রাসায়নিক সেন্সর অ্যারে

রাসায়নিক সেন্সর অ্যারে হলো একাধিক সেন্সর উপাদানের সমন্বয়ে গঠিত একটি সেন্সর স্থাপত্য, যা প্রতিটি সেন্সর উপাদানের সমষ্টিগত প্রতিক্রিয়ার মাধ্যমে বিশ্লেষ্য শনাক্তকরণের একটি প্যাটার্ন তৈরি করে। ইলেকট্রনিক, অপটিক্যাল, অ্যাকোস্টিক ওয়েভ এবং পটেনশিওমেট্রিক ডিভাইসসহ বেশ কয়েক ধরনের রাসায়নিক সেন্সর অ্যারে বিদ্যমান। এই রাসায়নিক সেন্সর অ্যারেগুলোতে এমন একাধিক সেন্সর ব্যবহার করা হতে পারে যা বহুমুখী প্রতিক্রিয়াশীল অথবা নির্দিষ্ট কোনো বিশ্লেষ্য শনাক্ত করার জন্য বিশেষভাবে তৈরি।

 সাধারণ আলোচনা 

 সংজ্ঞা 
সেন্সর অ্যারের উপাদানগুলো হলো পৃথক কিছু সেন্সর, যা তাদের নিজস্ব বৈশিষ্ট্য (যেমন: শনাক্তকরণ পদ্ধতি, নির্দিষ্ট শ্রেণির বিশ্লেষ্যের প্রতি সংবেদনশীলতা এবং আণবিক মিথস্ক্রিয়া) অনুযায়ী নির্বাচন করা হয়। সেন্সর উপাদানগুলোকে এমনভাবে বেছে নেওয়া হয় যেন সেগুলো যত বেশি সম্ভব বিশ্লেষ্যের প্রতি সাড়া দিতে পারে। যদিও প্রতিটি সেন্সর উপাদানের সংবেদনশীলতা এবং সিলেক্টিভিটি আলাদা হয়, তবে অ্যারে স্থাপত্যে একত্রিত হয়ে এগুলো কোনো নির্দিষ্ট বিশ্লেষ্যের জন্য একটি সাধারণ 'ফিঙ্গারপ্রিন্ট' বা অনন্য ছাপ তৈরি করার মাধ্যমে সমষ্টিগতভাবে কাজ করে। এই ফিঙ্গারপ্রিন্ট শনাক্তকরণের মাধ্যমেই বিভিন্ন মিশ্রণের ভেতর থেকে নির্দিষ্ট উপাদানগুলো খুঁজে বের করা সম্ভব হয়। রাসায়নিক সেন্সর অ্যারে অন্যান্য 'মাল্টিঅ্যানালাইট টেস্ট' (যেমন: মূত্র বিশ্লেষণ কাঠি) থেকে আলাদা। মূত্র বিশ্লেষণ কাঠিতে নির্দিষ্ট বিশ্লেষ্য শনাক্ত করার জন্য পৃথক কিছু উপাদান থাকে; বিপরীতে, রাসায়নিক সেন্সর অ্যারে প্রতিটি উপাদানের বহুমুখী প্রতিক্রিয়ার ওপর ভিত্তি করে একটি সামগ্রিক ফিঙ্গারপ্রিন্ট তৈরির মাধ্যমে কাজ করে।

 অন্যান্য রাসায়নিক সেন্সরের সাথে তুলনা 
একক সেন্সর ডিভাইসগুলো সাধারণত ভৌত, অপটিক্যাল এবং ইলেকট্রনিক বৈশিষ্ট্যের ওপর ভিত্তি করে বিশ্লেষ্য শনাক্ত করে। কিছু সেন্সরে নির্দিষ্ট আণবিক টার্গেট থাকে যা কোনো বিশেষ উপাদানের সাথে শক্তিশালী বন্ধন তৈরি করে; তবে এই পদ্ধতিটি নির্দিষ্ট হলেও জটিল মিশ্রণের ক্ষেত্রে সেন্সরের কার্যকারিতা ব্যাহত হতে পারে। ফুসফুস থেকে নির্গত গ্যাস বা গন্ধ এই ধরনের জটিল মিশ্রণের উদাহরণ। একক রাসায়নিক সেন্সরগুলো প্রায়ই নিয়ন্ত্রিত পরিবেশে কাজ করে এবং পারিপার্শ্বিক অবস্থার পরিবর্তন (যেমন: তাপমাত্রা এবং আর্দ্রতা) এদের কাজে বাধা দিতে পারে। রাসায়নিক সেন্সর অ্যারে বিভিন্ন পরিবেশে নানাবিধ মিশ্রণ শনাক্ত করতে বহুমুখী প্রতিক্রিয়াশীল উপাদানের সমন্বিত প্রতিক্রিয়ার প্যাটার্ন রিকগনিশন বা ধরন শনাক্তকরণ পদ্ধতি ব্যবহার করে। রাসায়নিক সেন্সর অ্যারেকে প্রায়ই প্রাণীর পাঁচটি ইন্দ্রিয়ের—শ্রবণ, আস্বাদন, ঘ্রাণ, স্পর্শানুভব এবং দর্শন—অনুকরণ হিসেবে দেখা হয়। কারণ বিভিন্ন উপাদানের সমন্বিত প্রতিক্রিয়া এবং প্যাটার্ন রিকগনিশন ব্যবহার করে এগুলো নির্দিষ্ট কোনো মিশ্রণ বা উপাদানের অনন্য ফিঙ্গারপ্রিন্ট তৈরি করতে পারে।

 ইতিহাস 
রাসায়নিক সেন্সর অ্যারের ইতিহাস অন্যান্য রাসায়নিক সেন্সর প্রযুক্তির বিকাশের সাথে ওতপ্রোতভাবে জড়িত। ১৯৬০-এর দশকে মেটাল-অক্সাইড সেমিকন্ডাক্টর সেন্সর প্রদর্শনের মাধ্যমে এই ক্ষেত্রে গবেষণা গতি পায়, যা অক্সিজেনের মতো উপাদান শনাক্ত করতে সক্ষম ছিল। মানুষের মাত্র ৪০০টি ঘ্রাণজ রিসেপ্টর থাকলেও তারা প্রায় ১০,০০০ বা তারও বেশি গন্ধ আলাদাভাবে চিনতে পারে। ঘ্রাণজ রিসেপ্টর থেকে পাওয়া সংকেত মস্তিষ্কে প্রক্রিয়াজাত হওয়ার পর প্যাটার্ন রিকগনিশনের মাধ্যমে নির্দিষ্ট গন্ধ আলাদা করা হয়। অনেক রাসায়নিক সেন্সর অ্যারের অন্যতম লক্ষ্য হলো ঘ্রাণশক্তির এই প্রক্রিয়াকে অনুকরণ করে বিভিন্ন উপাদানে তৈরি একটি 'ইলেকট্রনিক নোজ' বা ইলেকট্রনিক নাক তৈরি করা। প্যাটার্ন রিকগনিশন পদ্ধতির সাথে রাসায়নিক সেন্সর অ্যারের সংমিশ্রণ জৈবিক সংবেদনশীলতা শনাক্তকরণ পদ্ধতির সাথে সাদৃশ্যপূর্ণ। চিত্র ১ দেখুন। বর্তমানে বাজারে ইলেকট্রনিক নোজ সিস্টেম পাওয়া যায় এবং খাদ্য শিল্পে মান নিয়ন্ত্রণে এগুলো ব্যবহৃত হচ্ছে। বর্তমান গবেষণাগুলোতে পরিবেশ পর্যবেক্ষণ এবং চিকিৎসা ক্ষেত্রেও এই ইলেকট্রনিক নোজের প্রয়োগ দেখা যাচ্ছে। রাসায়নিক সেন্সর অ্যারের মূল ভিত্তি হলো বিভিন্ন বিশ্লেষ্য বিভিন্ন উপাদানের সাথে ভিন্ন ভিন্নভাবে প্রতিক্রিয়া দেখায়। তাই যেকোনো উপাদানই সেন্সর অ্যারেতে ব্যবহার করা যেতে পারে, যদি সেটি বিভিন্ন বিশ্লেষ্য বা মিশ্রণের প্রতি ভিন্ন প্রতিক্রিয়া দেয়। এই ধারণা থেকেই বহুমুখী প্রতিক্রিয়াশীল সেন্সর অ্যারের বিকাশ ঘটেছে।thumb|চিত্র ১। অনেক রাসায়নিক সেন্সর অ্যারের নকশা এবং অনুপ্রেরণা হলো মানুষের পাঁচটি ইন্দ্রিয়ের একটি বা একাধিক, যেমন ঘ্রাণ বা স্বাদ। এখানে প্রদর্শিত হয়েছে যে, যেভাবে সেন্সর অ্যারের তথ্য ব্যবহৃত হয় তা জৈবিক ঘ্রাণ শনাক্তকরণের ধাপগুলোর মতোই: ১. সংকেত গ্রহণ, ২. সংকেত প্রক্রিয়াজাতকরণ, ৩. জানা তথ্যের সাথে সংকেতের তুলনা এবং ৪. প্রতিক্রিয়া জানানো।|916x916px

 অ্যারে সিগন্যাল প্রসেসিং 
অ্যারে সেন্সর থেকে আসা সংকেতগুলো অবশ্যই প্রক্রিয়াজাত করতে হয় এবং আগে থেকে জানা প্যাটার্নের সাথে তুলনা করতে হয়। এই কাজে প্রিন্সিপাল কম্পোনেন্ট অ্যানালাইসিস (পিসিএ), লিস্ট স্কোয়ার অ্যানালাইসিস এবং বর্তমানে নিউরল নেটওয়ার্ক প্রশিক্ষণ ও মেশিন লার্নিং এর ব্যবহার বৃদ্ধি পেয়েছে। রাসায়নিক সেন্সর অ্যারে থেকে প্রাপ্ত তথ্যের প্যাটার্ন তৈরি এবং শনাক্তকরণে মেশিন লার্নিং একটি সাম্প্রতিক সংযোজন। তথ্য বিশ্লেষণের পদ্ধতিটি বিভিন্ন বিষয়ের ওপর নির্ভর করে, যার মধ্যে রয়েছে সেন্সিং প্যারামিটার, তথ্যের কাঙ্ক্ষিত ব্যবহার এবং শনাক্তকরণ পদ্ধতি। শনাক্তকরণ পদ্ধতির ওপর ভিত্তি করে রাসায়নিক সেন্সর অ্যারেকে মূলত চার ভাগে ভাগ করা যায়: ইলেকট্রনিক, অপটিক্যাল, অ্যাকোস্টিক ওয়েভ এবং ইলেকট্রোকেমিক্যাল সেন্সর অ্যারে।

 ইলেকট্রনিক রাসায়নিক সেন্সর অ্যারে 
প্রথম ধরনের রাসায়নিক সেন্সর অ্যারে সংকেত গ্রহণের জন্য ইলেকট্রনিক সিগন্যালের মড্যুলেশনের ওপর নির্ভর করে। এই ধরনের অ্যারেতে প্রায়ই মেটাল-অক্সাইড সেমিকন্ডাক্টর (যেমন: মসফেট), পরিবাহী পলিমার, ন্যানো-উপাদান অথবা মেটাল-অরগানিক ফ্রেমওয়ার্ক (এমওএফ) ও কোভ্যালেন্ট-অরগানিক ফ্রেমওয়ার্ক (সিওএফ) এর মতো কাঠামো ব্যবহার করা হয়। ইলেকট্রনিক রাসায়নিক সেন্সরের অন্যতম সহজ গঠন হলো কেমিরেজিস্টর, তবে অন্যান্য গঠনের মধ্যে ক্যাপাসিটর এবং ট্রানজিস্টর অন্তর্ভুক্ত। এই উপাদানগুলোর রোধ টার্গেট অণুর ভৌত অধিশোষণ বা রাসায়নিক অধিশোষণের  মাধ্যমে পরিবর্তিত হতে পারে, যা বৈদ্যুতিক প্রবাহ, ধারকত্ব বা বিভবের পরিবর্তন হিসেবে শনাক্ত করা হয়।

 ইলেকট্রনিক রাসায়নিক সেন্সর অ্যারেতে মেটাল-অক্সাইড সেমিকন্ডাক্টর 
১৯৬০-এর দশকে জৈব বাষ্প শনাক্তকরণের জন্য কেমিরেজিস্টর সেন্সর হিসেবে মেটাল-অক্সাইড সেমিকন্ডাক্টরের প্রথম ব্যবহার জানা যায়। বাণিজ্যিকভাবে উপলব্ধ প্রথম কেমিরেজিস্টর সেন্সরগুলো কার্বন মনোক্সাইড শনাক্ত করার জন্য মেটাল-অক্সাইড সেমিকন্ডাক্টর ব্যবহার করেছিল। যদিও এগুলো মূলত কার্বন মনোক্সাইড ডিটেক্টর হিসেবে পরিচিত, তবে মেটাল-অক্সাইড সেমিকন্ডাক্টরগুলো তাদের গঠন পরিবর্তনের মাধ্যমে অন্যান্য বিশ্লেষ্যও শনাক্ত করতে সক্ষম। এই সেন্সরগুলো পরিচালনার জন্য উচ্চ তাপমাত্রার প্রয়োজন হয়, যা এদেরকে অদক্ষ করে তোলে এবং বিশেষ করে পানির সাথে বহুমুখী প্রতিক্রিয়া বা ক্রস-রিঅ্যাক্টিভিটি তৈরি করে।

১৯৯০-এর দশকে ওয়ারউইক বিশ্ববিদ্যালয়ের বেশ কয়েকজন গবেষক প্রথম বহুমুখী প্রতিক্রিয়াশীল (নন-সিলেক্টিভ) মেটাল-অক্সাইড সেমিকন্ডাক্টর সেন্সর অ্যারে তৈরি করেন। এটি অ্যাসিটোন, ইথানল, মিথানল এবং জাইলিনের মতো জৈব বাষ্প শনাক্ত করতে এবং আলাদা করতে সক্ষম ছিল। এই ইলেকট্রনিক নোজ সিস্টেমটি 'ওয়ারউইক নোজ' নামে পরিচিত ছিল। বর্তমানে মাইক্রোফ্যাব্রিকেশন প্রযুক্তির মাধ্যমে ছোট সেন্সর অ্যারে তৈরি এবং প্রতিটি উপাদানে সংকেত প্রক্রিয়াকরণ উপাদান যুক্ত করার কাজ চলছে। এই মাইক্রোডিভাইসগুলো উদ্বায়ী জৈব যৌগ এবং কার্বন মনোক্সাইড শনাক্তকরণে অত্যন্ত কার্যকর বলে প্রমাণিত হয়েছে।

মেটাল-অক্সাইড সেমিকন্ডাক্টরের আরেকটি উদাহরণ হলো মেটাল-অক্সাইড সেমিকন্ডাক্টর ফিল্ড ইফেক্ট ট্রানজিস্টর (মসফেট) অ্যারে, যা হাইড্রোজেন, অ্যামোনিয়া এবং ইথানল শনাক্ত করতে ব্যবহৃত হয়েছে। এই মসফেট গুলো বিশ্লেষ্য শোষণের মাধ্যমে সেমিকন্ডাক্টর গেটের ওয়ার্ক ফাংশন পরিবর্তন করে, ফলে ডিভাইসের ভোল্টেজ পরিবর্তিত হয়। মসফেট গুলো উচ্চমাত্রায় পরিবর্তনযোগ্য হলেও বহুমুখী প্রতিক্রিয়াশীলতা এবং উচ্চ পরিচালন তাপমাত্রার কারণে এদের সীমাবদ্ধতা রয়ে গেছে।

 ইলেকট্রনিক রাসায়নিক সেন্সর অ্যারেতে পরিবাহী পলিমার 
বেশ কিছু পরিবাহী পলিমার, যেমন: পলিঅ্যাসিটিলিন, পলিথিওফিন এবং পলিয়ানিলিন এক্ষেত্রে গুরুত্ব বহন করে। পরিবাহী পলিমারের ইলেকট্রনিক সেন্সিং মেকানিজমের মূল নীতি হলো বিশ্লেষ্যের সাথে মিথস্ক্রিয়ার ফলে পলিমারের ভৌত কাঠামো পরিবর্তন (যেমন ফুলে ওঠা), যার ফলে এর পরিবাহিতা পরিবর্তিত হয়। সেন্সর অ্যারেতে পরিবাহী পলিমার ব্যবহারের একটি বড় সুবিধা হলো ল্যাবরেটরিতে প্রচুর পরিমাণে পলিমার তৈরির সুযোগ। ফলে এগুলো মেটাল-অক্সাইড সেমিকন্ডাক্টরের একটি ভালো বিকল্প হতে পারে। তবে পরিবাহী পলিমারের সীমাবদ্ধতা হলো এগুলো অ-মেরু বা নন-পোলার উপাদান শনাক্ত করতে হিমশিম খায়। বর্তমানে কিছু বাণিজ্যিক সিস্টেম খাদ্য বিশ্লেষণে ব্যবহৃত হলেও নতুন অন্যান্য উপাদান ও পদ্ধতি উদ্ভাবনের ফলে পরিবাহী পলিমারভিত্তিক সেন্সর অ্যারের গবেষণার গতি কিছুটা কমেছে।

 ইলেকট্রনিক রাসায়নিক সেন্সর অ্যারেতে ন্যানো-উপাদান 
গ্রাফিন, কার্বন ন্যানোটিউব এবং ত্রিমাত্রিক কাঠামোবিশিষ্ট উপাদানের মতো নতুন ধরনের ন্যানো-উপাদানগুলো ইলেকট্রনিক রাসায়নিক সেন্সর অ্যারেতে ব্যবহারের জন্য নতুন সম্ভাবনা তৈরি করেছে। গ্রাফিন এবং কার্বন ন্যানোটিউবের ক্ষেত্রে সারফেস ফাংশনালাইজেশন পদ্ধতি ব্যবহার করে নির্দিষ্ট উপাদানের সাথে মিথস্ক্রিয়া ঘটানো হয়। উদাহরণস্বরূপ, মেটালোপরফিরিন দিয়ে পরিবর্তিত সিঙ্গেল-ওয়াল কার্বন ন্যানোটিউব বিভিন্ন উদ্বায়ী জৈব যৌগ শনাক্ত করতে সক্ষম।

 ইলেকট্রনিক রাসায়নিক সেন্সর অ্যারেতে পরিবাহী ফ্রেমওয়ার্ক উপাদান 
পরিবাহী ফ্রেমওয়ার্ক উপাদানগুলো সেন্সিংয়ের ক্ষেত্রে একই ধরনের পদ্ধতি ব্যবহার করে; তবে এই উপাদানগুলো নির্দিষ্ট আণবিক মিথস্ক্রিয়ার জন্য বিশেষভাবে তৈরি করা যেতে পারে। মেটাল-অরগানিক ফ্রেমওয়ার্ক (এমওএফ) এবং কোভ্যালেন্ট-অরগানিক ফ্রেমওয়ার্ক (সিওএফ) হাইড্রোজেন সালফাইড, অ্যামোনিয়া এবং নাইট্রিক অক্সাইড শনাক্তকরণে দারুণ সম্ভাবনা দেখিয়েছে। এই উপাদানগুলোর বিকাশ পরীক্ষামূলক এবং গাণিতিক উভয় পদ্ধতিতেই শক্তিশালী সেন্সর অ্যারে তৈরির পথ প্রশস্ত করছে।
 মিশ্র-উপকরণের ইলেকট্রনিক রাসায়নিক সেন্সর অ্যারে 
ইলেকট্রনিক রাসায়নিক সেন্সর অ্যারেতে ব্যবহৃত বিভিন্ন ধরনের উপাদানের সীমাবদ্ধতাগুলো কাটিয়ে ওঠার জন্য একাধিক পদার্থের সমন্বয়ে সেন্সর তৈরির প্রচেষ্টা চালানো হয়েছে। এর একটি উদাহরণ হলো এমওএফ এর পাতলা স্তরে আবৃত মেটাল-অক্সাইড ন্যানোওয়ার। সেন্সর তৈরির ক্ষেত্রে একক উপাদানের তুলনায় এই মিশ্র উপাদানগুলো অনেক বেশি উন্নত কর্মক্ষমতা প্রদর্শন করে বলে জানা গেছে। কার্বন ব্ল্যাক-পলিমারের মিশ্রণও বিভিন্ন শ্রেণীর এবং একই শ্রেণীর উদ্বায়ী জৈব যৌগ শনাক্তকরণে উন্নত সংকেত প্রদানে সক্ষম।

মলিকুলারলি ইমপ্রিন্টেড পলিমারগুলোকেও অ্যারে ফরম্যাটে অন্তর্ভুক্ত করা হয়েছে। এই ইমপ্রিন্টিং প্রক্রিয়ার মাধ্যমে মলিকুলারলি ইমপ্রিন্টেড পলিমার অ্যারেগুলোকে নির্দিষ্ট অ্যানালাইটের উপযোগী করে তৈরি করা সম্ভব হয়।

 অপটিক্যাল বা বর্ণমিতিক রাসায়নিক সেন্সর অ্যারে 
ইলেকট্রনিক রাসায়নিক সেন্সর অ্যারে থেকে আলাদা হলো অপটিক্যাল রাসায়নিক সেন্সর অ্যারে, যা টার্গেট অ্যানালাইট এবং সেন্সিং উপাদানের মধ্যে রাসায়নিক মিথস্ক্রিয়া পর্যবেক্ষণে আলো (অতিবেগুনী, দৃশ্যমান, অবলোহিত) ব্যবহার করে। সাধারণত অপটিক্যাল সেন্সরগুলো শোষণ , অপবর্তন , ফ্লুরোসেন্স, প্রতিসরণ  এবং বিচ্ছুরণের  মতো বিভিন্ন পরিমাপযোগ্য পদ্ধতির মাধ্যমে আলোর সাথে রাসায়নিক বিক্রিয়া বিশ্লেষণ করে। সাধারণত ফ্লুরোসেন্স সেন্সরগুলো অন্যান্য অপটিক্যাল পদ্ধতির তুলনায় বেশি সংবেদনশীলতা প্রদর্শন করে। অপটিক্যাল সেন্সরে একটি আলোক উৎস, তরঙ্গদৈর্ঘ্য ফিল্টার, নমুনা এবং একটি ডিটেক্টর থাকে। সেন্সরের নকশা এর ব্যবহারের পদ্ধতির উপর ভিত্তি করে ভিন্ন ভিন্ন হতে পারে। ইলেকট্রনিক নোজের মতোই অপটিক্যাল রাসায়নিক সেন্সর অ্যারেগুলোকে অপ্টোইলেকট্রনিক নোজের আওতায় অন্তর্ভুক্ত করা হয়েছে। এগুলো নির্দিষ্ট যৌগের জন্য 'ফিঙ্গারপ্রিন্ট' তৈরি করে এবং প্যাটার্ন শনাক্তকরণের মাধ্যমে মিশ্রণের উপাদানগুলো শনাক্ত করে। চিত্র ২ বর্ণমিতিক এবং ফ্লুরোমেট্রিক সেন্সর অ্যারের মূলনীতি প্রদর্শন করে। রঙের (রঞ্জক) সাথে রাসায়নিক মিথস্ক্রিয়ার ফলে আলোতে যে পরিবর্তন আসে, তা অপটিক্যাল সেন্সরে ধরা পড়ে।

অপটিক্যাল সেন্সরের জন্য অ্যানালাইটের সাথে নির্দিষ্ট মিথস্ক্রিয়া প্রয়োজন এবং এতে দুটি উপাদান থাকে: একটি প্রোব উপাদান এবং একটি ক্রোমোফোর বা ফ্লুরোফোর। ক্রস-রিয়েক্টিভ অপটিক্যাল এবং ফ্লুরোসেন্স অ্যারে তৈরির জন্য প্রোব এবং অ্যানালাইটের মধ্যকার আণবিক মিথস্ক্রিয়া কৌশলগতভাবে বিবেচনা করতে হয়। ইলেকট্রনিক সেন্সরের মতো অপটিক্যাল রাসায়নিক সেন্সর অ্যারেগুলোকেও পানির মতো প্রতিযোগী অ্যানালাইটের উপস্থিতিতে সেন্সিং করার সময় চ্যালেঞ্জের সম্মুখীন হতে হয়। 'হোস্ট-গেস্ট' মিথস্ক্রিয়া বিবেচনার মাধ্যমে একটি অ্যারে বিভিন্ন আণবিক বৈশিষ্ট্য বিশ্লেষণ করতে পারে। এখানে আলোক-সক্রিয় পলিমারের মতো 'অ-নির্দিষ্ট সেন্সর' ব্যবহারের ফলে মূলত হাইড্রোফোবিসিটি বা জলবিদ্বেষী ধর্মের ভিত্তিতে বিভিন্ন যৌগ শনাক্ত করা যায়। অন্যদিকে, কোনো নির্দিষ্ট অ্যানালাইটের সাথে একচেটিয়াভাবে যুক্ত হতে পারে এমন সেন্সরগুলো বর্ণমিতিক সেন্সর অ্যারের কার্যকারিতা বৃদ্ধি করে। প্রোবের ধরন যাই হোক না কেন, সাধারণত পাঁচ ধরনের আন্তঃআণবিক মিথস্ক্রিয়ার ফলে উপাদানে পরিমাপযোগ্য বর্ণমিতিক পরিবর্তন ঘটে।

 বর্ণমিতিক রাসায়নিক সেন্সর অ্যারেতে ব্রনস্টেড-লাউরি অম্ল-ক্ষার বিক্রিয়া 
ব্রনস্টেড-লাউরি অম্ল-ক্ষার মিথস্ক্রিয়া (যেমন পিএইচ নির্দেশক হিসেবে ব্যবহৃত রং) বর্ণমিতিক সেন্সিংয়ের অন্যতম প্রাচীন পদ্ধতি। বিংশ শতাব্দীর শুরু থেকেই ৭-হাইড্রোক্সিফেনোক্সাজোন (লিটমাস) এবং অ্যান্থোসায়ানিন অক্সোনিয়াম ডাই পিএইচ নির্দেশক এবং বর্ণমিতিক সেন্সর উভয় হিসেবেই ব্যবহৃত হয়ে আসছে। ব্রনস্টেড-লাউরি অম্ল-ক্ষার বৈশিষ্ট্যযুক্ত আরও অনেক ক্রোমোফোর তৈরি করা হয়েছে, যেমন অ্যাজো ডাই, নাইট্রোফেনল, ফথালিন এবং সালফনফথালিন। এই ক্রোমোফোরগুলোর অম্ল-ক্ষার কার্যকারিতা তাদের গঠনের নির্দিষ্ট রাসায়নিক অংশ এবং তাদের সংশ্লিষ্ট অ্যাসিড বিয়োগ ধ্রুবকের সাথে সম্পর্কিত। প্রোটোনেশন বা ডিপ্রোটোনেশনের ফলে ঘটা রঙের পরিবর্তনকে নির্দিষ্ট শক্তি বা ঘনত্বের অম্ল বা ক্ষারের সাথে আন্তঃআণবিক মিথস্ক্রিয়া হিসেবে সংজ্ঞায়িত করা যেতে পারে।

 বর্ণমিতিক রাসায়নিক সেন্সর অ্যারেতে লুইস অম্ল-ক্ষার বিক্রিয়া 
ব্রনস্টেড-লাউরি অম্ল-ক্ষার মিথস্ক্রিয়া বিস্তৃত পরিসরের যৌগের ক্ষেত্রে সংবেদনশীল হলেও, লুইস অম্ল এবং ক্ষার মিথস্ক্রিয়া বর্ণমিতিক রাসায়নিক সেন্সর অ্যারের জন্য সবচেয়ে সংবেদনশীল আন্তঃআণবিক মিথস্ক্রিয়াগুলোর মধ্যে অন্যতম। লুইস অম্ল এবং ক্ষার মিথস্ক্রিয়ার বিশেষত্ব এই যে, সবচেয়ে তীব্র গন্ধগুলো লুইস ক্ষার (থিওল, ফসফিন, অ্যামিন) থেকে উৎপন্ন হয়। জীববিজ্ঞানে এগুলোকে খুব কম ঘনত্বেও শনাক্ত করার জন্য লুইস অ্যাসিড গ্রাহকযুক্ত ঘ্রাণজ গ্রাহক ব্যবহার করা হয়। লুইস অ্যাসিড ডাই (বিশেষত উন্মুক্ত স্থানাঙ্ক সাইটসহ মেটাল ক্যাটায়ন) জৈবিক ঘ্রাণ শনাক্তকরণে ব্যবহৃত হয়। সে কারণে শক্তিশালী লুইস অম্ল-ক্ষার মিথস্ক্রিয়ার জন্য মেটালোপরফাইরিনের মতো লুইস অ্যাসিডগুলো বর্ণমিতিক সেন্সর গবেষকদের কাছে বিশেষভাবে আকর্ষণীয়।

 বর্ণমিতিক রাসায়নিক সেন্সর অ্যারেতে অন্যান্য মিথস্ক্রিয়া 
অ্যানালাইটের সাথে মিথস্ক্রিয়ায় বিভিন্ন উভমুখী আণবিক বিক্রিয়া রঙ পরিবর্তন করতে সক্ষম বলে প্রমাণিত হয়েছে। এর মধ্যে রয়েছে জারণ-বিজারণ (রেডক্স) সক্রিয় ক্রোমো- এবং ফ্লুরোফোর, যা নির্দিষ্ট বৈদ্যুতিক বিভবে রঙের পরিবর্তন ঘটায়। এছাড়াও মেরোসায়ানিন এবং অ্যাজোবেঞ্জিনের মতো বিভিন্ন ডাই রয়েছে যা পরিবেশের পোলারিটির উপর ভিত্তি করে রঙের পরিবর্তন দেখায়। আন্তঃআণবিক মিথস্ক্রিয়ার মাধ্যমে এই সিস্টেমগুলোতে ইলেকট্রন ঘনত্বের পরিবর্তনের ফলে ভূমি ও উত্তেজিত অবস্থার মধ্যে তাদের দ্বিমেরু ভ্রামক বৃদ্ধি পায়, যা অপটিক্যাল ট্রানজিশনের দৃশ্যমান পরিবর্তন হিসেবে প্রকাশ পায়। ন্যানো-উপকরণের উন্নয়ন নির্দিষ্ট কিছু ডাইয়ের (বিশেষত রেডক্স সক্রিয় ডাই) পৃষ্ঠতলের পরিবর্তনের সুযোগ করে দিয়েছে। এর উচ্চতর পৃষ্ঠতলের ক্ষেত্রফল ও আয়তনের অনুপাত অ্যানালাইটের সাথে মিথস্ক্রিয়ার জন্য আরও সক্রিয় সাইট তৈরি করে, যা উচ্চ সংবেদনশীলতা নিশ্চিত করে।

 বর্ণমিতিক রাসায়নিক সেন্সর অ্যারে তৈরি 
ইলেকট্রনিক রাসায়নিক সেন্সর অ্যারের উপকরণগুলোতে অ্যানালাইটের সরাসরি মিথস্ক্রিয়ার ফলে পরিবাহিতা বা ভোল্টেজের পরিবর্তন ঘটে। তবে বর্ণমিতিক সেন্সর অ্যারে তৈরির ক্ষেত্রে অ্যানালাইট-সাবস্ট্রেট মিথস্ক্রিয়া এবং অপটিক্যাল সংকেত রূপান্তর—উভয়ই বিবেচনায় নিতে হয়। বর্ণমিতিক সেন্সর অ্যারে তৈরির একটি পদ্ধতি হলো একটি নিষ্ক্রিয় এবং স্বচ্ছ ম্যাট্রিক্সের মধ্যে ডাই বা রঙগুলোকে স্থগিত রেখে মাইক্রোস্ফিয়ার তৈরি করা। এই মাইক্রোস্ফিয়ারগুলো পরবর্তীতে ফাইবার অপটিক্সে অন্তর্ভুক্ত করা হয়। অন্যান্য পদ্ধতির মধ্যে রয়েছে কাগজ, সিলিকা জেল, বা ছিদ্রযুক্ত পলিমার মেমব্রেনের মতো বিভিন্ন সাবস্ট্রেটের উপর সরাসরি ফ্লুরো- এবং বর্ণমিতিক ডাই প্রিন্ট করা।

ডিজিটাল ইমেজিং বা আলোকসজ্জার অন্তর্ভুক্তির মাধ্যমে মাইক্রোস্ফিয়ার বা প্লেটেড সেন্সর থেকে রিয়েল-টাইমে বর্ণমিতিক এবং ফ্লুরোসেন্ট তথ্যের দ্রুত সংকেত রূপান্তর সম্ভব হয়। ডিটেক্টরগুলো আলোর নির্দিষ্ট তরঙ্গদৈর্ঘ্য প্রক্রিয়াকরণ করতে পারে অথবা সেন্সর অ্যারের সরাসরি চিত্র বিশ্লেষণ করতে আরজিবি ইমেজ প্রসেসিং প্রোগ্রাম ব্যবহার করতে পারে। ইলেকট্রনিক রাসায়নিক সেন্সর অ্যারের মতো অপটিক্যাল সেন্সরগুলোকেও মাইক্রোফ্যাব্রিকেশন প্রযুক্তির মাধ্যমে ক্ষুদ্রাকৃতি করা হচ্ছে। সাম্প্রতিক উন্নতির ফলে এই সেন্সর অ্যারেগুলোকে সরাসরি ফ্ল্যাটবেড স্ক্যানার এবং স্মার্টফোনের মতো মোবাইল ইলেকট্রনিক্সে যুক্ত করা সম্ভব হচ্ছে। এই মাইক্রোপ্লেট অ্যারেগুলো বিভিন্ন দশার জটিল মিশ্রণের বর্ণমিতিক বিশ্লেষণে সক্ষম। এর প্রয়োগের মধ্যে রয়েছে ক্রস-রিয়েক্টিভ ন্যানোপোরাস পিগমেন্ট ব্যবহার করে বিষাক্ত শিল্প রাসায়নিক শনাক্তকরণ, গোল্ড ন্যানোপার্টিকেল-গ্রিন ফ্লুরোসেন্ট প্রোটিন ব্যবহার করে ক্যান্সার নির্ণয়, এবং মেটাল-ডাই কমপ্লেক্সের কম্বিনেটোরিয়াল লাইব্রেরি তৈরি ও মূল্যায়ন।

 রাসায়নিক সেন্সর অ্যারের অন্যান্য ধরন 
তুলনামূলক কম প্রচলিত হলেও, রাসায়নিক সেন্সর অ্যারে হিসেবে কার্যকর আরও দুই ধরনের ডিভাইস রয়েছে। এগুলো হলো ওয়েভ ডিভাইস (তরঙ্গ ভিত্তিক যন্ত্র) এবং তড়িৎ-রাসায়নিক (ইলেক্ট্রোকেমিক্যাল) সেন্সর।

 রাসায়নিক সেন্সর অ্যারে হিসেবে ওয়েভ ডিভাইস 

অ্যাকুস্টিক ওয়েভ ডিভাইস, থিকনেস শিয়ার মোড রেজোনেটর (টিএসএম) এবং কোয়ার্টজ ক্রিস্টাল মাইক্রোব্যালেন্সসহ বেশ কয়েক ধরনের ওয়েভ ডিভাইস রয়েছে। এই যন্ত্রগুলো নির্দিষ্ট কম্পাঙ্কে স্পন্দিত হয় এবং ডিভাইসের ভরের পরিবর্তনের সাথে সাথে এদের স্পন্দনের কম্পাঙ্কও পরিবর্তিত হয়। রাসায়নিক সেন্সর অ্যারেতে ব্যবহারের উপযোগী বিভিন্ন ধরনের উপাদান দিয়ে এই যন্ত্রগুলোতে প্রয়োজনীয় পরিবর্তন আনা সম্ভব। এই প্রতিটি উপাদানের আন্তঃআণবিক মিথস্ক্রিয়া এবং বিভিন্ন যৌগের প্রতি তাদের সংবেদনশীলতার কারণে এগুলোকে একত্রে ব্যবহারের মাধ্যমে কোনো মিশ্রণে থাকা নির্দিষ্ট যৌগের 'ফিঙ্গারপ্রিন্ট' শনাক্ত করা যায়।

পলিমার ফিল্মের আস্তরণযুক্ত মাইক্রোমেশিনড মেটাল-অক্সাইড ক্যান্টিলিভারের মতো উপাদান ব্যবহার করে ওয়েভ ডিভাইসগুলোর মাধ্যমে বিভিন্ন উদ্বায়ী জৈব যৌগের মিশ্রণ এবং সেই সাথে হাইড্রোজেন গ্যাস ও পারদ বাষ্প আরও নিখুঁতভাবে শনাক্ত করা সম্ভব হয়। বাল্ক এবং সারফেস অ্যাকুস্টিক ওয়েভ ডিভাইসগুলো উচ্চতর সেন্সরে ব্যবহৃত হয়েছে যেখানে সেন্সিং উপাদানগুলো সংকেত পরিবহনের জন্য বৈদ্যুতিক ও আলোকীয় একাধিক মাধ্যম তৈরি করে; এছাড়া একই ওয়েভ ডিভাইস ব্যবহার করে 'ভার্চুয়াল রাসায়নিক সেন্সর অ্যারে' তৈরি করা হয়েছে, যেখানে একটি সেন্সর থেকে প্রাপ্ত তথ্য আরও বিশদভাবে বিশ্লেষণ করা যায়। কপার থ্যালোসায়ানিন এবং একক ও বহু-প্রাচীর বিশিষ্ট কার্বন ন্যানোটিউবসহ বিভিন্ন উপাদানের সাহায্যে তৈরি সারফেস-মডিফাইড কোয়ার্টজ ক্রিস্টাল মাইক্রোব্যালেন্স অ্যারে গ্যাস শনাক্তকরণের ক্ষেত্রে একটি কার্যকর 'ইলেকট্রনিক নোজ' হিসেবে প্রমাণিত হয়েছে, যেখানে তথ্য বিশ্লেষণের জন্য মেশিন লার্নিং অ্যালগরিদম ব্যবহার করা হয়েছে।

 তড়িৎ-রাসায়নিক (ইলেক্ট্রোকেমিক্যাল) সেন্সর অ্যারে 
রাসায়নিক সেন্সর অ্যারেতে ব্যবহারযোগ্য ইলেকট্রোডের আরেকটি শ্রেণি রয়েছে। সাধারণত, তড়িৎ-রাসায়নিক ভিত্তিক সেন্সরগুলোকে ইলেকট্রনিক টাং বলা হয়। একটি মাল্টি-ইলেকট্রোড সিস্টেমে নির্দিষ্ট আণবিক মিথস্ক্রিয়া শনাক্ত করতে ইলেক্ট্রোডের উপরিভাগে পরিবর্তন আনা হয়। অর্ধভেদ্য পর্দা বা সেমিপারমিয়েবল মেমব্রেন ব্যবহারের মাধ্যমে ইলেকট্রোডগুলোকে এমন সেন্সরে রূপান্তর করা যায় যা লক্ষ্যবস্তু হিসেবে থাকা উপাদানগুলোকে বেছে নিয়ে জারণ বা বিজারণ করতে সক্ষম। উদাহরণস্বরূপ, পলিভিনাইল ক্লোরাইডের মতো পটেনশিওমেট্রিক পলিমার দিয়ে তৈরি অর্ধভেদ্য পর্দা সেন্সরের একটি অ্যারে জলীয় দ্রবণে নাইট্রেট, নাইট্রাইট এবং অ্যামোনিয়াম ঘনত্ব পরিমাপের সক্ষমতা প্রদর্শন করেছে। বর্তমানে ভোল্টামেট্রিক এবং পটেনশিওমেট্রিক উভয় পদ্ধতিই তৈরি করা হয়েছে। এই প্রযুক্তিটি কেবল সেরিব্রোস্পাইনাল ফ্লুইডের মতো জলীয় দ্রবণের বহুমুখী বিশ্লেষণই নয়, বরং তড়িৎ-রাসায়নিক বিক্রিয়ার রেডক্স উপজাতগুলো শনাক্তকরণের ক্ষেত্রেও গবেষণার একটি সক্রিয় ক্ষেত্র।

 বাস্তব জীবনে রাসায়নিক সেন্সর অ্যারের ব্যবহারের উদাহরণ 
বর্তমানে রাসায়নিক সেন্সর অ্যারের বহুমুখী ব্যবহারের ওপর ভিত্তি করে গবেষণার পরিধি বিস্তৃত হচ্ছে। নিঃশ্বাসের নমুনার ফিঙ্গারপ্রিন্ট বিশ্লেষণের মাধ্যমে ক্যানসার, ব্যাকটেরিয়া জনিত সংক্রমণ শনাক্ত করার জন্য ডায়াগনস্টিক পরীক্ষার পাশাপাশি খাদ্য ও পণ্যের মান নিয়ন্ত্রণে রাসায়নিক সেন্সর অ্যারে সম্বলিত বিশ্লেষণধর্মী যন্ত্র ব্যবহারের প্রস্তাব করা হয়েছে। কয়েকটি উদাহরণ নিচে দেওয়া হলো:

 বিভিন্ন জৈব লিগ্যান্ডের সাথে যুক্ত সোনার ন্যানোকণা দ্বারা তৈরি একটি রাসায়নিক সেন্সর অ্যারে ডিভাইসের ক্লিনিক্যাল ট্রায়াল সম্পন্ন হয়েছে যা কোভিড-১৯ সংক্রমণ শনাক্ত করতে সক্ষম।
 'উলফ ই-নোজ' হলো একটি বাণিজ্যিকভাবে সহজলভ্য রাসায়নিক সেন্সর অ্যারে সিস্টেম যা উদ্বায়ী জৈব যৌগ শনাক্ত করতে ইলেকট্রনিক এবং কালোরিমেট্রিক উভয় ধরনের সেন্সর ব্যবহার করে। এটি মূত্রনালীর সংক্রমণ সৃষ্টিকারী ব্যাকটেরিয়া শনাক্তকরণে ব্যবহৃত হয়েছে।
 'সাইরানোজ ৩২০ ইলেকট্রনিক নোজ' হলো ৩২টি ব্ল্যাক কার্বন-পলিমার সেন্সর দিয়ে তৈরি একটি বাণিজ্যিকভাবে সহজলভ্য রাসায়নিক সেন্সর অ্যারে, যা ৯৬% নির্ভুলতার সাথে চোখের সংক্রমণের জন্য দায়ী ছয় ধরনের ব্যাকটেরিয়া শনাক্ত করতে পারে; চিত্র ৪ দেখুন।

 তথ্যসূত্র 

বিষয়শ্রেণী:সেন্সর
বিষয়শ্রেণী:বস্তুবিজ্ঞান
বিষয়শ্রেণী:অ্যারে