Czujnik elektroniczny wielkości pojedynczej cząsteczki potencjalny przełom

Piezorezystory są powszechnie stosowane do wykrywania wibracji w urządzeniach elektronicznych i samochodach, na przykład w smartfonach do liczenia kroków oraz do wyzwalania poduszek powietrznych w samochodach. Znajdują także zastosowanie w urządzeniach medycznych, takich jak wszczepialne czujniki ciśnienia, a także w lotnictwie i podróżach kosmicznych.

W ramach ogólnokrajowej inicjatywy naukowcy pod kierunkiem dr Nadima Darwisha z Curtin University, profesora Jeffreya Reimersa z Politechniki w Sydney, profesora nadzwyczajnego Daniela Kosova z Uniwersytetu Jamesa Cooka i dr Thomasa Fallona z Uniwersytetu w Newcastle opracowali piezorezystor, który jest około 500 000 razy mniejsza niż szerokość ludzkiego włosa.

Dr Darwish powiedział, że opracowali bardziej czuły, zminiaturyzowany typ tego kluczowego elementu elektronicznego, który przekształca siłę lub ciśnienie na sygnał elektryczny i jest używany w wielu codziennych zastosowaniach.

„Ze względu na swój rozmiar i charakter chemiczny ten nowy typ piezorezystora otworzy zupełnie nową dziedzinę możliwości dla czujników chemicznych i biosensorów, interfejsów człowiek-maszyna oraz urządzeń monitorujących stan zdrowia” – powiedział dr Darwish.

„Ponieważ nasze nowe czujniki mają charakter molekularny, można ich używać do wykrywania innych substancji chemicznych lub biomolekuł, takich jak białka i enzymy, co może zmienić zasady gry w wykrywaniu chorób”.

Dr Fallon powiedział, że nowy piezorezystor został wykonany z pojedynczej cząsteczki bullwalenu, która pod wpływem mechanicznego naprężenia reaguje, tworząc nową cząsteczkę o innym kształcie, zmieniając przepływ prądu poprzez zmianę oporu.

„Różne formy chemiczne nazywane są izomerami i po raz pierwszy wykorzystano reakcje między nimi do opracowania piezorezystorów” – powiedziała dr Fallon.

„Udało nam się modelować złożoną serię zachodzących reakcji, rozumiejąc, w jaki sposób pojedyncze cząsteczki mogą reagować i przekształcać się w czasie rzeczywistym”.

Profesor Reimers stwierdził, że znaczenie tego polega na możliwości elektrycznego wykrywania zmian w kształcie reagującej cząsteczki tam i z powrotem, mniej więcej raz na 1 milisekundę.

„Wykrywanie kształtów cząsteczek na podstawie ich przewodności elektrycznej to zupełnie nowa koncepcja wykrywania chemicznego” – powiedział profesor Reimers.

Profesor nadzwyczajny Kosov powiedział, że zrozumienie związku między kształtem cząsteczki a przewodnością umożliwi określenie podstawowych właściwości połączeń między cząsteczkami i dołączonymi przewodnikami metalowymi.

„Ta nowa zdolność ma kluczowe znaczenie dla przyszłego rozwoju wszystkich urządzeń elektroniki molekularnej” – powiedział profesor nadzwyczajny Kosov.

źródło Curtin University. "Electronic sensor the size of a single molecule a potential game-changer." ScienceDaily. ScienceDaily, 3 October 2023. <www.sciencedaily.com/releases/2023/10/231003104800.htm>.