Una sola molécula crea un sensor sensible de presión y fuerza – Physics World

Investigadores en Australia han detectado y controlado cambios en la forma de una sola molécula en respuesta a una fuerza mecánica aplicada. La hazaña podría permitir el desarrollo de acelerómetros y sensores de presión implantables miniaturizados para la industria electrónica.

La molécula en cuestión, el bullavene, es un hidrocarburo de fórmula química C.₁₀H₁₀. Es importante destacar que es piezoresistivo, lo que significa que su resistencia eléctrica cambia en respuesta a la tensión mecánica. En el caso de bullavene, esta tensión se produce cuando la molécula cambia entre sus diferentes formas posibles, o isómeros, alterando la conectividad entre sus átomos y produciendo una variación medible en su resistencia eléctrica.

Los investigadores optaron por explorar el comportamiento piezoresistivo en bullavene porque sufre cambios de forma inusualmente grandes debido a procesos conocidos como isomería constitucional y conformacional. "El primero implica la reorganización de las topologías de enlace, mientras que el segundo implica que las moléculas simplemente 'daban vueltas'", explica Jeffrey Reimers, químico de la Universidad de Tecnología de Sydney quien dirigió el estudio junto con Nadim Darwish of Curtin University, Daniel Kosov of Universidad James Cook y Tomas Fallon de las Universidad de Newcastle.

Para medir la resistencia cambiante del bullavene, el equipo utilizó accesorios químicos llamados diarilos para unir la molécula a contactos de oro separados entre 7 y 15 angstroms. Cuando estos contactos de oro se mueven, la molécula permanece unida a ellos, pero la tensión mecánica que experimenta hace que se forme un nuevo isómero con una forma diferente. Este cambio de forma modifica el flujo de electricidad a través de la molécula y los investigadores pudieron medir estos cambios mediante microscopía de efecto túnel.

Sensores en miniatura y escalas de tiempo de milisegundos

Los piezoresistores ya se utilizan ampliamente en una variedad de aplicaciones, incluidos detectores de vibración en dispositivos electrónicos, podómetros en teléfonos inteligentes, activadores de bolsas de aire para automóviles y sensores médicos implantables. Debido a que las moléculas de bullavene son tan pequeñas, podrían usarse para crear versiones miniaturizadas de estos dispositivos convencionales. Un sensor basado en bullavene también podría detectar la presencia de otras sustancias químicas o biomoléculas como proteínas o enzimas, algo que podría ser importante para detectar enfermedades, afirma Darwish.

Los sensores de presión portátiles amplían su alcance

Los investigadores, que detallan su trabajo en Nature Communications, dicen que pueden imaginar la creación de dispositivos tan pequeños como de 3 a 100 nm² que detectan fuerzas y presiones externas simplemente midiendo cambios en la resistencia. Otra característica útil, añade Kosov, es que las piezorresistencias pueden hacerse oscilar a 800 Hz, lo que significa que podrían usarse para monitorear procesos que ocurren en escalas de tiempo de milisegundos.

Las próximas etapas del trabajo del equipo implicarán transferir la tecnología de un costoso experimento de microscopía a una plataforma de detección barata. "Esto requerirá que desarrollemos sensores de nanoelectrodos cuyos elementos activos sean nuestras moléculas que cambian de forma", dice Darwish. Mundo de la física.

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• Fuente: https://physicsworld.com/a/single-molecule-makes-a-sensitive-pressure-and-force-sensor/