القدرة على التمييز بين والتعهد على خلايا معينةٍ، أغلبها مرتبط بالخلايا السرطانية، على المستوى الجزيئي، من خلال قياس التغير في الحجم، الهجريز، الإزاحة والسرعة المتجهة، بالإضافة إلى القوى المغناطيسية، الكهربائية، والجاذبية، وكذلك التغير في الضغط درجة حرارة الخلايا داخل الجسم، وذلك بهدف توصيل الدواء أوضبط تطور مناطقٍ معينةٍ داخل الجسم. هذا بالإضافة إلى أنها قد تكون قادرةً كذلك على استكشاف التنوعات الميكروسكوبية (المجهرية) من خارج الجسم وتوصيل هذه التغيرات للمنتجات النانوية الأخرى العاملة داخل الجسم كذلك.

وتتضمن إحدى أمثلة مستشعرات النانواستخدام الخواص الفلورية لنقاط سيلينيد الكادميوم الكمومية كمستشعراتٍ للكشف عن الأورام داخل الجسم. وذلك من خلال حقن الجسم بهذه النقاط الكمومية، حيث يستطيع الطبيب حتى يرى مكان تواجد الورم أوالخلية السرطانية من خلال العثور على مكان تواجد تلك النقاط الكمومية، فهي طريقةٌ بسيطةٌ بسبب فلوريتها. ومن ثم سيتم بناء نقاط مستشعرات النانوالكمومية خصوصاً للعثور على خليةٍ معينةٍ فقط والتي قد تمثل مصدر خطورةٍ ما للجسم. حيث نلاحظ حتى الجانب السلبي لنقاط سيلنيد الكادميوم، على الرغم من ذلك، هوأنها عالية السمية للجسم البشري. نتيجةً لذلك، يعمل الباحثون جاهدين لتطوير نقاطٍ بديلةٍ مصنوعةٍ من موادٍ أخرى أقل سميةٍ، وفي الوقت ذاتهقد يكون لها القدرة على اكتساب بعض الخصائص الفلورية. حيق قاموا على الأخص بالبحث والاستقصاء في الفوائد الخاصة لنقاط كبريتيد الزنك الكمومية والتي، على الرغم من عدم كونها على نفس درجة فلورية سيلنيد الكادميوم، فإن لها القدرة على حتى تتزايد مع المعادن الأخرى ومنها المنغنيز ومختلف عناصر اللانثينيدات. هذا بالإضافة إلى حتى تلك النقاط الكمومية الجديدة تصبح أكثر فلوريةٍ عندما تلتحم بالخلايا المستهدفة. (كم) هذا وقد تشتمل الوظائف المتسقطة أوالمحتملة الأخرى على مستشعراتٍ تُسْتَخْدَم لاستكشاف بعضاً من الأحماض النووية الخاصة، بهدف التعهد على العيوب الوراثية الواضحة، وخاصةً في حالات الأفراد المعرضون للخطورة العالية بالإضافة إلى المستشعرات المزروعة والتيقد يكون لها القدرة على استكشاف مستويات سكر الدم بصورةٍ آليةٍ لدى سقمى السكري، حيث يتم ذلك بصورةٍ أسهلٍ من المستكشفات المتوفرة حالياً. كما حتى الحمض النووي قد يلعب دور الطبقة المضحية لتصنيع دارات السيموس المتكاملة (بالإنجليزية: CMOSIC)‏، وذلك من خلال دمج الجهاز النانوي مع القدرات الاستشعارية. ومن ثم فمن خلال استخدام الأنماط البروتينية والمواد المهجنة الجديدة، يمكن استعمال مستشعرات النانوالحيوية كذلك لتمكين المكونات المؤكدة داخل ركائز أشباه الموصلات الهجينة كجزءٍ من مُجَمَّع الدائرة. مع ملاحظة حتى تطوير وتصغير مستشعرات النانوالجزيئية قد توفر فرصاً جديدةً مثيرةٍ لمجالات استخداماتها.

وغالباً ما تتضمن المنتجاتٍ الأخرى استخدام مستشعرات النانولبناء داراتٍ متكاملةٍ أصغرُ حجماً، بالإضافة إلى دمجها ضمن البضائع الأخرى المتنوعة والمصنعة بواسطة استخدام أشكال وتطبيقات تقانة الصغائر الأخرى، بهدف استخدامها في مجالاتٍ متنوعةٍ ومنها مجالات النقل، الاتصالات، تحسينات الوحدة أوالكُليَّة الهيكلية (التكامل الهيكلي)، بالإضافة إلى تصنيع روبوتات النانو. مما يجعل من مستشعرات النانوفي نهاية المطاف منتجاتٍ قد يحدث لها قيمتها العالية كضوابطٍ دقيقةٍ لحالات المادة بهدف استخدامها في تلك الأنظمة التي يُقَيَد فيها الحجم والوزن، كما هوالحال في الأقمار الصناعية وآلات الملاحة الجوية الأخرى.

مستشعرات النانوالقائمة

تتواجد أشهر المستشعرات النانوية الكتلية الوظيفية والمصنعة حديثاً في العالم البيولوجي، حيث تُسْتَخْدَم كمستقبلاتٍ طبيعيةٍ للتنبيه والتحفيز الخارجي. عملى سبيل المثال، تقوم حاسة الشم وخاصةً عند الحيوانات التيقد يكون عندها تلك الحاسة قوية، ومنها الكلاب مثلاً، بوظيفتها من خلال استخدام مستقبلاتٍ تشعر وتحس بالجزيء النانوي. هذا وتستخدم بعض النباتات المستشعرات النانوية لاستكشاف ضوء الشمس؛ في حين تستخدم أنواعاً متعددةً من الأسماك مستشعرات النانولاستكشاف الاهتزازات الضئيلة في بيئة المياه المحيطة؛ وتستكشف الكثير من الحشرات كذلك المستشعرات النانوية لاستكشاف فرمونات الجنس.

حيث قام الباحثون في معهد جورجيا التقني بصناعة أحد نماذج المستشعر النانوي الهجريبي العاملة في عام 1999 . والذي تضمن توصيل جسيم فردي بنهاية أنبوب نانوي كربوني بالإضافة إلى قياس تردد ذبذبات أورنين الأنبوب النانوي سواءً مع الجسيم أوبدونه. مع ملاحظة حتى التناقض بين الترددين جاز للباحثين بقياس كتلة الجسيم المتصل بالأنبوب.

هذا وقد تم تصنيع المستشعرات الكيميائية كذلك من خلال استخدام الأنابيب النانوية لاستكشاف الخصائص المتنوعة للجزيئات الغازية. كما استُخْدِمَت الأنابيب النانوية الكربونية للإحساس بتأين الجزيئات الغازية في حين حتى الأنابيب النانوية المصنوعة من التيتانيوم يتم توظيفها لاستكشاف الهجريزات الجوية للهيدروجين على المستوى الجزيئي. حيث تتضمن الكثير من تلك المهام نظاماً تعتمد مستشعرات النانوعليه في عمليات التصنيع، بهدف حتىقد يكون بها جيباً محدداً لجزيءٍ آخرٍ، وعندما يتناسب ذلك الجزيء الخاص، والذيقد يكون هوفقط المناسب، مع مستشعرٍ نانويٍ محددٍ، ويضيء الضوء على سطح المستشعر النانوي، فإنه يقوم بعكس الطول الموجي للضوء، ومن ثم،قد يكون له لوناً آخراً.

طرائق الإنتاج

تتواجد الكثير من الطرائق المفترضة لتصنيع مستشعرات النانو. وهنا تُعَد الطباعة الحجرية من أعلى إلى أسفل الطريقة الأكثر شيوعاً في مجال تصنيع معظم الدارات المتكاملة في وقتنا الحالي. فهي تتضمن عملية البدء بحزمةٍ أكبرٍ من بعض المواد، ثم نحت النموذج المرغوب. مع ملاحظة حتى تلك الأجهزة المنحوتة كانت تتسم بأحجامها الميكروية، إلا حتى النماذج الأكثر حداثةً منها شرعت في دمج مكوناتٍ نانويةٍ.

بالإضافة إلى الطريقة السابقة، توجد طريقةٌ أخرى لتصنيع مستشعرات النانووالتي تتمثل في طريقة من أسفل إلى أعلى، والتي تتضمن تجميع المستشعرات من أكثر المكونات ضآلةً، والتي في الأغلب ما تكون ذراتٍ منفردةٍ أوحتى جزيئاتٍ. وهذا يتضمن تحريك ذرات مادةٍ معينةٍ واحدةً تلوالأخرى داخل أوضاعٍ محددةٍ والتي، على الرغم من تحقيقها في الاختبارات المعملية باستخدام أدواتٍ منها مجهر الطاقة الذرية (بالإنجليزية: atomic force microscopes)‏، ما زالت تمثل أكبر صعوبةٍ هامةٍ في المجال، وخاصةً في حالة التعامل مع الكتلة، سواءً بالنسبة لأسبابٍ منطقيةٍ أولأسبابٍ اقتصاديةٍ. وفي الأغلب، تُسْتَخْدَم هذه العملية بصورةٍ أساسيةٍ بهدف تصنيع أوبناء جزيئاتٍ بادئةٍ للمستشعرات المجمعة ذاتياً.

أما الطريقة الثالثة والتي تُعَد واعدةً بنتائجٍ أكثر سرعةٍ، فتتضمن التجمع الذاتي، أوالبنيات النانوية الخاصة "المتنامية" ليتم استخدامها كمستشعراتٍ. ويستلزم هذا في أغلب الأحوال واحداً من إثنين من التجميع. حيث يتضمن النوع الأول من المجمعات استخدام بترةً من بنيةٍ نانويةٍ تم تصنيعها مسبقاً أوتكونت بصورةٍ طبيعيةٍ، ودمجها في ذراتٍ حرةٍ من نفس نوعها. وبعد مدةٍ زمنيةٍ محددةٍ، تجتذب وتأسر تلك البنية النانوية، والتي تتسم بأنها ذات سطح غير مستوٍ والذي يجعلها معرضةً لاجتذاب ججزيئاتٍ كاستمرارٍ لنموذجها الحالي، بعضاً من الذرات الحرة وتستمر في تشكيل المزيد من نفسها بهدف تكوين مكوناتٍ أضخم منها من المستشعرات النانوية. أما النوع الثاني من التجمعات الذاتية فيبدأ بمجموعةٍ كاملةٍ عملاً من المكونات والتي جَمَعَّت نفسها تلقائياً في منتجٍ نهائيٍ. وعلى الرغم من حتى هذا كان ناجحاً فقط في تجميع رقاقات الحاسوب على المستوى الميكروي، فيأمل الباحثون لأنقد يكونوا قادرين في النهاية على حتى يعملوا الأمر ذاته على المستوى النانوي للعديد من المنتجات، ومنها مستشعرات النانو. إلا أنه عند التحدث وبدقة عن الرغبة في إنتاج ذلك المستشعر المقصود داخل المعمل، فإن ذلك الأمر يحتاج حتى يقوم الباحثون بتصنيع مستشعراتٍ نانويةٍ أكثر سرعةٍ بكثير، والتي من المحتمل حتى تكون أرخص تكلفةً من خلال السماح للعديد من الجزيئات بالتجمع ذاتياً مع القليل أوحتى بدون أي تأثيرٍ خارجيٍ، بدلاً من ضرورة تجميعها يدوياً في جميع مستشعرٍ.

التأثيرات الاقتصادية

على الرغم من حتى تقانة مستشعرات النانوتُعَد مجالاً حديثاً نسبياً، إلا حتى التسقطات العالمية لمبيعات المنتجات المدمجة مع مستشعرات النانوتتراوح من 0.6 مليار دولاراً أمريكياً إلى 2.7 مليار دولاراً أمريكياً في خلال الثلاث أوالأربع سنواتٍ القادمة. حيث أنه من المرجح حتى يتم إدراجها في معظم الدوائر الأكثر حداثةٍ لأنظمة الحاسوب، وذلك بسبب قدرتها على توفير الصلة أوالرابط فيما بين الأشكال الأخرى لتقانة الصغائر، هذا بالإضافة إلى حتى العالم المرئي العياني يسمح للمطورين بالاستغلال الكامل لقدرة تقانة الصغائر على تصغير أحجام رقائق الحاسوب في حين يتم زيادة وتوسيع سعتها التخزينية.

إلا أنه على الرغم من ذلك، يجب على مطوري مستشعرات النانوحتى يتغلبوا على معضلة التكلفة العالية الحالية للإنتاج، بهدف حتى تُصبح مسألةً تستحق العناء ليتم تطبيقها في مجال المنتجات الاستهلاكية. هذا بالإضافة إلى حتى موضوع موثوقية وصدق مستشعرات النانوليست مناسبةً حتى وقتنا هذا لينتشر استخدامها، وبسبب نقص مؤنها، فإنه يجب ترويج مستشعرات النانووتطبيقها خارج حدود المنشآت البحثية. ومن ثم، فإنه يجب حتى تكون مستشعرات النانومتوافقةً مع معظم تقنيات المستهلك والتي من أجلها يتم تصنيعها، لتقوم بتعزيزها في نهاية المطاف.

التأثيرات الاجتماعية

من الصعب تعريف التأثيرات الأخلاقية والاجتماعية وتصنيفها إلى تأثيراتٍ حميدةٍ وأخرى سيئةٍ عند مقارنتها بالتأثيرات الصحية والبيئية. حيث حتى التقدمات في مجالي الكشف والاستشعار عن مختلف الأنواع الحيوية والكيميائية ذات القدرة والكفاءة المتزايدة قد تنقل آلياتٍ اجتماعيةٍ والتي كانت قد صُممت في الأصل بُناءً على الشك وعدم اليقين والمعلومات غير الدقيقة. عملى سبيل المثال، القدرة على قياس الكميات المنخفضة بصورةٍ حادةٍ لملوثات الهواء أوالمواد السامة في المياه تثير تساؤلاتٍ ومعضلات مشارف الخطر، خاصةً لوكانت التقدمات تلك والخاصة بالتقنية تفوق قدرة العامة على الرد. كما هوالحال مع المستشعرات الطبية لن تساعد فقط في التشخيص والعلاج، إلا أنها قد تساعد كذلك في التنبؤ بالملامح الشخصية للفرد. حيث سيضيف هذا للمعلومات المستخدمة من قِبَلْ شركات التأمين الطبي لتمنح أوتنكر مبالغ التأمين. هذا وتضمن الكثير من القضايا الأخرى والتي تنبثق من الاستخدام واسع النطاق لمستشعرات النانووأجهزة المراقبة غزوالخصوصية والقضايا الأمنية.

انظر أيضاً

• تقانة الصغائر

مصادر

وصلات خارجية

• تحقيقات مستشعر النانوحول الخلايا الوحيدة الحية, معمل أوك ريدج الوطني
• مستشعرات النقاط الكمية , جامعة ميتشغن الغربية
• وزن الأجسام الأصغر حجماً: "التوازن النانوي" القائم على أنابيب النانوالكربونية يظهر تطبيقاً جديداً لآليات النانو, أخبار البحث التقني بجورجيا.
• أخبار مستشعرات النانو, رابطة مستشعر التردد الدولية.
• نظرة عامة على مستشعرات النانو, مسقط التفاهم النانوي الإلكتروني
• التقنيات الناشئة حديثاً والبيئة
• تقانة النانووالتحول الاجتماعي
• تقانة الصغائر، الخصوصوية والتنطقيد الاجتماعية المتغيرة
• تقانة النانووالمراقبة
• محاضرة عبر شبكة الإنترنت عن تقانة الصغائر الحيوية والمستشعرات الحيوية حيث تُقَدِم نظرة عن تقانة الصغائر الحيوية والإلكترونيات الحيوية، مع الهجريز على تطوير المستشعرات الحيوية الكهربائية.