2019 Fiscal Year Annual Research Report
有機集積回路を用いた高感度ウェアラブル化学センサの開発
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19J22073
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| Research Institution | Osaka University |
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Principal Investigator |
杉山 真弘 大阪大学, 工学研究科, 特別研究員(DC1)
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| Project Period (FY) |
2019-04-25 – 2022-03-31
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| Keywords | 化学センサ / 有機トランジスタ / 酵素電極 / 差動増幅回路 |
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| Outline of Annual Research Achievements |
高齢者や病気予備軍の人口が増大する現代において、皮膚に貼り付けて生体の化学情報を長期間モニタリングできるウェアラブル化学センサの必要性が高まっている。本研究では、生体分子を検出する酵素電極と電流増幅機能を有する3電極式の測定回路を一体化したウェアラブル化学センサを開発し、汗に含まれる生体分子をリアルタイムに測定することを目指す。具体的には、柔軟なプラスチックフィルム上に、グルコースや乳酸といった生体分子を検出する酵素電極を形成し、有機トランジスタを用いた信号増幅・電流変換回路と統合する。
本年度は、有機トランジスタの微細化に取り組むことで、差動増幅回路およびオペアンプ回路の周波数特性を従来の約6倍向上させることに成功した。また、トップゲート構造の有機トランジスタを増幅回路に組み込むことで、有機トランジスタの製造ばらつきに由来する増幅回路のオフセット電圧を数百ミリボルト10 ミリボルト以下にまで低減することが可能になった。以上の研究成果は、英国学術誌Nature Electronicsに掲載された。また、柔軟なトランジスタ回路だけではなく、厚さ数ナノメートルの金属薄膜を蒸着形成することで、柔軟な抵抗素子も実現した。
一方、もう一つの主要課題である安定なフレキシブル酵素修飾電極の開発においては、蒸着形成した金属電極上に酵素溶液をドロップキャストすることで、プラスチックフィルム上への乳酸オキシダーゼ修飾電極の作製には成功したが、繰り返しの計測が可能で安定な電極は実現できなかった。これは、乳酸オキシダーゼの固定に用いたポリマー材料と電極材料の密着性が低いことが原因と考えられる。そこで、次年度は新たな電極材料やポリマー材料、選択膜材料の探索を引き続き実施し、汗の連続計測に資するフレキシブル酵素修飾電極の開発に取り組む。
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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
本研究における研究課題の一つである「フレキシブル信号増幅・電流変換回路の開発」について、その基盤回路である差動増幅回路のフレキシブル化と高性能化に成功した。一方、もう一つの研究課題である「フレキシブルな酵素修飾電極の開発」については、基板材料と酵素固定化材料との密着性の低さが原因で、繰り返し使用可能な酵素修飾電極の実現には至らなかった。次年度は、基板材料、電極材料、固定化材料の選定と最適化を行い、長時間にわたって安定な電極の開発に取り組む。
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| Strategy for Future Research Activity |
次年度は、初年度に開発した有機差動増幅回路および薄膜抵抗素子を基に、フレキシブル化学センサの計測用回路である電流電圧変換回路の開発に取り組む。酵素修飾電極については、基板材料、電極材料、固定化材料の選定と最適化を行い、長時間にわたって安定な電極の開発に取り組む。また、酵素修飾電極の大面積・高効率形成を目指し、これまでは真空蒸着法で形成した電極(対極・作用極・参照極)の印刷形成も行う。
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