В 500 000 раз меньше человеческого волоса: революционный электронный датчик размером с одну молекулу

Австралийские исследователи успешно создали молекулярную версию широко используемого электронного датчика, известного как пьезорезистор.

Под руководством д-ра Надима Дарвиша из Университета Кертина, профессора Джеффри Реймерса из Технологического университета Сиднея, доцента Даниэля Косова из Университета Джеймса Кука и д-ра Томаса Фэллона из Университета Ньюкасла группа исследователей произвела революцию в данной области, создав датчик, размеры которого примерно в 500 000 раз меньше ширины человеческого волоса.

Пьезорезисторы широко используются в различных приложениях, таких как обнаружение вибраций в электронике и автомобилях, контроль шагов в смартфонах и обеспечение срабатывания подушек безопасности в автомобилях. Они также играют важную роль в медицинских устройствах, таких как имплантируемые датчики давления, и находят применение в авиации и космических полетах.

Новый пьезорезистор отличается повышенной чувствительностью и миниатюрностью, что делает его неоценимым компонентом в широком спектре повседневных приложений. Д-р Дарвиш считает, что этот прорыв откроет множество возможностей в области химических и биосенсоров, человеко-машинных интерфейсов и устройств мониторинга здоровья. Молекулярная природа этих датчиков позволяет обнаруживать другие химические вещества и биомолекулы, такие как белки и ферменты, что может произвести революцию в области обнаружения заболеваний.

Научная основа этой разработки заключается в использовании одной молекулы булвалина, которая при механическом растяжении вступает в реакцию, в результате которой образуется новая молекула другой формы. Это изменение формы впоследствии изменяет поток электричества, изменяя сопротивление. Этот новаторский подход впервые позволяет использовать изомеры, т.е. различные химические формы, для создания пьезорезисторов. Исследователи успешно смоделировали сложную серию происходящих реакций, получив полное представление о том, как отдельные молекулы могут реагировать и трансформироваться в режиме реального времени.

Возможность электрического обнаружения изменения формы реагирующей молекулы с частотой примерно раз в 1 миллисекунду является значительным достижением. Профессор Реймерс подчеркивает, что эта новая концепция химического зондирования, предполагающая определение формы молекул по их электрической проводимости, имеет огромное значение. Этот прорыв позволит определить основные свойства соединений между молекулами и присоединенными к ним металлическими проводниками и тем самым продвинуть вперед разработку всех молекулярных электронных устройств.

Последствия этого открытия далеко идущие и могут привести к значительному прогрессу в различных областях. Способность определять формы и изменения молекул в режиме реального времени открывает бесчисленные возможности для химического и биологического зондирования. В частности, в медицине эта разработка может принести огромную пользу, поскольку она открывает путь к созданию более точных и эффективных методов обнаружения заболеваний.

По словам д-ра Дарвиша, "этот новый тип пьезорезисторов откроет совершенно новые возможности для химических и биосенсоров, человеко-машинных интерфейсов и устройств мониторинга здоровья".

Исследовательская работа под названием "Управление пьезосопротивлением в отдельных молекулах путем изомеризации булловаленов" была опубликована в журнале Nature Communications.