Development of molecular recognition sensors using single molecular bilayers of organic semiconductors
Publicly Offered Research
| Project Area | Science of Soft Robot: interdisciplinary integration of mechatronics, material science, and bio-computing |
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| Project/Area Number |
19H05321
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| Research Category |
Grant-in-Aid for Scientific Research on Innovative Areas (Research in a proposed research area)
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| Allocation Type | Single-year Grants |
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| Review Section |
Complex systems
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| Research Institution | The University of Tokyo |
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Principal Investigator |
荒井 俊人 東京大学, 大学院工学系研究科(工学部), 講師 (40750980)
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| Project Period (FY) |
2019-04-01 – 2021-03-31
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| Project Status |
Completed (Fiscal Year 2020)
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| Budget Amount *help |
¥10,400,000 (Direct Cost: ¥8,000,000、Indirect Cost: ¥2,400,000)
Fiscal Year 2020: ¥5,200,000 (Direct Cost: ¥4,000,000、Indirect Cost: ¥1,200,000)
Fiscal Year 2019: ¥5,200,000 (Direct Cost: ¥4,000,000、Indirect Cost: ¥1,200,000)
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| Keywords | 単層２分子膜 / 自己組織化 / 有機半導体 / プリンテッドエレクトロニクス / 分子認識センサ / 単層2分子膜 |
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| Outline of Research at the Start |
単層２分子膜型の有機半導体という、細胞に似た構造の人工薄膜を用いて生体模倣センサ機能を検討する。はじめに、薄膜トランジスタ(TFT)を周囲のガス環境を変えた中で動作させ、そのTFT特性の系統的な変化から、周囲の極性分子ガス濃度の計測、および繰り返し耐性を調べる。以上をもとにポリマーフィルム上に電極を印刷構築し、フレキシブルセンサを作製・駆動させる。さらに、基板をもたない独立２分子膜構築技術の確立に従事する。脂質分子を用いた独立２重膜とは異なり、有機半導体を用いた独立単層２分子膜を構築することで、従来のストキャスティックセンサの常識を覆す、長寿命のイオンチャネル内包型センサ機能の開拓に努める。
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| Outline of Annual Research Achievements |
単層２分子膜型の有機半導体という、細胞膜に似た構造の人工膜を用いることで、生体が持つようなセンサ機能の開拓を行った。この半導体層を有機トランジスタ(OFET)の活性層として用いることで、外部雰囲気中の極性分子の濃度変化を高感度で検出できることを見出した。次に、分子膜の積層数（厚み）に依存したセンシング特性を調べた。すると、単層２分子膜を用いた場合に、最も感度が高くなることが明らかとなった。さらに、単層２分子膜OFETでは、分厚い半導体層を用いた場合に比べ、応答速度も高いことを見出した。そこで、OFET型センサのさらなる高性能化へ向け、OFETの高移動度化と低駆動電圧化を推進した。高移動度化を達成するために、従来用いていた半導体骨格（BTBT骨格）からπ共役系を拡張した材料の探索を行った。その中で、半導体骨格に付与するアルキル基の置換位置を工夫することで、OFETのなかではトップクラスの移動度(～10cm2/Vs)が得られることを明らかにした。さらに、OFETの駆動電圧を低減するために、絶縁層表面をキャリアトラップの少ない撥水性ポリマーで覆い、その上から半導体層を形成する技術を開発した。これにより２ボルト以下での低電圧駆動を達成した。
以上に加え、本領域メンバーとの共同研究として、金属ナノコロイドを用いたメッシュ配線の印刷形成について検討を行った。得られる配線の伝導性を向上させるためには、ネットワーク状のコロイド凝集体を形成することが有効であることを明らかにした。また、モデルコロイド系を用いてネットワーク構造の形成過程を観察することでし、新しいタイプのネットワーク構造の形成原理を見出した。
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| Research Progress Status |
令和2年度が最終年度であるため、記入しない。
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| Strategy for Future Research Activity |
令和2年度が最終年度であるため、記入しない。
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Report
(2 results)
Research Products
(24 results)
