単分子多反応検出モデルに基づく高感度匂いセンサの研究

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本研究はイヌの嗅覚に匹敵する感度と選択性を持つセンサを実現するために、新しい検出原理に基づくセンサにより多数の微小なセンサを集積化した嗅覚器の研究を行った。気体中の匂い分子を水溶液中に効率的に取り込むためにセンサの表面に水溶液とサンプルガスを流す流路の試作を行った。昨年度に設計した形状条件を継承して実際の流路をデザインし、光造形法3Dプリンタにより光感応レジンで作製した。２層を別に作成して積層する構造にすることで、設計した構造を作成できることがわかった。また、気体から液体へ匂い分子を取り込む過程の具体的な性能評価を行うため、ガスクロマトグラフィを用いて液体に取り込んだ分子数の評価する方法について検討を行った。その結果、気体と液体の接触方法、液体の組成を変えることで気体中の匂い分子の取り込み量が変わることがわかった。LAASに用いるSi基板の製造パラメータがセンサ特性に与える影響について検証を行った。その結果、Si基板のドープ量を増やした方がキャリアの拡散距離が短くなって空間分解能が高くなる反面、空乏層幅が狭くなって裏面からの光励起キャリアを捕捉しにくくなることがわかった。また、逆にドープ量を少なくする方が空乏層幅が広くなってセンサの信号が大きくなる反面、Siバルク領域が狭窄して観測信号が減少することがわかった。よって、適切なドープ量とSi基板厚を維持することが重要であることが明らかになった。また、吸着自己組織化単分子膜に疎水性部位を持つ分子が吸着することにより膜抵抗が変化することを二次元電気化学センサLAASで観測した結果について、昨年度の実験から得られた成果をまとめて論文誌として公表した。