2019 Fiscal Year Research-status Report
Development of Multi-Channels Sensor Array Towards Simultaneous Discrimination of Mixed Volatile Molecules
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18KK0112
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| Research Institution | Kyushu University |
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Principal Investigator |
長島 一樹 九州大学, 先導物質化学研究所, 准教授 (10585988)
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| Co-Investigator(Kenkyū-buntansha) |
高橋 綱己 九州大学, 先導物質化学研究所, 学術研究員 (60724838)
細見 拓郎 九州大学, 先導物質化学研究所, 学術研究員 (40830360)
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| Project Period (FY) |
2018-10-09 – 2021-03-31
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| Keywords | 金属酸化物 / センサ / 分子識別 / 揮発性分子 |
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| Outline of Annual Research Achievements |
本研究では、多元素機能傾斜膜及びナノ微細加工技術を融合させることで、全て特性が異なる1000種類以上のセンサ素子から成り、少数センサの不具合及び素子間のばらつき誤差を劇的に低減可能な‘高堅牢性超多チャンネルセンサアレイ’を創製し、従来原理的に困難であった多成分標的分子群の同時検出・識別機能を実証することで、多角的な化学情報の収集・蓄積・利活用を可能とする革新的分子認識センサエレクトロニクスの学術基盤を創成することを目的としている。当該年度の研究実績を以下に示す。
①多元素機能傾斜膜による超多チャンネルセンサアレイの創製：機能傾斜膜の元素数を四元まで増やすと共に、共同研究先であるタイ国立電子コンピューター技術研究センターへ訪問し、角度可変多元同時成膜技術により組成傾斜率80％の機能傾斜膜を創製することに成功した。多チャンネルセンサアレイにおいては、電極材料・センサ抵抗・配線抵抗が与える各センサチャネルへの影響を明らかにすると共にデバイス構造を最適化し、安定的な電気伝導特性を得ることに成功した。加えて金属酸化物ナノワイヤの巨大表面上に各種揮発性分子を吸着させ、吸着・反応・脱離現象に関する評価を行うことで、分子識別材料やその分子識別限界の探索を行った。
②リアルタイム計測技術及び高堅牢性センシング法の構築：高速測定機能を有する高速電子回路を実装し、1024チャンネルセンサアレイのセンサ応答を総計測時間100ミリ秒以内で
読み出すことに成功し、リアルタイム分子センシング機能を実証した。
③多成分標的分子群の同時検出へ向けたデータ解析法の構築：多成分標的分子群の同時検出・識別機能の検証へ向けて、センサデータのマッピング画像から特徴量を抽出するデータマイニング技術を習得すると共に、3種の分子群を機械学習により識別することに成功した。
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| Current Status of Research Progress |
Current Status of Research Progress
2: Research has progressed on the whole more than it was originally planned.
Reason
本年度は①四元機能傾斜膜の創製と多チャンネルセンサの安定化設計指針の構築、センサ材料探索、②1024チャンネルセンサアレイによるリアルタイム分子センシング機能実証、③データマイニング・機械学習技術の構築を当初の目的としていたが、そのいずれの目的もおおむね達成できており、本研究課題の最終目的達成へ向けて順調に研究を遂行することができているため。
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| Strategy for Future Research Activity |
最終年度に当たる本年度は、研究目的の達成へ向けて以下の研究計画を遂行する。
①多元素機能傾斜膜による超多チャンネルセンサアレイの創製：前年度までに構築した金属酸化物による多元素機能傾斜膜におけるセンサ種の更なる多様化を目指して、これまでの無機材料組成制御に加え、センサ表面の有機修飾を試みる。修飾分子の末端部位による分子認識機能に加え、アンカー部位が与える影響を検討し、センサ表面における分子認識機能の総括的な設計・制御を行う。
②センサ不具合・素子間のばらつき誤差補正による高堅牢性分子センシング法の構築：多チャンネルセンサアレイにおける素子間の干渉を完全に除去し、長期安定的なセンサデータ収集を実現させるため、分子存在下・高温環境下においても安定な整流性を示す高堅牢性整流素子の創製を目指す。本技術によりデータ解析アプローチを利用したセンサ素子間のばらつき補正が本質的に可能となる。
③多成分標的分子群の同時検出・識別機能の実証：上記で実現する超多チャンネルセンサアレイ・高堅牢性分子センシング技術を利用して、多成分標的分子群の同時検出・識別機能を実証する。
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| Causes of Carryover |
当該年度はテクニカルスタッフの人件費、及び消耗品費に助成金を使用する計画であったが、次年度にセンサ材料開発及びセンサ測定に注力する研究員を雇用し、本研究をより円滑に遂行するために繰越金を次年度研究員雇用費及び関連実験の消耗品費として使用する予定に変更した。
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