有機集積回路を用いた高感度ウェアラブル化学センサの開発

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本年度は、研究課題である「フレキシブル汗測定回路」と「フレキシブルな酵素電極の開発」について、以下の成果を得た。(1)フレキシブルなポテンショスタット回路を実現　　前年度までに開発・最適化した、CMOSオペアンプ回路、薄膜抵抗素子、薄膜キャパシタ素子のすべてを、厚さ1～2マイクロメートルの薄いプラスチックフィルム基板上に集積することで、完全にフレキシブルなポテンショスタット回路を実現した。回路の性能を評価したところ、3極式電極への電圧印加と電流応答の電圧変換という2つの機能を有していることが明らかとなり、汗の計測に向けたポテンショスタット回路としての基本的な性能を確認した。(2)有機薄膜トランジスタの汎用的な高性能化に成功　　上述(1)の通り、汗測定に資するCMOS回路を実現したが、電流の測定レンジや増幅特性の向上には、有機薄膜トランジスタ自体のさらなる高性能化も必要である。そこで本年度では、トリプチセン分子を用いたトランジスタ絶縁膜の表面改質を実施し、様々な有機半導体の電界効果移動度を汎用的に向上させることに成功した。低分子の有機半導体を用いたトランジスタにおいて、トリプチセン分子を修飾しない場合と比べて、移動度が最大20倍向上することが明らかになった。(3)フレキシブルな酵素電極を実現　　酵素電極に必要な3極式電極を、印刷プロセスを用いてカーボンペースト・銀/塩化銀ペースト・ポリマー溶液を厚さ1～2マイクロメートルの薄いプラスチックフィルム基板上に集積することで実現した。酵素の固定については、材料・プロセスの最適化により、安定して酵素を電極上に包括固定することに成功した。これにより前年度までの課題であった、酵素電極の再現性と溶液安定性について解決した。