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2015 Fiscal Year Annual Research Report

フェムトワット熱量センサ

Research Project

Project/Area Number 25246031
Research InstitutionTohoku University

Principal Investigator

小野 崇人  東北大学, 工学(系)研究科(研究院), 教授 (90282095)

Co-Investigator(Kenkyū-buntansha) 戸田 雅也  東北大学, 工学(系)研究科(研究院), 准教授 (40509890)
Project Period (FY) 2013-04-01 – 2016-03-31
Keywords熱量センサ / 細胞 / 振動子 / サーミスタ / pn接合
Outline of Annual Research Achievements

熱は生化学反応において最も基本的な物理的指標であるが、細胞レベルでは計測が困難であったため、研究がほとんどされていない。本件では単一細胞など、生体試料への応用を目的としたフェムトジュールのカロリーメーターを開発することを目的としている。本研究で提案するフェムトジュール熱量センサが実現すれば、生物学への応用だけでなく、がん細胞などの細胞レベルでの薬物の効果など、医療分野における新しい計測手段を提供することが期待される。
VOxは室温近傍で大きな抵抗変化を示す材料として知られており、サーミスタとして動作する。VOxは機械素子としても大きな共振周波数の温度変化を示すことが期待されるため、実際に機械素子を試作し、その共振周波数の温度変化を評価した。その結果、非常に大きな共振周波数の温度変化を示すことが確認でき、高感度温度センサとしての可能性を示した。
一方、PN接合型の温度センサを集積化した細胞の熱量計測素子を試作した。この素子を用いて、褐色脂肪細胞の発熱を計測できることを示すことができた。特に、これまでに特異なパルス状の熱産生が見られた褐色脂肪細胞において測を行い、同様の計測結果が得られることを確認した。PN接合型の熱量センサでおよそピコジュールの感度が得られ、その実測値と理論値を比較し、設計論を構築した。試作したセンサは数十マイクロメートルと大きなものであったが、小型化により、1-2桁の感度向上が期待できることを明らかにした。

Research Progress Status

27年度が最終年度であるため、記入しない。

Strategy for Future Research Activity

27年度が最終年度であるため、記入しない。

  • Research Products

    (18 results)

All 2016 2015

All Journal Article (8 results) (of which Peer Reviewed: 8 results,  Acknowledgement Compliant: 6 results) Presentation (10 results) (of which Int'l Joint Research: 5 results,  Invited: 2 results)

  • [Journal Article] Chip-Level Microassembly of XYZ-Microstage with large Displacments2016

    • Author(s)
      Gaopeng Xue, Masaya Toda, Takahito Ono
    • Journal Title

      電気学会論文誌E

      Volume: 135 Pages: 236-237

    • DOI

      http://doi.org/10.1541/ieejsmas.135.236

    • Peer Reviewed
  • [Journal Article] High Aspect Ratio SiO2 Pillar Structures Capable of the Integration of an Image Sensor for Application of Optical Modulator2016

    • Author(s)
      N.V. Toan, Suguru Sangu, Takahito Ono
    • Journal Title

      電気学会論文誌E

      Volume: 136 Pages: 41-42

    • DOI

      http://doi.org/10.1541/ieejsmas.136.41

    • Peer Reviewed / Acknowledgement Compliant
  • [Journal Article] Sensitive thermal microsensor with pn junction for heat measurement of a single cell2016

    • Author(s)
      Taito Yamada, Naoki Inomata, and Takahito Ono
    • Journal Title

      Japanese Journal of Applied Physics

      Volume: 55 Pages: 027001

    • DOI

      http://doi.org/10.7567/JJAP.55.027001

    • Peer Reviewed / Acknowledgement Compliant
  • [Journal Article] Temperature-depended mechanical properties of microfabricated vanadium oxide mechanical resonators for thermal sensing2016

    • Author(s)
      Naoki Inomata, Libao Pan, Masaya Toda, and Takahito Ono
    • Journal Title

      Japanese Journal of Applied Physics

      Volume: 55 Pages: 037201

    • DOI

      http://doi.org/10.7567/JJAP.55.037201

    • Peer Reviewed
  • [Journal Article] ulse-Reverse Electrodeposition and Micromachining of Graphene-Nickel Composite: An Efficient Strategy toward High-Performance Microsystem Application2016

    • Author(s)
      Junhua Li, Zhonglie An, Zhuqing Wang, Masaya Toda, and Takahito Ono
    • Journal Title

      Applied Materials & Interfaces

      Volume: 8 Pages: 3969-3976

    • DOI

      10.1021/acsami.5b11164

    • Peer Reviewed / Acknowledgement Compliant
  • [Journal Article] An Investigation of Processes for Glass Micromachining2016

    • Author(s)
      Nguyen Van Toan, Masaya Toda, and Takahito Ono
    • Journal Title

      Micromachines

      Volume: 7 Pages: 1-12

    • DOI

      10.3390/mi7030051

    • Peer Reviewed / Acknowledgement Compliant
  • [Journal Article] Microstructuring of carbon nanotubes-nickel nanocomposite2015

    • Author(s)
      Zhonglie An, Liang He, Masaya Toda, Go Yamamoto, Toshiyuki Hashida, and Takahito Ono
    • Journal Title

      Nanotechnology

      Volume: 26 Pages: 195601-1~8

    • DOI

      10.1088/0957-4484/26/19/195601

    • Peer Reviewed / Acknowledgement Compliant
  • [Journal Article] Impact of thermal contact resistances on micro-gap heat losses for microthermionic power generators2015

    • Author(s)
      Remi Yacine Belbachir, Zhonglie An, and Takahito Ono
    • Journal Title

      Microsystem Technologies

      Volume: 15 Pages: 1-10

    • DOI

      10.1007/s00542-01502591-7

    • Peer Reviewed / Acknowledgement Compliant
  • [Presentation] Microfabricated vanadium oxide resonant thermal sensor with a high temeperature coefficient of resonant frequency2016

    • Author(s)
      Naoki Inomata, Libao Pan, Masaya Toda, and Takahito Ono
    • Organizer
      The 29th IEEE International Conference on Micro Electro Mechanical Systems
    • Place of Presentation
      新潟 朱鷺メッセ
    • Year and Date
      2016-01-24 – 2016-01-28
  • [Presentation] Zhonglie An and Takahito Ono, Electrodeposition of Copper Nanocomposite with High Content of Carbon Nanotube2015

    • Author(s)
      Zhonglie An and Takahito Ono
    • Organizer
      センサ・マイクロマシンと応用システムシンポジウム
    • Place of Presentation
      新潟 朱鷺メッセ
    • Year and Date
      2015-10-27 – 2015-10-30
  • [Presentation] 酸化バナジウムを用いた共振型マイクロ熱量センサ2015

    • Author(s)
      猪股直生,潘立葆,戸田雅也,小野崇人
    • Organizer
      センサ・マイクロマシンと応用システムシンポジウム
    • Place of Presentation
      新潟 朱鷺メッセ
    • Year and Date
      2015-10-27 – 2015-10-30
  • [Presentation] Biosensor using Vox microresistance thermometer2015

    • Author(s)
      Lobao Pan, Takahito Ono, Naoki Inomata, Zhuqing Wang, Mitsuteru Kimura
    • Organizer
      センサ・マイクロマシンと応用システムシンポジウム
    • Place of Presentation
      新潟 朱鷺メッセ
    • Year and Date
      2015-10-27 – 2015-10-30
  • [Presentation] 単一細胞熱計測のためのpnダイオード型マイクロ熱センサ2015

    • Author(s)
      山田泰斗,猪股直生,小野崇人
    • Organizer
      センサ・マイクロマシンと応用システムシンポジウム
    • Place of Presentation
      新潟 朱鷺メッセ
    • Year and Date
      2015-10-27 – 2015-10-30
  • [Presentation] Pulse Reverse electrodeposition of Nickel-Graphene Composite Thin Film with Enhanced Mechanical Properties2015

    • Author(s)
      Jinhua Li, Zhonglie An and Takahito Ono
    • Organizer
      The 6th Japan-Chine-Korea MEMS/NEMS Conference
    • Place of Presentation
      Xi’an Jaotong University, China
    • Year and Date
      2015-09-23 – 2015-09-24
    • Int'l Joint Research
  • [Presentation] Synthesis of Cu composite thin film with positively charged carbon nanotubes2015

    • Author(s)
      Zhonglie An and Takahito Ono
    • Organizer
      The 6th Japan-Chine-Korea MEMS/NEMS Conference
    • Place of Presentation
      Xi’an Jaotong University, China
    • Year and Date
      2015-09-23 – 2015-09-24
    • Int'l Joint Research
  • [Presentation] Electrodeposition of chitosan thin film in completely packaged microfluidic for thermocouple calorimetric biosensor2015

    • Author(s)
      Zhuqing Wang, Mitsuteru Kimura and Takahito Ono
    • Organizer
      The 6th Japan-Chine-Korea MEMS/NEMS Conference
    • Place of Presentation
      Xi’an Jaotong University, China
    • Year and Date
      2015-09-23 – 2015-09-24
    • Int'l Joint Research
  • [Presentation] Resonant Micro/Nanomechanical Si Sensors for Ultimate Detection2015

    • Author(s)
      Takahito Ono
    • Organizer
      Microsystems & Nanoengineering Summit
    • Place of Presentation
      Beijing China
    • Year and Date
      2015-08-02 – 2015-08-08
    • Int'l Joint Research / Invited
  • [Presentation] Si-based micro-nanomechanics for ultimate sensing2015

    • Author(s)
      Takahito Ono, Masaya toda, Yong-Jun Seo, Naoki Inomata
    • Organizer
      Electrochemical Society (ECS) spring sympojium
    • Place of Presentation
      Chicago, Ilinois, USA
    • Year and Date
      2015-05-24 – 2015-05-28
    • Int'l Joint Research / Invited

URL: 

Published: 2017-01-06  

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