نانو الکترونیک مولکولی و نانو بیوسیپ ها Nano Biosip در جابجایی مولکولهای نانو ذره

در  روند پویای مرتب سازی و موقعیت یابی دقیق زیست توده های نانو ذرات در ریز ساختار های از پیش تعریف شده بسیار مهم است ، با این حال ، این یک مانع بزرگ برای تحقق نانو بیوسنسور های الکتریکی حساس به سطح و نانو بیوسیپ های عملی است.

یک روش به دام انداختن مقیاس پذیر ، گسترده و غیر مخرب مبتنی بر نیرو های دی الکتریک به منظور جمع آوری نانو ذرات و ابزار های نانو بیوسنسینگ بسیار مورد نیاز است. در اینجا ، ما یک معماری نانو گپ عمودی با ساختار پشته الکترود- عایق - الکترود میباشد. تسهیل در تولید نیروهای دی الکتریک قوی در ولتاژهای کم ، برای گرفتن دقیق و دستکاری نانو ذرات و مجامع مولکولی ، از جمله وزیکولهای لیپیدی و پروتئینهای فیبری آمیلوئید بتا / الیگومرها. پلت فرم نانو پلاستیک عمودی ما ، اجازه می دهد تا نانو ذرات با ولتاژ کم و ضبط شده در طرح های ابعادی نوری ، فرصت های جدیدی را برای ساخت سنسور های پیشرفته حساس به سطح بر روی سطح  فراهم  می کند.نانو حسگر ها nano bio sensor به عنوان جایگزینی قدرتمند برای تکنیک های تحلیلی مرسوم به نظر می رسند ، زیرا نانو حسگرها مانیتورینگ بسیار حساس ، در زمان واقعی و فرکانس بالا آلاینده ها را بدون تهیه نمونه گسترده انجام می دهند. نانو بیو سنسور ها برای غربالگری سریع و نظارت بر طیف گسترده ای از آلاینده ها در دستگاه های کوچک ادغام شوند. از آنجایی که نانو بیو سنسور یک دستگاه تحلیلی، مورد استفاده برای تشخیص یک ماده شیمیایی، که ترکیبی از یک جزء بیولوژیکی با فیزیکوشیمیایی آشکار ساز است. عنصر بیولوژیکی حساس ، به عنوان مثال بافت، میکرو ارگانیسم ها ، و غیره،  جزء مواد یا بیومیمتیک که در تعامل با ،نانو ذرات متصل می شود .

یک حسگر زیستی به طور معمول از یک گیرنده زیستی (آنزیم / آنتی بادی / سلول / اسید نوکلئیک / آپتامر) ، مولفه مبدل (ماده نیمه رسانا / نانو مواد) و سیستم الکترونیکی تشکیل شده است که شامل یک تقویت کننده سیگنال ، پردازنده و صفحه نمایش است. مبدل ها و الکترونیک را می توان به عنوان مثال در سیستم های میکروسنسور مبتنی بر CMOS ترکیب کرد .مولفه شناسایی ، که اغلب به عنوان یک گیرنده بیولوژیکی خوانده می شود ، از بیو مولکولهای موجودات زنده یا ارگانیسم هایی که پس از سیستمهای بیولوژیکی مدل شده اند برای تعامل با آنالایز مورد علاقه استفاده می کند. این اثر متقابل توسط انتقال دهنده انتقال دهنده اندازه گیری می شود که سیگنال قابل اندازه گیری متناسب با حضور آنالیت هدف در نمونه را نشان می دهد.در نانو تکنولوژی الکترونیک تغییر در فاصله بین اتم های ذرات و هندسه ذرات روی خواص الکترونیکی ماده هم تاثیر گذار است وقتی اندازه ذرات کاهش می یابد پیوند های الکتریکی در فلزات ظریف تر می شوند .در ساختار  نانو ذرات کمیت الکترونیکی که راحت تر دردسترس می باشد پتانسیل یونیزاسیون است پتانسیل یونیزاسیون در اندازه دانه های کوچک (ذرات ریزتر) بیشتر است یعنی با افزایش اندازه ذرات پتانسیل یونیزاسیون آنها کاهش می یابد افزایش نسبت سطح به حجم وتغیرات در هندسه وساختار الکترونیکی تاثیر شدیدی روی فعل و انفعالات شیمیایی ماده می گذارد و برای مثال فعالیت ذرات کوچک با تغییر در تعداد اتم ها(و در نتیجه اندازه ذرات) تغییر می کند .

نحوه تولید و تکثیر نانو ذرات و خواص الکترونیکی:

به طور کلی واکنش های شیمیایی برای تولید مواد می تواند در هر یک از حالت های جامد، مایع وگاز صورت گیرد. روش متداول برای تولید مواد در جامد آن است که با خردکردن ذرات ، سطح تماس آنها افزایش یافته ودر ادامه جهت افزایش میزان نفوذ اتم ها و یون ها ، این مخلوط در دماهای بالا بیشتر می شود. در شیمی اصطلاحا به موادی که واکنش های شیمیایی با آنها آغاز می شود، واکنشگر و موادی که در طی انجام واکنش واکنشگر به آنها تبدیل می شود ،محصول گویند. واکنشگر ها می تواند جامد ، مایع یا گاز باشد. به علاوه واکنشگرها یا خود یک عنصر مستقل هستند یا میتوانند به صورت ترکیبات چند جزئی باشند. ترکیبات چند جزیی را معمولا پیش ساز گویند.روش های بسیاری برای تولید نانو ذرات یا ذرات نانو ساختار توسعه یافته اند که شامل فرایند های حالت بخار، مایع و جامد است.

استفاده از ذرات از مقیاس خرد تا مقیاس نانو مزایایی را برای زمینه های مختلف علمی فراهم می کند ، اما از آنجا که درصد زیادی از اتم های آنها روی سطح قرار دارند ، نانو مواد می توانند واکنش زیادی نشان دهند و خطرات بالقوه ای را برای انسان به همراه داشته باشند.نانو ذرات الکتریکی به دلیل کاربرد گسترده آنها ، هم در صنعت و هم در علوم طبیعی بسیار مورد توجه هستند. در حالی که مواد طبیعی بدون در نظر گرفتن اندازه دارای خصوصیات فیزیکی ثابت هستند ، اندازه یک ذره نانو خصوصیات فیزیکی و شیمیایی آن را تعیین می کند. بنابراین ، خصوصیات یک ماده با نزدیک شدن اندازه آن به مقیاس نانو و قابل توجه شدن درصد اتم در سطح ماده ، تغییر می کند.ویژگی مهم همه ی نانو ساختارهای  آنست که تعداد اتم های سطح در آن ها نسبت به تعداد اتم های حجم بیشتر است. این نسبت با کاهش اندازه ی نانو ذره افزایش می یابد. بنابراین اندازه ی نانو ذره ویژگی مهم آن محسوب می شود.بازه ی تغییر فعالیت نانو ذرات به ماهیت و شکل نانو ساختار بستگی دارد. با این حال، اگر انرژی میدان نانو ذره با انرژی پرتودهی الکترو مغناطیسی قابل قیاس باشد و اگر در محدوده ی معین طول موج با رخداد واکنش های شیمیایی در مواد تحت پرتودهی تغییرات چشمگیر ایجاد گردد فعالیت نانو ذره های تا اندازه ی 100nm چشمگیر خواهد بود.اتم های سطح نانو ذرات الکتریکی از لحاظ انرژی جبران نشده اند. بطور کلی، نتایج رشد انرژی نانو ذره الکتریکی را می توان بصورت انرژی کل اتم های سطح ذره بیان نمود.  آزادی جنبش اتم های سطح  نانو ساختار ها محدود است و تنها جنبش های ارتعاشی و حرکت الکترون ها امکان پذیر می باشد. این دو واکنش الکترو جنبشی به یکدیگر وابسته اند چون جابجایی ابرهای الکترونی اتم ها بطور حتم بسامدهای ارتعاشی پیوندهای اتم های نانو ذرات را تغییر می دهد. از طرف دیگر، تغییر مکان الکترون های ظرفیت در پیوند ها قطبیت پیوند و اجسام موسوم به ابر مولکول را تغییر می دهد. در این صورت انتقال الکترون به سطح انرژی بالاتر امکان پذیر می شود.روش های بسیاری برای تولید نانو ذرات یا ذرات نانو ساختار توسعه یافته اند که شامل فرایند های حالت بخار، مایع و جامد است.به طور کلی واکنش های شیمیایی برای تولید نانو ذرات می تواند در هر یک از حالت های جامد، مایع وگاز صورت گیرد. روش متداول برای تولید مواد در جامد آن است که با خردکردن ذرات ، سطح تماس آنها افزایش یافته ودر ادامه جهت افزایش میزان نفوذ اتم ها ویون ها ، این مخلوط در دماهای بالا بیشتر می شود. در شیمی اصطلاحا به موادی که واکنش های شیمیایی با آنها آغاز می شود،واکنشگر و موادی که در طی انجام واکنش (واکنشگر) به آنها تبدیل می شود ،محصول گویند.واکنشگر ها می تواند جامد،مایع یا گاز باشد.به علاوه واکنشگرها یا خود یک عنصر مستقل هستند یا میتوانند به صورت ترکیبات چند جزئی باشند. ترکیبات چند جزیی را معمولا پیش ساز گویند.برای تولید ذرات نانو با کمک فناوری نانو می توان در اتمها از طریق کنترل خصوصیات تغییراتی ایجاد کرد. زمانی که مواد در مقیاس نانو مطالعه و بررسی می شوند واکنش های و رفتار اتمها در مقایسه با حالتی که مطالعه در سطح مولکولی انجام می شوند کاملا متفاوت است چرا که در این قلمرو خصوصیات فیزیکی مواد تغییر می کند این درست مانند این است که در توپی را در محفظه ای بیندازید و توپی دیگری را از آن محفظه بیرون آورید. تفاوت در قلمرو نانو به اندازه ای است که حتی رنگ، نقطه ذوب، خصوصیات شیمیایی و غیره مواد در خارج از این محدوده کاملا متفاوت است.

در فناوری نانو الکترونیک برای ساخت دو روش در نظر گرفته می شود: 

روش ساخت پایین به بالا و روش ساخت بالا به پایین. در روش ساخت پایین به بالا، وسایل و مواد از سطح مولکولی بر اساس اصول شیمی مولکولی ساخته می شوند درست مانند یک دیوار که از روی هم گذاشتن آجر به آجر ساخته می شود. در روش ساخت بالا به پایین، اشیاء نانویی بدون کنترل اتمی در مقادیر بزرگتر ساخته می شوند به این طریق که در ساخت آنها از تجهیزات پیشرفته این فناوری مانند میکروسکوپ اتمی و میکروسکوپ تونلی پیمایشی استفاده می شود تا فرایند دستکاری و ایجاد پدیده ها و خصوصیات جدید در اشیاء نانویی ظهور یابند.

یکی از خواص مهم نانوذرات نسبت سطح به حجم بالای این مواد است. با استفاده ازاین خاصیت می توان کاتالیزورهای قدرتمندی را در ابعاد نانومتری تولید نمود.این نانوکاتالیزورها راندمان واکنش های شیمیایی را به شدت افزایش داده و همچنین به میزان چشمگیری از تولید مواد زاید در واکنش ها جلوگیری خواهند نمود. به کارگیری نانوذرات در تولید مواد دیگر می تواند استحکام آنها را افزایش دهد ویا وزن آنها را کم کند و مقاومت شیمیایی وحرارتی آنها را بالا ببرد  و واکنش انها را در برابر نور وتشعشعات دیگر تغییر دهد.پس اولین کابردی که برای نانو ذرات می توان متصور شد، استفاده از این مواد در تولید نانوکامپوزیت ها ست. با استفاده از نانو ذرات، نسبت استحکام به وزن مواد کامپوزیتی به شدت افزایش خواهد یافت.