Sensor eletrônico do tamanho de uma única molécula, um potencial divisor de águas
Mudanças estruturais moleculares e interfaciais em solução e em dispositivos NEMS. um Os rearranjos Sigmatropic Cope tornam o bullvaleno uma molécula fluxional em solução. b Diaril substituído (Ar = para (C6 H4 )‒SCH3 ) bullvalenes se ligam como isômeros dobrados em distâncias curtas em experimentos STMBJ. c Em extensões específicas da ponta, isômeros de bullvaleno com diferentes condutâncias aparecem em equilíbrio, permitindo que reações oscilantes de molécula única, ocorrendo na escala de tempo ms, sejam seguidas. d A retração da ponta induz a isomerização do bullvalene que controla a condutância, manifestando piezoresistência. e A isomerização do bullvalene em distâncias curtas da ponta conduz a reconstrução da ponta. Cor azul em (b ‒e ) representa possíveis caminhos de elétrons. Crédito:Nature Communications (2023). DOI:10.1038/s41467-023-41674-z Pesquisadores australianos desenvolveram uma versão mais eficiente e de tamanho molecular de um sensor eletrônico amplamente utilizado, em uma descoberta que poderia trazer benefícios generalizados.
Os piezoresistores são comumente usados para detectar vibrações em eletrônicos e automóveis, como em smartphones para contagem de passos e para acionamento de airbags em carros. Eles também são usados em dispositivos médicos, como sensores de pressão implantáveis, bem como na aviação e em viagens espaciais.
Em uma iniciativa nacional, pesquisadores liderados pelo Dr. Nadim Darwish da Curtin University, pelo professor Jeffrey Reimers da University of Technology Sydney, pelo professor associado Daniel Kosov da James Cook University e pelo Dr. isso é cerca de 500.000 vezes menor que a largura de um fio de cabelo humano.
Publicado em Nature Communications , o artigo de pesquisa é intitulado "Controlando a Piezoresistência em Moléculas Únicas por meio da Isomerização de Bullvalenos."
Dr. Darwish disse que eles desenvolveram um tipo mais sensível e miniaturizado deste componente eletrônico chave, que transforma força ou pressão em um sinal elétrico e é usado em muitas aplicações cotidianas.
"Devido ao seu tamanho e natureza química, este novo tipo de piezoresistor abrirá um novo campo de oportunidades para produtos químicos e biossensores, interfaces homem-máquina e dispositivos de monitoramento de saúde", disse o Dr. Darwish.
“Como são de base molecular, nossos novos sensores podem ser usados para detectar outros produtos químicos ou biomoléculas, como proteínas e enzimas, o que pode mudar o jogo na detecção de doenças”.
Dr. Fallon disse que o novo piezoresistor foi feito a partir de uma única molécula de bullvalene que, quando tensionada mecanicamente, reage para formar uma nova molécula de formato diferente, alterando o fluxo de eletricidade ao alterar a resistência.
"As diferentes formas químicas são conhecidas como isômeros, e esta é a primeira vez que reações entre elas foram usadas para desenvolver piezoresistores", disse o Dr. Fallon.
"Conseguimos modelar a complexa série de reações que ocorrem, entendendo como moléculas individuais podem reagir e se transformar em tempo real."
O professor Reimers disse que o significado disso era a capacidade de detectar eletricamente a mudança na forma de uma molécula reativa, para frente e para trás, aproximadamente uma vez a cada milissegundo.
"Detectar formas moleculares a partir de sua condutância elétrica é um conceito totalmente novo de detecção química", disse o professor Reimers.
O professor associado Kosov disse que a compreensão da relação entre a forma molecular e a condutividade permitirá a determinação das propriedades básicas das junções entre as moléculas e os condutores metálicos ligados.
"Esta nova capacidade é crítica para o desenvolvimento futuro de todos os dispositivos eletrônicos moleculares", disse o professor associado Kosov.
Mais informações: Jeffrey R. Reimers et al, Controlando a piezoresistência em moléculas únicas através da isomerização de bullvalenes, Nature Communications (2023). DOI:10.1038/s41467-023-41674-z Informações do diário: Comunicações da Natureza
