Robust Artificial Olfactory Sensor with Integrated Molecular Selective Capture and Release Devices

2022 Fiscal Year Final Research Report

• Project/Area Number: 21K18868
• Research Category: Grant-in-Aid for Challenging Research (Exploratory)
• Allocation Type: Multi-year Fund
• Review Section: Medium-sized Section 28:Nano/micro science and related fields
• Research Institution: The University of Tokyo
• Principal Investigator: Yanagida Takeshi 東京大学, 大学院工学系研究科(工学部), 教授 (50420419)
• Project Period (FY): 2021-07-09 – 2023-03-31
• Keywords: 金属酸化物ナノ構造体 / 分子センサ / 単結晶金属酸化物成長制御

Outline of Final Research Achievements

This study aimed to develop an artificial olfactory sensor capable of long-term operation in harsh environments. We conducted research and development from the perspectives of developing a single-crystalline metal oxide interface that balances molecular recognition capabilities and robustness, demonstrating molecular-selective capture and release functions, and developing integrated sensors. As a result, we succeeded in creating an interface material that selectively adsorbs molecules with similar structures, including structural isomers, and maintains this molecular recognition ability for a long period of time. Moreover, by modulating the temperature during molecule adsorption and release, we also succeeded in demonstrating molecule-selective release behavior. Additionally, we developed a sensor array consisting of 1024 tin oxide thin-film molecular sensors and visualized the spatial concentration distribution of volatile organic molecules.

Free Research Field

分子センサ

Academic Significance and Societal Importance of the Research Achievements

堅牢な分子認識界面を有する金属酸化物ナノ構造体および集積化センサは、長期間のデータ取得とその機械学習によるビッグデータ解析を可能にする基盤技術であり、化学情報の活用に大きく貢献する。また、表面元素組成の制御による化学反応制御技術はセンサを高速に動作させるだけではなく、センサ表面の残留分子による特性の劣化を抑制させることにも寄与しており、分子センサや不均一触媒で本質的な課題となっている被毒の解決につながる有用な知見である。加えて、カチオン拡散による表面カチオン組成の精密制御は分子センサや触媒にとどまらずナノ構造金属酸化物の機能性を活用している幅広い分野に対して有用な波及効果の高い成果である。