1024個の長期安定型の分子センサーを1チップに集積化、空中の分子の空間濃度分布の可視化に成功

今回は「1024個の長期安定型の分子センサーを1チップに集積化、空中の分子の空間濃度分布の可視化に成功」についてご紹介します。

関連ワード (方式、条件、滴下等) についても参考にしながら、ぜひ本記事について議論していってくださいね。

本記事は、TechCrunch様で掲載されている内容を参考にしておりますので、より詳しく内容を知りたい方は、ページ下の元記事リンクより参照ください。


開発したセンサーアレイの顕微鏡写真(右図)およびアナログフロントエンドセンサー計測回路システムの写真(左図)

東京大学と慶應義塾大学からなる研究グループは、気体に含まれる分子(揮発性分子)を電気信号として検出する分子センサー1024個を1チップに集積化したセンサーアレイ(センサー群)を開発し、揮発性分子の空間濃度分布の可視化に成功した。この分子センサーは金属酸化物ナノ薄膜を用いた堅牢なもので、従来技術では難しかった長期間の安定化と、高密度集積を可能にした。

分子センサーは、医療や食品管理など幅広い分野で注目を集めているが、実際に検出対象となるガスには数十から数百種類の分子が含まれているため、数多くのセンサーを集積したセンサーアレイが必要となる。また、小型、省電力であるうえに、長期間データを取得し続けられる長期安定性も求められる。だが従来技術では、高密度集積化と長期安定(堅牢性)という2つの条件を満たすセンサーアレイは作れなかった。

そこで、東京大学大学院工学系研究科応用化学専攻の大学院生 本田陽翔氏、慶應義塾大学大学院理工学研究科総合デザイン工学専攻の大学院生 椎木陽介氏らからなる研究グループは、金属酸化物半導体をクロスバー構造に配置したセンサーアレイを開発した。クロスオーバー構造とは、格子状にセンサーを配置するもので、これまで広く開発されている「縦型チャンネル構造」に比べて面積を大きくできる。研究グループは、1辺に32本の電極を設け、計1024個(32×32)の分子センサーを5mm四方の中に集積化した。

ただクロスオーバー方式は集積化に優れている反面、配線の電気抵抗がセンサーの電気抵抗に加わってしまうため正しい測定ができないという問題があるのだが、50nm(ナノメートル)という非常に薄い酸化スズの膜をセンサーに用いることでセンサー自体の電気抵抗を大きくし、配線の抵抗の影響を小さくすることでこれを解決した。またこの酸化スズは熱に強く、長期間安定した分子センサーも実現している。

(a)液滴をから蒸発・拡散させた分子をセンサーアレイで検出する実験の模式図と写真。(b)蒸発・拡散してきたエタノールに対するセンサー応答とセンサー列の関係。液滴に近いセンサーほど高い応答が得られている。(c)bのセンサー応答の勾配(傾き)と各種液滴滴下後の時間の関係。60s時点で液滴を滴下している。勾配の時間依存性が分子の種類に応じて異なる傾向を示している

このセンサーアレイの近くにアルコールを配置して蒸発し拡散する分子の検出を行ったところ、アルコールからの距離に応じてセンサーの反応に差異が出た。このことから、このセンサーアレイで分子の種類を判別できる可能性が示された。

この技術とセンサーチャンネル表面の化学物性を制御する技術を融合すれば、多種類のセンサーを高密度に集積化でき、「多種類の分子が混合された分子群の判別」ができるセンサーシステムの実現も期待されるとのことだ。

COMMENTS


Recommended

TITLE
CATEGORY
DATE
好きなアプリで「会話的メディア」を実現するHollerが40億円調達
ネットサービス
2021-04-03 06:52
学研ホールディングス、出張・経費管理SaaSを導入–グループの業務効率化、働き方改革推進を目指す
IT関連
2022-12-03 00:24
JAL、NECなど、鹿児島空港・霧島市内で顔認証活用したおもてなしサービスを実証実験
IT関連
2021-03-18 10:41
熟成期間が長いハードチーズを動物性原料を使わずに作るBetter Dairyが約25.3億円を調達
IT関連
2022-03-02 05:57
コロナ禍「日本のIT敗戦」の深層を考える (1/3 ページ)
くわしく
2021-05-27 12:47
「メルカリ寄付」、寄付先に慈善団体を追加 日本財団や日本ユニセフなど10団体
企業・業界動向
2021-02-02 20:47
新潟県の粟島浦村、電子契約「クラウドサイン」導入–村・離島における日本初の事例
IT関連
2022-05-24 09:44
「ChatGPT」のカスタム指示、無料プランでも利用可能に
IT関連
2023-08-15 19:32
PublickeyのIT業界予想2024。ハイパースケーラーの優位性高まる、AzureはAWSに追いつくか? ITエンジニアの給与レベル上昇
AWS
2024-01-04 23:45
「Wi-Fi 6E」が実現する新しい無線通信–数々の利点といくつかの注意点
IT関連
2023-08-03 05:41
バイデン大統領、半導体の国内生産を促進する法案の成立を求める–一般教書演説
IT関連
2022-03-05 21:16
タクシー配車サービスの「DiDiモビリティジャパン」が52億円調達、ソフトバンクグループとのシナジー強化
モビリティ
2021-01-19 12:39
パロアルトネットワークス、中小企業向けの販売戦略を大幅強化
IT関連
2024-08-10 19:06
TSネットワークと日立製作所、物流の脱炭素化で協創–電気トラックの試験走行など開始
IT関連
2022-10-04 14:28