ナノ金/酸化亜鉛装飾ポリアニリンを用いた自己給電型ガスセンサの安定性と選択性向上

本研究ではグルコースを検出するセンサの安定性向上のための技術開発を検討した。成人病の中でも特に糖尿病の患者数は全世界で２億８千万人を超えており、各国の医療費を圧迫しないように患者自らが血糖値（グルコース）を計測して自己管理することが求められている。グルコースセンサには酵素型と非酵素型があり、前者の方式は高感度であるが、その安定性は温度や湿度、pH、血中のその他の物質濃度に依存する。一方、非酵素型センサでは金属酸化物を触媒としてグルコースが電極酸化する際に発生する電子流を検出するものであり、原理的に電極表面積を増大することで感度が改善できる。非酵素型センサでは、白金、パラジウム、金、銀、銅、ニッケル、チタンやその酸化物を触媒として使用することが多い。本研究ではとくにチタン酸化物を触媒として、その表面積を拡大するためにチタン酸化物微粒子の表面にさらに微小な金のナノパーティクルを修飾する手法を検討した。また、この材料系を電極として用いたときに発生する電子を信号として取り出すために、導電性ポリマーとして知られているポリアニリン（PANI）のネットワークを、触媒をサスペンドするベッドとして使用する方法を新たに考案した。材料開発においては、電子顕微鏡等を用いてPANIネットワーク中に分散したTi酸化物微粒子や金ナノパーティクルの配置の様子を詳細に観察した。特に反応過程においてナノパーティクルが再配置する様子を確認し、これによってセンサ感度が回復する現象を説明できた。なお、非酵素型センサの化学合成には多くの手順を必要とし、また、プロセス中に発生する廃液が多い。一方、本研究では比較的簡単な手順でチタン酸化物触媒の表面に金属ナノ粒子を修飾できており、コスト的にも環境インパクト的にも有効な化学合成手法が構築できた。

本研究ではグルコースを検出するセンサの安定性向上のための技術開発を検討した。成人病の中でも特に糖尿病の患者数は全世界で２億８千万人を超えており、各国の医療費を圧迫しないように患者自らが血糖値（グルコース）を計測して自己管理することが求められている。グルコースセンサには酵素型と非酵素型があり、前者の方式は高感度であるが、その安定性は温度や湿度、pH、血中のその他の物質濃度に依存する。一方、非酵素型センサでは金属酸化物を触媒としてグルコースが電極酸化する際に発生する電子流を検出するものであり、原理的に電極表面積を増大することで感度が改善できる。非酵素型センサでは、白金、パラジウム、金、銀、銅、ニッケル、チタンやその酸化物を触媒として使用することが多い。本研究ではとくにチタン酸化物を触媒として、その表面積を拡大するためにチタン酸化物微粒子の表面にさらに微小な金のナノパーティクルを修飾する手法を検討した。また、この材料系を電極として用いたときに発生する電子を信号として取り出すために、導電性ポリマーとして知られているポリアニリン（PANI）のネットワークを、触媒をサスペンドするベッドとして使用する方法を新たに考案した。材料開発においては、電子顕微鏡等を用いてPANIネットワーク中に分散したTi酸化物微粒子や金ナノパーティクルの配置の様子を詳細に観察した。特に反応過程においてナノパーティクルが再配置する様子を確認し、これによってセンサ感度が回復する現象を説明できた。なお、非酵素型センサの化学合成には多くの手順を必要とし、また、プロセス中に発生する廃液が多い。一方、本研究では比較的簡単な手順でチタン酸化物触媒の表面に金属ナノ粒子を修飾できており、コスト的にも環境インパクト的にも有効な化学合成手法が構築できた。