Elektronisk sensor på størrelse med et enkelt molekyle en potentiel game-changer

Australske forskere har udviklet en molekylær størrelse, mere effektiv version af en udbredt elektronisk sensor, i et gennembrud, der kunne bringe udbredte fordele.

Piezoresistorer bruges almindeligvis til at detektere vibrationer i elektronik og biler, såsom i smartphones til at tælle skridt og til airbagudløsning i biler. De bruges også i medicinsk udstyr, såsom implanterbare tryksensorer, såvel som i luftfart og rumfart.

I et landsdækkende initiativ har forskere ledet af Dr. Nadim Darwish fra Curtin University, professor Jeffrey Reimers fra University of Technology Sydney, lektor Daniel Kosov fra James Cook University og Dr. Thomas Fallon fra University of Newcastle udviklet en piezoresistor det er omkring 500.000 gange mindre end bredden af ​​et menneskehår.

Udgivet i Nature Communications , har forskningspapiret titlen "Kontrollering af piezoresistens i enkelte molekyler gennem isomerisering af bullvalener."

Dr. Darwish sagde, at de havde udviklet en mere følsom, miniaturiseret type af denne vigtige elektroniske komponent, som omdanner kraft eller tryk til et elektrisk signal og bruges i mange daglige applikationer.

"På grund af dens størrelse og kemiske natur vil denne nye type piezoresistor åbne et helt nyt område af muligheder for kemiske og biosensorer, menneske-maskine-grænseflader og sundhedsovervågningsenheder," sagde Dr. Darwish.

"Da de er molekylær-baserede, kan vores nye sensorer bruges til at detektere andre kemikalier eller biomolekyler som proteiner og enzymer, som kan være spilskiftende til påvisning af sygdomme."

Dr. Fallon sagde, at den nye piezoresistor var lavet af et enkelt bullvalen-molekyle, der, når det er mekanisk belastet, reagerer for at danne et nyt molekyle med en anden form, hvilket ændrer elektricitetsstrømmen ved at ændre modstand.

"De forskellige kemiske former er kendt som isomerer, og det er første gang, at reaktioner mellem dem er blevet brugt til at udvikle piezoresistorer," sagde Dr. Fallon.

"Vi har været i stand til at modellere den komplekse række af reaktioner, der finder sted, og forstå, hvordan enkelte molekyler kan reagere og transformere i realtid."

Professor Reimers sagde, at betydningen af ​​dette var evnen til elektrisk at detektere ændringen i formen af ​​et reagerende molekyle, frem og tilbage, cirka én gang hvert millisekund.

"At detektere molekylære former ud fra deres elektriske ledningsevne er et helt nyt koncept for kemisk sansning," sagde professor Reimers.

Lektor Kosov sagde, at forståelsen af ​​forholdet mellem molekylær form og ledningsevne vil gøre det muligt at bestemme grundlæggende egenskaber ved forbindelsespunkter mellem molekyler og fastgjorte metalliske ledere.

"Denne nye evne er afgørende for den fremtidige udvikling af alle molekylære elektroniske enheder," sagde lektor Kosov.

Flere oplysninger: Jeffrey R. Reimers et al., Kontrol af piezoresistens i enkelte molekyler gennem isomerisering af bullvalener, Nature Communications (2023). DOI:10.1038/s41467-023-41674-z

Journaloplysninger: Nature Communications

Leveret af Curtin University