Novel sensing system based on morphological change in molecule-responsive gel

2023 Fiscal Year Final Research Report

• Project/Area Number: 21K04088
• Research Category: Grant-in-Aid for Scientific Research (C)
• Allocation Type: Multi-year Fund
• Section: 一般
• Review Section: Basic Section 21030:Measurement engineering-related
• Research Institution: Kitami Institute of Technology
• Principal Investigator: Kanekiyo Yasumasa 北見工業大学, 工学部, 准教授 (40435748)
• 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)
• Project Period (FY): 2021-04-01 – 2024-03-31
• Keywords: ゲル / 刺激応答 / 分子機械 / 導電性 / スイッチ / エタノール / センサ

Outline of Final Research Achievements

We succeeded in fabricating a conductive bilayer gel with aluminum foil sandwiched between the layers. When the gel was immersed in aqueous ethanol solutions, a remarkable change in the degree of curvature was observed in response to the ethanol concentration. We then fabricated an electric circuit using the conductive bilayer gel as a switch and confirmed its operation in response to ethanol. As a result, it was clarified that the circuit turns on and off depending on the ethanol concentration and functions as a sensor device that can measure the concentration by lighting a lamp. Furthermore, we achieved a significant improvement in the toughness of the bilayer gel by changing the monomer composition, and were able to clarify the path to improving the durability of the switching device using this gel.

Free Research Field

分子認識化学

Academic Significance and Societal Importance of the Research Achievements

層間に金属箔を挟み込むことにより導電性二層構造ゲルを作製する手法は、従来知られていない新規の方法論であり、作製の簡便さ、モノマーや金属の種類の選択肢の多様さなど、種々の利点を有することから、その学術的意義は大きい。本研究で開発したセンサは、感染症対策として一般に広く使用されているエタノール消毒液の濃度測定に最適な応答特性を有している。また、他の化学物質や温度・光などの物理的刺激にもターゲットを拡張し得る手法である。よって、人類の福祉向上につながる新技術としての社会的意義も大きい。