به گزارش خبرگزاری بسیج به نقل از خبرگزاری علم و فناوری، نانو حسگرها و حسگرهای توانمند شده با فناوری نانو کاربردهای مختلفی در صنایع گوناگون مانند حمل و نقل، ارتباطات، ساخت و ساز و تسهیلات رفاهی، پزشکی، کشاورزی، سلامتی، و ایمنی ملی که شامل دفاع ملی و عملیات نظامی است، دارند.
کاربردهای نانوفناوری در کشاورزی: نانو آفتکش ها، نانو کودها، نانو علفکش ها و نانو حسگرها.
یکی از نقش های اصلی ابزارهای مبتنی بر فناوری نانو افزایش استفاده از حسگرهای خودکاری است که برای کنترل بلادرنگ به دستگاه های GPS متصل می شوند. این نانوحسگرها می توانند در سراسر کشتزار پخش شده و شرایط خاک و رویش محصول را کنترل و تنظیم کنند. استفاده از این نوع شبکه های بی سیم تنها به مزارع مربوط نمی شود. به عنوان مثال برای کنترل فروشگاه های مواد خوراکی نانوحسگرهایی را به کار گرفته اند که در تشخیص مواد غذایی تاریخ گذشته بسیار موثر هستند. اجتماع فناوری های نانو و بیو در حسگرها ابزاری را خواهد ساخت که قادر به عکس العمل سریع در مقابل تغییرات محیطی باشد.
با به کارگیری نانولوله ها یا نانو حامل ها می توان نانوحسگرهای کوچکی را که قادرند اندازه یک پروتئین و یا حتی مولکول های کوچک تر را محاسبه کنند، ساخت. همچنین، می توان نانو سطوح یا نانو ذره هایی ساخت که قادرند در مقابل آلوده کننده هایی مثل باکتری ها، سیگنال الکتریکی و شیمیایی تولید کنند.
دیگر نانو حسگرها با واکنش های آنزیمی یا به کمک درخت سان هایی که به مواد شیمیایی و پروتئین های هدف متصل می شوند، کار می کنند. با به کار گیری حسگرهای هوشمند در این شیوه کشاورزی، می توان میزان تولید را بالا برده و به کشاورزان در تصمیم گیری بهتر کمک کرد. به طور کلی کشاورزی دقیق نگرش جدیدی در مدیریت مزرعه است که امروزه با استفاده از نانو حسگرها مشخص می شود که هر قسمت کوچک از مزرعه به چه میزان عناصر غذایی و سم نیاز دارد و بدین وسیله از آلودگی محیط زیست جلوگیری کرده، سلامت محصولات و افزایش بازده اقتصادی را ممکن می سازد.
نانو حسگرها می توانند با کنترل دقیق و گزارش دهی به موقع نیازهای گیاهان به مرکز پردازش اطلاعات، سیستم را در نگهداری محصولات یاری کنند. ساختارهای نانویی می توانند گلخانه هایی در حجم کم اما انبوه پدید آورند که تقریباً با اندازه ای برابر 10 درصد کل مزارع زیر کشت در حال حاضر، قادرند جمعیت کنونی جهان را تغذیه کنند. در این صورت میلیون ها هکتار از زمین های کشاورزی به محیط های طبیعی برای سکونت حیوانات در سراسر جهان بازگردانده می شوند.
بینی الکترونیکی یک طراحی تقلیدی از بینی انسان است در این طراحی از حسگرهای گازی برای شناسایی بوها استفاده می شود. این حسگرها بر پایه نانو ذراتی همانند نانوسیم های اکسید روی ساخته می شوند. تغییر در مقاومت این مواد باعث ایجاد سیگنال های الکتریکی شده که عاملی برای شناسایی به حساب می آید. الگوی حاصل از این تغییر سیگنال حاصله از حسگر، نمونه، کیفیت و کمیت بو را به کاربر می دهد. به کارگیری نانو ذرات، منطقه سطحی گسترده تری برای جذب گاز فراهم می آورند ضایعات غذایی با نانو حسگرها قابل تشخیص هستند. برای مثال تعداد زیادی از نانو ذرات فلورسانتی با رنگ های مختلف در تماس با پاتوژن های غذایی برای تشخیص آلودگی به کار برده می شوند.
مقایسه عملکرد مغز انسان و بینی الکترونیکی.
نانو حسگرها توانایی تشخیص پاتوژن را در زمان های بسیار کوتاه (تا چند دقیقه و ثانیه) دارند. چنین نانو حسگرهایی می توانند مستقیماً در ماده بسته بندی مواد غذایی قرار داده شوند به طوریکه نقش بینی یا زبان الکترونیکی برای تشخیص مواد شیمیایی حاصله از ماده غذایی را بازی کند. نمونه نانو حسگرهای طراحی شده بر مبنای سیستم میکروفلوئید در تشخیص پاتوژن ها در زمان های کوتاه با سرعت و حساسیت بالایی به کار برده می شوند. مزیت اصلی این نانو حسگرهای میکروفلوئیدی کوچک بودن آنها و توانایی در تشخیص مواد در حجم های بسیار کم (میکرولیتری) است، که این ابزار را برای آنالیز شیمیایی در حوزه های پزشکی و بیولوژیک مناسب ساخته است.
در سیستم های آنالیز غذا، سیستم های نانوالکترومکانیکی که شامل بخش هایی در ابعاد نانو و میلی بعدی است، طراحی شده اند که می توانند محیط انبار غذایی را کنترل و به عنوان ابزاری در محافظت غذایی به کار برده شوند. یک اسپکترومتر دیجیتالی با به کارگیری فناوری سیستم های نانوالکترومکانیکی قادر است مقدار چربی ترانس موجود در غذا را تعیین کند. این سیستم ها می توانند در طراحی کنترل کیفیت غذاها به علت وجود ترانس دیوسرهای پیشرفته برای تشخیص خاص سیگنال های شیمیایی و بیوشیمیایی به کار برده شوند. سیستم های میکرونانو بعدی مزایای زیادی را برای صنعت غذایی همانند طراحی دستگاه های قابل حملی همراه با پاسخ سریعتر، هزینه کمتر و ارتباط هوشمندانه در بین سطوح فرکانس مختلف به کاربر دهد. در حوزه های سلامت و کیفیت غذایی نیز این سیستم ها به دلیل توانایی آنها در تشخیص و مونیتورینگ هر گونه تغییر در شرایط نگهداری، انبار و بسته بندی مواد غذایی مناسب هستند.
نانو کانتیلورها گروهی دیگر از حسگرهای زیستی بوده که اصول تشخیصی آنها بر پایه توانایی در تشخیص برخوردهای متصل به ساختارهای زیستی است (به عنوان نمونه آنتی ژن و آنتی بادی، آنزیم و سوبسترا یا کوفاکتور و گیرنده و لیگاند در بین سیگنال الکترومکانیکی یا فیزیکی). آنها شامل ساختارهایی بر پایه سیلیکون بوده که ظرفیت شناسایی پروتئین ها و باکتری ها و ویروس های پاتوژنیک را دارند. این طراحی در مطالعات مولکولی و تشخیص مواد شیمیایی آلوده کننده، مواد سمی و آنتی بیوتیک های باقیمانده در محصولات غذایی کاربرد خوبی دارد. تشخیص پاتوژن بر مبنای توانایی آنها در ایجاد فرکانس های متعدد ارتعاشی روی جرم موجودات بیماری زا است. چنین ابزارهایی برای تشخیص سرطان و یا پاتوژن ها در غذا و آب بر اساس برخوردهای بین لیگاند گیرنده طراحی شده است. سطح سیلیکونی نانو کانتیلورها می تواند با آنتی بادی ها پوشش داده شود که باعث تغییر فرکانس رزنانسی روی ماده اتصال یافته می شود. محققان با روش اصلاح سطح با آگاروز توانستند باکتری اشرشیا کلی که عامل آلودگی آب و محصولات غذایی است را تشخیص دهند.
به نظر می رسد با توجه به استفاده گسترده از نانو زیست حسگرها در حوزه های مختلف زندگی بشر امروز و کاربردهای متنوع آن، به ویژه در بخش کشاورزی و صنایع غذایی در سراسر جهان، لازم است سیاست گذاران و برنامه ریزان بخش کشاورزی کشورمان بسترهای مورد نیاز جهت توسعه این فناوری های نوین و اثربخش را در دستور کار خود قرار دهند.
