Novel sensing system based on morphological change in molecule-responsive gel
| Project/Area Number |
21K04088
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| Research Category |
Grant-in-Aid for Scientific Research (C)
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| Allocation Type | Multi-year Fund |
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| Section | 一般 |
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| Review Section |
Basic Section 21030:Measurement engineering-related
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| Research Institution | Kitami Institute of Technology |
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Principal Investigator |
兼清 泰正 北見工業大学, 工学部, 准教授 (40435748)
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| Co-Investigator(Kenkyū-buntansha) |
青木 寛 国立研究開発法人産業技術総合研究所, エネルギー・環境領域, 研究グループ長 (00392580)
吉田 裕 北見工業大学, 工学部, 教授 (30626122)
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| Project Period (FY) |
2021-04-01 – 2024-03-31
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| Project Status |
Completed (Fiscal Year 2023)
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| Budget Amount *help |
¥4,160,000 (Direct Cost: ¥3,200,000、Indirect Cost: ¥960,000)
Fiscal Year 2023: ¥1,040,000 (Direct Cost: ¥800,000、Indirect Cost: ¥240,000)
Fiscal Year 2022: ¥1,300,000 (Direct Cost: ¥1,000,000、Indirect Cost: ¥300,000)
Fiscal Year 2021: ¥1,820,000 (Direct Cost: ¥1,400,000、Indirect Cost: ¥420,000)
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| Keywords | ゲル / センサ / 刺激応答 / エタノール / 導電性 / スイッチ / 計測 / 蛍光 |
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| Outline of Research at the Start |
複数のセンサから得られる情報を統合的に処理して高度の認識機能を発現するウェアラブルデバイスを実現するには、我々の身の回りに存在する多様な化学物質を、選択的かつ高感度に連続モニタリングできるセンサが不可欠である。そこで本研究では、化学情報を力学的エネルギーに変換し、光および電気シグナルとして取り出すことのできる新規センシングシステムの実現に取り組む。そのために、特定の分子に応答して形状が変化する分子刺激応答性ゲルを合成し、その機械的強度向上と異方的形状変化を実現した上で、蛍光基の導入や電気回路との複合化を行い、それらの分光学的および電気化学的応答を明らかにしていく。
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| Outline of Annual Research Achievements |
本年度は、機械的強度を従来よりも大幅に増大させたゲルを用いてスウィッチング素子を作製し、種々の刺激を検知して異なる色調のランプを点灯させるセンサーの開発を行った。
昨年度実施した研究により、ゲルを合成する際の主鎖モノマー濃度上昇と架橋剤濃度低下により、従来と比べて強靭性の大幅に向上したヒドロゲルを作製することに成功している。また、PVA（ポリビニルアルコール）を含有するゲルを凍結・融解処理することによっても、ヒドロゲルの強靭性向上が達成できることを見出している。さらに、このような“タフゲル”を用いて作製した二層構造ゲルは、従来の二層構造ゲルと同様に、エタノール濃度に依存して湾曲度が変化していくことを明らかにしている。そこで、強靭化した二層構造ゲルの層間に金属箔を挟み込むことにより導電性を付与したスウィッチング素子を作製した。このスウィッチング素子の応答挙動を観測したところ、エタノールに応答した湾曲挙動を示した。ただし、エタノール濃度と湾曲度との関係は、強靭化前の二層構造ゲルの場合とは異なることがわかった。また、エタノール濃度の変化に追随して可逆的に湾曲度が変化していくことが明らかになった。このような変形過程において、ゲルの破損はほとんど見られず、高い耐久性を有することが示された。
以上の結果から、強靭化した二層構造ゲルの層間に金属箔を挟み込んだスウィッチング素子は、新規の応答原理に基づくセンサーの開発に有用であることが明らかになった。
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Report
(3 results)
Research Products
(29 results)
