Molécula única cria um sensor sensível de pressão e força – Physics World

Pesquisadores na Austrália detectaram e controlaram mudanças na forma de uma única molécula em resposta a uma força mecânica aplicada. O feito poderia permitir o desenvolvimento de sensores de pressão implantáveis ​​​​miniaturizados e acelerômetros para a indústria eletrônica.

A molécula em questão, bullavene, é um hidrocarboneto com a fórmula química C₁₀H₁₀. É importante ressaltar que é piezoresistivo, o que significa que sua resistência elétrica muda em resposta à tensão mecânica. No caso do bullavene, esta deformação ocorre quando a molécula muda entre as suas diferentes formas possíveis, ou isómeros, alterando a conectividade entre os seus átomos e produzindo uma variação mensurável na sua resistência elétrica.

Os pesquisadores optaram por explorar o comportamento piezoresistivo no bullavene porque ele sofre mudanças de forma incomumente grandes devido a processos conhecidos como isomeria constitucional e conformacional. “O primeiro envolve o rearranjo de topologias de ligação, enquanto o último envolve moléculas simplesmente ‘flutuando’”, explica Jeffrey Reimers, um químico da Universidade de Tecnologia de Sydney que liderou o estudo junto com Nadim Darwish of Curtin University, Daniel Kosov of James Cook University e Thomas Fallon da University of Newcastle.

Para medir a resistência variável do bullavene, a equipe usou acessórios químicos chamados diarilos para ligar a molécula a contatos de ouro separados por 7 a 15 angstroms. Quando estes contactos de ouro se movem, a molécula permanece ligada a eles, mas a tensão mecânica que sofre faz com que forme um novo isómero com uma forma diferente. Essa mudança de forma modifica o fluxo de eletricidade através da molécula, e os pesquisadores conseguiram medir essas mudanças usando microscopia de varredura por tunelamento.

Sensores em miniatura e escalas de tempo de milissegundos

Os piezoresistores já estão amplamente implantados em diversas aplicações, incluindo detectores de vibração em dispositivos eletrônicos, pedômetros em smartphones, gatilhos para airbags de automóveis e sensores médicos implantáveis. Como as moléculas de bullavene são tão pequenas, elas poderiam ser usadas para criar versões miniaturizadas desses dispositivos convencionais. Um sensor baseado em bullavene também poderia detectar a presença de outros produtos químicos ou biomoléculas, como proteínas ou enzimas – algo que pode ser importante para detectar doenças, diz Darwish.

Sensores de pressão vestíveis ampliam seu alcance

Os pesquisadores, que detalham seu trabalho em Natureza das Comunicações, dizem que podem imaginar a criação de dispositivos tão pequenos quanto 3 a 100 nm² que detectam forças e pressões externas simplesmente medindo mudanças na resistência. Outro recurso útil, acrescenta Kosov, é que os piezoresistores podem oscilar a 800 Hz, o que significa que podem ser usados ​​para monitorar processos que ocorrem em escalas de tempo de milissegundos.

As próximas etapas do trabalho da equipe envolverão a transferência da tecnologia de um experimento de microscopia caro para uma plataforma de detecção barata. “Isso exigirá que desenvolvamos sensores de nanoeletrodos cujos elementos ativos são nossas moléculas que mudam de forma”, diz Darwish. Mundo da física.

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