Development of ISFET array sensor for pH measurement of pore water in marine sediment

2023 Fiscal Year Final Research Report

• Project/Area Number: 21H03578
• Research Category: Grant-in-Aid for Scientific Research (B)
• Allocation Type: Single-year Grants
• Section: 一般
• Review Section: Basic Section 63010:Environmental dynamic analysis-related
• Research Institution: Tokyo Metropolitan University
• Principal Investigator: Nakajima Hizuru 東京都立大学, 都市環境科学研究科, 准教授 (10432858)
• Co-Investigator(Kenkyū-buntansha): 茅根 創 東京大学, 大学院理学系研究科(理学部), 教授 (60192548) ; 森岡 和大 東京薬科大学, 薬学部, 助教 (70794056)
• Project Period (FY): 2021-04-01 – 2024-03-31
• Keywords: pHセンサー / イオン感応性電界効果トランジスタ / ISFET / 海洋酸性化

Outline of Final Research Achievements

If the pH profile of porewater in marine sediments can be measured, the progress of ocean acidification and CO2 absorption by dissolution of calcium carbonate can be evaluated. However, analytical techniques that can continuously measure the pH profile of pore water in marine sediments have not yet been established. In this study, we developed an ion-sensitive field-effect transistor (ISFET) sensor with an array of small extended gate electrodes and succeeded in continuous measurement of the pH profile of pore water in marine sediments using the developed sensor. It was found that the pH of seawater was about 0.1-0.3 higher than that of pore water in marine sediments, and that the pH of seawater during the night was about 0.3 lower than that during the day.

Free Research Field

分析化学

Academic Significance and Societal Importance of the Research Achievements

本研究で開発したISFETアレイセンサーは，海底堆積物中の間隙水のpHプロファイルを高い分解能で連続的に計測することができるセンサーである。したがって，本センサーが実用化されれば，「海底堆積物中の間隙水のpHプロファイルが短期あるいは長期的にどのように変動するか？」という未知の事象が明らかになり，サンゴ礁の砂地に棲息する海洋生物に対する酸性化の影響や，砂地の溶解速度などに関する新たな知見が得られる。したがって，本研究で開発したセンサーは，海洋での計測技術を飛躍的に発展させるとともに，海洋酸性化に関する研究の進歩に大きく貢献する可能性が高いと考えられる。