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高信頼性有機トランジスタの開発とそのセンサ応用

Research Project

Project/Area Number 16J08092
Research Category

Grant-in-Aid for JSPS Fellows

Allocation TypeSingle-year Grants
Section国内
Research Field Analytical chemistry
Research InstitutionThe University of Tokyo

Principal Investigator

南木 創  東京大学, 生産技術研究所 物質・環境系部門, 特別研究員(PD) (40793980)

Project Period (FY) 2016-04-22 – 2018-03-31
Project Status Completed (Fiscal Year 2017)
Budget Amount *help
¥2,300,000 (Direct Cost: ¥2,300,000)
Fiscal Year 2017: ¥1,430,000 (Direct Cost: ¥1,100,000、Indirect Cost: ¥330,000)
Fiscal Year 2016: ¥1,200,000 (Direct Cost: ¥1,200,000)
Keywords有機トランジスタ / 自己組織化単分子膜 / 分子認識 / 化学センサ / 電解質ゲート
Outline of Annual Research Achievements

平成29年度は,前年度までに得られた知見を拡充することで,有機トランジスタ型センサの高感度化および新規デバイス構造の検討をおこなった。
1) 高感度タンパク質センサデバイスの検討:前年度までに,分子認識部位となる単分子膜 (SAM) の高次構造がデバイスの検出能に依存することを見出している。そこで本年度は,本アプローチに基づきタンパク質の高感度検出に取り組んだ。モデル標的種に設定したアルブミンは,ヒスチジン残基が比較的連続した部位が存在することから,ヒスチジンへの結合能が知られる金属錯体を末端に擁するSAMを用いてセンサを構築した。滴定実験の結果,既存法に匹敵するpMオーダーのアルブミン検出を達成した。これは,SAM分子の適切なスペーサー部位に起因して,金属錯体末端がタンパク質中のヒスチジンに結合しやすいSAMの高次構造が発現したことに由来すると考えられる。すなわち,SAMの高次構造制御が様々な分子サイズの標的に対して有用であることを示唆しており,センサデバイスの高性能化に向けた重要な知見といえる。
2) 電解質ゲート型有機トランジスタの検討:有機トランジスタの更なる信頼性向上を目指し,低電圧駆動化・集積化に取り組んだ。電解質ゲート構造では,電極/電解質界面の極近傍領域に形成される電気二重層 (EDL) に由来した超強電界によりデバイスが制御される。当該構造に基づき,電解質水溶液を適用した有機トランジスタにおいてデバイスの超低電圧駆動化 (< 0.5 V) を達成した。更に,分子認識性官能基を有する半導体材料を用いることで,水溶液と半導体の接触界面に電荷変調機構を直接導入することに成功した。このことから,電解質ゲート型構造の採用とボトムアップ的な電荷変調機構の導入が,有機トランジスタ型化学センサの低電圧化および高集積化において有用であることを実証した。

Research Progress Status

29年度が最終年度であるため、記入しない。

Strategy for Future Research Activity

29年度が最終年度であるため、記入しない。

Report

(2 results)
  • 2017 Annual Research Report
  • 2016 Annual Research Report
  • Research Products

    (26 results)

All 2018 2017 2016 Other

All Journal Article (8 results) (of which Peer Reviewed: 5 results,  Open Access: 3 results,  Acknowledgement Compliant: 1 results) Presentation (12 results) (of which Int'l Joint Research: 2 results,  Invited: 1 results) Book (2 results) Remarks (3 results) Patent(Industrial Property Rights) (1 results)

  • [Journal Article] 有機薄膜デバイスの分析化学への展開:分子認識能を付与した有機薄膜トランジスタによる化学センシング2018

    • Author(s)
      南木創, 南豪
    • Journal Title

      分析化学

      Volume: 67

    • NAID

      130007384768

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  • [Journal Article] Label-Free Direct Electrical Detection of a Histidine-Rich Protein with Sub-Femtomolar Sensitivity using an Organic Field-Effect Transistor2017

    • Author(s)
      Tsukuru Minamiki, Yui Sasaki, Shizuo Tokito, Tsuyoshi Minami
    • Journal Title

      ChemistryOpen

      Volume: 6 Issue: 4 Pages: 472-475

    • DOI

      10.1002/open.201700070

    • Related Report
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    • Peer Reviewed / Open Access
  • [Journal Article] An Organic Transistor-based Electrical Assay for Copper(II) in Water2017

    • Author(s)
      Yui Sasaki, Tsuyoshi Minami, Tsukuru Minamiki, Shizuo Tokito
    • Journal Title

      Electrochemistry

      Volume: 85 Issue: 12 Pages: 775-778

    • DOI

      10.5796/electrochemistry.85.775

    • NAID

      130006242959

    • ISSN
      1344-3542, 2186-2451
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  • [Journal Article] A molecular self-assembled colourimetric chemosensor array for simultaneous detection of metal ions in water2017

    • Author(s)
      Yui Sasaki, Tsukuru Minamiki, Shizuo Tokito, Tsuyoshi Minami
    • Journal Title

      Chemical Communications

      Volume: 53 Issue: 49 Pages: 6561-6564

    • DOI

      10.1039/c7cc03218h

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    • Author(s)
      南豪, 南木創
    • Journal Title

      ぶんせき

      Volume: 10 Pages: 497-500

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      南木創
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      ぶんせき

      Volume: 11 Pages: 553-553

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    • Author(s)
      南豪,南木創,時任静士
    • Journal Title

      応用物理

      Volume: 86 Pages: 131-135

    • NAID

      130007715491

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      Tsukuru Minamiki, Tsuyoshi Minami, Yui Sasaki, Shin-ichi Wakida, Ryoji Kurita, Osamu Niwa, Shizuo Tokito
    • Journal Title

      Sensors

      Volume: 16 Issue: 12 Pages: 2033-2033

    • DOI

      10.3390/s16122033

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  • [Presentation] サブフェムトモル濃度のタンパク質を検出可能な有機トランジスタ型センサの開発2018

    • Author(s)
      南木創, 佐々木由比, 時任静士,南豪
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      電気化学会第84回大会
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      首都大学東京
    • Year and Date
      2017-03-25
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      南木創,南豪
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      第64回応用物理学会春季学術講演会
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      パシフィコ横浜
    • Year and Date
      2017-03-14
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  • [Presentation] 自己組織化単分子膜修飾電極を有する有機トランジスタ型化学センサを用いたタンパク質検出2017

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      南木創, 時任静士, 南豪
    • Organizer
      第61回 高分子学会年次大会
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  • [Presentation] π共役高分子の電子的摂動を活用した化学センサデバイスの構築2017

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      南木創, 南豪
    • Organizer
      日本分析化学会第66年会
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  • [Presentation] フェニルボロン酸誘導体を修飾した延長ゲート有機トランジスタ型化学センサの開発2016

    • Author(s)
      南木創,時任静士,南豪
    • Organizer
      日本分析化学会第65年会
    • Place of Presentation
      北海道大学工学部
    • Year and Date
      2016-09-14
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  • [Presentation] 抗体フリータンパク質検出を指向した有機トランジスタ型化学センサの開発2016

    • Author(s)
      南木創,時任静士,南豪
    • Organizer
      化学とマイクロ・ナノシステム学会第34回研究会
    • Place of Presentation
      幕張メッセ
    • Year and Date
      2016-09-06
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  • [Presentation] Development of an Enzymatic Biosensor based on an Electrolyte-Gated Organic Transistor2016

    • Author(s)
      Tsuyoshi Minami, Tsukuru Minamiki, Naoki Nobata, Shizuo Tokito
    • Organizer
      2016 International Conference on Flexible and Printed Electronics
    • Place of Presentation
      山形大学 米沢キャンパス
    • Year and Date
      2016-09-06
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    • Int'l Joint Research
  • [Presentation] A Printed Biosensor based on a Dual-Gated Organic Transistor2016

    • Author(s)
      Tsukuru Minamiki, Tsuyoshi Minami, Yi-Pu Chen, Yasunori Takeda, Taisei Mano, Kenjiro Fukuda, Shizuo Tokito
    • Organizer
      2016 International Conference on Flexible and Printed Electronics
    • Place of Presentation
      山形大学 米沢キャンパス
    • Year and Date
      2016-09-06
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    • Int'l Joint Research
  • [Presentation] ジピコリルアミン誘導体を修飾した延長ゲート有機トランジスタ型化学センサ2016

    • Author(s)
      南豪,南木創,佐々木由比
    • Organizer
      第14回ホスト・ゲスト化学シンポジウム
    • Place of Presentation
      高知城ホール
    • Year and Date
      2016-06-04
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  • [Presentation] 電解質ゲート有機トランジスタ型化学センサの構築2016

    • Author(s)
      南木創,南豪,時任静士
    • Organizer
      日本分析化学会 第76回分析化学討論会
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      岐阜薬科大学・岐阜大学
    • Year and Date
      2016-05-28
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  • [Presentation] 抗体フリーかつ非標識なタンパク質検出を指向した有機トランジスタ型化学センサの開発検討2016

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      南豪,南木創,佐々木由比,時任静士
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      日本分析化学会 第76回分析化学討論会
    • Place of Presentation
      岐阜薬科大学・岐阜大学
    • Year and Date
      2016-05-28
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  • [Book] ウェアラブル機器の開発とマーケット・アプリケーション・法規制動向 第1章第3節「有機FET型化学センサ」2017

    • Author(s)
      南豪, 南木創, 時任静士
    • Publisher
      R&D支援センター
    • ISBN
      9784905507215
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  • [Book] 有機FET型化学センサ (IoTを指向するバイオセンシング・デバイス技術)2016

    • Author(s)
      南豪,南木創,時任静士
    • Total Pages
      193
    • Publisher
      シーエムシー出版
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      http://www.tminami.iis.u-tokyo.ac.jp/

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      http://www.tminami.iis.u-tokyo.ac.jp/

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  • [Remarks] 山形大学有機エレクトロニクス研究センター 時任・熊木・関根研究室

    • URL

      http://tokitolabo.yz.yamagata-u.ac.jp/

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  • [Patent(Industrial Property Rights)] バイオセンサ2016

    • Inventor(s)
      野畑直樹,南豪,南木創,時任静士
    • Industrial Property Rights Holder
      株式会社東海理化電機製作所,国立大学法人山形大学
    • Industrial Property Rights Type
      特許
    • Industrial Property Number
      2016-083138
    • Filing Date
      2016-04-18
    • Related Report
      2016 Annual Research Report

URL: 

Published: 2016-05-17   Modified: 2024-03-26  

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