納米傳感器是測量物理量并將這些量轉換為可以檢測和分析的信號的納米級設備。今天提出了幾種制造納米傳感器的方法。這些包括自上而下的光刻，自下而上的組裝以及分子自組裝。市場上和正在開發中的用于各種應用的納米傳感器類型不同。盡管所有傳感器測量的都是不同的東西，但是傳感器共享相同的基本工作流程：分析物的選擇性結合，納米傳感器與生物元素相互作用產生的信號以及將信號處理為有用的指標。

與傳統材料制成的傳感器相比，基于納米材料的傳感器在靈敏度和特異性方面具有多項優勢。納米傳感器之所以具有更高的特異性，是因為它們的運行規模與天然生物過程相似，可以利用化學和生物分子進行功能化，并具有引起可檢測物理變化的識別事件。靈敏度的提高源于納米材料的高表面積體積比，以及可以用作檢測基礎的納米材料的新穎物理特性，包括納米光子學。納米傳感器還可以潛在地與納米電子器件集成，從而為納米傳感器增加本地處理能力。

除了靈敏度和特異性外，納米傳感器還具有成本和響應時間方面的顯著優勢，這使得納米傳感器適用于高通量應用。與傳統的檢測方法（例如色譜法和光譜法）相比，納米傳感器可提供實時監控。這些傳統方法可能需要數天至數周才能獲得結果，并且通常需要投資于資本成本以及樣品制備時間。

與塊狀或薄膜平面器件相比，諸如納米線和納米管的一維納米材料非常適合用于納米傳感器。它們既可以充當換能器，也可以充當電線來傳輸信號。它們的高表面積會在結合分析物時引起較大的信號變化。它們的小尺寸可以在一個小型設備中實現可單獨尋址的傳感器單元的廣泛復用。在不需要分析物上有熒光或放射性標記的意義??上，它們的操作也是“無標記的”。

納米傳感器面臨許多挑戰，包括避免結垢和漂移，開發可重現的校準方法，應用預濃縮和分離方法以獲得避免飽和的適當分析物濃度以及以可靠的可制造方式將納米傳感器與傳感器組件中的其他元件集成在一起。由于納米傳感器是一項相對較新的技術，因此有關納米毒理學的問題很多懸而未決，目前限制了它們在生物系統中的應用。一些納米傳感器可能會影響細胞的新陳代謝和體內平衡，從而改變細胞分子的分布，并使其很難將傳感器引起的偽影與基本生物學現象區分開。

納米傳感器的潛在應用包括藥物，污染物和病原體的檢測以及監測制造過程和運輸系統。通過測量物理性質（體積、濃度、位移和速度、重力、電和磁力、壓力或溫度）的變化，納米傳感器可以在分子水平上區分和識別某些細胞為了提供藥物或監測人體特定部位的發育。信號轉導的類型定義了納米傳感器的主要分類系統。納米傳感器讀數的一些主要類型包括光學、機械、振動或電磁。

有多種機制可以將識別事件轉換為可測量的信號。電化學納米傳感器基于檢測由于散射的變化或電荷載流子的耗盡或積累而導致的分析物結合后納米材料中的電阻變化。一種可能性是使用碳納米管，導電聚合物或金屬氧化物納米線之類的納米線作為場效應晶體管的柵極，盡管截至2009年，它們尚未在實際條件下得到證明。化學納米傳感器包含化學識別系統和物理化學傳感器，其中受體與分析物相互作用以產生電信號。在一種情況下，當分析物與受體相互作用時，納米多孔換能器的阻抗變化被確定為傳感器信號。其他示例包括電磁或等離子體納米傳感器，光譜納米傳感器（如表面增強拉曼光譜），磁電子或自旋電子納米傳感器以及機械納米傳感器。

光子設備也可用作納米傳感器，以量化臨床相關樣品的濃度。這些傳感器的工作原理基于結合了布拉格光柵的水凝膠膜體積的化學調制。當水凝膠在化學刺激下膨脹或收縮時，布拉格光柵會改變顏色并使不同波長的光發生衍射。衍射光可以與目標分析物的濃度相關。

另一類納米傳感器是通過比色法工作的納米傳感器。在此，分析物的存在引起化學反應或形態變化，從而發生可見的顏色變化。一種這樣的應用是金納米顆粒可用于檢測重金屬。也可以通過比色變化檢測到許多有害氣體，例如通過市售的Dr?gerTube。這些可以替代龐大的實驗室規模的系統，因為它們可以小型化以用于采樣點設備。例如，許多化學藥品受到環境保護署的監管并需要進行廣泛的測試，以確保污染物水平在適當的范圍內。比色納米傳感器提供了一種現場確定許多污染物的方法。

目前有幾種假設的生產納米傳感器的方法。自上而下的光刻是現在制造大多數集成電路的方式。它涉及從一些較大的材料開始，然后雕刻出所需的形式。這些精雕細琢的設備，特別是在用作微傳感器的特定微機電系統中使用的設備，通常只能達到微米尺寸，但是其中最新的已開始包含納米尺寸的組件。

生產納米傳感器的另一種方法是通過自下而上的方法，該方法包括將傳感器組裝成更多的微小成分，最可能是單個原子或分子。這將涉及將特定物質的原子一個一個地移動到特定位置，盡管這是在實驗室測試中使用原子力顯微鏡之類的工具實現的，但由于邏輯上的原因，這仍然是一個很大的困難，尤其是在批量生產時以及經濟的。此過程最有可能主要用于構建自組裝傳感器的起始分子。

第三種方法有望帶來更快的結果，它涉及自組裝或“增長”用作傳感器的特定納米結構。這通常需要一整套已經完整的組件，這些組件會自動將其組裝成成品。準確地能夠在實驗室中為所需的傳感器復制這種效果將意味著，科學家可以通過讓大量分子在很少或沒有外界影響的情況下自行組裝，而不必手動組裝每個傳感器，從而更快，更便宜地制造納米傳感器。

合成納米傳感器的xxx個工作示例之一是由喬治亞州理工學院的研究人員于1999年制造的。它涉及將單個顆粒附著到碳納米管的末端，并用和測量納米管的振動頻率。沒有粒子。兩個頻率之間的差異使研究人員能夠測量附著的粒子的質量。

從那以后，越來越多的研究進入了納米傳感器，從而現代納米傳感器被開發用于許多應用。當前，納米傳感器在市場上的應用包括：醫療保健、國防和軍事以及諸如食品、環境和農業的其他領域。

納米傳感器可以改善食品和環境領域的各個子領域，包括食品加工、農業、空氣和水質監測以及包裝和運輸。這些納米傳感器能夠快速分析樣品并檢測食品中的污染物，這對于下游加工和易腐物品尤為重要。

化學傳感器可用于分析食品樣本中的氣味和檢測大氣中的氣體。“電子鼻”于1988年開發，用于使用傳統傳感器確定食品樣品的質量和新鮮度，但是最近，使用納米材料對傳感膜進行了改進。將樣品放在一個室內，揮發性化合物在氣相中集中，然后將氣體泵送通過該室，將香氣帶到測量其獨特指紋的傳感器。納米材料的高表面積體積比允許與分析物進行更大的相互作用，并且納米傳感器的快速響應時間可實現干擾響應的分離。化學傳感器也已經使用納米管制成檢測氣態分子的各種特性。碳納米管已用于感測氣態分子的電離，而鈦制納米管已用于檢測分子水平上大氣中氫的濃度。其中許多涉及一個系統，通過該系統可以構建納米傳感器，使其具有另一個分子的特定口袋。當該特定分子（只有該特定分子）適合納米傳感器，并且光照射在納米傳感器上時，它將反射不同波長的光，因此具有不同的顏色。以類似的方式，Flood等人。表明超分子宿主-客體化學提供了定量感應拉曼散射光以及SERS。

目前正在開發其他類型的納米傳感器，包括量子點和金納米顆粒，以檢測環境中的污染物和毒素。可以用與環境污染物特異性結合的抗體修飾量子點表面。基于金納米粒子的光學傳感器可用于非常精確地檢測重金屬。例如，汞含量低至0.49 nM。這種感應方式利用了熒光共振能量轉移（FRET）的優勢，其中金屬的存在抑制了量子點和金納米顆粒之間的相互作用，并消除了FRET響應。

在食品和環境中使用納米傳感器的主要挑戰是確定其相關的毒性和對環境的總體影響。當前，關于納米傳感器的實施將如何長期影響土壤、植物和人類的知識還不足。由于納米粒子的毒性在很大程度上取決于粒子的類型，大小和劑量以及環境變量（包括pH值、溫度和濕度），因此很難完全解決這一問題。為減輕潛在的風險，正在研究制造安全，無毒的納米材料，作為綠色納米技術整體努力的一部分。

納米傳感器的一個示例涉及使用硒化鎘?量子點的熒光特性作為傳感器來發現體內腫瘤。然而，硒化鎘點的不利之處在于它們對身體有劇毒。結果，研究人員正在研究由另一種毒性較小的材料制成的替代點，同時仍保留某些熒光特性。特別是，他們一直在研究硫化鋅量子點的特殊好處，盡管它們的熒光性不如硒化鎘，但可以用其他金屬（包括錳和各種鑭系元素）增強。此外，這些較新的量子點與靶細胞結合時會發出更多的熒光。

納米傳感器的另一個應用涉及在IV線中使用硅納米線來監測器官健康。納米線對檢測痕量生物標志物很敏感，這些標志物通過血液擴散到IV線中，可以監測腎臟或器官衰竭。這些納米線將允許連續的生物標志物測量，這在時間敏感性方面提供了優于傳統生物標志物定量測定法（例如ELISA）的一些好處。

納米傳感器還可用于檢測器官植入物中的污染。納米傳感器被嵌入植入物中，并通過發送給臨床醫生或醫療保健提供者的電信號檢測植入物周圍細胞中的污染。納米傳感器可以檢測出被細菌污染的細胞是否健康、發炎。

當前，由于對納米傳感器的不利影響以及納米傳感器的潛在細胞毒性作用的了解不足，因此對于用于醫療行業的納米傳感器的標準制定有嚴格的規定。另外，可能存在高昂的原材料成本，例如硅、納米線和碳納米管，這阻礙了需要擴大規模實施的納米傳感器的商業化和制造。為了減輕成本的缺點，研究人員正在研究制造由更具成本效益的材料制成的納米傳感器。由于納米傳感器的尺寸小且對不同的合成技術敏感，因此可重復生產納米傳感器還需要很高的精度，這會產生其他技術難題。