انرژی هسته ای، سلولهای بنیادین، شبیه سازی، نانو تکنولوژی

نانوحسگرها

نانوحسگرها
تشخیص گونه‌های شیمیایی و زیستی از اساسی‌ترین فعالیت‌ها در عرصه‌های علوم‌زیستی و پزشکی می‌باشد. از این رو، توسعه ابزار جدیدی که قادر به آنالیز مستقیم، حساس و سریع این گونه‌ها باشد، می‌تواند جهشی در روش‌های تشخیص ایجاد کند. ادوات مبتنی بر نانوسیم‌ها دسته‌ای قوی و عمومی از حسگرهای الکتریکی و بسیار حساس می‌باشند، که می‌توانند گونه‌های شیمیایی و زیستی را به طور مستقیم شناسایی کنند.
این مقاله به معرفی نمونه‌های از تشخیص پروتئین‌ها، DNA، مولکول‌های دارو و ویروس‌های با اندازه یک تک مولکول به کمک این نانوحسگرها، می‌پردازد.
نانوساختارهایی مانند نانوسیم‌ها و نانوبلورها، فرصت‌های بی‌نظیر و جدیدی را در این عرصه بین رشته‌ای ارائه می‌کنند. اندازه این نانوساختارها در حد گونه‌های شیمیایی و زیستی می‌باشند و در نتیجه می‌توانند پیام‌هایی عالی برای تشخیص ایجاد کنند، که این کارها توسط ابزار ماکروسکوپی غیرممکن می‌باشد. نانوسیم‌ها و نانوبلورهای معدنی به علت ویژگی‌های الکتریکی و نوری بی‌نظیرشان، می‌توانند در حسگری به کار روند. میزان رنگ قابل تنظیم نانوبلورهای نیمه‌رسانا به همراه نشر قوی و گسترده این مواد، باعث ایجاد فرصت‌های جدید برای برچسب زنی و شناسایی نوری گونه‌های زیستی خواهد شد. ویژگی‌های کلیدزنی نوری نانوسیم‌های نیمه‌رسانا، باعث ایجاد نوعی حسگری مستقیم می‌شود.
نانوابزارهای الکترونیکی می‌توانند به سرعت با سیستم‌های کوچک یکپارچه شده، با برچسب‌زنی شیمیایی، با سرعت بیشتری کار شناسایی مستقیم را انجام دهند. این ویژگی‌ها به همراه حساسیت بسیار بالا، باعث می‌شود ابزار مبتنی بر نانوسیم‌ها کاربردهای اساسی در تشخیص‌های پزشکی، زیستی و حسگری داشته باشند.
اما چگونه می‌توان از نانوسیم‌ها به عنوان حسگر استفاده کرد؟
شکل 1-
A- یک نیمه‌رسانا مانند سیلیکون نوع (P-Si) P به یک الکترود فلزی و یک الکترود خروجی وصل می‌شود
B- نانوسیم‌های Si که به صورت ساختارهای بلورهای منفرد با شعاع nm3-2 می‌باشند.
C- یک ترانزیستور نانوسیمی مبتنی بر اثر میدانی، که با اتصال یک گروه ویژه به سطح نانوسیم‌ها حاصل می‌شود.
D- ابزارهای حسگری مبتنی بر نانوسیم‌های بسیار انعطاف‌پذیر یکپارچه
حسگرهای مبتنی بر اثرات میدانی نانوسیم‌ها
در این حسگرها از ترانزیستورهای اثر میدانی (FETs) مبتنی بر نانوسیم‌ها استفاده شده است، که قابلیت‌ کلیدزنی آنها، کاربردهای فراوانی در صنایع میکروالکترونیک دارد. در نمونه استاندارد FET شرح داده شده در شکل(1A ) ، یک نیمه‌رسانا مانند سیلیکون نوع ‌(PSi)P به یک الکترود فلزی و یک الکترود خروجی وصل می‌شود که به ترتیب جریان را تزریق و جمع‌آوری می‌کنند. یک الکترود گیت سوم که به یک لایه نازک دی‌الکتریک متصل است، جریان نیمه‌رسانا را از طریق کلید زنی بین منبع و خروجی برقرا می‌کند. در مورد نیمه‌رساناهای نوع p، به کار بردن ولتاژ گیت مثبت، حامل را تخلیه و باعث کاهش رسانایی می‌شود؛ و هنگامی که از ولتاژ گیت منفی استفاده می‌شود، با تجمع حامل، میزان رسانایی افزایش می‌یابد. وابستگی رسانایی به ولتاژ گیت، باعث انتخاب FETها برای حسگرهای مبتنی بر تغییرات الکتریسته می‌شود. میدان الکتریکی حاصل از اتصال گونه‌های باردار به گیت دی‌الکتریکی، مشابه به کار بردن ولتاژهای مورد استفاده در یک الکترود گیت می‌باشد. ایده استفاده از FETها برای حسگری در چند دهه قبل ارائه شده است، اگر چه حساسیت محدود این ابزار تاکنون باعث جلوگیری از تأثیرات بزرگ آنها شده است.
نانوسیم‌های نیمه‌رسانای سیلیکونی و مواد دیگر نیز می‌توانند به عنوان ابزار مبتنی بر FET به کار روند. یکی از بهترین موارد مطالعه شده نانوسیم‌های Si (شکل 1B) می‌باشند، که بلورهای منفرد با شعاع 23 nm می‌باشند. از جمله ویژگی‌های جذاب این مواد می‌توان به قابلیت تکرار‌پذیری تولید آنها اشاره کرد زیرا می‌توان ویژگی‌های الکترونیکی آنها را در حین رشد کنترل کرد.
کلیدزنی با کارآیی بالا در نانوسیم‌های Si یک عامل مهم در حساسیت محسوب می‌شود. برای غلبه بر محدودیت‌های حساسیت در حسگرهای FET مسطح قدیمی، از یک نانوساختار یک‌بعدی استفاده می‌شود. اتصال این ساختار به سطوح نانوسیم‌ها باعث تخلیه و تجمع حامل‌ها در مواد توده‌ای شده، موجب افزایش حساسیت تشخیص مولکول‌های منفرد می‌گردد.
نانوسیم‌های Si با روکش‌هایی از اکسیدهای طبیعی، گیرنده‌هایی را ایجاد می‌کند که اطلاعات زیادی را از تغییرات شیمیایی اکسید سیلیکون یا سطوح شیشه‌ای حسگرهای زیستی و شیمیایی دریافت می‌کند. هنگامی که یک حسگر در معرض محلول حاوی ماکرومولکول‌‌ها قرار می‌گیرد، این مولکول‌ها به آن می‌چسبند و باعث افزایش بار مثبت سطحی و کاهش رسانایی ابزار نانوسیمی نوع p می‌شوند.
شکل 2- حسگر pH نانوسیمی
A. طرحی از یک حسگر نانوسیمی با گروه‌های آمینی
B. تغییرات در هدایت نانوسیم با pH محلول
C. طرحی از یک حسگر نانوسیمی بدون گروه‌های آمینی
D. تغییرات در هدایت نانوسیم با pH محلول
حسگرهای pH در سال 2001 اولین نمونه برای نشان دادن قابلیت ابزارهای مبتنی بر اثر میدانی نانوسیم‌ها جهت شناسایی گونه‌های محلول ساخته شد. این ابزار یک نمونه از حسگرهای pH برای اندازه‌گیری غلظت یون‌های هیدروژن بود. گروه‌های آمینی و سیلانول از گیرنده‌های یون هیدروژن می‌باشند و این کار را با پروتونه شدن و حذف پروتون انجام داده، باعث تغییر بار سطحی نانوسیم‌ها می‌شوند. آنچنانکه در شکل (2B) مشاهده می‌شود این ابزار نانوسیمی Si نوع P، افزایش تدریجی رسانایی را به عنوان pH محلول نشان می‌دهد. افزایش تقریباً خطی رسانایی با pH، از نقطه نظر حسگری که در اثر حضور دو گروه گیرنده، که تحت شرایط pH متفاوت پروتونه و دپروتونه می‌شوند، پدیده جذاب و جالبی است.
گیرنده‌های سطحی در تعیین پاسخ حسگرهای نانوسیمی نقش مهمی ایفا می‌کنند. همچنان‌که در شکل (2C) نشان داده شده است فقط گروه‌های سیلانول می‌توانند به عنوان گیرنده‌های یون هیدروژن در این مورد عمل کنند.
اندازه‌گیری رسانایی به عنوان یک تابع pH، در شکل (2D) دو ناحیه پاسخ متفاوت را نشان می‌دهد که بر خلاف سطوح نانوسیمی که دارای دو گروه آمینو و سیلانول می‌باشند تغییرات رسانایی در pH پایین (2 تا 6) کوچک بوده اما در pH های بالا (6 تا 9) بزرگ‌تر می‌باشد.
بنابراین تغییرات وابستگی pH به رسانایی، کاملاً موافق با اندازه‌گیری‌های پیشین وابستگی pH به دانستیه بار سطحی حاصل از سیلیکا می‌باشد. این مقایسه‌ها در آزمایش های اخیر به طور کاملاً واضح نشان می‌دهد که مکانسیم حسگری در واقع نتیجه اثرات میدانی مشابه برای اعمال یک ولتاژ در الکترودهای گیت فیزیکی می‌باشد.
شناسایی DNA و پروتئین‌ها
ماکرومولکول‌های زیستی مانند پروتئین‌ها و DNA، نمونه‌ای از مولکول‌های باردار در محلول‌های آبی می‌باشند که هنگامی که گیرنده‌های این مولکول‌ها به سطوح فعال نانوسیم‌ها متصل می‌شوند، می‌توان آنها را به راحتی با حسگرهای مبتنی بر نانوسیم‌ها شناسایی کرد. اولین نمونه از کار شناسایی پروتئین‌ها در محلول با استفاده از ابزار نانوسیمی سیلیکونی نوع P انجام شده است. در این نمونه یک مولکول بیوتین با انتخابگری بالا به پروتئین استرپتاویدین و سطوح اکسیدی نانوسیم‌ها متصل می‌شود. هنگامی که محلولی از پروتئین استرپتاویدین درون ابزار حسگری نانوسیمی دارای گیرنده‌های بیوتین قرار گرفت، مقدار رسانایی به سرعت تا حد یک ثابت افزایش یافت و پس از افزایش محلول خالصی از بافر همچنان ثابت باقی ماند.
نقش کلیدی گیرنده‌های سطحی بیوتین برای شناسایی ویژه استرپتاویدین در چند آزمایش شرح داده شده است. به عنوان مثال افزایش محلول استرپتاویدین به نانوسیم‌های سیلیکونی بدون گیرنده هیچ تغییری در رسانایی ایجاد نمی‌کند. تجمع واحدهای به هم چسبیده استرپتاویدین نیز باعث عدم پاسخ ابزار نانوسیمی Si دارای بیوتین خواهد شد. به علاوه این کارهای اولیه نشان می‌دهد که شناسایی الکتریکی به موقع می‌تواند در غلظت‌های کمتر از حداقل 10 PPm (کمتر از سطح شناسایی مورد نیاز برای تعدادی از پروتئین‌های نشان‌دار بیمار) انجام شود.
اخیراً از ابزارهای اثر میدانی نانوسیم‌های سیلیکونی برای تشخیص تک رشته‌های DNA استفاده شده است. در این ابزارها ماکرومولکول‌های پلی‌آنیونی باردار به سطوح نانوسیمی نوع P متصل شده و باعث افزایش رسانایی می‌شوند.
مولکول‌های PNA غیرقطبی که مولکول‌های پایدارتر و گیرنده‌های قوی‌تری نسبت به DNA می‌باشند، به عنوان یک گیرنده برای شناسایی DNA به کار می‌روند.
افزایش رسانایی ابزار نانوسیمی سیلیکونی نوع P متناسب با افزایش دانسیته بار سطحی منفی در اثر اتصال DNA به سطح می‌باشد.
انواع دیگری از حسگرهای DNA نانوسیمی نیز وجود دارند که اولین سری این ابزار، تغییرات رسانایی را برای غلظت‌های مختلف گروه‌های هدف نشان می‌دهد.
به طور ویژه، تشخیص حد شناسایی جریان، بهتر از روش هایی مانند SPR، استفاده از نانوذرات افزوده شده به SPR و میکروبالانس بلوری کوارتز برای شناسایی DNA می‌باشد.
قابلیت ایجاد قطعه به قطعه نانوسیم‌های Si، یکی از ویژگی‌های مهم برای توسعه نانوحسگرها می‌باشد که حساسیت بسیار بالایی برای تشخیص DNA در تشخیص ژنتیکی و تحقیقات زیستی دارا می‌باشند.
بالا بردن حد حساسیت: تشخیص ویروس‌های منفرد
مطالبی که در بخش‌های قبل مرور شد تعدادی از قابلیت‌‌های حسگرهای نانوسیمی را برای تشخیص گونه‌های شیمیایی و زیستی در محلول نشان می‌داد. پژوهشگران به منظور تعیین حساسیت نهایی حسگرهای نانو سیم، مطالعاتی را برای تشخیص ویروس‌ها که از مهمترین عوامل بیماری‌های انسان به‌ شمار می‌روند با هدف دستیابی به توانایی تشخیص یک ویروس منفرد انجام داده اند.
هنگامی که یک ویروس به یک گیرنده پادتن متصل به ابزار نانوسیمی متصل می‌شود، رسانایی این ابزار تغییر می‌کند و هنگامی که ویروس جدا می‌شود، رسانایی به مقدار اولیه بر می‌گردد. اندازه‌گیری نوری و الکتریکی با استفاده از ویروس‌های نشان‌دار آنفلونزا (به طریق فلوئورسانت) تأیید می‌کند، که تغییرات مشاهده شده در رسانایی این ابزار در نتیجه اتصال یا عدم اتصال ویروس منفرد می‌باشد. داده‌های الکتریکی و نوری نشان می‌دهد که هنگامی که یک ویروس به مجاورت حسگر نانوسیمی می‌رسد، رسانایی آن در حد پایه باقی می‌ماند و رسانایی فقط پس‌از اتصال به سطح نانوسیم افت می‌کند. همین که ویروس از سطح نانوسیم دور شود، رسانایی سریعاً به حد اولیه خود باز می‌گردد. در واقع ویروس فقط زمانی یک پاسخ الکتریکی می‌دهد که به نانوسیم متصل شده باشد. این پیشرفت ممکن است در آینده به توسعه ابزارهای بسیار متراکم نانوسیمی منجر شود. حد تشخیص این حسگرها به وسیله تمایل گیرنده به هدف تعیین نمی‌شود. تحلیل زمان‌های on/off ذرات مجزا، اطلاعات مفید و مستقیمی درباره سینتیک اتصال می‌دهد که در درک برهمکنش گیرنده ویروس مؤثرند. حساسیت ذرات منفرد، تشخیص ساده ماکرومولکول‌ها را بر پایه بار الکتریکی آنها امکان‌پذیر می‌سازد.
آرایه‌های یکپارچه و شناسایی چند جزئی
یکی از جنبه‌های بسیار جذاب حسگرهای FET مبتنی بر نانوسیم‌ها پتانسیل آنها برای یکپارچه شدن به صورت آرایه‌های حسگر می‌باشد که به طریق الکتریکی قابل تحریک و فرمان دادن هستند. اخیراً راهکارهایی گزارش شده که به هم پیوستن ابزار FET مبتنی بر نانوسیم‌ها را به صورت موازی و روی هم، باسطح وسیع و بدون نیاز به اتصال تک‌ به تک نانوسیم الکترود مقدور می‌سازد.
آرایه‌های حسگرهای نانو سیمی امکان تشخیص همزمان چندگونه شیمیایی و زیستی بدون برچسب را فراهم می‌کنند.
نتیجه‌گیریادوات حسگر مبتنی بر اثر نشر میدان نانوسیم‌هایی که به وسیله گیرنده‌های سطحی ویژه اصلاح شده‌اند، توانایی خوبی در تشخیص و شناسایی محدوده وسیعی از گونه‌های شیمیایی و زیستی محلول را دارند. این حسگرهای نانوسیمی از چند جنبه مهم و جالب توجه‌اند.
هدایت سیگنال الکتریکی به طور مستقیم و بدون نشان‌دار کردن گونه‌ها، حساسیت بسیار بالا، انتخاب‌پذیری فوق‌العاده و قابلیت تجمع آرایه‌ها در مقیاس بزرگ که آنها را از سایر فناوری‌های موجود در حسگرها جدا می‌کند.
مثال‌های ذکر شده در این مقاله قابلیت بی‌نظیر این ابزار را در تشخیص و شناسایی پروتئین‌ها، ویروس‌ها و DNA جهت آنالیز مولکول‌های آلی کوچک متصل به پروتئین‌ها نشان می‌دهند که می‌توانند برای تشخیص بیماری‌ها، غربال کردن ژنتیکی، رهاسازی دارو و همچنین به عنوان ابزاری قدرتمند برای تحقیق در زمینه‌های مختلف زیست‌شناسی بکار روند.
در آینده نزدیک نشان داده می‌شود که این پیشرفت می‌تواند در سطح تجاری‌ گسترش یافته و کاربرد روشن فناوری‌نانو را در منافع بشری معرفی کند. اعتقاد بر این است که پیشرفت در قابلیت یکپارچه‌سازی بزرگتر و پیچیده‌تر آرایه‌های نانوسیم و الحاق آنها با اجزای الکترونیکی رایج و نانومقیاس منجر به قدرت فوق‌العاده سیستم‌های حسگر می‌شود که می‌توانند رویاهای پزشکی امروز را تحقق بخشند.
بررسی نحوه قرارگیری و اتصال نانوسیمها در فناوری FPNI
فناوری cmos که سالها به‌علت برخی مزایا از قبیل توان مصرفی کم، حاشیه نویز بالا و قابلیت مجتمع‌سازی در مقیاس وسیع فناوری غالب بوده‌است، اکنون با یک چالش جدی روبرو شده‌است. روند دائمی کاهش اندازه نما در فناوری CMOS که باعث افزایش چگالی المانها و سرعت مدارات می‌شد اکنون به‌انتهای نقشه راه خود نزدیک شده و به‌نظر نمی‌رسد که برای ابعاد زیر 10 nm مناسب باشد، در حالیکه طبق پیش بینی ITRS در سال 2020 می‌باید طول گیت ترانزیستور‌ها 10 nm باشد. محدودیت‌های ذاتی سیلیکون ناشی از آثار کوانتم مکانیکی در ابعاد بسیار کوچک و کاهش شدید بازدهی در چنین ابعادی توآم با مشکلات فناوریک، پیچیدگی و هزینه زیاد ساخت سبب ایجاد مشکلات جدی برای سازندگان و هزینه زیاد برای کاربران خواهد شد. یکی دیگر از مشکلات مهم آن است که در ابعاد نانومتری ترانزیستورها بمراتب سریع‌تراز Interconnectها هستند که باعث عدم کارکرد صحیح مدار خواهد شد. ساخت ترانزیستورهایی با طول گیت چند نانومتر و انجام آلایش در آن ابعاد نیازمند فرآیند‌های بسیار دقیق و پرهزینه‌است و ما را به‌این واقعیت مهم راهنمایی می‌کند که قانون Moore و VLSI کنونی که مبتنی بر نقش نگاری لیتوگرافی ، مدارهای CMOS و گیت‌های بولی است به‌آخر نقشه راه خود نزدیک می‌شوند. مایکروالکترونیک معاصر به‌دنبال راه کارهای جدیدی برای غلبه بر چالش‌های موجود است. هم اکنون یک جایگزین عمده مبتنی بر نانوالکترونیک برای جایگزین کردن مایکرو الکترونیک پیشنهاد شده‌است: ادوات تک الکترونی یا Single-Electronics. در ادوات تک الکترونی از مولکولهایی که به‌طور خاص طراحی و سنتز شده‌استفاده می‌شود و در ساخت آن پیشنهاد شده‌از روش پائین به‌بالا استفاده شود. اما مشکل اینجاست که این ادوات بتنهایی از عهده انجام کارهایی نظیر تأمین ولتاژ یا تأمین بهره یا. . . بر نمی‌آیند. دقیقآ به‌همین دلیل است که اکنون این باور که تنها راه رسیدن به‌نانوالکترونیک با کارایی بالا ترکیب ادوات تک الکترونی یا مولکولی با مدارهای CMOS است به‌گونه‌ای که المانهای سه پایه ضعف این ادوات را در تأمین بهره ولتاژ، آدرس دهی و. . . جبران می‌کنند در حال تقویت‌‌شدن است. پس در نتیجه فناوری CMOS/Nano مطرح شد که در آن قسمت نانو بار محاسباتی را انجام می‌دهد و قسمت CMOS آدرس دهی، تأمین بهره و بازیابی سیگنال و. . . را به‌عهده دارد.
اما با این حال هنوز مشکل تنظیمات وجود دارد، که تنظیمات نانوسیمها نسبت به‌یکدیگر با crossbar حل شده ولی نسبت به‌قسمت CMOS این فناوری را دچار چالش کرده و این فناوری را به‌سمت CMOL (cmos molecular hybrid) هدایت می‌کند. مزیت اصلی CMOL، سادگی، چگالی و شکل‌بندی جداگانه آن است. تکنولوژی CMOL نیز به‌دلیل مشکلاتی که دارد از جمله:
(1) مسئله پیچیدگی و عدم همترازی نانوپین‌هایی که بر روی سطح CMOS هستند.
(2) نامعلوم بودن محل و جایگاه نانوپین ها.
(3) الگوریتم آدرس دهی جدید.
(4) سایز نانوسیمها، که حدود 4. 5nm و با pitch 9nm پیش بینی شده و دور از دسترس قابلیتهای کنونی لیتوگرافی است و طبق ITRS برای سال 2030 است، دچار چالشهای جدی شده و این چالشها را در فناوری جدیدی که از آن به‌FPNI یاد می‌شود، برطرف می‌کند.
2. روش کار
2-1. FPNIدر شکل 1-1 ساختار nanowire crossbar با یک تراشه CMOS نشان داده شده‌است.
شکل 1: nanowire crossbar و cmos
مشاهده می‌شود که نانوسیمها که به‌طور عمود بر یکدیگر واقع شده‌اند، با یک فاصله کوچک که آن را یک ابزار قابل شکل‌گیری Antifuse فرض می‌کنند، جدا شده‌اند.
پین‌های فلزی بر روی سطح تراشه از پائین به‌CMOS و از بالا اتصال با نانوسیم‌ها را فراهم می‌کنند. به‌طور کلی معماری FPNI موضوع‌های عملکرد جداگانه نانوسیم‌ها و CMOS، اتصال دو لایه با جایگذاری مناسب پین‌ها و نانوسیم‌ها و افزایش میزان خطا و تغییر پذیری در نانوسیم‌های Crossbar را بیان می‌کند.
اولین ایده‌ها پیشنهاد پیاده‌سازی demultiplexerها را در نانوسیمهای crossbar مطرح کرد. از این طریق می‌توان با تعداد کمی از پینها تعداد زیادی از نانوسیمها را کنترل کرد اما مشکلی که به‌وجود می‌آید این است که ساخت demultipelexer بدون ابزارهای غیرخطی تقریبا غیرممکن است.
در این مقاله یک ساختار ترکیبی کلی از FPNI که بین سرعت، چگالی و قدرت تحمل پذیری مصالحه‌ای برقرار می‌کند، پیشنهاد می‌شود که نسبت به‌CMOL توان مصرفی کمتر و آزادی بیشتری در انتخاب ابزارهای نانو وجود دارد.
2-2- اختلاف‌های اساسی FPNI با CMOLدر شکل 2 ساختار هندسی نانوسیمها، پین‌ها و cmos که در زیر آن قرار می‌گیرد را در دو فناوری cmol و fpni مقایسه می‌کند. Cmol دریایی از invertorهای منظم فرض می‌شود که به‌پین‌های روی سطح سیلیکون متصل هستند. نانوسیمهای crossbar در بالای آن اندکی چرخانده‌شده‌تا نانوسیمها با وضعیت بهتری به‌پینهای روی سطح cmos متصل شوند. نانوسیمهای افقی به‌ورودی invertorها وصل می‌شوند و نانوسیمهای عمودی فقط به‌خروجی آنها. اتصالات سبز رنگ انتخابی در شکل 2 نیز به‌صورت مقاومتهای غیرخطی در نظر گرفته می‌شود که تأثیر مهمی در فراهم نمودن وارونگی و بهره دارد.
fpni در قسمت سمت راست شکل2 شامل مجموعه ای
شکل 2: cmol و fpni
از گیت‌های منطقی، بافرها و سایر اجزاء در لایه cmos فرض می‌شود و از نانوسیمها فقط برای interconnect استفاده می‌شود. در اینجا نانوسیمها از لایه‌هایی جهت پوشاندن پین‌ها تشکیل شده‌است. (پین‌ها بزرگتر از نانوپین‌های cmol هستند.) در fpni نیز چرخش اندک نانوسیمها جهت اتصال آنها به‌پین‌ها وجود دارد. اتصالات انتخابی (سبز رنگ زیر panel) هم عنوان مقاومتهایی جهت اتصال محاسباتی به‌کار رفته‌است.
در فناوری fpni مشکل اندازه و همترازی پین‌ها برطرف شده‌است.
در مجموع اختلاف بین دو فناوری cmol و fpni را می‌توان به‌صورت زیر بیان کرد:
در ساختار fpni محاسبه‌ها تنها در cmos انجام می‌شود و آدرس دهی در نانوسیم ها. کاهش توان مصرفی باعث می‌شود تا بتوان از Antifuseهای خطی یا غیر خطی در نقاط اتصال استفاده کرد.
همترازی نانوسیمهای crossbar با پین‌های cmos در ساختارfpni.
در fpni از cmosمرسوم استفاده می‌شود،
درحالیکه در cmolبه علت نیاز به‌Vdd=0. 3v و کاهش منبع ولتاژ از cmos معمولی نمیتوان استفاده کرد.
2-3- ساختاردر fpni نانوسیمها به‌صورت مورب آدرس دهی می‌شود (با اندکی چرخش نسبت به‌طول) ، که به‌خاطر اتصال بهتر پینها با نانوسیمها است.
سطح cmos به‌سلولهای مربعی منظم تقسیم می‌شود، که به‌هر سلول یک پین ورودی برای خواندن یک سیگنال از نانوسیمها و یک پین خروجی جهت تحریک کردن یک سیگنال از گیت به‌نانوسیم متصل است.
یک بافر تنها در یک سلول پیاده‌سازی می‌شوند، در صورتیکه گیتهای منطقی و فلیپ فلاپها نیاز به‌سلولهای چندگانه دارند.
شکل 3: نمایی از سلولهای سطح cmos
گیتهای منطقی استفاده‌شده‌در این ساختار n-input AND/NAND فرض می‌شود، که بر روی n سلول پیاده‌سازی خواهند شد. یک فلیپ فلاپ درون چهار سلول پیاده‌سازی می‌شود، به‌طوریکه چهار پین ورودی همه به‌ورودی D فلیپ فلاپ وصل می‌شود. دوتا از چهار پین خروجی به‌Q و دوتای دیگر به‌خروجی –Q وصل می‌شود.
ورودی و خروجی‌های اولیه روی یک جفت سلول اعمال می‌شود که به‌صورت یک سیگنال ورودی و یک سیگنال خروجی به‌کار گرفته می‌شود. یک سیگنال ورودی شدت جریان خروجی را به‌آرایه‌های سلول می‌رساند و آنرا به‌صورت واقعی و invertشده روی دو پین خروجی اعمال می‌کند. سیگنال خروجی نیز از طریق یک نانوسیم به‌سمت دو پین ورودی هدایت شده‌از آنجا به‌خارج از تراشه ارسال می‌شود.
در مجموع یک تراشه fpni از hypercellهای یکسآنکه شامل گیتهای منطقی، بافرها و فلیپ فلاپ است، تشکیل شده‌است، که پیرامون آنرا سلولهای I/O احاطه می‌کند و یک ساختار مشابه به‌بلوک منطقی قابل شکل‌گیریCLB (Configurable Logic Block) به‌کار رفته در FPGA است.
2-4- پیکر‌بندیوضعیت اتصال‌های استفاده‌شده‌مشابه cmol است. یک اتصال، به‌صورت یک آرایش الکتریکی با اعمال ولتاژ مناسب روی دو نانوسیم تعریف می‌شود. آرایش نانوسیمها در یک تراشه cmos از میان هر سلول می‌گذرد و قبل از شکل دهی یک اتصال بافرها، گیتها و فلیپ فلاپها در سلولها غیرفعال هستند. با اعمال ولتاژ مناسب به‌decoderها که در لبه اطراف سلول واقع شده‌اند، سبب می‌شود که دو ترانزیستور موجود در سلول که در شکل4 نشان داده شده‌است ولتاژهای مختلفی را روی نانوسیم خروجی و نانوسیم ورودی انتخاب شده، داشته باشد. جهت شکل دهی حالت اتصال با اعمال ولتاژ در محل اتصال دو نانوسیم می‌توان به‌این منظور دست یافت، برای مثال در صورت اعمال ولتاژ مثبت Antifuse یک حالت کم مقاومت (low-impedance) پیدا می‌کند و زمانی که ولتاژ منفی اعمال شود به‌حالت مقاومت زیاد (high-imedance) بر می‌گردد.
شکل 4: نمایش ترانزیستورهای درون یک سلول
به محض شکل‌گیری مدار وضعیت خطوط به‌سمت خاموشی ترانزیستورها در هر سلول پیش می‌رود و گیتها، بافرها و فلیپ فلاپها را جهت عملیات برنامه‌ریزی مدار فعال می‌کند.
2-5- ساختنظر به‌اینکه در نانوالکترونیک به‌تعریف ساخت در ابعاد خیلی کوچک به‌وسیلة روشهای تولید و ساخت photolihogeraphy پرداخته می‌شود، لذا روش محتمل، Imprint lithogeraphy خواهد بود. به‌طوریکه علاوه‌بر قابلیت همترازی پینها دسترسی به‌داده‌های بین لایه مورد نظرو اتصالهای نانوسیمها مورد نظر است. شروع ساخت همان‌طور که در شکل 5 نشان داده شده‌است:
1-لایه اولconnectorها و سیمها هستند که به‌وسیله nanoimprint ساخته می‌شوند و با لایه‌های زیرین نانوسیمها در یک سطح بر روی مجموعه‌ای از پینهای روی زیرپایه قرار می‌گیرند.
2- لایه‌ای از نانوسیمها که به‌صورت عمودی هستند را به‌طور هم سطح روی پینهای نمایش داده‌شده‌قرار می‌دهیم.
3-تمام سطح روی تراشه با لایه‌هایی از switch latch
شکل5: روش ساخت سلولها در fpni
پوشانده می‌شود.
4- استفاده از لیتو گرافی استاندارد که از یک لایه ماسک روزنه دار که بر روی پینهای زیرپایه قرار می‌گیرد موادپوشاننده این پینها را etch می‌کنیم و لایه ماسک را بر می‌داریم.
5- لایه دوم از نانوسیمها که به‌صورت افقی هستند را به‌طور هم سطح روی پینهای نمایش داده‌شده‌قرار می‌دهیم.
این پروژه ساخت برای crossbar با کوچکتر از 65 نانومتر و نیم pitch مسئله ساز می‌شود. کوچکتر به‌یک راهبرد خاص جهت توسعه این موضوع جهت سیمهای نازکتر از 65 نانومتر نیاز داریم.
3- نتیجه‌گیری
با استفاده از روش مدل کردن و شبیه‌سازی مقایسه‌ای بین 17 نوع مدار معیار بین فناوری‌های cmol و fpni در دو اندازه 30 و 9 نانومتر در آزمایشگاه شرکتhp صورت گرفته‌است که نتایج آن را در جدول 1 آورده شده‌است.
تغییرپذیری در خواص نانوسیمها و اتصالهای الکتریکی یک چالش را در عملکرد ابزار نشان می‌دهد، و آن احتمال مشاهده تجربی و نظارت بر توان و clock rate ابزار است. همچنین در اثر گذشت زمان ابزار نیاز به‌آدرس دهی مجدد دارند، که این موضوع در هاله‌ای از ابهام قرار دارد و راه حلی برای آن ارائه نشده‌است. برای مثال مشخص نیست چه طولی برای شکل‌گیری اتصال لازم است. شاید پیکربندی یک تراشه fpni برای ادامه کار به‌صورت صحیح به‌تازه‌سازی در مدت زمانهای منظم و متناوب نیاز داشته باشد. fpni نسل آینده تراشه‌ها خواهد بود که از نظر عملکرد (توان، clock speed و سطح) و قدرت تحمل پذیری مطابق با ITRS در سالهای آینده است.
شبیه‌سازی‌ها نشان می‌دهد که برای fpni در مقیاس 30nm در مقایسه با cmos-fpga چگالی هشت برابر افزایش می‌یابد
جدول1: مقایسه کاربردی بین CMOS و CMOL و FPNI
بررسی بازار نانوحسگرها
منظور از نانو حسگر ها
حسگرهایی که در ساخت آنها از نانوذرات، نانوپوشش‌ها و یا از سایر مواد مصرفی نانومتری استفاده شده است
ولی تولید آنها از طریق فناوری مرسوم می‌باشد.
(2) حسگرهایی که از نانومواد برای سیستم حسی آنها استفاده شده و برای تولیدشان نیز از بعضی فناوری‌های نانوالکتریکی مانند مولکترونیک (molectronics)، اسپینترونیک، پلاستیک‌ها یا پلیمرهای الکترونیکی، نانولوله‌ها و نانوسیم‌ها استفاده شده است.
پیش‌بینی نانومارکتز نشان می‌دهد که نانوحسگرهای نوع اول بازار نانوحسگرها را در طول دهه بعد به‌دست خواهند گرفت و سپس برای اولین بار در سال 2011 به میزان 50% رشد منفی خواهند داشت. به هر حال پیشرفت نانوحسگرهای نوع دوم واقع‌گرایانه‌تر است.
شرکت ان. وی.ای (NVE) از هم اکنون نانوحسگرهایی بر پایه فناوری اسپینترونیک را برای بازار سمعک‌ها و دستگاه‌های تنظیم‌کننده ضربان قلب خریداری کرده است؛ یعنی در جاهایی که اندازه کوچک این دستگاه‌ها مزایای بسیار آشکاری دارد.
جذابیت‌های نانوحسگرهابه طور صریح این قبیل مزایای نانوحسگرها باعث شده است که به عنوان فرصتی وسوسه‌انگیز برای بازار تلقی شوند. نانوحسگرها به طور ذاتی کوچک‌تر و حساس‌تر از سایر حسگرها می‌باشند. همچنین این ظرفیت را دارند که قیمت تمام شدة آنها کمتر از قیمت تمام‌شده حسگرهای موجود در بازار باشد.
در این تحقیق نشان داده شده که اگر تولید انبوه نانوحسگرها توجیه اقتصادی پیدا کند هزینه تولید آنها می‌تواند بسیار کمتر از حسگرهای معمولی باشد. برای مثال اگر قیمت حسگرهای صنعتی متداول امروزی، چند 10 هزار دلار باشند برای نانوحسگرهایی که بتوانند همان کار را انجام دهند به صورت نظری چند 10 دلار برآورد می‌شود. نانوحسگرها همچنین هزینه جاری را نیز کاهش می‌دهند؛ زیرا به طور ذاتی برق کمتری مصرف می‌کنند.
درنهایت از آنجایی که نانوحسگرها هزینه‌های خرید و اجرا را کاهش می‌دهند؛ ممکن است به‌کارگیری آنها به صورت آرایه‌ها و توده‌ها مقرون به صرفه باشد و همچنین بتوانند به شکل فراگیر و حتی اضافی در قطعات کاربرد پیدا کنند؛ به طوری‌که اگر یک نانوحسگر از کار بیفتد و از مدار خارج شود بتوان از آن صرف نظر کرد و ضریب امنیت در حد مطلوبی باقی بماند، زیرا تعداد زیادی نانوحسگر دیگر در سیستم می‌توانند کار آن را به عهده بگیرند.
با برداشتی که از کاربرد نانوحسگرها می‌کنیم امکان دارد به سرعت به سمت این نتیجه‌گیری سوق پیدا کنیم که فناوری نانوحسگرها، فناوری بسیار مطمئن و قابل قبولی است، اما هنگامی که به سمت معادله عرضه و تقاضا نگاه می‌کنیم در می‌یابیم که تجارت نانوحسگرها در ابتدای راه است و مشغول دیدن زوایای بیرونی کار به مثابه یک رویای ثروت‌اندوزی است.
در بخش نظامی و امنیت ملی احتیاج به حسگرهای بسیار حساسی است که بتوانند به صورت گسترده توزیع شوند تا به کمک آنها بتوان تشعشعات و بیوسم‌های زیستی را مورد بررسی قرار داد. در زمینه پزشکی نیاز به حسگرهای بسیار حساسی به صورت آزمایشگاه‌هایی بر روی تراشه است که بتوانند کوچک‌ترین علائم نشان‌دهندة سرطان را شناسایی کنند. در صنایع هوافضا احتیاج به نانوحسگرهایی است که در بدنة هواپیماها به عنوان سیستم هشداردهنده ثابت قرار بگیرند و مشخص کنند که چه زمانی هواپیما احتیاج به تعمیرات دارد.
در صنایع اتومبیل می‌توان از نانوحسگرها برای مصرف بهینه سوخت استفاده کرد. همچنین در اتومبیل‌های گران‌قیمت می‌توان برای بهبود وضعیت صندلی و وضعیت کنترل‌های موجود به تناسب حالت‌های مختلف بدن، این نانوحسگرها را مورد استفاده قرار داد. در مرحله بعدی می‌توان از آن در فناوری اطلاعات به منظور ترغیب در فراگیرشدن (ای.کا.ای فراگیر) سیستم‌های محاسبه‌گر رایانه‌های همراه همیشه روشن استفاده کرد. همچنین می‌توان آنرا به شکل توده حسگرها در تلفن‌های هوشمندی که برای ارتباطات ثابت بین سایر تلفن‌های هوشمند و رایانه‌های همراه از آنها استفاده می‌شود، به کار برد!
موانع پیشرفت بازار نانوحسگرها تعدادی از شرکت‌های بسیار بزرگ بازرگانی اکنون بازار نانوحسگرها را زیر نظر گرفته‌اند. شرکت (Smiths detection) نانوحسگری را تولید کرده که باعث توسعه حسگرها در زمینه‌هایی چون امنیت ملی، کنترل کیفی خوراکی‌ها و شناسایی بیماری‌ها شده است. شرکت (Dow Corning) درخت‌سان‌هایی تولید کرده و قصد دارد با کمک شرکت جننکر
(Genencor) قالب‌های سیلیکونی را تولید نماید که با فناوری زیستی به دست آمده‌اند و در ساخت بیوحسگرها کاربرد دارند. آزمایشگاه تحقیقاتی مشهور IBM در زوریخ (Zurich IBM) نیز تحقیقاتی بر روی نانوحسگرهای زیستی و شیمیایی انجام داده است. همچنین شرکت لاک هید مارتین و بوئینگ بر روی این ایده کار می‌کنند که چگونه می‌توان از نانوحسگرها در صنایع هوا فضا استفاده کرد. به طور دقیق 12 آزمایشگاه تحقیقاتی بر روی اهداف و انواع مختلف فناوری نانوحسگرهای تجاری در سراسر جهان مشغول به کار هستند.
البته این‌ها برای نانوحسگرها بیشتر استثناء هستند تا قاعده کلی. در واقع سیاست تمام صنایع ساخت حسگر به گونه‌ای است که به نانوحسگرها اولویت و برتری خاصی داده نمی‌شود. یکی از دلایل این امر آن است که شرکت‌‌ها، مشکلات اقتصادی و تکنیکی نانوحسگرها را مهم‌تر از مزایای آن می‌دانند.
نانومارکتز این قبیل مشکلات و موانع پیشرفت بازار نانوحسگرها را در 5 فاکتور زیر خلاصه کرده است.
قیمت بالای مواد در ساخت بسیاری از نانوحسگرهایی که در آزمایشگاهها تولید می‌شوند از مواد سمی (مانند نانوذرات طلا) استفاده می‌گردد که برای کاربرد گسترده می‌توانند بسیار گران قیمت باشند.
مشکلات تولید با پلاتفرم‌های مواد یا فناوریاصول اولیه فناوری نانوپلاتفرم‌هایی که در ساخت نانوحسگرها کاربرد دارند هنوز جزء مشکلات ساخت به حساب می‌آیند. برای مثال نیمه‌هادی یا ‌هادی‌بودن نانولوله‌های کربنی هنوز مورد بحث است و مقالات زیادی وجود دارد که در همگی آنها روش‌های مختلفی را به عنوان بهترین روش برای اطمینان یافتن از نیمه‌هادی یا هادی‌بودن نانولوله‌های کربنی معرفی کرده‌اند.
مشکلات ساخت مرتبط با نانوحسگرهابسیاری از کسانی که برای تهیه این گزارش با آنها مصاحبه شد بر این نکته تأکید کردند که راهی طولانی از تهیه مدل‌های نانوحسگرها در آزمایشگاه‌های صنعتی، تا رسیدن به محصولاتی که در همه جا یافت شده و به‌راحتی خریداری می‌شوند، وجود دارد. در واقع امروزه بسیاری از نانوحسگرها در ابتدای این راه قرار دارند تا در انتهای آن.
عدم وجود ارتباط با دنیای واقعییکی از زمینه‌هایی که هنوز به نظر می‌آید احتیاج به تحقیق بسیار، به خصوص از لحاظ تجاری دارد، طریقه برقراری ارتباط بین ابزارهای دنیای امروزی و نانوحسگرها است. نانومواد و نانوالکترونیک مزایای زیادی ایجاد می‌کند که در بالا به آن اشاره شد، اما آنها احتیاج به ابزاری دارند که بتواند در اندازه‌های نانومتری با آنها ارتباط برقرار کرده و کار کند. این بدان معنی است که تأثیرات نانو می‌بایست به دستگاه‌های با ابعاد بالاتر انتقال داده شود و این خود به موارد زیر احتیاج دارد:
(1) سازگاری بسیار بالای CMOS که در نتیجه مواد حساس در ابعاد نانو و قطعات نانوالکتریکی را بتوان با روش‌های معمول میکروالکترونیک به صورت یک مدار مجتمع مونتاژ کرد. (2) ایجاد نوعی نرم افزار یا نیمه افزار که توانایی تحلیل داده‌هایی که از نانوحسگرها می‌آید را داشته باشد، لازم است.
مونتاژ نانوقطعات به نظر می‌آید مونتاژ نانوقطعات بیشتر از آن‌که به کوشش اقتصادی احتیاج داشته باشد به یک برنامه تحقیقاتی نیاز دارد. به منظور کاهش قیمت‌ها و گسترش استفاده از آرایه‌های بزرگ حسگرها یا توده حسگرها، می‌بایست فناوری ساخت مدارهای مجتمع نانومقیاس بهبود پیدا کند.
چرا مسأله زمان؟
مشکلات، بیش از آن‌که ناشی از فیزیک قضیه باشند، ناشی از نبود فناوری هستند. این معضلات دقیقاً همان مواردی هستند که تجاری‌شدن بعضی از فناوری‌های جدید پیچیده را با مشکل مواجه کرده‌اند. اما این مسائل با گذشت زمان حل خواهد شد. در واقع فقط یک مشکل باقی می‌ماند. شرکت نانومارکتز بر این باور است که آنچه واقعاً مانع پیشرفت بازار نانوحسگرها شده است عدم وجود ایده مشخص و واضحی برای صنایع می‌باشد که معلوم نمی‌کند به چه مقدار زمان احتیاج است تا بازار این وسایل رونق پیدا کند. این امر به نوبه خود مشکل بزرگی را برای سرمایه‌دار‌های خطرپذیر، بانک‌های سرمایه‌گذاری، کمیته‌های شرکت‌های داخلی و سرمایه‌گذاران خصوصی ایجاد می‌کند.
در مطالعات اخیری که انجام شد، ما موضوع زمان حصول نتیجه را در سطوح مختلفی مورد تحلیل قرار دادیم و به این نتیجه رسیدیم که به علت طبیعت خرد و متنوع بازار نانوحسگرها، پیداکردن جوابی برای مسأله زمان بسیار دشوار است.
البته برای هر بخش از بازار (و طبعاً برای هر دسته از مشتریان این محصول) جوابی به دست آمده تا بتوان به کمک آن دورنمای کلی از قضیه پیدا کرد؛ هرچند که این کار زیاد خوشایند نیست.
در تحقیق نانومارکتز فرض شده است که نانوحسگرها در 10 بخش مختلف صنعت به کار گرفته شوند در هر بخش کاربرد شبیه به هم را پیدا خواهند کرد (و در این صنایع از 7 نوع حسگر استفاده شود؛ حسگرهای گاز، حسگرهای زیستی و...) و نیز از 8 روش مختلف چه از جنبه موادی استفاده شود (مانند نانوذرات، پوشش‌های نانو، اسپینترونیک و...) در نتیجه 560= 8×7×10 نوع محصول و 560 مشتری برای این بازار به‌دست می‌آیند. در بررسی رابطة زمان، بر این باور هستیم که می‌بایست پتانسیل هر کدام از این مشتری‌ها را به شکل زیر تحلیل کنیم.
اختلاف در پذیرش سناریوهای نانوحسگرها در هر بخش از صنعت
ما تمام بخش‌های عمده صنایع مختلف را به منظور احتمال گسترش نانوحسگرها در آنجا مورد بررسی قرار دادیم. فاکتورهایی که در نظر گرفته شد به قرار زیر بودند: تمایل به پذیرش فناوری جدید، میزان حساسیت به قیمت تمام‌شده، طول دوره تولید و مهمتر از همه توانایی منحصر به فرد نانوحسگرها که باعث می‌شود واحد به خصوصی به آنها احتیاج مبرم پیدا کند.
زمان انتظار برای پذیرش نانوحسگرها بسیار متفاوت است. برای مثال مدت زمانی که طول می‌کشد تا نانوحسگرها توسط بخش‌های اجرایی پزشکی و نظامی پذیرفته شوند بسیار کوتاه است زیرا به حسگرهای بسیار کوچک و بسیار حساس در اینگونه صنایع احتیاج فراوان است. همچنین به نظر می‌رسد که نانوحسگرها بتوانند مناسب‌بودن قیمتشان را در مقایسه با فناوری‌های دیگر به اثبات برسانند. با این حال پیش‌بینی می‌شود در صنعت اتومبیل‌سازی پذیرش نانوحسگرها احتیاج به زمان طولانی‌تری داشته باشد، زیرا کاربرد آنها در این صنعت خیلی شفاف نیست و نیز شرکت‌های اتومبیل‌سازی نسبت به قیمت تمام‌شده در مقایسه با صنایع دیگر حساس‌ترند.
وجود الگوی کاربرد برای حسگرها در هر بخش از صنعت
در بعضی از بخش‌های صنایع مثلاً صنعت اتومبیل، هم‌اکنون به صورت گسترده از حسگرها استفاده می‌شود و احتمال دارد که نانوحسگرها بتوانند جایگزین حسگرهای کنونی در این صنعت شوند. اگر بتوان این صنایع را قانع کرد که استفاده از نانوحسگرها توجیه اقتصادی دارد، ممکن است حسگرهای خود را بفروشند و به جای آنها از نانوحسگرها استفاده کنند.
در بخش‌های دیگر، ایدة استفاده از تعداد زیادی حسگر ممکن است ایدة تازه‌ای باشد. مثال خوبی که می‌توان در اینجا ذکر کرد بخش فناوری اطلاعات است. در اینجا هم مشتریان و هم عرضه‌کنندگان به اهمیت نقش حسگرها (نانوحسگرها یا حسگرهای معمولی) در موفقیت اقتصادی گسترده رایانه‌ها پی می‌برند. این امر می‌تواند پتانسیل کاهش نظم [گسترش] نانوحسگرها را در این بخش ایجاد کند. همچنین الگوی استفاده از انواع حسگرها می‌بایست در نظر گرفته شود. نانوحسگرهایی که به عنوان آشکارکننده گازها به کار می‌روند ممکن است در بسیاری از بخش‌های صنعت جایی برای خود باز کنند ولی نانوحسگرهای تشعشعی بیشتر برای بخش‌های انرژی و نظامی مفید هستند و نقش ضعیف‌تری را در فناوری اطلاعات بازی می‌کنند.
تفاوت در توسة پلاتفرم‌های مختلف نانوتکنولوژی برای ساخت نانوحسگرها
همچنان که در بالا اشاره کردیم، در بسیاری از نانوحسگرهای امروزی، نانوذرات مختلف از انواع فلزهای گرانقیمت گرفته تا خاک رس به کار می‌روند. در این میان می‌توان گفت نانوحسگرهایی که فناوری آنها بر پایه اسپینترونیک و الکترونیک نانولوله‌ای می‌باشند، در مراحل اولیه تجاری‌شدن قرار دارند. حسگرهای مبتنی بر نقاط کوانتومی نیز در انتهای مسیر فرآیند تجاری‌شدن قرار گرفته‌اند.
برخی از افرادی که برای تهیه این گزارش با آنها مصاحبه کردیم، اظهار داشتند که از این نانوحسگرها می‌توان به عنوان پایه حسگرهای توده‌ای شکاری استفاده کرد، اما همگی موافق بودند که تجاری‌شدن آنها به دهه بعدی موکول می‌شود.
با در نظر گرفتن فاکتورهای فوق و جمع بندی آنها می‌توان در هر بخش از صنعت، بازار خاصی را برای حسگرها به صورت تخمینی در نظر گرفت و حتی این امکان وجود دارد که بتوان پتانسیل‌های آینده نانوحسگرها را در هر بخش از صنعت با اعداد بیان کرد. نه تنها می‌توان میزان مصرف نانوحسگرها را در بخش‌های مختلف به‌دست آورد بلکه می‌توان انواع حسگرهایی که بعدها توسط هر بخش به کار گرفته خواهند شد را تعیین کرد.
جدول ذیل بخش‌هایی را نشان می‌دهد که بر اساس گزارش جدید نانومارکتز مورد تحلیل قرار گرفته‌اند.
آنالیز نهاییاین نوع نمایش بازار هم واضح و هم واقع‌گرا است. وضوح آن به این دلیل است که مواردی واقعی را نشان می‌دهد که در آن فرصت‌هایی بر پایه معیار سرمایه‌گذاری وجود دارد. سایر معیارها ممکن است نتایج مختلفی بدهند اما در این مثال خاص فرصت‌های چندین بخش کاربردی که در آنها از نانوحسگرها استفاده خواهد شد را نشان نداده‌اند. همچنین واقع گرایی آن به خاطر نشان دادن مقدار واقعی بازارهای قابل دسترس و موقعیت‌های مدل‌های تجاری است که می‌توانند بر پایه آن ایجاد شوند.
شرکت نانومارکتز بر این باور است که نانوحسگرها، حسگرهای معمولی را از گردونه رقابت در بازار خارج خواهند ساخت. هر چند پیش‌بینی می‌کنیم که نانوحسگرها تا سال 2010 بیشتر از 10 درصد بازار حسگرها را به خود اختصاص نداده باشند، ولی اندازه بازار حسگرها به حدی وسیع است که حتی حداقل رشد نانوحسگرها در این بازار به معنی کسب درآمدی معادل چند میلیارد دلار خواهد بود و این مقدار فقط ظرف مدت چند سال به دست خواهد آمد. در دست داشتن این مقدار از بازار شانس خوبی را برای رسیدن به چنین هدفی ایجاد می‌کند.