Detection of nitric oxide in human blood using atomic layer materials such as graphene

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有酸素運動を行うと動脈壁で一酸化窒素が産生され，血管拡張が起こり，動脈が柔らかくなる．血中の一酸化窒素を人体の外部から検出し，血液中の一酸化窒素の濃度を測定，定量化することは，今後も重要な研究になると考えられる．本研究では，グラフェンを用い，ヒトの血液中のNOを高感度で検出することを目標に研究を進める。グラフェンは比表面積が大きいため，表面で起こる化学変化を半導体センサーとして電気的に高感度で検知することが原理上は可能である．今年度は，硝酸イオンを含む様々な水溶液を用い，EGFETの測定を行った。さらに，グラフェン表面を流れる少量の液滴によって生じる電位差発生を利用した測定も実施した。拡張ゲート電界効果トランジスタは，市販の電界効果トランジスタのゲート電極から延長された導線につながったイオン検出用の拡張ゲートを備えている．拡張ゲートの材料として，化学的気相成長法で作製された市販の単層グラフェンを用いた。異なる濃度の硝酸水溶液を用意し，拡張ゲート部分を硝酸水溶液に浸け、ドレイン-ソース間に定電流を流しながら時間経過によるドレイン-ソース間電圧の変化を測定した．拡張ゲートを硝酸水溶液に浸けることにより硝酸イオンが拡張ゲート表面に吸着し，参照電極-拡張ゲート間の電圧が変化する．得られた電気的な変化が，硝酸水溶液のpHの変化に依存した可能性であることを除外するために，硝酸ナトリウム水溶液を用いた測定も並行して行った。結果として，電気的な変化が 硝酸イオンの拡張ゲートへの吸着により生じていることを確認した。さらに，グラフェン表面に硝酸水溶液の液滴を流し，この液滴とグラフェン間の摩擦電気により，電極間に生じる電位差を利用した測定を行った。液滴中の硝酸イオン濃度が増加するにしたがい，電位差が大きくなることが分かった。