מולקולה בודדת מייצרת חיישן לחץ וכוח רגיש - עולם הפיזיקה

חוקרים באוסטרליה זיהו ושלטו שינויים בצורת מולקולה בודדת בתגובה לכוח מכני המופעל. ההישג עשוי לאפשר פיתוח חיישני לחץ מושתלים ומדדי תאוצה ממוזערים לתעשיית האלקטרוניקה.

המולקולה המדוברת, בולבן, היא פחמימן עם הנוסחה הכימית C₁₀H₁₀. חשוב לציין, הוא piezoresistive, כלומר ההתנגדות החשמלית שלו משתנה בתגובה למתח מכני. במקרה של בולבן, זן זה מתרחש כאשר המולקולה משתנה בין צורותיה השונות האפשריות, או איזומרים, משנה את הקישוריות בין האטומים שלה ויוצרות וריאציה מדידה בהתנגדות החשמלית שלה.

החוקרים בחרו לחקור התנהגות פייזוריסטית בבולבן מכיוון שהיא עוברת שינויי צורה גדולים במיוחד עקב תהליכים הידועים כאיזומריזם קונפורמטיבי וקונפורמטיבי. "הראשון כרוך בסידור מחדש של טופולוגיות מליטה בעוד שהאחרון כרוך במולקולות שפשוט 'מתרוצצות'", מסביר ג'פרי ריימרס, כימאי ב- אוניברסיטת סידני שהוביל את המחקר יחד עם נדים דרוויש of אוניברסיטת קרטין, דניאל קוסוב of אוניברסיטת ג'יימס קוק ו תומס פאלון של אוניברסיטת ניוקסל.

כדי למדוד את ההתנגדות המשתנה של בולבן, הצוות השתמש בחיבורים כימיים הנקראים דיארילים כדי לקשור את המולקולה למגעי זהב במרחק של 7 עד 15 אנגסטרם זה מזה. כשמגעי הזהב הללו נעים, המולקולה נשארת קשורה אליהם, אך המתח המכני שהיא חווה גורם לה ליצור איזומר חדש בעל צורה שונה. שינוי צורה זה משנה את זרימת החשמל דרך המולקולה, והחוקרים הצליחו למדוד את השינויים הללו באמצעות מיקרוסקופ מנהור סורק.

חיישנים מיניאטוריים ולוחות זמן של אלפיות שנייה

נגדי פייזור כבר פרוסים באופן נרחב במגוון יישומים, כולל גלאי רעידות במכשירים אלקטרוניים, מד צעדים בסמארטפונים, טריגרים לכריות אוויר לרכב וחיישנים רפואיים מושתלים. מכיוון שמולקולות בולבן הן כל כך קטנות, ניתן להשתמש בהן כדי ליצור גרסאות ממוזערות של מכשירים קונבנציונליים אלה. חיישן מבוסס בולבן יכול גם לזהות נוכחות של כימיקלים אחרים או ביומולקולות כמו חלבונים או אנזימים - משהו שעשוי להיות חשוב לאיתור מחלות, אומר דרוויש.

חיישני לחץ לבישים מרחיבים את הטווח שלהם

החוקרים, המפרטים את עבודתם ב תקשורת טבע, אומרים שהם יכולים לחזות ביצירת מכשירים קטנים כמו 3 עד 100 ננומטר² שמזהים כוחות ולחצים חיצוניים פשוט על ידי מדידת שינויים בהתנגדות. תכונה שימושית נוספת, מוסיף קוסוב, היא שניתן לגרום לנגדי הפייזו להתנדנד ב-800 הרץ, מה שאומר שניתן להשתמש בהם כדי לנטר תהליכים המתרחשים בטווחי זמן של אלפיות שנייה.

השלבים הבאים בעבודת הצוות יכללו העברת הטכנולוגיה מניסוי מיקרוסקופיה יקר לפלטפורמת חישה זולה. "זה ידרוש מאיתנו לפתח חיישני ננו-אלקטרודות שהאלמנטים הפעילים שלהם הם המולקולות המשתנות צורה שלנו", אומר דרוויש עולם הפיזיקה.

• הפצת תוכן ויחסי ציבור מופעל על ידי SEO. קבל הגברה היום.
• PlatoData.Network Vertical Generative Ai. העצים את עצמך. גישה כאן.
• PlatoAiStream. Web3 Intelligence. הידע מוגבר. גישה כאן.
• PlatoESG. פחמן, קלינטק, אנרגיה, סביבה, שמש, ניהול פסולת. גישה כאן.
• PlatoHealth. מודיעין ביוטכנולוגיה וניסויים קליניים. גישה כאן.
• מקור: https://physicsworld.com/a/single-molecule-makes-a-sensitive-pressure-and-force-sensor/