Alcuni ricercatori australiani hanno sviluppato una versione di dimensioni molecolari più efficiente di un sensore elettronico ampiamente utilizzato, in una svolta che potrebbe portare benefici diffusi.
I piezoresistori sono comunemente utilizzati per rilevare le vibrazioni nei dispositivi elettronici e nelle automobili, come negli smartphone per il conteggio dei passi e per l'attivazione degli airbag nelle automobili. Vengono utilizzati anche in dispositivi medici come sensori di pressione impiantabili, nonché nell'aviazione e nei viaggi spaziali.
In un'iniziativa nazionale, i ricercatori guidati dal dottor Nadim Darwish della Curtin University, dal professor Jeffrey Reimers dell'Università di Tecnologia di Sydney, dal professore associato Daniel Kosov della James Cook University e dal dottor Thomas Fallon dell'Università di Newcastle, hanno sviluppato un piezoresistore cioè circa 500.000 volte più piccolo della larghezza di un capello umano.
Pubblicato in Comunicazioni sulla natura , il documento di ricerca è intitolato "Controlling Piezoresistance in Single Molecules through the Isomerizzazione of Bullvalenes."
Il dottor Darwish ha affermato di aver sviluppato una versione più sensibile e miniaturizzata di questo componente elettronico chiave, che trasforma la forza o la pressione in un segnale elettrico e viene utilizzato in molte applicazioni quotidiane.
"A causa delle sue dimensioni e della sua natura chimica, questo nuovo tipo di piezoresistore aprirà un regno completamente nuovo di opportunità per sensori chimici e biosensori, interfacce uomo-macchina e dispositivi di monitoraggio sanitario", ha affermato il dott. Darwish.
"Poiché sono di tipo molecolare, i nostri nuovi sensori possono essere utilizzati per rilevare altre sostanze chimiche o biomolecole come proteine ed enzimi, che potrebbero cambiare le regole del gioco per il rilevamento delle malattie."
Il dottor Fallon ha affermato che il nuovo piezoresistore è costituito da una singola molecola di bullvalene che, quando sottoposta a tensione meccanica, reagisce per formare una nuova molecola di forma diversa, alterando il flusso di elettricità modificando la resistenza.
"Le diverse forme chimiche sono conosciute come isomeri, e questa è la prima volta che le reazioni tra di loro sono state utilizzate per sviluppare piezoresistori", ha affermato il dottor Fallon.
"Siamo stati in grado di modellare la complessa serie di reazioni che avvengono, comprendendo come le singole molecole possono reagire e trasformarsi in tempo reale."
Il professor Reimers ha affermato che l'importanza di ciò sta nella capacità di rilevare elettricamente il cambiamento nella forma di una molecola che reagisce, avanti e indietro, circa una volta ogni millisecondo.
"Rilevare le forme molecolari dalla loro conduttanza elettrica è un concetto completamente nuovo di rilevamento chimico", ha affermato il professor Reimers.
Il professore associato Kosov ha affermato che la comprensione della relazione tra forma molecolare e conduttività consentirà di determinare le proprietà di base delle giunzioni tra le molecole e i conduttori metallici attaccati.
"Questa nuova capacità è fondamentale per lo sviluppo futuro di tutti i dispositivi elettronici molecolari", ha affermato il professore associato Kosov.
Ulteriori informazioni: Jeffrey R. Reimers et al, Controllo della piezoresistenza in singole molecole attraverso l'isomerizzazione dei bullvaleni, Nature Communications (2023). DOI:10.1038/s41467-023-41674-z
Informazioni sul giornale: Comunicazioni sulla natura
Fornito dalla Curtin University
