بکارگیری فناوری نانو در ساخت نانوحسگرهای پایش کیفیت آب

۱. فناوری نانو

به مجموعه فناوری‌های مربوط به ساخت و دست‌کاری مواد در ابعاد کمتر از ۱۰۰ نانومتر، تکنیک‌های شناسایی و جداسازی آن‌ها و همچنین کاربرد آن‌ها در زمینه‌های گوناگون اطلاق می‌شود. زمانی که مواد برای داشتن حداقل یک بعد در مقیاس نانو دست‌کاری ‌می‌شوند، خواصی متفاوت با خواص فیزیکی و شیمیایی معمول خود پیدا ‌می‌کنند. این خواص که مواردی مانند افزایش مقاومت فیزیکی و شیمیایی، بالا بردن میزان هدایت گرما و الکتریسیته، توانایی پاسخ به محرک‌های گوناگون (مثل میدان مغناطیسی یا الکتریکی) و… را شامل ‌می‌شوند، کاربرد گسترده‌ای برای فناوری نانو به وجود آورده‌اند که عموماً تحت عنوان علوم و تحقیقات درزمینهی مواد پیشرفته[1] شناخته ‌می‌شود.

—————————————–

[1] Advanced Materials

 

 

 

۲. حسگرها

حسگر یا سنسور در اصل یک نوع مبدل انرژی[1] است که ‌می‌تواند برخی خواص مربوط به محیط اطرافش را تشخیص بدهد. حسگرها اتفاقات یا تغییرات در کمیت‌های مختلف را تشخیص داده و نتیجه را به‌صورت یک سیگنال خروجی متناظر با تغییرات حاصل‌شده، که عموماً یک سیگنال الکتریکی یا نوری است، نمایش می‌دهند. حسگرها انواع مختلفی دارند و کاربردهای بسیار زیادی در زمینه‌های مختلف پیدا کرده‌اند. یکی از مهم‌ترین انواع حسگرها که امروزه بسیار موردتوجه قرار گرفته‌اند، نانوحسگرها هستند. نانوحسگرها در اصل حسگرهای شیمیایی، فیزیکی یا بیولوژیکی در ابعاد نانو هستند که ‌می‌توانند تغییرات ایجاد شده در مقیاس نانو را با حساسیت و دقت بسیار بالا تشخیص داده، جمع‌آوری نموده و به دنیای ماکروسکوپی[2] انتقال دهند. درنتیجه یکی از مهم‌ترین مشخصات مورد نیاز حسگرها و نانوحسگرها این است که باید دارای حساسیت و قدرت تشخیص بالایی باشند تا بتوان به داده‌های آن‌ها اعتماد کرد.

 

بینی الکترونیکی[3]؛ آرایه‌ای از نانوحسگرها برای تعیین آلودگی‌های موجود در هوا و تشخیص نشت گازها [1].

۳. عوامل آلودگی‌ آب‌

آب مهم‌ترین و بنیادی‌ترین عامل حیات موجودات زنده است و از این نظر جلوگیری از آلودگی آب نیز به همان نسبت مهم و مورد توجه می‌باشد. آلودگی آب عبارت است از؛ افزایش غلظت گونه‌های شیمیایی، فیزیکی یا بیولوژیکی که موجب تغییر خواص و نقش اساسی آب در مصارف مختلف شود. عوامل آلوده‌کننده آب بسیار گوناگون‌اند و می‌توانند هم منابع آب‌های زیرزمینی و هم آب‌های سطحی را آلوده کنند. مهم‌ترین عوامل آلودگی آب عبارت‌اند از: مواد و گونه‌های آلی، میکروب‌ها و باکتری‌ها، برخی یون‌های فلزی، فلزات سنگین، آنیون‌هایی مانند نیترات و فسفات، فاضلاب‌های صنعتی و شهری، حشره‌کش‌ها و آفت‌کش‌ها و… . بررسی، تشخیص و پایش هر کدام از این آلودگی‌ها و نظارت دائمی بر منابع آب و سلامت آن از اهمیت بسیار ویژه‌ای برخوردار است و این امر بدون داشتن ابزار مناسب و بر اساس رنگ و بوی آب، تقریبا غیرممکن خواهد بود. مهم‌ترین و پرکاربردترین ابزارها برای این منظور، حسگرها و نانوحسگرها هستند که توجه بسیار زیادی را به خود منعطف کرده‌اند.

——————————–

[1] Transducer

[2] Macroscopic

[3] Electrical Nose

 

 

 

۴. نانوحسگرهای پایش کیفیت آب

اگرچه حسگرهای مختلفی برای آشکار نمودن آلودگی‌ها و مواد آلاینده وجود دارند، ولی فناوری نانو امکان ایجاد نسل‌های جدیدی از حسگرها با توانایی بالا در اندازه‌گیری یک یا چند مورد از آلاینده‌ها (شکل ۲) را بصورت قابل حمل فراهم ‌می‌نماید که قادر هستند، مواد آلاینده را در مقادیر و غلظت‌های بسیار کم آشکار ‌‌نمایند. در بحث بررسی تشخیص آلودگی‌ها و پایش کیفیت آب، نانوحسگرها به‌طور کلی شامل نانوحسگرهای زیستی و نانوحسگرهای شیمیایی ‌می‌باشند. این نانوحسگرها ‌می‌توانند انواع عوامل بیماری‌زا را شامل مقادیر بسیار اندک میکروب‌ها و سموم حاصل از آن‌ها، انواع ترکیبات شیمیایی و یون‌های موجود در آب را در حد یک قسمت در میلیارد[1] (ppb) به‌طور پیوسته و با سرعت زیاد شناسایی کنند. از جنبه کاربردی ‌می‌توان نانوحسگرها را بر اساس نوع آلودگی‌ و پارامترهایی که نیاز به پایش دارند، دسته‌بندی نمود که مهم‌ترین آن‌ها شامل این موارد می‌باشد: نانوحسگرهای پایش pH، نانوحسگرهای اندازه‌گیری میزان اکسیژن حل‌شده در آب[2]، نانوحسگرهای پایش و اندازه‌گیری مقدار کل آلودگی‌های میکروبی و باکتریایی[3]، نانوحسگرهای اندازه‌گیری میزان نیترات[4]، نانوحسگرهای اندازه‌گیری میزان فسفات[5]، نانوحسگرهای اندازه‌گیری میزان کل جامدات حل‌شده در آب[6]، نانوحسگرهای اندازه‌گیری میزان کدر بودن[7] آب و نانوحسگرهای اندازه‌گیری غلظت حشره‌کش‌ها و آفت‌کش‌ها.

 

شکل ۲. یک نمونه از حسگرهای پایش کیفیت آب تجاری با توانایی بررسی pH، دما، کدورت، میزان اکسیژن محلول در آب، هدایت ویژه آب و اندازه‌گیری میزان نیترات، آمونیوم و کلر موجود در آب که برخی الکترودهای آن را نانوحسگرها تشخیص می‌دهند [2].

۵. فناوری نانو در حسگرهای پایش pH

در بحث پایش کیفیت آب هم برای مصارف آشامیدنی و هم برای مصارف غیر آشامیدنی، پایش pH آب از اهمیت ویژه‌ای برخوردار است؛ زیرا pH آب مصرفی از یک طرف یک فاکتور بسیار مهم در حفظ سلامتی موجودات زنده است و از طرف دیگر، بر روی فرایندهای صنعتی تأثیر غیرقابل انکاری می‌گذارد. امروزه با پیشرفت گسترده فناوری نانو، این فناوری نیز به‌نوبه خود نقش به سزایی در بحث حسگرهای پایش pH آب ایفا نموده است که می‌توان آن را در دو جنبه اساسی دانست: ۱- استفاده از ترکیبات نانو و برخی فناوری‌های نانو در ساخت اجزای سازنده این حسگرها مثل بدنه حسگر، روکش‌های ایجادشده بر روی حسگر و… که تاکنون در تعداد اندکی از حسگرهای تجاری اندازه‌گیری pH به کار رفته‌است (شکل ۳-الف). ۲- تحقیق و بررسی بر روی نانوحسگرهای پایش pH و توسعه آن‌ها؛ که عمدتاً به‌صورت دانشگاهی صورت گرفته و معمولاً در موارد خاصی مثل دارورسانی و… به‌صورت تجاری عرضه می‌شوند (شکل ۳-ب).

———————————————-

[1] Part per billion (ppb)

[2] Dissolved Oxygen (DO)

[3] Total Coliform (TC)

[4] Nitrate (NO₃^–)

[5] Phosphate (PO₄^3-)

[6] Total Dissolved Solids (TDS)

[7] Turbidity

 

 

شکل ۳. الف) حسگرهای pH با بدنه یکپارچه غیر شیشه‌ای بسیار مقاوم و ساخته‌شده با استفاده از ترانزیستورهای اثر میدان حساس به یون[1] که با نانوذرات طلا پوشیده شده است [3]، ب) نانوحسگر اندازه‌گیری pH با استفاده از تابش فلورسانس نقاط کوانتومی[2] پوشیده شده با پلیمرهای حساس به pH که بر روی سطح اکسید گرافن[3] قرار گرفته‌اند [4]. نقاط کوانتومی یکی از مهمترین انواع نانوذرات هستند که معمولا ابعادی کمتر از ۱۰ نانومتر داشته و در صورتی‌که در معرض یک تابش با طول موج مناسب قرار بگیرند از خود نوری با طول موج مشخص نشر می‌دهند که تحت عنوان فلورسانس شناخته می‌شود. تابش فلورسانس  نقاط کوانتومی و شدت آن وابسته به ابعاد آنها است و همچنین می‌تواند در اثر تغییر شرایط محیطی مثل pH تغییر کند.

 

——————————————————————————-

[1] Ion Sensitive Field Effect Transistor (ISFET)

[2] Quantum Dots

[3] Graphene oxide

 

 

۶. نانوحسگرهای اندازه‌گیری میزان اکسیژن حل‌شده در آب (DO[1])‌

میزان اکسیژن حل‌شده در سیستم‌های فیزیولوژیکی و زیست‌محیطی نشانگر میزان فعالیت فیزیکی، شیمیایی و بیوشیمیایی است؛ بنابراین ارزیابی میزان اکسیژن حل‌شده در محلول‌های آبی یک امر بسیار ضروری می‌باشد و در کاربردهای گوناگونِ صنعتی، زیست‌محیطی، دارویی و… یکی از معیارهای بسیار مهم به شمار می‌آید. مهم‌ترین و پرکاربردترین روش اندازه‌گیری میزان اکسیژن حل‌شده در آب، استفاده از حسگرها می‌باشد. در این میان طراحی و استفاده از نانوحسگرهای اندازه‌گیری میزان اکسیژن حل‌شده در آب نیز به‌‌صورت روزافزون در حال رشد و توسعه است و در همین راستا هرساله نانوحسگرهای مختلفی برای اندازه‌گیری میزان اکسیژن حل‌شده در آب معرفی شده و برخی از آن‌ها نیز به‌صورت تجاری در دسترس قرار می‌گیرند. به‌عنوان مثال یک گروه کره‌ای یک نانوحسگر الکتروشیمیایی برای اندازه‌گیری میزان اکسیژن حل‌شده در آب ارائه کرده‌اند (شکل ۴) که الکترود کار آن از نانوذرات پلاتین متخلخل نشانده شده بر روی سیلیکون، تشکیل شده است و دارای حساسیت بسیار بالایی می‌باشد [5].

 

شکل ۴. نانوحسگر الکتروشیمیایی برای اندازه‌گیری میزان اکسیژن محلول در آب با استفاده از الکترود کارِ تشکیل شده از نانوذرات پلاتین متخلخل نشانده شده بر روی سیلیکون که دارای ابعاد ۱۵×۱۰ میلی‌متر می‌باشد [5].

 

———————————————

[1] Dissolved Oxygen

 

 

 

۷. نانوحسگرهای پایش مقدار کل آلودگی‌ میکروبی و باکتریایی

آلودگی میکروبی آب به‌عنوان یکی از مضرترین آلودگی‌ها بر روی سلامت موجودات زنده شناخته می‌شود و پایش آن بسیار ضروری است. یکی از مشکلات اساسی در بحث پایش این نوع آلودگی، نیاز به اندازه‌گیریِ سریعِ غلظت‌های بسیار پایین عوامل بیماری‌زا (حساسیت بسیار بالای حسگر) می‌باشد. استفاده از حسگرها و نانوحسگرها، یکی از بهترین راهکارها برای حل این مشکل است و در همین راستا امروزه حسگرهای تجاری زیادی برای اندازه‌گیری آلودگی‌های میکروبی به بازار عرضه شده است. همگام با دیگر بخش‌ها، در سال‌های اخیر فناوری نانو در این حوزه نیز موجب پیشرفت‌ کارایی، حساسیت و سرعت حسگرها و همچنین توسعه نانوحسگرهای اندازه‌گیری آلودگی‌های میکروبی در مقیاس آزمایشگاهی و تحقیقاتی و حتی تجاری شده است، به‌نحوی‌که امروزه چندین نانوحسگر تجاری در این حوزه به بازار معرفی گردیده است. شکل ۵ یک نمونه تجاری از یک حسگر برای اندازه‌گیری این نوع آلودگی با استفاده از نانوذرات را به همراه دستگاه آن نشان می‌دهد که به‌صورت یک کارتریج (محفظه‌ای با شکل و ابعاد مشخص که برای قرار گرفتن در یک دستگاه خاص ) طراحی ‌شده است. سطح داخلی این نانوحسگر از قبل به‌وسیله نانوذرات فلورسانس کننده‌ای که بر روی سطح آن‌ها پلیمرهای حساس به میکروب قرارگرفته، پوشیده شده است و به‌عنوان محیط رشد میکروب‌ها نیز عمل می‌کند. درصورتی‌که درون نمونه آب، میکروبی وجود داشته باشد، پلیمرها با آن برهمکنش کرده و از سطح نانوذرات جداشده و موجب ایجاد فلورسانس در آن‌ها می‌شوند که اثر فلورسانس مشاهده شده، متناسب با غلظت میکروب‌ها است.

 

شکل ۵. دستگاه و نانوحسگر تشخیص و اندازه‌گیری آلودگی‌های میکروبی و باکتریایی ساخته شده توسط شرکت Veolia؛ اساس کار این نانوحسگر که به‌صورت کارتریج طراحی‌شده است، استفاده از نانوذرات فلورسانس کننده پوشیده شده با پلیمرهای حساس به میکروب و باکتری می‌باشد [6].

 

 

 

۸. نانوحسگرهای اندازه‌گیری میزان یون‌های فسفات و نیترات

یون‌های فسفات و نیترات در عمل به‌طور مستقیم جزء ترکیبات آلاینده آب به شمار نمی‌آیند، بلکه آثار جانبی ناشی از حضور آن‌ها در آب است که می‌تواند مشکل‌ساز شود. نیتروژن و فسفر دو عنصر موردنیاز گیاهان و موجودات زنده برای ادامه حیات می‌باشند؛ یون‌های فسفات و نیترات به‌عنوان منابع اصلی این عناصر شناخته شده و از همین رو در ساخت کودهای شیمیایی کاربرد گسترده‌ای پیداکرده‌اند. علیرغم فواید این نوع کودها در رشد و نمو گیاهان، استفاده بیش از حد نیاز از این کودها باعث رها شدن حجم عمده‌ای از آن‌ها در منابع آب می‌شود که این موضوع به‌نوبه خود باعث افزایش رشد و نمو جلبک‌ها و درنتیجه مصرف مقدار بیشتری از اکسیژن محلول در آب می‌شود. رشد بیش‌ازحد جلبک‌ها حیات آبزیان را تحت تأثیر قرار داده و موجب مرگ آن‌ها و حتی تخریب منابع آب و تبدیل آن‌ها به مرداب و باتلاق خواهد شد. از این ‌رو اندازه‌گیری مقدار این یون‌ها بسیار حائز اهمیت می‌باشد و حسگرهای مختلفی برای انجام این کار در بازار موجود می‌باشد. در سال‌های اخیر برای تشخیص و اندازه‌گیری این یون‌ها نانوحسگرهایی نیز توسعه یافته و به بازار معرفی شده‌اند. یک نمونه از این نانوحسگرها که با استفاده از نانوذرات طلا و برای اندازه‌گیری یون‌های فسفات، نیترات و نیتریت ساخته شده است در شکل ۶ قابل مشاهده است.

 

شکل ۶. نانوحسگر نوری ساخته شده با استفاده از نانوذرات طلا برای اندازه گیری همزمان یون‌های نیترات، فسفات و نیتریت توسط شرکت فرانسوی Metemis؛ این نانوحسگر بر اساس میزان جذب نانوذرات طلا و تغییرات آن در اثر برهمکنش نانوذرات با این یون‌ها طراحی شده است [7].

 

 

۹. فناوری نانو در حسگرهای اندازه‌گیری میزان کل جامدات محلول در آب (TDS)[1]

TDS شامل مجموع نمک‌های معدنی (کلریدها، بی‌کربنات‌ها و سولفات‌هایِ پتاسیم، کلسیم، منیزیم و سدیم) و مقادیر کمی از ترکیبات آلی محلول در آب می‌باشد. مقدار TDS استاندارد برای آب آشامیدنی ppm ۵۰۰ است و تجاوز TDS از این مقدار باعث ایجادِ بو و مزه ناخوشایند در آب می‌شود. از آنجا که TDS معیاری از میزان سختی آب نیز می‌باشد، کنترل میزان TDS در صنایع مختلف نیز از اهمیت ویژه‌ای برخوردار است و در این راستا حسگرهای مختلفی برای اندازه‌گیری و پایش میزان TDS توسعه یافته و به بازار ارائه شده است. امروزه فناوری نانو نیز در ساخت حسگرهای TDS مورد استفاده قرار می‌گیرد اما باتوجه به اینکه تقریبا تمام حسگر‌های تجاری اندازه‌گیری TDS حسگرهای الکتروشیمیایی هستند و با یک استاندارد مشخص تولید می‌شوند، کاربرد فناوری نانو به ایجاد پوشش‌های نانو بر روی حسگرها محدود شده است. یکی از فعالین در این حوزه، سازمان آمریکایی TCEQ [2] می‌باشد که پوششی از نانوپلیمرها را بر روی سطح برخی حسگرها ایجاد می‌کند. حسگر TDS این شرکت که دارای پوشش نانوپلیمر در تصویر 7 قابل مشاهده است [8].

 

شکل ۷. حسگرهای TDS با پوشش نانوپلیمر جهت جلوگیری از ایجاد رسوب بر روی حسگر [8].

 

——————————————————-

[1] Total Dissolved Solids (TDS)

[2] Texas Commission on Environmental Quality

 

 

 

 

 

۱۰. نانوحسگرهای اندازه‌گیری و تشخیص حشره‌کش‌ها و آفت‌کش‌ها

یکی از ملزومات اساسی صنایع کشاورزی پیشرفته، استفاده از حشره‌کش‌ها و آفت‌کش‌ها برای افزایش بهره‌وری در محصولات کشاورزی است. اما متاسفانه مانند دیگر ترکیبات شیمیایی، این دسته از ترکیبات نیز دارای عوارض جانبی زیادی هستند؛ به نحوی که استفاده از بسیاری از آنها ممنوع و استفاده از برخی دیگر نیز کاهش یافته است. متداول‌ترین روش تشخیص و اندازه‌گیری این ترکیبات، استفاده از روش‌های کروماتوگرافی[1] می‌باشد که عموما پیچیده، گران قیمت و در برخی موارد زمان‌گیر هستند؛ لذا توسعه ابزار و روش‌های سریع، ارزان، ساده، قابل اعتماد و حتی قابل حمل برای تشخیص این ترکیبات از اهمیت ویژه‌ای برخوردار است. حسگرها و به تبع آن نانوحسگرها از جمله ابزرای هستند که می توانند این شرایط را محیا نمایند، از همین رو تحقیقات گسترده‌ای بر روی این زمینه صورت گرفته است که نتایج آنها در پایگاه‌های اطلاعاتی در دسترس هستند. از جمله تحقیقاتی که در زمینه نانوحسگرهای تشخیص آلودگی آفت‌کش و حشره‌کش‌ها صورت پذیرفته و به بازار راه یافته می توان به یک نانوحسگر ارزان قیمت و قابل حمل با کارایی بالا به نام Spreeta است. طرح اولیه این حسگر اولین بار در دهه ۹۰ میلادی توسط شرکتTexas Instruments طراحی و توسعه داده شد و در ساختار آن از یک ورقه طلا استفاده می شود که بر حسب نوع آنالیت پوشش مختلفی بر روی آن ایجاد می شود و کاربردهای متنوعی در تشخیص ترکیبات گوناگون دارد. امروزه گروه‌های تحقیقاتی و شرکت‌های مختلف بهبودها و تغییراتی در این حسگر ایجاد کرده‌اند و طی آن در انواع جدیدتر این حسگر برای بهبود حساسیت از نانوذرات طلا با پوششهای مختلف استفاده می‌کنند و آن را به نانوحسگری تبدیل کرده‌اند که در اندازه‌گیری ترکیبات مختلفی به کار می رود. یکی از مهم‌ترین کاربردهای این نانوحسگر در اندازه‌گیری آفت‌کش‌ها و حشره‌کش‌ها است که براساس تشدید پلاسمون سطحی[2] نانوذرات طلای پوشیده شده با ترکیبات حساس به آفت‌کش‌ها و حشره‌کش‌ها عمل می‌کند (شکل ۸). در تکنیک تشدید پلاسمون سطحی تفاوت میزان برهمکنش نور با سطح نانوذرات طلا در حضور و عدم حضور حشره‌کش یا آفت‌کش برای تعیین حضور و اندازه‌گیری آن‌ها مورد استفاده قرار می‌گیرد.

 

 

شکل ۸. نانوحسگر قابل حمل Spreeta با قابلیت اتصال به پورت USB برای تشخیص و اندازه‌گیری ترکیبات مختلف از جمله حشره‌کش‌ها و آفت‌کش‌ها بر اساس تکنیک تشدید پلاسمون سطحی (SPR) طلا و نانوذرات طلا [9].

 

——————————————

[1] Chromatography

[2] Surface Plasmon Resonance (SPR)

 

 

 

۱۱. نانوحسگرهای اکسیژن مورد نیاز شیمیایی (COD)[1] و بیوشیمیایی (BOD)[2]

اکسیژن مورد نیاز شیمیایی (COD) و بیوشیمیایی (BOD) از شاخص‌های مهم کیفیت آب می باشند و در اصل نشان دهنده ترکیبات و موادی می باشند که می توانند به‌وسیله اکسیدکننده‌های آلی (مثل پرمنگنات و دی‌کرومات) اکسید یا به‌وسیله باکتری‌ها تخمیر شوند. هر چه مقدار این دو شاخص کمتر باشد، میزان اکسیژن محلول در آب بیشتر است و نشانگر کیفیت بالاتر آب می‌باشد. اندازه‌گیری BOD زمان‌گیر است و معمولا نیاز به ۵ روز زمان دارد، اما COD  آزمایشی سریعتر بوده و از این رو کاربرد بیشتری پیدا کرده‌است. امروزه روش‌ها و دستگاه‌های متفاوت و بسیار زیادی برای این دو نوع تست در بازار موجود است که در برخی از آنها از فناوری ‌نانو بهره گرفته شده‌است. یک نمونه از این محصولات که توسط شرکت Mantech طراحی و ساخته شده، دستگاه اندازه‌گیری اکسیژن مورد نیاز شیمیایی مدل PeCOD می‌باشد که در آن از یک نانوحسگر از جنس نانوذرات اکسید تیتانیوم (TiO₂) استفاده شده و تصویری از آن در شکل 9 قابل مشاهده است [10].

شکل ۹. دستگاه اندازه‌گیری اکسیژن مورد نیاز شیمیایی (COD) ساخته شده توسط شرکت Mantech (سمت چپ)؛ و نانوحسگر استفاده شده در این دستگاه که در ساخت آن از نانوذرات اکسید تیتانیوم استفاده شده است (سمت راست) [11].

 

=———————————————————-

[1] Chemical Oxygen Demand (COD)

[2] Biochemical Oxygen Demand (BOD)

 

 

 

 

۱۲. بازار نانوحسگرهای پایش کیفیت آب

در سال های اخیر فناوری نانو توسعه بسیار چشمگیری داشته و به تدریج در مسیر تجاری سازی قدم گذاشته است، به نحوی که امروزه سرمایه گذاری کلانی بر روی ارائه محصولات بر پایه فناوری نانو در سراسر دنیا انجام می‌شود و این فناوری و محصولات مربوط به آن بازار بسیار بزرگی را در بخش‌های مختلف صنعتی و غیرصنعتی در اختیار گرفته است. یکی از مهمترین این بخش‌ها، تصفیه آب و فاضلاب و پایش کیفیت آب است که با توجه به آمار ارائه شده (شکل ۱۰)، در حال حاضر محصولات بر پایه فناوری نانو بازاری در حدود ۲ میلیارد  دلار در سال را در این حوزه به خود اختصاص داده‌اند و شامل نانوذرات، نانوکاتالیست‌ها، نانوفیلترها و نانوحسگرها می‌باشند [12].

متاسفانه تا به امروز فقط بخش کوچکی از این بازار بسیار بزرگ به نانوحسگرها (در حوزه آب و فاضلاب) اختصاص یافته و فقط چیزی در حدود ۶ تا ۷ میلیون دلار را شامل می‌شود. البته لازم به ذکر است که این آمار در مقایسه با بازار کلی نانوحسگرها در حوزه‌های مختلف که چیزی در حدود ۲۰ میلیون دلار است، آمار بسیار خوبی به حساب می‌آید و سهمی نزدیک به ۳۰ درصد از بازار کل نانوحسگرها را در برمی‌گیرد. بر اساس پیش بینی‌های انجام شده، بازار کلی نانوحسگرها تا سال ۲۰۲۱ افزایش چشمگیری پیدا خواهد کرد و از مرز ۱۲۰۰ میلیون دلار عبور می‌کند که حدود ۲۰۰ میلیون دلار از آن و به نانوحسگرهای استفاده شده در حوزه آب و فاضلاب اختصاص خواهد داشت [13].

 

 

در خصوص بازار داخلی نیز، هرچند گزارشی به‌صورت ویژه در خصوص نانوحسگرهای آب ارائه نگردیده است، می‌توان اذعان داشت که با توجه به حجم بالای تحقیقات دانشگاهی در بحث حسگر، پتانسیل‌های خوبی برای حرکت به سمت محصولات فوق وجود دارد.

——————————————————————–

۱۳. جمع بندی

نانوحسگرها یکی از مهم‌ترین و کاربردی‌ترین ابزار نانویی هستند که پتانسیل‌ بالقوه‌ای در زمینه‌های مختلف صنعتی و غیرصنعتی از جمله بحث‌های زیست‌محیطی و حوزه آب و فاضلاب دارند. این حوزه از فناوری نانو در حال توسعه و پیشرفت بوده و هر ساله به تعداد تحقیقات انجام شده و محصولات تجاری معرفی شده در این زمینه افزوده می‌شود. در حال حاضر فقط تعداد بسیار کمی از شرکت‌ها و کارخانه‌ها نانوحسگرهایی (یا حسگرهای ساخته شده با کمک فناوری نانو) برای تشخیص آلودگی آب و فاضلاب و همچنین پایش کیفیت آب به بازار ارائه می‌کنند و یافتن یک نانوحسگر مناسب برای برخی کاربردها در این حوزه کاری دشوار خواهد بود که البته بر اساس گزارشات و پیش بینی‌های معتبر صورت گرفته در این زمینه، در چند سال آینده این وضعیت تغییر خواهد کرد و نانوحسگرهای تجاری بیشتری در حوزه آب و فاضلاب در دسترس خواهند بود.

——————————————————————–

۱۴. مراجع

1. http://www.vaporsens.com/gas-vapor-sensors/.
2. https://www.ysi.com/6920-V2-2.
3. https://www.honeywellprocess.com/en-US/explore/products/instrumentation/analytical-instruments-and-sensors/ph-orp/Pages/durafet-non-glass-ph-sensor.aspx.
4. Paek, K., et al., Efficient colorimetric pH sensor based on responsive polymer–quantum dot integrated graphene oxide. ACS nano, 2014. 8(3): p. 2848-2856.
5. Park, Y.J.L.J.Y., A Highly Miniaturized Dissolved Oxygen Sensor Using a Nanoporous Platinum Electrode Electroplated on Silicon. Journal of the Korean Physical Society, 2011. 58(5): p. 1505-1510.
6. http://technomaps.veoliawatertechnologies.com/tecta/en/tecta-cartridge.htm.
7. http://www.metemis.com/en/produits/concentration-probe-sensors/class-3-sensors/.
8. https://www.tceq.texas.gov/waterquality/monitoring/cwqm_sops.html.
9. http://www.sensata.com/sensors/index.htm.
10. http://www.mantech-inc.com/.
11. http://www.mantech-inc.com/pecod/.
12. David E. Reisner, T.P., Aquananotechnology: Global Prospects. 2014: CRC Press.
13. Allen, G., NanoMarkets Report #701, Nanosensor Markets 2014. 2014.

 

——————————————————————– 

تهیه‌کنندگان

• صابر زارع (شیمی تجزیه)

 

• احسان فریدی (شیمی تجزیه)

 

• دکتر محسن سروری (شیمی تجزیه دانشگاه شیراز)

 

گروه رصد و پایش محتوای بخش ترویج صنعتی ستاد توسعه فناوریهای نانو و میکرو

——————————————————————–

هرچند گزارش حاضر در فرمت مجموعه گزارش‌های نانوحسگر تهیه شده، می‌تواند در مجموعه گزارش‌های آب نیز ارائه شود.

برای دسترسی به فایل PDF کلیه گزارشات، به بخش گزارش های صنعتی پایگاه اینترنتی نانو و صنعت (www.INDnano.ir/category/report) مراجعه نمایید.