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

纳米金/氧化锌修饰聚苯胺提高自供电气体传感器的稳定性和选择性

基本信息

批准号：
19F19048
负责人：
年吉洋
金额：
$ 1.47万
依托单位：
The University of Tokyo
依托单位国家：
日本
项目类别：
Grant-in-Aid for JSPS Fellows
财政年份：
2019
资助国家：
日本
起止时间：
2019-04-25 至 2020-03-31
项目状态：
已结题

项目摘要

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。

这项研究研究了提高葡萄糖检测传感器稳定性的技术的发展。在成人疾病中，糖尿病患者的数量尤其超过了全球2.8亿，并且需要患者测量其血糖水平并管理自己的措施，以避免在国家 /地区进行医疗费用。葡萄糖传感器既具有酶促形式和非酶形式，并且前一种方法高度敏感，但其稳定性取决于血液中的温度，湿度，pH和其他物质浓度。另一方面，通过使用金属氧化物作为催化剂氧化时，非酶传感器检测到产生的电子流，原则上，可以通过增加电极的表面积来提高灵敏度。在非酶传感器中，铂，钯，金，银，铜，镍，钛及其氧化物通常被用作催化剂。在这项研究中，我们研究了一种方法，即使用氧化钛作为催化剂，在氧化钛细颗粒表面修饰了甚至更细的金纳米颗粒，以增加表面积。此外，已经设计了一种新方法，其中一种被称为导电聚合物的聚苯胺（PANI）网络被用作悬浮催化剂的床，以提取在将该材料系统用作信号的电子时产生的电子。在材料开发中，我们详细观察了使用电子显微镜等在Pani网络中分散在Pani网络中的Ti氧化物细颗粒和金纳米颗粒的排列。特别是，我们在反应过程中确认了纳米颗粒的重排，这可以解释传感器灵敏度的现象。此外，非酶传感器的化学合成需要大量的程序，并且在此过程中也产生了大量废物液体。另一方面，在这项研究中，金属纳米颗粒使用相对简单的程序在氧化钛催化剂的表面进行了修饰，并确定了一种化学合成方法，这些方法在成本和环境影响方面都是有效的。

项目成果

期刊论文数量（5）

专著数量（0）

科研奖励数量（0）

会议论文数量（0）

专利数量（0）

Enhancement of electrocatalytic activity for 1-propanol oxidation in alkaline media via Au nanoparticles-TiO2/Polyaniline composite film

Au纳米粒子-TiO2/聚苯胺复合膜增强碱性介质中1-丙醇氧化的电催化活性

DOI：
发表时间：
2019
期刊：
影响因子：
0
作者：
Wan-Ting Chiu;Tso-Fu Mark Chang;Masato Sone;Agnes Tixier-Mita;and Hiroshi Toshiyoshi
通讯作者：
and Hiroshi Toshiyoshi

Roles of TiO2 in the highly robust Au nanoparticles-TiO2 modified polyaniline electrode towards non-enzymatic sensing of glucose

DOI：
10.1016/j.talanta.2020.120780
发表时间：
2020-05-15
期刊：
TALANTA
影响因子：
6.1
作者：
Chiu, Wan-Ting;Chang, Tso-Fu Mark;Toshiyoshi, Hiroshi
通讯作者：
Toshiyoshi, Hiroshi

Nano-Au Catalysts Modified with TiO2: Enhancement of Electrocatalytic Activity for 1-Propanol Oxidation in Alkaline Media

DOI：
10.1149/2.0741912jes
发表时间：
2019
期刊：
Journal of The Electrochemical Society
影响因子：
3.9
作者：
W. Chiu;Yi-Hsuan Chiu;P. Hsieh;T. Chang;M. Sone;Y. Hsu;A. Tixier-Mita;H. Toshiyoshi
通讯作者：
W. Chiu;Yi-Hsuan Chiu;P. Hsieh;T. Chang;M. Sone;Y. Hsu;A. Tixier-Mita;H. Toshiyoshi

Non-enzymatic sensing of glucose based on Au nanoparticles-TiO2/polyaniline

基于Au纳米颗粒-TiO2/聚苯胺的葡萄糖非酶传感