使用压阻（即机械活动导致材料电阻变化）的电子传感器在许多设备中很常见，包括汽车、医疗可穿戴设备和智能手机。现在，澳大利亚的研究人员开发出了一种微型压敏电阻，小至单个分子，可以实现一系列全新的应用。

该研究的作者之一、澳大利亚珀斯科廷大学的分子电子学研究员纳迪姆·达尔维什 (Nadim Darwish)表示，除了压敏电阻尺寸较小之外，新功能还在于它的分子基础。“现有压敏电阻的基础是由固态、硅酮或其他类型的晶体制成的......但我们使用主要由碳制成的有机分子......[这意味着它们]可以与其他分子和生物分子耦合[例如蛋白质和酶]”。

例如，这将使该传感器可用于检测疾病的生物传感器。在化学传感器、人机界面和健康监测设备方面还有其他可能的应用。研究人员的论文于 10 月 3 日发表在《自然通讯》上。

“我们发现了一些通常会造成灾难的东西的用途。”——杰弗里·雷默斯，悉尼科技大学

该传感器基于一种名为bullvalene的碳氢化合物分子，具有 10 个碳原子和 10 个氢原子。Bullvalene 似乎是一种稳定的分子，但表现出一些特殊的行为——它的碳原子在内部不断地相互交换位置。研究合著者、纽卡斯尔大学有机合成专家托马斯·法伦将其比作一根同时自发改变形状、长度和特性的电线。

当受到机械应变时，牛瓦烯分子形状转变为不同的形式，称为异构体。这种情况发生得非常快，并且异构体具有不同的电阻，从而改变了电流。“你不会希望你体内的某些东西发生这样的变化，或者汽车发动机的部件每秒重新排列 3,000 次，”悉尼科技大学物理化学研究员杰弗里·赖默斯 (Jeffrey Reimers )说。“我们发现了一些通常会造成灾难的东西的用途。”

Bullvalene 变形的速度是传感器工作的基本原理。然而，如果不能在毫秒时间尺度上对其电阻进行合理测量，分子的“舞蹈”将毫无意义。法伦说，实验就是从这里开始的，目的是看看研究人员是否能够实时检测到分子形状的变化。“因为如果我们能做到这一点，我们将来就可以做很多事情。”

研究人员使用扫描隧道显微镜（STM）技术进行测量。STM 显微镜是一种非常专业的设备，可以使用电压脉冲获得原子尺度的分辨率。STM 不使用光或电子束，而是使用称为电子隧道效应的量子力学过程。将超锋利的导电尖端（在本例中为金制成）放置在距样品不到 1 纳米的位置，扫描样品表面。向 STM 尖端施加小电压使电子穿过间隙。隧道电流的变化可以解析为原子表面的图像。

“你可以将其视为另一种传感方式，”达尔维什说。通过能够检测该分子传感器的电阻如何变化，当它与生物分子（如蛋白质或酶）结合时，就可以检测这些蛋白质或酶的变化。

在这一点上，研究人员强调，这是基础研究，而不是可以投入市场的功能设备。他们的工作涵盖多个专业领域，赖默斯总结道：“托马斯 [法伦] 制造分子；Nadim [Darwish] 将它们放在 STM 上并进行测量；我模拟所有可能涉及的化学结构、速率和过程；丹尼尔（科索夫）研究量子物理学，根据我生成的结构计算出电导率。”

为了使该设备变得实用，需要摆脱 STM，并将该技术转移到一个廉价的平台上，该平台可以在病理实验室或医生工作室、航天器上使用，以实时分析其身体上的压力等等。研究人员已经在开展其中的一些工作。

“目前正在开发其他技术，例如电极间隔几纳米的纳米阵列，可以与我们的 bullvalene 相结合，”Darwish 说。他认为他们距离创造出一款功能性设备已经不远了。自当前论文发表以来，该团队在开发可放置在小芯片上的由牛瓦烯制成的薄膜方面取得了进展。他们称其为单分子水平的下一个逻辑步骤。