Australiska forskare har utvecklat en molekylärstor, mer effektiv version av en allmänt använd elektronisk sensor, i ett genombrott som kan ge stora fördelar.
Piezoresistorer används vanligtvis för att upptäcka vibrationer i elektronik och bilar, till exempel i smarta telefoner för att räkna steg och för att utlösa krockkuddar i bilar. De används också i medicinsk utrustning som implanterbara trycksensorer, såväl som inom flyg och rymdresor.
I ett rikstäckande initiativ har forskare under ledning av Dr Nadim Darwish från Curtin University, professor Jeffrey Reimers från University of Technology Sydney, docent Daniel Kosov från James Cook University och Dr Thomas Fallon från University of Newcastle utvecklat en piezoresistor det är ungefär 500 000 gånger mindre än bredden på ett människohår.
Publicerad i Nature Communications , har forskningsartikeln titeln "Kontrollera piezoresistens i enskilda molekyler genom isomerisering av bullvalener."
Dr. Darwish sa att de hade utvecklat en känsligare, miniatyriserad typ av denna elektroniska nyckelkomponent, som omvandlar kraft eller tryck till en elektrisk signal och används i många vardagliga tillämpningar.
"På grund av sin storlek och kemiska natur kommer den här nya typen av piezoresistor att öppna upp en helt ny värld av möjligheter för kemiska och biosensorer, gränssnitt mellan människa och maskin och hälsoövervakningsanordningar," sa Dr. Darwish.
"Eftersom de är molekylärbaserade kan våra nya sensorer användas för att detektera andra kemikalier eller biomolekyler som proteiner och enzymer, vilket kan förändra spelet för att upptäcka sjukdomar."
Dr. Fallon sa att den nya piezoresistorn var gjord av en enda bullvalenmolekyl som när den är mekaniskt ansträngd reagerar för att bilda en ny molekyl av annan form, vilket förändrar elflödet genom att ändra motståndet.
"De olika kemiska formerna är kända som isomerer, och detta är första gången som reaktioner mellan dem har använts för att utveckla piezoresistorer," sa Dr. Fallon.
"Vi har kunnat modellera den komplexa serie av reaktioner som äger rum och förstå hur enstaka molekyler kan reagera och transformeras i realtid."
Professor Reimers sa att betydelsen av detta var förmågan att elektriskt detektera förändringen i formen av en reagerande molekyl, fram och tillbaka, ungefär en gång varje millisekund.
"Att upptäcka molekylära former från deras elektriska konduktans är ett helt nytt koncept för kemisk avkänning," sa professor Reimers.
Docent Kosov sa att förståelse av sambandet mellan molekylform och konduktivitet kommer att göra det möjligt att bestämma grundläggande egenskaper hos förbindelser mellan molekyler och anslutna metalliska ledare.
"Denna nya förmåga är avgörande för den framtida utvecklingen av alla molekylära elektronikenheter," sa docent Kosov.
Mer information: Jeffrey R. Reimers et al, Kontroll av piezoresistens i enstaka molekyler genom isomerisering av bullvalener, Nature Communications (2023). DOI:10.1038/s41467-023-41674-z
Journalinformation: Nature Communications
Tillhandahålls av Curtin University
