Реферат_Наносенсоры. наносенсоры. Появившиеся в последней четверти ХХ века нанотехнологии стремительно развиваются. За свой небольшой срок существования они уже успели проникнуть в самые различные области науки и производства

• Название: Появившиеся в последней четверти ХХ века нанотехнологии стремительно развиваются. За свой небольшой срок существования они уже успели проникнуть в самые различные области науки и производства
• Анкор: Реферат_Наносенсоры
• Дата: 15.10.2019
• Размер: 1.09 Mb.
• Имя файла: наносенсоры.docx
• Тип: Документы; #90154
• страница: 3 из 4

Молекулярные элементы

Использование новейших методов микросоединений и самосборки позволило провести исследования электронного переноса в молекулярных системах. В частности, проводились измерения электронной проводимости через молекулы, прикрепленные концами к поверхностям в различных условиях: на щупе СТМ, в нанопорах специально обработанного кремния и между зондами СТМ. В экспериментах со сближением зондов было показано, что через отдельную молекулу может протекать ток до 0,1 мкА. Однако во всех описанных выше случаях электронные характеристики молекул соответствуют простым диодам, что делает их непригодными для применения в электронных схемах. Лишь недавно исследователям удалось создать достаточно большие и практически пригодные электронные устройства, в которых молекулы являются активными компонентами, поскольку проявляют обратимость переключения.

Характерной особенностью данного процесса изготовления наноразмерных устройств является то, что в нем участвует небольшое число молекул (около 1000), что исключает возможность появления дефектов (в частности, микроотверстий).

Рис. 1.5.1. Схема синтеза одного из активных молекулярных соединений и его веществ-предшественников.


Рис. 1.5.2. Схема изготовления наноустройств. а — сечение кремниевой пластинки с наноотверстием (нанопорой), полученным травлением через мембрану из суспензии нитрида кремния, б — переход Au-CCM-Au в области наноотверстия. в — увеличенное изображение активной зоны ССМ с соединением 1с (рис. 1.5.1.), закрепленным между электродами, г — СЭМ-изображение пирамидальной структуры из атомов Si, образовавшейся после анизотропного травления кремниевой пластины, что соответствует виду снизу на структуру а. д — СЭМ-изображение нанопоры, полученной травлением мембраны из нитрида кремния

Обычно они препятствуют проведению точных измерений электронного переноса через мономолекулярный слой. Разработанный метод показал возможность надежного контроля над состоянием поверхности и высокую устойчивость созданных внутренних контактов. Метод позволяет производить наноустройства в достаточном количестве и с достаточной эффективностью, что дает возможность получать статистически достоверные результаты (рис. 1.5.2.).




Рис. 1.5.3. Вольт-амперная характеристика устройства Аи-(2'-амино-4-этинилфенил-4'-этинилфенил-5'-нитро-1-бензолтиолат)-Аи при 60 К. Пиковая плотность тока = 50 А/см2, ОД С = 400 мкОм -см2, отношение PVR составляет 1030:1.
Активные компоненты электронных схем были синтезированы методом, показанным на рис. 1.5.1., из органических соединений, осажденных на золотой подложке. Вольт-амперная характеристика (при 60 К) полученных устройств Au-(lc)-Au, приведенная на рис. 1.5.3., полностью обратима при изменении направления смещающего напряжения. Эти данные являются первым прямым экспериментальным доказательством наличия достаточно большого отрицательного дифференциального сопротивления (ОДС) в устройствах, где молекулы образуют активную зону, внутри которой отношение пик-долина (peak-to-valley ratio, PVR) превышает 1000:1. Помимо очевидных преимуществ, связанных с исключительно малыми размерами, такие структуры по своим рабочим характеристикам значительно превосходят распространенные кремниевые устройства и квантовые твердотельные схемы с гетероструктурами и резонансным туннелированием, у которых указанное отношение редко превышает 100:1

2. Проекты по молекулярным наносенсорам.

1. Наносенсоры из одной молекулы

Главное предназначение такого сенсора - определять заданную последовательность молекул ДНК или РНК в растворе.

Когда молекула-сенсор реагирует (связывается) с нужной молекулой, она меняет свою форму и положение (притягивается к молекуле-объекту).

Новый вид сенсоров может найти применение в биотехнологии и медицине для диагностики генетических заболеваний, при тестировании новых лекарств или даже в военной области, например, для выявления активных агентов биологического оружия.

2. Наносенсоры для детектирования мутаций

Нанотехнологии развились до такой степени, что некоторое время назад были разработаны наносенсоры для детектирования генетических мутаций.

Интересно, что в ближайшие несколько лет подобные наносенсоры можно будет применять для определения и других типов молекул, а также при исследованиях генетических заболеваний.



Разработанный датчик состоит из нанотранзистора с углеродной нанотрубкой в качестве кабеля. Это и позволяет тестировать немодифицированные ДНК-пробы.

Датчик определяет последовательности ДНК и, соответственно, применим в генетике и в биотехнологии. В определённых генетических заболеваниях известен причинный ген. У пациентов с особой последовательностью генов обнаруживаются и особенности заболевания. Разработанный сенсор способен определить эти специфические последовательности заданного ДНК.

Инновацией испанских ученых в данной области было то, что им удалось разработать и синтезировать полимер, который был нековалентно связан с нанотрубкой и обеспечил ее последовательную модификацию в качестве якоря ДНК.

Не менее важно отметить, что такая высокая чувствительность была достигнута без необходимости модифицировать ДНК. Как правило, электрохимические датчики с высокой чувствительностью требуют маркировки молекул, которые нужно определить, для повышения их чувствительности. В данной разработке факт присутствия нанотрубок позволил проводить определение последовательностей напрямую.

Генетики из технологического центра Cidetec-IK4 создали электрохимические детекторы, которые, кроме других функций, могут детектировать возможные мутации в ДНК с большей эффективностью, чем было возможно до сих пор.

Достаточно интересный аспект исследования заключается в том, что данное определение ДНК проводилось всего лишь в качестве проверки концепции, для исследования эффективности датчиков. Таким образом, в ближайшие несколько лет наносенсоры можно будет использовать для определения иных типов молекул и даже в изучении генетических заболеваний и отклонений.

Датчик определяет последовательности ДНК и таким образом может применяться в генетике и в биотехнологии. В определённых генетических заболеваниях известен причинный ген. У пациентов со специфической последовательностью генов обнаруживаются специфические заболевания. Сенсор может определить эти особые последовательности заданного ДНК.