新奇動作機構を有した高機能化グラフェンセンサの開発

开发具有新颖操作机制的高性能石墨烯传感器

• 批准号: 20J13214
• 负责人: 坂本 優莉
• 金额: $ 1.47万
• 依托单位: Tokyo University of Agriculture and Technology
• 依托单位国家: 日本
• 项目类别: Grant-in-Aid for JSPS Fellows
• 财政年份: 2020
• 资助国家: 日本
• 起止时间: 2020-04-24 至 2022-03-31
• 项目状态: 已结题
• 来源: https://kaken.nii.ac.jp/en/grant/KAKENHI-PROJECT-20J13214/
• 关键词: グラフェン; マレイミド; チオール含有生体由来分子; チオール; 反応モニタリング

本研究の目的は腐敗由来分子を新たなターゲットガスとして分子内電荷反転を検出原理としたセンサの開発及び新奇動作機構を用いたセンシング原理の解明である。今年度は昨年度得られたチオールガス検出の他分子への応用を目指した。まず、目的とする反応を検出できているか確認するにはより小さい密閉空間での検出が有効と考えた。そこで、ガス分子の検出の準備として、溶液センサとして液中でターゲットを検出することを考え、昨年度のチオールガス検出機構を溶液センサに用いて液中のチオール分子の検出を試みた。特に、チオール含有生体由来分子であるグルタチオンをターゲットとした。デバイス作製としては、マレイミド基をグラフェン電界効果トランジスタ（FET）のグラフェンチャネル上にπスタック状に固定化させた。この修飾により、グラフェンの電位が変化し、伝達特性が正方向にシフトした。次に、紫外線照射下で親水基を多く含むグルタチオン（GSH）水溶液を導入した。GSHとの反応によりPMIの水溶性が高まり、比較的弱いπスタックが解除され、PMIがグラフェンから脱離することが確認された。その結果、グラフェンの電位が変化し、伝達特性がマイナス方向へシフトした。このシフトから、グラフェンからのPMIの脱離をFETで検出した。その結果、少なくとも0.1 nM (3.8 pg) のGSHがグラフェンFETで検出された。これらの結果から、これまでのグラフェンFET溶液センサでは用いられたことのない方法での検出を実現し、溶液センサにおける課題であったデバイ長の影響を受けないターゲット分子の検出を実現した。

这项研究的目的是使用衰减衍生的分子作为新的靶气开发传感器，使用分子内电荷反转作为检测分子内电荷反转的原理，并使用新型操作机制来阐明传感原理。今年，我们旨在将去年获得的硫醇气体检测应用于其他分子。首先，我们认为在较小的封闭空间中的检测将有效检查是否检测到所需的反应。因此，在准备检测气体分子时，我们考虑将液体中的靶标作为溶液传感器，并尝试使用去年作为溶液传感器的硫醇检测机制来检测液体中的硫醇分子。特别是，谷胱甘肽是一种含硫醇的生物分子，是靶标。为了制造设备，将马来酰亚胺基固定在石墨烯场效应晶体管（FET）的石墨烯通道上。这种修饰改变了石墨烯的潜力，并将转移特性沿正方向移动。接下来，在紫外线照射下，引入了含有大量亲水基团的水谷胱甘肽（GSH）溶液。与GSH的反应提高了PMI的水溶性，释放了相对较弱的π堆栈，并证实PMI从石墨烯中解脱出来。结果，石墨烯的电势发生了变化，转移特性在负方向上发生了变化。从这种转移中，通过FET检测到PMI从石墨烯中解吸。结果，在石墨烯FET中检测到至少0.1 nm（3.8 pg）的GSH。这些结果允许在以前从未在石墨烯FET溶液传感器中使用过的方法检测，并能够检测不受DEBY长度影响的目标分子，这在解决方案传感器中是一个挑战。

项目成果

グラフェンFET上における化学反応を用いた生体チオールの検出

利用石墨烯 FET 上的化学反应检测生物硫醇

• 发表时间: 2021
• 作者: 坂本優莉;生田 昂;前橋 兼三
• 通讯作者: 前橋 兼三

新規材料研究の変遷 には何が影響するのか：グラフェンに関する研究の変遷

是什么影响了新材料研究的变化？

• 发表时间: 2021
• 作者: Matsuda Yasuhiro;Nakabayashi Mikie;Suzuki Tatsuya;Zhang Sinan;Ichinose Masashi;Ono Yumie;坂本 優莉，吉岡（小林） 徹，江藤 学
• 通讯作者: 坂本 優莉，吉岡（小林） 徹，江藤 学

Detection of Glutathione at Low Concentration by Chemical Reactions on Graphene FET

通过石墨烯 FET 上的化学反应检测低浓度谷胱甘肽

• 发表时间: 2020
• 作者: Yuri Sakamoto;Takashi Ikuta;and Kenzo Maehashi
• 通讯作者: and Kenzo Maehashi