Investigadores australianos han desarrollado una versión más eficiente y de tamaño molecular de un sensor electrónico muy utilizado, en un avance que podría reportar grandes beneficios.

Las piezorresistencias se utilizan habitualmente para detectar vibraciones en electrónica y automoción, como en los teléfonos inteligentes para contar los pasos y en los airbags de los coches. También se emplean en dispositivos médicos como sensores de presión implantables, así como en la aviación y la navegación espacial.

En una iniciativa de ámbito nacional, investigadores dirigidos por Nadim Darwish, de la Universidad de Curtin, Jeffrey Reimers, de la Universidad Tecnológica de Sídney, Daniel Kosov, de la Universidad James Cook, y Thomas Fallon, de la Universidad de Newcastle, han desarrollado un piezorresistor 500.000 veces más pequeño que la anchura de un cabello humano.

El Dr. Darwish explicó que habían desarrollado un tipo más sensible y miniaturizado de este componente electrónico clave, que transforma la fuerza o la presión en una señal eléctrica y se utiliza en muchas aplicaciones cotidianas.

Cambios estructurales moleculares e interfaciales en solución y en dispositivos NEMS | foto Jeffrey R. Reimers et al.

Debido a su tamaño y naturaleza química, este nuevo tipo de piezorresistor abrirá todo un nuevo abanico de oportunidades para los biosensores y los sensores químicos, las interfaces hombre-máquina y los dispositivos de control de la salud, explicó Darwish.

Como tienen una base molecular, nuestros nuevos sensores pueden utilizarse para detectar otras sustancias químicas o biomoléculas como proteínas y enzimas, lo que podría cambiar las reglas del juego en la detección de enfermedades.

El Dr. Fallon explicó que el nuevo piezorresistor se fabricó a partir de una única molécula de bullvaleno que, al tensarse mecánicamente, reacciona para formar una nueva molécula de forma diferente, lo que altera el flujo eléctrico al cambiar la resistencia.

Las distintas formas químicas se conocen como isómeros, y es la primera vez que se utilizan las reacciones entre ellos para desarrollar piezorresistores, explica Fallon.

Hemos podido modelizar la compleja serie de reacciones que tienen lugar, comprendiendo cómo las moléculas individuales pueden reaccionar y transformarse en tiempo real.

Según el profesor Reimers, lo más importante es la capacidad de detectar eléctricamente el cambio de forma de una molécula que reacciona, de un lado a otro, aproximadamente una vez cada milisegundo.

Detectar la forma de las moléculas a partir de su conductancia eléctrica es un concepto totalmente nuevo de detección química, afirmó Reimers.

El profesor adjunto Kosov afirmó que la comprensión de la relación entre la forma molecular y la conductividad permitirá determinar las propiedades básicas de las uniones entre moléculas y conductores metálicos adheridos.

Esta nueva capacidad es fundamental para el futuro desarrollo de todos los dispositivos electrónicos moleculares, afirmó Kosov.

FUENTES

Curtin University

Reimers, J.R., Li, T., Birvé, A.P. et al. Controlling piezoresistance in single molecules through the isomerisation of bullvalenes. Nat Commun 14, 6089 (2023). doi.org/10.1038/s41467-023-41674-z

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