نانوحسگرها

تشخيص گونه‌هاي شيميايي و زيستي از اساسي‌ترين فعاليت‌ها در عرصه‌هاي علوم‌زيستي و پزشكي مي‌باشد. از اين رو، توسعه ابزار جديدي كه قادر به آناليز مستقيم، حساس و سريع اين گونه‌ها باشد، مي‌تواند جهشي در روش‌هاي تشخيص ايجاد كند. ادوات مبتني بر نانوسيم‌ها دسته‌اي قوي و عمومي از حسگرهاي الكتريكي و بسيار حساس مي‌باشند، كه مي‌توانند گونه‌هاي شيميايي و زيستي را به طور مستقيم شناسايي كنند.
اين مقاله به معرفي نمونه‌هاي از تشخيص پروتئين‌ها، DNA، مولكول‌هاي دارو و ويروس‌هاي با اندازه يك تك مولكول به کمک اين نانوحسگرها، مي‌پردازد.
نانوساختارهايي مانند نانوسيم‌ها و نانوبلورها، فرصت‌هاي بي‌نظير و جديدي را در اين عرصه بين رشته‌اي ارائه مي‌كنند. اندازه اين نانوساختارها در حد گونه‌هاي شيميايي و زيستي مي‌باشند و در نتيجه مي‌توانند پيام‌هايي عالي براي تشخيص ايجاد كنند، كه اين كارها توسط ابزار ماكروسكوپي غيرممكن مي‌باشد. نانوسيم‌ها و نانوبلورهاي معدني به علت ويژگي‌هاي الكتريكي و نوري بي‌نظيرشان، مي‌توانند در حسگري به كار روند. ميزان رنگ قابل تنظيم نانوبلورهاي نيمه‌رسانا به همراه نشر قوي و گسترده اين مواد، باعث ايجاد فرصت‌هاي جديد براي برچسب زني و شناسايي نوري گونه‌هاي زيستي خواهد شد. ويژگي‌هاي كليدزني نوري نانوسيم‌هاي نيمه‌رسانا، باعث ايجاد نوعي حسگري مستقيم مي‌شود.
نانوابزارهاي الكترونيكي مي‌توانند به سرعت با سيستم‌هاي كوچك يكپارچه شده، با برچسب‌زني شيميايي، با سرعت بيشتري كار شناسايي مستقيم را انجام دهند. اين ويژگي‌ها به همراه حساسيت بسيار بالا، باعث مي‌شود ابزار مبتني بر نانوسيم‌ها كاربردهاي اساسي در تشخيص‌هاي پزشكي، زيستي و حسگري داشته باشند.
اما چگونه مي‌توان از نانوسيم‌ها به عنوان حسگر استفاده کرد؟
شکل 1-
A- يك نيمه‌رسانا مانند سيليكون نوع (P-Si) P به يك الکترود فلزي و يک الکترود خروجي وصل مي‌شود
B- نانوسيم‌هاي Si كه به صورت ساختارهاي بلورهاي منفرد با شعاع nm3-2 مي‌باشند.
C- يك ترانزيستور نانوسيمي مبتني بر اثر ميداني، که با اتصال يک گروه ويژه به سطح نانوسيم‌ها حاصل مي‌شود.
D- ابزارهاي حسگري مبتني بر نانوسيم‌هاي بسيار انعطاف‌پذير يكپارچه
حسگرهاي مبتني بر اثرات ميداني نانوسيم‌ها
در اين حسگرها از ترانزيستورهاي اثر ميداني (FETs) مبتني بر نانوسيم‌ها استفاده شده است، كه قابليت‌ كليدزني آنها، كاربردهاي فراواني در صنايع ميكروالكترونيك دارد. در نمونه استاندارد FET شرح داده شده در شكل(1A ) ، يك نيمه‌رسانا مانند سيليكون نوع ‌(PSi)P به يك الکترود فلزي و يک الکترود خروجي وصل مي‌شود که به ترتيب جريان را تزريق و جمع‌آوري مي‌كنند. يك الکترود گيت سوم كه به يك لايه نازك دي‌الكتريك متصل است، جريان نيمه‌رسانا را از طريق كليد زني بين منبع و خروجي برقرا مي‌کند. در مورد نيمه‌رساناهاي نوع p، به كار بردن ولتاژ گيت مثبت، حامل را تخليه و باعث كاهش رسانايي مي‌شود؛ و هنگامي كه از ولتاژ گيت منفي استفاده مي‌شود، با تجمع حامل، ميزان رسانايي افزايش مي‌يابد. وابستگي رسانايي به ولتاژ گيت، باعث انتخاب FETها براي حسگرهاي مبتني بر تغييرات الكتريسته مي‌شود. ميدان الكتريكي حاصل از اتصال گونه‌هاي باردار به گيت دي‌الكتريكي، مشابه به كار بردن ولتاژهاي مورد استفاده در يك الكترود گيت مي‌باشد. ايده استفاده از FETها براي حسگري در چند دهه قبل ارائه شده است، اگر چه حساسيت محدود اين ابزار تاکنون باعث جلوگيري از تأثيرات بزرگ آنها شده است.
نانوسيم‌هاي نيمه‌رساناي سيليکوني و مواد ديگر نيز مي‌توانند به عنوان ابزار مبتني بر FET به كار روند. يكي از بهترين موارد مطالعه شده نانوسيم‌هاي Si (شكل 1B) مي‌باشند، كه بلورهاي منفرد با شعاع 23 nm مي‌باشند. از جمله ويژگي‌هاي جذاب اين مواد مي‌توان به قابليت تکرار‌پذيري توليد آنها اشاره کرد زيرا مي‌توان ويژگي‌هاي الکترونيکي آنها را در حين رشد کنترل کرد.
كليدزني با كارآيي بالا در نانوسيم‌هاي Si يك عامل مهم در حساسيت محسوب مي‌شود. براي غلبه بر محدوديت‌هاي حساسيت در حسگرهاي FET مسطح قديمي، از يک نانوساختار يک‌بعدي استفاده مي‌شود. اتصال اين ساختار به سطوح نانوسيم‌ها باعث تخليه و تجمع حامل‌ها در مواد توده‌اي شده، موجب افزايش حساسيت تشخيص مولكول‌هاي منفرد مي‌گردد.
نانوسيم‌هاي Si با روكش‌هايي از اكسيدهاي طبيعي، گيرنده‌هايي را ايجاد مي‌كند كه اطلاعات زيادي را از تغييرات شيميايي اكسيد سيليكون يا سطوح شيشه‌اي حسگرهاي زيستي و شيميايي دريافت مي‌كند. هنگامي كه يك حسگر در معرض محلول حاوي ماكرومولكول‌‌ها قرار مي‌گيرد، اين مولکول‌ها به آن مي‌چسبند و باعث افزايش بار مثبت سطحي و كاهش رسانايي ابزار نانوسيمي نوع p مي‌شوند.
شکل 2- حسگر pH نانوسيمي
A. طرحي از يک حسگر نانوسيمي با گروه‌هاي آميني
B. تغييرات در هدايت نانوسيم با pH محلول
C. طرحي از يک حسگر نانوسيمي بدون گروه‌هاي آميني
D. تغييرات در هدايت نانوسيم با pH محلول
در سال 2001 اولين نمونه براي نشان دادن قابليت ابزارهاي مبتني بر اثر ميداني نانوسيم‌ها جهت شناسايي گونه‌هاي محلول ساخته شد. اين ابزار يك نمونه از حسگرهاي pH براي اندازه‌گيري غلظت يون‌هاي هيدروژن بود. گروه‌هاي آميني و سيلانول از گيرنده‌هاي يون هيدروژن مي‌باشند و اين كار را با پروتونه شدن و حذف پروتون انجام داده، باعث تغيير بار سطحي نانوسيم‌ها مي‌شوند. آنچنانكه در شكل (2B) مشاهده مي‌شود اين ابزار نانوسيمي Si نوع P، افزايش تدريجي رسانايي را به عنوان pH محلول نشان مي‌دهد. افزايش تقريباً خطي رسانايي با pH، از نقطه نظر حسگري که در اثر حضور دو گروه گيرنده، كه تحت شرايط pH متفاوت پروتونه و دپروتونه مي‌شوند، پديده جذاب و جالبي است.
گيرنده‌هاي سطحي در تعيين پاسخ حسگرهاي نانوسيمي نقش مهمي ايفا مي‌كنند. همچنان‌كه در شكل (2C) نشان داده شده است فقط گروه‌هاي سيلانول مي‌توانند به عنوان گيرنده‌هاي يون هيدروژن در اين مورد عمل كنند.
اندازه‌گيري رسانايي به عنوان يك تابع pH، در شكل (2D) دو ناحيه پاسخ متفاوت را نشان مي‌دهد که بر خلاف سطوح نانوسيمي كه داراي دو گروه آمينو و سيلانول مي‌باشند تغييرات رسانايي در pH پايين (2 تا 6) كوچك بوده اما در pH هاي بالا (6 تا 9) بزرگ‌تر مي‌باشد.
بنابراين تغييرات وابستگي pH به رسانايي، كاملاً موافق با اندازه‌گيري‌هاي پيشين وابستگي pH به دانستيه بار سطحي حاصل از سيليكا مي‌باشد. اين مقايسه‌ها در آزمايش هاي اخير به طور كاملاً واضح نشان مي‌دهد كه مكانسيم حسگري در واقع نتيجه اثرات ميداني مشابه براي اعمال يك ولتاژ در الكترودهاي گيت فيزيكي مي‌باشد.
شناسايي DNA و پروتئين‌ها
ماكرومولكول‌هاي زيستي مانند پروتئين‌ها و DNA، نمونه‌اي از مولكول‌هاي باردار در محلول‌هاي آبي مي‌باشند كه هنگامي كه گيرنده‌هاي اين مولكول‌ها به سطوح فعال نانوسيم‌ها متصل مي‌شوند، مي‌توان آنها را به راحتي با حسگرهاي مبتني بر نانوسيم‌ها شناسايي كرد. اولين نمونه از كار شناسايي پروتئين‌ها در محلول با استفاده از ابزار نانوسيمي سيليكوني نوع P انجام شده است. در اين نمونه يك مولكول بيوتين با انتخابگري بالا به پروتئين استرپتاويدين و سطوح اكسيدي نانوسيم‌ها متصل مي‌شود. هنگامي كه محلولي از پروتئين استرپتاويدين درون ابزار حسگري نانوسيمي داراي گيرنده‌هاي بيوتين قرار گرفت، مقدار رسانايي به سرعت تا حد يک ثابت افزايش يافت و پس از افزايش محلول خالصي از بافر همچنان ثابت باقي ماند.
نقش كليدي گيرنده‌هاي سطحي بيوتين براي شناسايي ويژه استرپتاويدين در چند آزمايش شرح داده شده است. به عنوان مثال افزايش محلول استرپتاويدين به نانوسيم‌هاي سيليكوني بدون گيرنده هيچ تغييري در رسانايي ايجاد نمي‌كند. تجمع واحدهاي به هم چسبيده استرپتاويدين نيز باعث عدم پاسخ ابزار نانوسيمي Si داراي بيوتين خواهد شد. به علاوه اين كارهاي اوليه نشان مي‌دهد كه شناسايي الكتريكي به موقع مي‌تواند در غلظت‌هاي كمتر از حداقل 10 PPm (کمتر از سطح شناسايي مورد نياز براي تعدادي از پروتئين‌هاي نشان‌دار بيمار) انجام شود.
اخيراً از ابزارهاي اثر ميداني نانوسيم‌هاي سيليكوني براي تشخيص تك رشته‌هاي DNA استفاده شده است. در اين ابزارها ماكرومولكول‌هاي پلي‌آنيوني باردار به سطوح نانوسيمي نوع P متصل شده و باعث افزايش رسانايي مي‌شوند.
مولكول‌هاي PNA غيرقطبي كه مولكول‌هاي پايدارتر و گيرنده‌هاي قوي‌تري نسبت به DNA مي‌باشند، به عنوان يك گيرنده براي شناسايي DNA به كار مي‌روند.
افزايش رسانايي ابزار نانوسيمي سيليکوني نوع P متناسب با افزايش دانسيته بار سطحي منفي در اثر اتصال DNA به سطح مي‌باشد.
انواع ديگري از حسگرهاي DNA نانوسيمي نيز وجود دارند که اولين سري اين ابزار، تغييرات رسانايي را براي غلظت‌هاي مختلف گروه‌هاي هدف نشان مي‌دهد.
به طور ويژه، تشخيص حد شناسايي جريان، بهتر از روش هايي مانند SPR، استفاده از نانوذرات افزوده شده به SPR و ميكروبالانس بلوري كوارتز براي شناسايي DNA مي‌باشد.
قابليت ايجاد قطعه به قطعه نانوسيم‌هاي Si، يكي از ويژگي‌هاي مهم براي توسعه نانوحسگرها مي‌باشد كه حساسيت بسيار بالايي براي تشخيص DNA در تشخيص ژنتيكي و تحقيقات زيستي دارا مي‌باشند.
بالا بردن حد حساسيت: تشخيص ويروس‌هاي منفرد
مطالبي كه در بخش‌هاي قبل مرور شد تعدادي از قابليت‌‌هاي حسگرهاي نانوسيمي را براي تشخيص گونه‌هاي شيميايي و زيستي در محلول نشان مي‌داد. پژوهشگران به منظور تعيين حساسيت نهايي حسگرهاي نانو سيم، مطالعاتي را براي تشخيص ويروس‌ها كه از مهمترين عوامل بيماري‌هاي انسان به‌ شمار مي‌روند با هدف دستيابي به توانايي تشخيص يك ويروس منفرد انجام داده اند.
هنگامي كه يك ويروس به يك گيرنده پادتن متصل به ابزار نانوسيمي متصل مي‌شود، رسانايي اين ابزار تغيير مي‌كند و هنگامي كه ويروس جدا مي‌شود، رسانايي به مقدار اوليه بر مي‌گردد. اندازه‌گيري نوري و الكتريكي با استفاده از ويروس‌هاي نشان‌دار آنفلونزا (به طريق فلوئورسانت) تأييد مي‌كند، كه تغييرات مشاهده شده در رسانايي اين ابزار در نتيجه اتصال يا عدم اتصال ويروس منفرد مي‌باشد. داده‌هاي الكتريكي و نوري نشان مي‌دهد كه هنگامي كه يك ويروس به مجاورت حسگر نانوسيمي مي‌رسد، رسانايي آن در حد پايه باقي مي‌ماند و رسانايي فقط پس‌از اتصال به سطح نانوسيم افت مي‌كند. همين كه ويروس از سطح نانوسيم دور شود، رسانايي سريعاً به حد اوليه خود باز مي‌گردد. در واقع ويروس فقط زماني يك پاسخ الكتريكي مي‌دهد كه به نانوسيم متصل شده باشد. اين پيشرفت ممكن است در آينده به توسعه ابزارهاي بسيار متراكم نانوسيمي منجر شود. حد تشخيص اين حسگرها به وسيله تمايل گيرنده به هدف تعيين نمي‌شود. تحليل زمان‌هاي on/off ذرات مجزا، اطلاعات مفيد و مستقيمي درباره سينتيك اتصال مي‌دهد كه در درك برهمكنش گيرنده ويروس مؤثرند. حساسيت ذرات منفرد، تشخيص ساده ماكرومولكول‌ها را بر پايه بار الكتريكي آنها امكان‌پذير مي‌سازد.
آرايه‌هاي يكپارچه و شناسايي چند جزئي
يكي از جنبه‌هاي بسيار جذاب حسگرهاي FET مبتني بر نانوسيم‌ها پتانسيل آنها براي يكپارچه شدن به صورت آرايه‌هاي حسگر مي‌باشد كه به طريق الكتريكي قابل تحريك و فرمان دادن هستند. اخيراً راهکارهايي گزارش شده كه به هم پيوستن ابزار FET مبتني بر نانوسيم‌ها را به صورت موازي و روي هم، باسطح وسيع و بدون نياز به اتصال تك‌ به تك نانوسيم الكترود مقدور مي‌سازد.
آرايه‌هاي حسگرهاي نانو سيمي امكان تشخيص همزمان چندگونه شيميايي و زيستي بدون برچسب را فراهم مي‌كنند.
ادوات حسگر مبتني بر اثر نشر ميدان نانوسيم‌هايي كه به وسيله گيرنده‌هاي سطحي ويژه اصلاح شده‌اند، توانايي خوبي در تشخيص و شناسايي محدوده وسيعي از گونه‌هاي شيميايي و زيستي محلول را دارند. اين حسگرهاي نانوسيمي از چند جنبه مهم و جالب توجه‌اند.
هدايت سيگنال الكتريكي به طور مستقيم و بدون نشان‌دار كردن گونه‌ها، حساسيت بسيار بالا، انتخاب‌پذيري فوق‌العاده و قابليت تجمع آرايه‌ها در مقياس بزرگ كه آنها را از ساير فناوري‌هاي موجود در حسگرها جدا مي‌كند.
مثال‌هاي ذكر شده در اين مقاله قابليت بي‌نظير اين ابزار را در تشخيص و شناسايي پروتئين‌ها، ويروس‌ها و DNA جهت آناليز مولكول‌هاي آلي كوچك متصل به پروتئين‌ها نشان مي‌دهند كه مي‌توانند براي تشخيص بيماري‌ها، غربال كردن ژنتيكي، رهاسازي دارو و همچنين به عنوان ابزاري قدرتمند براي تحقيق در زمينه‌هاي مختلف زيست‌شناسي بكار روند.
در آينده نزديك نشان داده مي‌شود كه اين پيشرفت مي‌تواند در سطح تجاري‌ گسترش يافته و كاربرد روشن فناوري‌نانو را در منافع بشري معرفي كند. اعتقاد بر اين است كه پيشرفت در قابليت يكپارچه‌سازي بزرگتر و پيچيده‌تر آرايه‌هاي نانوسيم و الحاق آنها با اجزاي الكترونيكي رايج و نانومقياس منجر به قدرت فوق‌العاده سيستم‌هاي حسگر مي‌شود كه مي‌توانند روياهاي پزشكي امروز را تحقق بخشند.
بررسي نحوه قرارگيري و اتصال نانوسيمها در فناوري FPNI
فناوري cmos که سالها به‌علت برخي مزايا از قبيل توان مصرفي کم، حاشيه نويز بالا و قابليت مجتمع‌سازي در مقياس وسيع فناوري غالب بوده‌است، اکنون با يک چالش جدي روبرو شده‌است. روند دائمي کاهش اندازه نما در فناوري CMOS که باعث افزايش چگالي المانها و سرعت مدارات مي‌شد اکنون به‌انتهاي نقشه راه خود نزديک شده و به‌نظر نمي‌رسد که براي ابعاد زير 10 nm مناسب باشد، در حاليکه طبق پيش بيني ITRS در سال 2020 مي‌بايد طول گيت ترانزيستور‌ها 10 nm باشد. محدوديت‌هاي ذاتي سيليکون ناشي از آثار کوانتم مکانيکي در ابعاد بسيار کوچک و کاهش شديد بازدهي در چنين ابعادي توآم با مشکلات فناوريک، پيچيدگي و هزينه زياد ساخت سبب ايجاد مشکلات جدي براي سازندگان و هزينه زياد براي کاربران خواهد شد. يکي ديگر از مشکلات مهم آن است که در ابعاد نانومتري ترانزيستورها بمراتب سريع‌تراز Interconnectها هستند که باعث عدم کارکرد صحيح مدار خواهد شد. ساخت ترانزيستورهايي با طول گيت چند نانومتر و انجام آلايش در آن ابعاد نيازمند فرآيند‌هاي بسيار دقيق و پرهزينه‌است و ما را به‌اين واقعيت مهم راهنمايي مي‌کند که قانون Moore و VLSI کنوني که مبتني بر نقش نگاري ليتوگرافي ، مدارهاي CMOS و گيت‌هاي بولي است به‌آخر نقشه راه خود نزديک مي‌شوند. مايکروالکترونيک معاصر به‌دنبال راه کارهاي جديدي براي غلبه بر چالش‌هاي موجود است. هم اکنون يک جايگزين عمده مبتني بر نانوالکترونيک براي جايگزين کردن مايکرو الکترونيک پيشنهاد شده‌است: ادوات تک الکتروني يا Single-Electronics. در ادوات تک الکتروني از مولکولهايي که به‌طور خاص طراحي و سنتز شده‌استفاده مي‌شود و در ساخت آن پيشنهاد شده‌از روش پائين به‌بالا استفاده شود. اما مشکل اينجاست که اين ادوات بتنهايي از عهده انجام کارهايي نظير تأمين ولتاژ يا تأمين بهره يا. . . بر نمي‌آيند. دقيقآ به‌همين دليل است که اکنون اين باور که تنها راه رسيدن به‌نانوالکترونيک با کارايي بالا ترکيب ادوات تک الکتروني يا مولکولي با مدارهاي CMOS است به‌گونه‌اي که المانهاي سه پايه ضعف اين ادوات را در تأمين بهره ولتاژ، آدرس دهي و. . . جبران مي‌کنند در حال تقويت‌‌شدن است. پس در نتيجه فناوري CMOS/Nano مطرح شد که در آن قسمت نانو بار محاسباتي را انجام مي‌دهد و قسمت CMOS آدرس دهي، تأمين بهره و بازيابي سيگنال و. . . را به‌عهده دارد.
اما با اين حال هنوز مشکل تنظيمات وجود دارد، که تنظيمات نانوسيمها نسبت به‌يکديگر با crossbar حل شده ولي نسبت به‌قسمت CMOS اين فناوري را دچار چالش کرده و اين فناوري را به‌سمت CMOL (cmos molecular hybrid) هدايت مي‌کند. مزيت اصلي CMOL، سادگي، چگالي و شکل‌بندي جداگانه آن است. تکنولوژي CMOL نيز به‌دليل مشکلاتي که دارد از جمله:
(1) مسئله پيچيدگي و عدم همترازي نانوپين‌هايي که بر روي سطح CMOS هستند.
(2) نامعلوم بودن محل و جايگاه نانوپين ها.
(3) الگوريتم آدرس دهي جديد.
(4) سايز نانوسيمها، که حدود 4. 5nm و با pitch 9nm پيش بيني شده و دور از دسترس قابليتهاي کنوني ليتوگرافي است و طبق ITRS براي سال 2030 است، دچار چالشهاي جدي شده و اين چالشها را در فناوري جديدي که از آن به‌FPNI ياد مي‌شود، برطرف مي‌کند.
2. روش کار
در شکل 1-1 ساختار nanowire crossbar با يک تراشه CMOS نشان داده شده‌است.
شکل 1: nanowire crossbar و cmos
مشاهده مي‌شود که نانوسيمها که به‌طور عمود بر يکديگر واقع شده‌اند، با يک فاصله کوچک که آن را يک ابزار قابل شکل‌گيري Antifuse فرض مي‌کنند، جدا شده‌اند.
پين‌هاي فلزي بر روي سطح تراشه از پائين به‌CMOS و از بالا اتصال با نانوسيم‌ها را فراهم مي‌کنند. به‌طور کلي معماري FPNI موضوع‌هاي عملکرد جداگانه نانوسيم‌ها و CMOS، اتصال دو لايه با جايگذاري مناسب پين‌ها و نانوسيم‌ها و افزايش ميزان خطا و تغيير پذيري در نانوسيم‌هاي Crossbar را بيان مي‌کند.
اولين ايده‌ها پيشنهاد پياده‌سازي demultiplexerها را در نانوسيمهاي crossbar مطرح کرد. از اين طريق مي‌توان با تعداد کمي از پينها تعداد زيادي از نانوسيمها را کنترل کرد اما مشکلي که به‌وجود مي‌آيد اين است که ساخت demultipelexer بدون ابزارهاي غيرخطي تقريبا غيرممکن است.
در اين مقاله يک ساختار ترکيبي کلي از FPNI که بين سرعت، چگالي و قدرت تحمل پذيري مصالحه‌اي برقرار مي‌کند، پيشنهاد مي‌شود که نسبت به‌CMOL توان مصرفي کمتر و آزادي بيشتري در انتخاب ابزارهاي نانو وجود دارد.
در شکل 2 ساختار هندسي نانوسيمها، پين‌ها و cmos که در زير آن قرار مي‌گيرد را در دو فناوري cmol و fpni مقايسه مي‌کند. Cmol دريايي از invertorهاي منظم فرض مي‌شود که به‌پين‌هاي روي سطح سيليکون متصل هستند. نانوسيمهاي crossbar در بالاي آن اندکي چرخانده‌شده‌تا نانوسيمها با وضعيت بهتري به‌پينهاي روي سطح cmos متصل شوند. نانوسيمهاي افقي به‌ورودي invertorها وصل مي‌شوند و نانوسيمهاي عمودي فقط به‌خروجي آنها. اتصالات سبز رنگ انتخابي در شکل 2 نيز به‌صورت مقاومتهاي غيرخطي در نظر گرفته مي‌شود که تأثير مهمي در فراهم نمودن وارونگي و بهره دارد.
fpni در قسمت سمت راست شکل2 شامل مجموعه اي
شکل 2: cmol و fpni
از گيت‌هاي منطقي، بافرها و ساير اجزاء در لايه cmos فرض مي‌شود و از نانوسيمها فقط براي interconnect استفاده مي‌شود. در اينجا نانوسيمها از لايه‌هايي جهت پوشاندن پين‌ها تشکيل شده‌است. (پين‌ها بزرگتر از نانوپين‌هاي cmol هستند.) در fpni نيز چرخش اندک نانوسيمها جهت اتصال آنها به‌پين‌ها وجود دارد. اتصالات انتخابي (سبز رنگ زير panel) هم عنوان مقاومتهايي جهت اتصال محاسباتي به‌کار رفته‌است.
در فناوري fpni مشکل اندازه و همترازي پين‌ها برطرف شده‌است.
در مجموع اختلاف بين دو فناوري cmol و fpni را مي‌توان به‌صورت زير بيان کرد:
در ساختار fpni محاسبه‌ها تنها در cmos انجام مي‌شود و آدرس دهي در نانوسيم ها. کاهش توان مصرفي باعث مي‌شود تا بتوان از Antifuseهاي خطي يا غير خطي در نقاط اتصال استفاده کرد.
همترازي نانوسيمهاي crossbar با پين‌هاي cmos در ساختارfpni.
در fpni از cmosمرسوم استفاده مي‌شود،
درحاليکه در cmolبه علت نياز به‌Vdd=0. 3v و کاهش منبع ولتاژ از cmos معمولي نميتوان استفاده کرد.
در fpni نانوسيمها به‌صورت مورب آدرس دهي مي‌شود (با اندکي چرخش نسبت به‌طول) ، که به‌خاطر اتصال بهتر پينها با نانوسيمها است.
سطح cmos به‌سلولهاي مربعي منظم تقسيم مي‌شود، که به‌هر سلول يک پين ورودي براي خواندن يک سيگنال از نانوسيمها و يک پين خروجي جهت تحريک کردن يک سيگنال از گيت به‌نانوسيم متصل است.
يک بافر تنها در يک سلول پياده‌سازي مي‌شوند، در صورتيکه گيتهاي منطقي و فليپ فلاپها نياز به‌سلولهاي چندگانه دارند.
شکل 3: نمايي از سلولهاي سطح cmos
گيتهاي منطقي استفاده‌شده‌در اين ساختار n-input AND/NAND فرض مي‌شود، که بر روي n سلول پياده‌سازي خواهند شد. يک فليپ فلاپ درون چهار سلول پياده‌سازي مي‌شود، به‌طوريکه چهار پين ورودي همه به‌ورودي D فليپ فلاپ وصل مي‌شود. دوتا از چهار پين خروجي به‌Q و دوتاي ديگر به‌خروجي –Q وصل مي‌شود.
ورودي و خروجي‌هاي اوليه روي يک جفت سلول اعمال مي‌شود که به‌صورت يک سيگنال ورودي و يک سيگنال خروجي به‌کار گرفته مي‌شود. يک سيگنال ورودي شدت جريان خروجي را به‌آرايه‌هاي سلول مي‌رساند و آنرا به‌صورت واقعي و invertشده روي دو پين خروجي اعمال مي‌کند. سيگنال خروجي نيز از طريق يک نانوسيم به‌سمت دو پين ورودي هدايت شده‌از آنجا به‌خارج از تراشه ارسال مي‌شود.
در مجموع يک تراشه fpni از hypercellهاي يکسآنکه شامل گيتهاي منطقي، بافرها و فليپ فلاپ است، تشکيل شده‌است، که پيرامون آنرا سلولهاي I/O احاطه مي‌کند و يک ساختار مشابه به‌بلوک منطقي قابل شکل‌گيريCLB (Configurable Logic Block) به‌کار رفته در FPGA است.
وضعيت اتصال‌هاي استفاده‌شده‌مشابه cmol است. يک اتصال، به‌صورت يک آرايش الکتريکي با اعمال ولتاژ مناسب روي دو نانوسيم تعريف مي‌شود. آرايش نانوسيمها در يک تراشه cmos از ميان هر سلول مي‌گذرد و قبل از شکل دهي يک اتصال بافرها، گيتها و فليپ فلاپها در سلولها غيرفعال هستند. با اعمال ولتاژ مناسب به‌decoderها که در لبه اطراف سلول واقع شده‌اند، سبب مي‌شود که دو ترانزيستور موجود در سلول که در شکل4 نشان داده شده‌است ولتاژهاي مختلفي را روي نانوسيم خروجي و نانوسيم ورودي انتخاب شده، داشته باشد. جهت شکل دهي حالت اتصال با اعمال ولتاژ در محل اتصال دو نانوسيم مي‌توان به‌اين منظور دست يافت، براي مثال در صورت اعمال ولتاژ مثبت Antifuse يک حالت کم مقاومت (low-impedance) پيدا مي‌کند و زماني که ولتاژ منفي اعمال شود به‌حالت مقاومت زياد (high-imedance) بر مي‌گردد.
شکل 4: نمايش ترانزيستورهاي درون يک سلول
به محض شکل‌گيري مدار وضعيت خطوط به‌سمت خاموشي ترانزيستورها در هر سلول پيش مي‌رود و گيتها، بافرها و فليپ فلاپها را جهت عمليات برنامه‌ريزي مدار فعال مي‌کند.
نظر به‌اينکه در نانوالکترونيک به‌تعريف ساخت در ابعاد خيلي کوچک به‌وسيلة روشهاي توليد و ساخت photolihogeraphy پرداخته مي‌شود، لذا روش محتمل، Imprint lithogeraphy خواهد بود. به‌طوريکه علاوه‌بر قابليت همترازي پينها دسترسي به‌داده‌هاي بين لايه مورد نظرو اتصالهاي نانوسيمها مورد نظر است. شروع ساخت همان‌طور که در شکل 5 نشان داده شده‌است:
1-لايه اولconnectorها و سيمها هستند که به‌وسيله nanoimprint ساخته مي‌شوند و با لايه‌هاي زيرين نانوسيمها در يک سطح بر روي مجموعه‌اي از پينهاي روي زيرپايه قرار مي‌گيرند.
2- لايه‌اي از نانوسيمها که به‌صورت عمودي هستند را به‌طور هم سطح روي پينهاي نمايش داده‌شده‌قرار مي‌دهيم.
3-تمام سطح روي تراشه با لايه‌هايي از switch latch
شکل5: روش ساخت سلولها در fpni
پوشانده مي‌شود.
4- استفاده از ليتو گرافي استاندارد که از يک لايه ماسک روزنه دار که بر روي پينهاي زيرپايه قرار مي‌گيرد موادپوشاننده اين پينها را etch مي‌کنيم و لايه ماسک را بر مي‌داريم.
5- لايه دوم از نانوسيمها که به‌صورت افقي هستند را به‌طور هم سطح روي پينهاي نمايش داده‌شده‌قرار مي‌دهيم.
اين پروژه ساخت براي crossbar با کوچکتر از 65 نانومتر و نيم pitch مسئله ساز مي‌شود. کوچکتر به‌يک راهبرد خاص جهت توسعه اين موضوع جهت سيمهاي نازکتر از 65 نانومتر نياز داريم.
3- نتيجه‌گيري
با استفاده از روش مدل کردن و شبيه‌سازي مقايسه‌اي بين 17 نوع مدار معيار بين فناوري‌هاي cmol و fpni در دو اندازه 30 و 9 نانومتر در آزمايشگاه شرکتhp صورت گرفته‌است که نتايج آن را در جدول 1 آورده شده‌است.
تغييرپذيري در خواص نانوسيمها و اتصالهاي الکتريکي يک چالش را در عملکرد ابزار نشان مي‌دهد، و آن احتمال مشاهده تجربي و نظارت بر توان و clock rate ابزار است. همچنين در اثر گذشت زمان ابزار نياز به‌آدرس دهي مجدد دارند، که اين موضوع در هاله‌اي از ابهام قرار دارد و راه حلي براي آن ارائه نشده‌است. براي مثال مشخص نيست چه طولي براي شکل‌گيري اتصال لازم است. شايد پيکربندي يک تراشه fpni براي ادامه کار به‌صورت صحيح به‌تازه‌سازي در مدت زمانهاي منظم و متناوب نياز داشته باشد. fpni نسل آينده تراشه‌ها خواهد بود که از نظر عملکرد (توان، clock speed و سطح) و قدرت تحمل پذيري مطابق با ITRS در سالهاي آينده است.
شبيه‌سازي‌ها نشان مي‌دهد که براي fpni در مقياس 30nm در مقايسه با cmos-fpga چگالي هشت برابر افزايش مي‌يابد
جدول1: مقايسه کاربردي بين CMOS و CMOL و FPNI
بررسي بازار نانوحسگرها
منظور از نانو حسگر ها
حسگرهايي که در ساخت آنها از نانوذرات، نانوپوشش‌ها و يا از ساير مواد مصرفي نانومتري استفاده شده است
ولي توليد آنها از طريق فناوري مرسوم مي‌باشد.
(2) حسگرهايي که از نانومواد براي سيستم حسي آنها استفاده شده و براي توليدشان نيز از بعضي فناوري‌هاي نانوالکتريکي مانند مولکترونيک (molectronics)، اسپينترونيک، پلاستيک‌ها يا پليمرهاي الکترونيکي، نانولوله‌ها و نانوسيم‌ها استفاده شده است.
پيش‌بيني نانومارکتز نشان مي‌دهد که نانوحسگرهاي نوع اول بازار نانوحسگرها را در طول دهه بعد به‌دست خواهند گرفت و سپس براي اولين بار در سال 2011 به ميزان 50% رشد منفي خواهند داشت. به هر حال پيشرفت نانوحسگرهاي نوع دوم واقع‌گرايانه‌تر است.
شرکت ان. وي.اي (NVE) از هم اکنون نانوحسگرهايي بر پايه فناوري اسپينترونيک را براي بازار سمعک‌ها و دستگاه‌هاي تنظيم‌کننده ضربان قلب خريداري کرده است؛ يعني در جاهايي که اندازه کوچک اين دستگاه‌ها مزاياي بسيار آشکاري دارد.
به طور صريح اين قبيل مزاياي نانوحسگرها باعث شده است که به عنوان فرصتي وسوسه‌انگيز براي بازار تلقي شوند. نانوحسگرها به طور ذاتي کوچک‌تر و حساس‌تر از ساير حسگرها مي‌باشند. همچنين اين ظرفيت را دارند که قيمت تمام شدة آنها کمتر از قيمت تمام‌شده حسگرهاي موجود در بازار باشد.
در اين تحقيق نشان داده شده که اگر توليد انبوه نانوحسگرها توجيه اقتصادي پيدا کند هزينه توليد آنها مي‌تواند بسيار کمتر از حسگرهاي معمولي باشد. براي مثال اگر قيمت حسگرهاي صنعتي متداول امروزي، چند 10 هزار دلار باشند براي نانوحسگرهايي که بتوانند همان کار را انجام دهند به صورت نظري چند 10 دلار برآورد مي‌شود. نانوحسگرها همچنين هزينه جاري را نيز کاهش مي‌دهند؛ زيرا به طور ذاتي برق کمتري مصرف مي‌کنند.
درنهايت از آنجايي که نانوحسگرها هزينه‌هاي خريد و اجرا را کاهش مي‌دهند؛ ممکن است به‌کارگيري آنها به صورت آرايه‌ها و توده‌ها مقرون به صرفه باشد و همچنين بتوانند به شکل فراگير و حتي اضافي در قطعات کاربرد پيدا کنند؛ به طوري‌که اگر يک نانوحسگر از کار بيفتد و از مدار خارج شود بتوان از آن صرف نظر کرد و ضريب امنيت در حد مطلوبي باقي بماند، زيرا تعداد زيادي نانوحسگر ديگر در سيستم مي‌توانند کار آن را به عهده بگيرند.
با برداشتي که از کاربرد نانوحسگرها مي‌کنيم امکان دارد به سرعت به سمت اين نتيجه‌گيري سوق پيدا کنيم که فناوري نانوحسگرها، فناوري بسيار مطمئن و قابل قبولي است، اما هنگامي که به سمت معادله عرضه و تقاضا نگاه مي‌کنيم در مي‌يابيم که تجارت نانوحسگرها در ابتداي راه است و مشغول ديدن زواياي بيروني کار به مثابه يک روياي ثروت‌اندوزي است.
در بخش نظامي و امنيت ملي احتياج به حسگرهاي بسيار حساسي است که بتوانند به صورت گسترده توزيع شوند تا به کمک آنها بتوان تشعشعات و بيوسم‌هاي زيستي را مورد بررسي قرار داد. در زمينه پزشکي نياز به حسگرهاي بسيار حساسي به صورت آزمايشگاه‌هايي بر روي تراشه است كه بتوانند کوچک‌ترين علائم نشان‌دهندة سرطان را شناسايي کنند. در صنايع هوافضا احتياج به نانوحسگرهايي است که در بدنة هواپيماها به عنوان سيستم هشداردهنده ثابت قرار بگيرند و مشخص کنند که چه زماني هواپيما احتياج به تعميرات دارد.
در صنايع اتومبيل مي‌توان از نانوحسگرها براي مصرف بهينه سوخت استفاده کرد. همچنين در اتومبيل‌هاي گران‌قيمت مي‌توان براي بهبود وضعيت صندلي و وضعيت کنترل‌هاي موجود به تناسب حالت‌هاي مختلف بدن، اين نانوحسگرها را مورد استفاده قرار داد. در مرحله بعدي مي‌توان از آن در فناوري اطلاعات به منظور ترغيب در فراگيرشدن (اي.کا.اي فراگير) سيستم‌هاي محاسبه‌گر رايانه‌هاي همراه هميشه روشن استفاده کرد. همچنين مي‌توان آنرا به شکل توده حسگرها در تلفن‌هاي هوشمندي که براي ارتباطات ثابت بين ساير تلفن‌هاي هوشمند و رايانه‌هاي همراه از آنها استفاده مي‌شود، به کار برد!
تعدادي از شرکت‌هاي بسيار بزرگ بازرگاني اکنون بازار نانوحسگرها را زير نظر گرفته‌اند. شرکت (Smiths detection) نانوحسگري را توليد کرده که باعث توسعه حسگرها در زمينه‌هايي چون امنيت ملي، کنترل کيفي خوراکي‌ها و شناسايي بيماري‌ها شده است. شرکت (Dow Corning) درخت‌سان‌هايي توليد کرده و قصد دارد با كمك شرکت جننکر
(Genencor) قالب‌هاي سيليكوني را توليد نمايد كه با فناوري زيستي به دست آمده‌اند و در ساخت بيوحسگرها کاربرد دارند. آزمايشگاه تحقيقاتي مشهور IBM در زوريخ (Zurich IBM) نيز تحقيقاتي بر روي نانوحسگرهاي زيستي و شيميايي انجام داده است. همچنين شرکت لاک هيد مارتين و بوئينگ بر روي اين ايده کار مي‌کنند که چگونه مي‌توان از نانوحسگرها در صنايع هوا فضا استفاده کرد. به طور دقيق 12 آزمايشگاه تحقيقاتي بر روي اهداف و انواع مختلف فناوري نانوحسگرهاي تجاري در سراسر جهان مشغول به کار هستند.
البته اين‌ها براي نانوحسگرها بيشتر استثناء هستند تا قاعده کلي. در واقع سياست تمام صنايع ساخت حسگر به گونه‌اي است که به نانوحسگرها اولويت و برتري خاصي داده نمي‌شود. يکي از دلايل اين امر آن است که شركت‌‌ها، مشکلات اقتصادي و تکنيکي نانوحسگرها را مهم‌تر از مزاياي آن مي‌دانند.
نانومارکتز اين قبيل مشکلات و موانع پيشرفت بازار نانوحسگرها را در 5 فاکتور زير خلاصه کرده است.
در ساخت بسياري از نانوحسگرهايي که در آزمايشگاهها توليد مي‌شوند از مواد سمي (مانند نانوذرات طلا) استفاده مي‌گردد که براي کاربرد گسترده مي‌توانند بسيار گران قيمت باشند.
اصول اوليه فناوري نانوپلاتفرم‌هايي که در ساخت نانوحسگرها کاربرد دارند هنوز جزء مشکلات ساخت به حساب مي‌آيند. براي مثال نيمه‌هادي يا ‌هادي‌بودن نانولوله‌هاي کربني هنوز مورد بحث است و مقالات زيادي وجود دارد که در همگي آنها روش‌هاي مختلفي را به عنوان بهترين روش براي اطمينان يافتن از نيمه‌هادي يا هادي‌بودن نانولوله‌هاي کربني معرفي کرده‌اند.
بسياري از کساني که براي تهيه اين گزارش با آنها مصاحبه شد بر اين نکته تأکيد کردند که راهي طولاني از تهيه مدل‌هاي نانوحسگرها در آزمايشگاه‌هاي صنعتي، تا رسيدن به محصولاتي که در همه جا يافت شده و به‌راحتي خريداري مي‌شوند، وجود دارد. در واقع امروزه بسياري از نانوحسگرها در ابتداي اين راه قرار دارند تا در انتهاي آن.
يکي از زمينه‌هايي که هنوز به نظر مي‌آيد احتياج به تحقيق بسيار، به خصوص از لحاظ تجاري دارد، طريقه برقراري ارتباط بين ابزارهاي دنياي امروزي و نانوحسگرها است. نانومواد و نانوالکترونيک مزاياي زيادي ايجاد مي‌کند که در بالا به آن اشاره شد، اما آنها احتياج به ابزاري دارند که بتواند در اندازه‌هاي نانومتري با آنها ارتباط برقرار کرده و کار کند. اين بدان معني است که تأثيرات نانو مي‌بايست به دستگاه‌هاي با ابعاد بالاتر انتقال داده شود و اين خود به موارد زير احتياج دارد:
(1) سازگاري بسيار بالاي CMOS که در نتيجه مواد حساس در ابعاد نانو و قطعات نانوالکتريکي را بتوان با روش‌هاي معمول ميكروالكترونيك به صورت يك مدار مجتمع مونتاژ کرد. (2) ايجاد نوعي نرم افزار يا نيمه افزار که توانايي تحليل داده‌هايي که از نانوحسگرها مي‌آيد را داشته باشد، لازم است.
به نظر مي‌آيد مونتاژ نانوقطعات بيشتر از آن‌که به کوشش اقتصادي احتياج داشته باشد به يک برنامه تحقيقاتي نياز دارد. به منظور کاهش قيمت‌ها و گسترش استفاده از آرايه‌هاي بزرگ حسگرها يا توده حسگرها، مي‌بايست فناوري ساخت مدارهاي مجتمع نانومقياس بهبود پيدا کند.
چرا مسأله زمان؟
مشکلات، بيش از آن‌كه ناشي از فيزيك قضيه باشند، ناشي از نبود فناوري هستند. اين معضلات دقيقاً همان مواردي هستند که تجاري‌شدن بعضي از فناوري‌هاي جديد پيچيده را با مشکل مواجه کرده‌اند. اما اين مسائل با گذشت زمان حل خواهد شد. در واقع فقط يک مشکل باقي مي‌ماند. شرکت نانومارکتز بر اين باور است که آنچه واقعاً مانع پيشرفت بازار نانوحسگرها شده است عدم وجود ايده مشخص و واضحي براي صنايع مي‌باشد که معلوم نمي‌کند به چه مقدار زمان احتياج است تا بازار اين وسايل رونق پيدا کند. اين امر به نوبه خود مشکل بزرگي را براي سرمايه‌دار‌هاي خطرپذير، بانک‌هاي سرمايه‌گذاري، کميته‌هاي شرکت‌هاي داخلي و سرمايه‌گذاران خصوصي ايجاد مي‌کند.
در مطالعات اخيري که انجام شد، ما موضوع زمان حصول نتيجه را در سطوح مختلفي مورد تحليل قرار داديم و به اين نتيجه رسيديم که به علت طبيعت خرد و متنوع بازار نانوحسگرها، پيداکردن جوابي براي مسأله زمان بسيار دشوار است.
البته براي هر بخش از بازار (و طبعاً براي هر دسته از مشتريان اين محصول) جوابي به دست آمده تا بتوان به کمک آن دورنماي کلي از قضيه پيدا کرد؛ هرچند که اين کار زياد خوشايند نيست.
در تحقيق نانومارکتز فرض شده است که نانوحسگرها در 10 بخش مختلف صنعت به کار گرفته شوند در هر بخش کاربرد شبيه به هم را پيدا خواهند کرد (و در اين صنايع از 7 نوع حسگر استفاده شود؛ حسگرهاي گاز، حسگرهاي زيستي و...) و نيز از 8 روش مختلف چه از جنبه موادي استفاده شود (مانند نانوذرات، پوشش‌هاي نانو، اسپينترونيک و...) در نتيجه 560= 8×7×10 نوع محصول و 560 مشتري براي اين بازار به‌دست مي‌آيند. در بررسي رابطة زمان، بر اين باور هستيم که مي‌بايست پتانسيل هر کدام از اين مشتري‌ها را به شکل زير تحليل کنيم.
اختلاف در پذيرش سناريوهاي نانوحسگرها در هر بخش از صنعت
ما تمام بخش‌هاي عمده صنايع مختلف را به منظور احتمال گسترش نانوحسگرها در آنجا مورد بررسي قرار داديم. فاکتورهايي که در نظر گرفته شد به قرار زير بودند: تمايل به پذيرش فناوري جديد، ميزان حساسيت به قيمت تمام‌شده، طول دوره توليد و مهمتر از همه توانايي منحصر به فرد نانوحسگرها که باعث مي‌شود واحد به خصوصي به آنها احتياج مبرم پيدا کند.
زمان انتظار براي پذيرش نانوحسگرها بسيار متفاوت است. براي مثال مدت زماني که طول مي‌کشد تا نانوحسگرها توسط بخش‌هاي اجرايي پزشکي و نظامي پذيرفته شوند بسيار کوتاه است زيرا به حسگرهاي بسيار کوچک و بسيار حساس در اينگونه صنايع احتياج فراوان است. همچنين به نظر مي‌رسد که نانوحسگرها بتوانند مناسب‌بودن قيمتشان را در مقايسه با فناوري‌هاي ديگر به اثبات برسانند. با اين حال پيش‌بيني مي‌شود در صنعت اتومبيل‌سازي پذيرش نانوحسگرها احتياج به زمان طولاني‌تري داشته باشد، زيرا کاربرد آنها در اين صنعت خيلي شفاف نيست و نيز شركت‌هاي اتومبيل‌سازي نسبت به قيمت تمام‌شده در مقايسه با صنايع ديگر حساس‌ترند.
وجود الگوي کاربرد براي حسگرها در هر بخش از صنعت
در بعضي از بخش‌هاي صنايع مثلاً صنعت اتومبيل، هم‌اکنون به صورت گسترده از حسگرها استفاده مي‌شود و احتمال دارد که نانوحسگرها بتوانند جايگزين حسگرهاي کنوني در اين صنعت شوند. اگر بتوان اين صنايع را قانع کرد که استفاده از نانوحسگرها توجيه اقتصادي دارد، ممکن است حسگرهاي خود را بفروشند و به جاي آنها از نانوحسگرها استفاده کنند.
در بخش‌هاي ديگر، ايدة استفاده از تعداد زيادي حسگر ممکن است ايدة تازه‌اي باشد. مثال خوبي که مي‌توان در اينجا ذکر کرد بخش فناوري اطلاعات است. در اينجا هم مشتريان و هم عرضه‌کنندگان به اهميت نقش حسگرها (نانوحسگرها يا حسگرهاي معمولي) در موفقيت اقتصادي گسترده رايانه‌ها پي مي‌برند. اين امر مي‌تواند پتانسيل کاهش نظم [گسترش] نانوحسگرها را در اين بخش ايجاد کند. همچنين الگوي استفاده از انواع حسگرها مي‌بايست در نظر گرفته شود. نانوحسگرهايي که به عنوان آشکارکننده گازها به کار مي‌روند ممکن است در بسياري از بخش‌هاي صنعت جايي براي خود باز کنند ولي نانوحسگرهاي تشعشعي بيشتر براي بخش‌هاي انرژي و نظامي مفيد هستند و نقش ضعيف‌تري را در فناوري اطلاعات بازي مي‌کنند.
تفاوت در توسة پلاتفرم‌هاي مختلف نانوتکنولوژي براي ساخت نانوحسگرها
همچنان که در بالا اشاره کرديم، در بسياري از نانوحسگرهاي امروزي، نانوذرات مختلف از انواع فلزهاي گرانقيمت گرفته تا خاك رس به کار مي‌روند. در اين ميان مي‌توان گفت نانوحسگرهايي که فناوري آنها بر پايه اسپينترونيک و الکترونيک نانولوله‌اي مي‌باشند، در مراحل اوليه تجاري‌شدن قرار دارند. حسگرهاي مبتني بر نقاط کوانتومي نيز در انتهاي مسير فرآيند تجاري‌شدن قرار گرفته‌اند.
برخي از افرادي که براي تهيه اين گزارش با آنها مصاحبه کرديم، اظهار داشتند که از اين نانوحسگرها مي‌توان به عنوان پايه حسگرهاي توده‌اي شکاري استفاده کرد، اما همگي موافق بودند که تجاري‌شدن آنها به دهه بعدي موکول مي‌شود.
با در نظر گرفتن فاکتورهاي فوق و جمع بندي آنها مي‌توان در هر بخش از صنعت، بازار خاصي را براي حسگرها به صورت تخميني در نظر گرفت و حتي اين امکان وجود دارد که بتوان پتانسيل‌هاي آينده نانوحسگرها را در هر بخش از صنعت با اعداد بيان کرد. نه تنها مي‌توان ميزان مصرف نانوحسگرها را در بخش‌هاي مختلف به‌دست آورد بلکه مي‌توان انواع حسگرهايي که بعدها توسط هر بخش به کار گرفته خواهند شد را تعيين کرد.
جدول ذيل بخش‌هايي را نشان مي‌دهد که بر اساس گزارش جديد نانومارکتز مورد تحليل قرار گرفته‌اند.
اين نوع نمايش بازار هم واضح و هم واقع‌گرا است. وضوح آن به اين دليل است که مواردي واقعي را نشان مي‌دهد که در آن فرصت‌هايي بر پايه معيار سرمايه‌گذاري وجود دارد. ساير معيارها ممکن است نتايج مختلفي بدهند اما در اين مثال خاص فرصت‌هاي چندين بخش کاربردي که در آنها از نانوحسگرها استفاده خواهد شد را نشان نداده‌اند. همچنين واقع گرايي آن به خاطر نشان دادن مقدار واقعي بازارهاي قابل دسترس و موقعيت‌هاي مدل‌هاي تجاري است که مي‌توانند بر پايه آن ايجاد شوند.
شرکت نانومارکتز بر اين باور است که نانوحسگرها، حسگرهاي معمولي را از گردونه رقابت در بازار خارج خواهند ساخت. هر چند پيش‌بيني مي‌کنيم که نانوحسگرها تا سال 2010 بيشتر از 10 درصد بازار حسگرها را به خود اختصاص نداده باشند، ولي اندازه بازار حسگرها به حدي وسيع است که حتي حداقل رشد نانوحسگرها در اين بازار به معني کسب درآمدي معادل چند ميليارد دلار خواهد بود و اين مقدار فقط ظرف مدت چند سال به دست خواهد آمد. در دست داشتن اين مقدار از بازار شانس خوبي را براي رسيدن به چنين هدفي ايجاد مي‌کند.

منابع :
http://nano.ir/
http://www.irche.com
www.sharghian.com
/الف