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2015 Fiscal Year Annual Research Report

分子レセプターを修飾した有機薄膜トランジスタ型センサーデバイスの開発

Research Project

Project/Area Number 26888002
Research InstitutionYamagata University

Principal Investigator

南 豪  山形大学, 理工学研究科, 助教 (70731834)

Project Period (FY) 2014-08-29 – 2016-03-31
Keywords超分子化学 / 分子認識 / 有機トランジスタ / センサー
Outline of Annual Research Achievements

有機薄膜トランジスタは従来の無機デバイスでは実現困難な魅力を有する電子デバイスである。当該デバイスを化学センサーへと適用する研究は未だ萌芽段階にあり,先行研究は非常に少ない。そこで本研究では,有機デバイス工学と超分子・分子認識化学を融合させた学際的研究をおこない,分子認識現象に基づいた有機薄膜トランジスタ型化学センサーの開発に取り組んだ。
平成27年度は,まず金属カチオン種の検出に成功した。一方,アニオン種についてはリン酸イオン類の検出に挑んだ。リン酸イオン種は情報伝達や酵素反応に関連した重要な生体物質であるだけでなく,閉鎖水系の富栄養化など環境にも影響を及ぼす重要化学種である。本研究では,チオール基を導入したジピコリルアミン亜鉛(II)錯体をリン酸イオンレセプターとして用い,トランジスタのゲート電極上に自己組織化単分子膜 (SAM) として導入することで,当該イオン種の検出をおこなった。作製したセンサーデバイスによって,各リン酸イオン種 (リン酸一水素イオン,ピロリン酸イオン,ATPなど) に対して交差応答的な検出信号変化が得られることがわかった。このような交差応答的信号変化は,複数の化学種を同時分析可能なセンサーアレイ構築に寄与する重要な知見である。
また,同センサデバイスをリン酸化タンパク質 (α-カゼイン) の検出に適用したところ,当該タンパク質に対し選択的な応答を示した。
本研究のこれまでの成果を総括すると,分子認識化学に基づき設計された人工分子レセプターを有機薄膜トランジスタ中に組み込むことで,金属カチオン種やアミン性化合物,中性分子種 (糖) ,リン酸アニオン種などの小分子のみならず,タンパク質という巨大生体分子も認識可能なセンサデバイスの開発を達成し,生体関連化学の発展に寄与し得る電子デバイスの構築に成功した。

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

    (47 results)

All 2016 2015 Other

All Int'l Joint Research (1 results) Journal Article (12 results) (of which Int'l Joint Research: 2 results,  Peer Reviewed: 11 results,  Acknowledgement Compliant: 10 results,  Open Access: 3 results) Presentation (30 results) (of which Int'l Joint Research: 6 results,  Invited: 7 results) Book (1 results) Remarks (2 results) Patent(Industrial Property Rights) (1 results)

  • [Int'l Joint Research] ボーリンググリーン州立大学(米国)

    • Country Name
      U.S.A.
    • Counterpart Institution
      ボーリンググリーン州立大学
  • [Journal Article] Selective nitrate detection by an enzymatic sensor based on an extended-gate type organic field-effect transistor2016

    • Author(s)
      Tsuyoshi Minami, Yui Sasaki, Tsukuru Minamiki, Shin-ichi Wakida, Ryoji Kurita, Osamu Niwa, and Shizuo Tokito
    • Journal Title

      Biosensors and Bioelectronics

      Volume: 81 Pages: 87 - 91

    • DOI

      10.1016/j.bios.2016.02.036

    • Peer Reviewed / Acknowledgement Compliant
  • [Journal Article] Detection of mercury(II) ion in water using an organic field-effect transistor with a cysteine-immobilized gold electrode2016

    • Author(s)
      Tsuyoshi Minami, Tsukuru Minamiki, and Shizuo Tokito
    • Journal Title

      Japanese Journal of Applied Physics

      Volume: 55 Pages: 04EL02

    • DOI

      10.7567/JJAP.55.04EL02

    • Peer Reviewed / Open Access / Acknowledgement Compliant
  • [Journal Article] Electric Detection of Phosphate Anions in Water by an Extended-Gate Type Organic Field-Effect Transistor Functionalized with a Zinc(II)-Dipicolylamine Derivative2016

    • Author(s)
      Tsuyoshi Minami, Tsukuru Minamiki, and Shizuo Tokito
    • Journal Title

      Chemistry Letters

      Volume: 45 Pages: 371 - 373

    • DOI

      10.1246/cl.151193

    • Peer Reviewed / Acknowledgement Compliant
  • [Journal Article] フレキシブル印刷型有機FETバイオセンサの創成2016

    • Author(s)
      時任 静士,南木 創,南 豪
    • Journal Title

      日本画像学会誌

      Volume: 55 Pages: 64 - 75

    • DOI

      10.11370/isj.55.64

    • Acknowledgement Compliant
  • [Journal Article] Antibody- and Label-Free Phosphoprotein Sensor Device Based on an Organic Transistor2016

    • Author(s)
      Tsukuru Minamiki, Tsuyoshi Minami, Petr Koutnik, Pavel Anzenbacher, Jr., and Shizuo Tokito
    • Journal Title

      Analytical Chemistry

      Volume: 88 Pages: 1092 -1095

    • DOI

      10.1021/acs.analchem.5b04618

    • Peer Reviewed / Int'l Joint Research / Acknowledgement Compliant
  • [Journal Article] A mercury(II) ion sensor device based on an organic field effect transistor with an extended-gate modified by dipicolylamine2015

    • Author(s)
      Tsuyoshi Minami, Yui Sasaki, Tsukuru Minamiki, Petr Koutnik, Pavel Anzenbacher, Jr., and Shizuo Tokito
    • Journal Title

      Chemical Communications

      Volume: 51 Pages: 17666 - 17668

    • DOI

      10.1039/C5CC07893H

    • Peer Reviewed / Int'l Joint Research / Acknowledgement Compliant
  • [Journal Article] A novel OFET-based biosensor for the selective and sensitive detection of lactate levels2015

    • Author(s)
      Tsuyoshi Minami, Tsubasa Sato, Tsukuru Minamiki, Kenjiro Fukuda, Daisuke Kumaki, and Shizuo Tokito
    • Journal Title

      Biosensors and Bioelectronics

      Volume: 74 Pages: 45 - 48

    • DOI

      10.1016/j.bios.2015.06.002

    • Peer Reviewed / Acknowledgement Compliant
  • [Journal Article] An Organic Field-effect Transistor with an Extended-gate Electrode Capable of Detecting Human Immunoglobulin A2015

    • Author(s)
      Tsukuru Minamiki, Tsuyoshi Minami, Yui Sasaki, Ryoji Kurita, Osamu Niwa, Shin-ichi Wakida, and Shizuo Tokito
    • Journal Title

      Analytical Sciences

      Volume: 31 Pages: 725 - 728

    • DOI

      10.2116/analsci.31.725

    • Peer Reviewed / Open Access / Acknowledgement Compliant
  • [Journal Article] An Extended-gate Type Organic FET Based Biosensor for Detecting Biogenic Amines in Aqueous Solution2015

    • Author(s)
      Tsuyoshi Minami, Tsubasa Sato, Tsukuru Minamiki, and Shizuo Tokito
    • Journal Title

      Analytical Sciences

      Volume: 31 Pages: 721 - 724

    • DOI

      10.2116/analsci.31.721

    • Peer Reviewed / Open Access / Acknowledgement Compliant
  • [Journal Article] An anion sensor based on an organic field-effect transistor2015

    • Author(s)
      Tsuyoshi Minami, Tsukuru Minamiki, and Shizuo Tokito
    • Journal Title

      Chemical Communications

      Volume: 51 Pages: 9491 - 9494

    • DOI

      10.1039/C5CC02643A

    • Peer Reviewed / Acknowledgement Compliant
  • [Journal Article] Printed organic transistors with uniform electrical performance and their application to amplifiers in biosensors2015

    • Author(s)
      Kenjiro Fukuda, Tsukuru Minamiki, Tsuyoshi Minami, Makoto Watanabe, Takashi Fukuda, Daisuke Kumaki, and Shizuo Tokito
    • Journal Title

      Advanced Electronic Materials

      Volume: 1 Pages: 1400052

    • DOI

      10.1002/aelm.201400052

    • Peer Reviewed
  • [Journal Article] Synthesis and Solid-State Polymerization of Diacetylene Derivatives with an N-Carbazolylphenyl Group2015

    • Author(s)
      Masataka Ikeshima, Masashi Mamada, Hiroshi Katagiri, Tsuyoshi Minami, Shuji Okada, and Shizuo Tokito
    • Journal Title

      Bulletin of the Chemical Society of Japan

      Volume: 88 Pages: 843 - 849

    • DOI

      10.1246/bcsj.20150019

    • Peer Reviewed
  • [Presentation] ストレス計測評価用バイオセンシングデバイスの研究開発 (III) フレキシブル有機トランジスタ型バイオセンサの基礎検討2016

    • Author(s)
      脇田慎一,南 豪,南木 創,佐々木由比,栗田 僚二,丹羽 修,時任静士
    • Organizer
      第76回分析化学討論会
    • Place of Presentation
      岐阜薬科大学・岐阜大学
    • Year and Date
      2016-05-28 – 2016-05-29
  • [Presentation] 電解質ゲート有機トランジスタ型化学センサの構築2016

    • Author(s)
      南木 創, 南 豪, 時任 静士
    • Organizer
      第76回分析化学討論会
    • Place of Presentation
      岐阜薬科大学・岐阜大学
    • Year and Date
      2016-05-28 – 2016-05-29
  • [Presentation] 抗体フリーかつ非標識なタンパク質検出を指向した有機トランジスタ型化学センサの開発検討2016

    • Author(s)
      南 豪,南木 創,佐々木由比,時任 静士
    • Organizer
      第76回分析化学討論会
    • Place of Presentation
      岐阜薬科大学・岐阜大学
    • Year and Date
      2016-05-28 – 2016-05-29
  • [Presentation] ジピコリルアミンを修飾した延長ゲート型有機トランジスタによる水銀(II)イオン検出2016

    • Author(s)
      南 豪, 佐々木 由比, 南木 創, 時任 静士
    • Organizer
      電気化学会 第83回大会
    • Place of Presentation
      大阪大学 吹田キャンパス
    • Year and Date
      2016-03-30
  • [Presentation] 電解質ゲート型高分子トランジスタの作製とその化学センサ応用2016

    • Author(s)
      南木 創, 南 豪, 時任 静士
    • Organizer
      電気化学会 第83回大会
    • Place of Presentation
      大阪大学 吹田キャンパス
    • Year and Date
      2016-03-30
  • [Presentation] 抗体フリー検出を指向したニッケル(II)-ニトリロ三酢酸導入型有機トランジスタの開発2016

    • Author(s)
      佐々木 由比, 南 豪, 南木 創, 時任 静士
    • Organizer
      電気化学会 第83回大会
    • Place of Presentation
      大阪大学 吹田キャンパス
    • Year and Date
      2016-03-29
  • [Presentation] ジピコリルアミン誘導体を修飾した新規な延長ゲート有機トラ ンジスタ型化学センサ2016

    • Author(s)
      南木 創, 南 豪, 佐々木 由比, 時任 静士
    • Organizer
      日本化学会 第96春季年会
    • Place of Presentation
      同志社大学 京田辺キャンパス
    • Year and Date
      2016-03-25
  • [Presentation] Development of Chemical Sensors based on Organic Thin Film Transistors Functionalized with Molecular Recognition Materials2016

    • Author(s)
      南 豪
    • Organizer
      日本化学会 第96春季年会
    • Place of Presentation
      同志社大学 京田辺キャンパス
    • Year and Date
      2016-03-25
    • Invited
  • [Presentation] 印刷デュアルゲート型有機トランジスタのバイオセンサ応用2016

    • Author(s)
      南 豪, 陳 奕樸, 南木 創, 竹田 泰典, 眞野 泰誠, 福田 憲二郎, 時任 静士
    • Organizer
      第63回 応用物理学会 春季学術講演会
    • Place of Presentation
      東京工業大学 大岡山キャンパス
    • Year and Date
      2016-03-21
  • [Presentation] 有機トランジスタ型FETストレスセンサ2016

    • Author(s)
      脇田 慎一,南 豪,南木 創,佐々木由比,栗田 僚二,丹羽 修,時任 静士
    • Organizer
      第15回 LS-BT合同研究発表会
    • Place of Presentation
      産業技術総合研究所 つくばセンター
    • Year and Date
      2016-02-02 – 2016-02-03
  • [Presentation] Mercury (II) ion Sensor Device based on an Organic Field Effect Transistor with an Extended-Gate Functionalized by Dipicolylamine2016

    • Author(s)
      Yui Sasaki, Tsuyoshi Minami, Tsukuru Minamiki, and Shizuo Tokito
    • Organizer
      CEMS International Symposium on Supramolecular Chemistry and Functional Materials 2016
    • Place of Presentation
      東京大学 本郷キャンパス
    • Year and Date
      2016-01-13
    • Int'l Joint Research
  • [Presentation] An Organic Transistor functionalized with Phenylboronic Acid for a Supramolecular Anion Sensor Device2016

    • Author(s)
      Tsukuru Minamiki, Tsuyoshi Minami, and Shizuo Tokito
    • Organizer
      CEMS International Symposium on Supramolecular Chemistry and Functional Materials 2016
    • Place of Presentation
      東京大学 本郷キャンパス
    • Year and Date
      2016-01-13
    • Int'l Joint Research
  • [Presentation] An Antibody-free Chemical Sensor Device based on an Organic Field-Effect Transistor for Phosphoprotein Detection in Water2016

    • Author(s)
      Tsuyoshi Minami, Tsukuru Minamiki, and Shizuo Tokito
    • Organizer
      CEMS International Symposium on Supramolecular Chemistry and Functional Materials 2016
    • Place of Presentation
      東京大学 本郷キャンパス
    • Year and Date
      2016-01-13
    • Int'l Joint Research
  • [Presentation] Detection of heavy metal ions and phosphates using organic field effect transistors functionalized with dipicolylamine derivatives2015

    • Author(s)
      Tsuyoshi Minami, Tsukuru Minamiki, Yui Sasaki, and Shizuo Tokito
    • Organizer
      The International Chemical Congress of Pacific Basin Societies 2015
    • Place of Presentation
      The Hawaii Convention Center (アメリカ合衆国)
    • Year and Date
      2015-12-16
    • Int'l Joint Research
  • [Presentation] 有機トランジスタを用いた化学センサ・バイオセンサ2015

    • Author(s)
      南 豪, 時任 静士
    • Organizer
      第12回JST/CIC 新技術説明会
    • Place of Presentation
      キャンパス・イノベーションセンター東京
    • Year and Date
      2015-11-19
    • Invited
  • [Presentation] 色々な場面で使える有機トランジスタ型センサ~有機トランジスタ型センサの将来展望と最先端研究の紹介~2015

    • Author(s)
      南 豪
    • Organizer
      有機エレクトロニクス関連技術講座 ~有機エレクトロニクス・有機材料の世界~
    • Place of Presentation
      山形大学 有機エレクトロニクスイノベーションセンター
    • Year and Date
      2015-10-28
    • Invited
  • [Presentation] Detection of Mercury (II) Ion in Water using an Extended-gate Type Organic Field Effect Transistor Functionalized with a Dipicolylamine Derivative2015

    • Author(s)
      Tsuyoshi Minami, Yui Sasaki, Tsukuru Minamiki, and Shizuo Tokito
    • Organizer
      2015 International Conference on Flexible and Printed Electronics
    • Place of Presentation
      Taipei World Trade Center Nangang Exhibition Hall (台湾)
    • Year and Date
      2015-10-22
    • Int'l Joint Research
  • [Presentation] Detection of Mercury (II) Ion in Water using an Organic Field Effect Transistor with a Cysteine-functionalized Gold Electrode2015

    • Author(s)
      Tsuyoshi Minami, Tsukuru Minamiki, and Shizuo Tokito
    • Organizer
      2015 International Conference on Solid State Devices and Materials
    • Place of Presentation
      Sapporo Convention Center
    • Year and Date
      2015-09-30
    • Int'l Joint Research
  • [Presentation] 有機トランジスタの応用開拓:化学・バイオセンシングへの適用2015

    • Author(s)
      南 豪
    • Organizer
      有機エレクトロニクス材料研究会 第212回研究会 「注目若手研究者」
    • Place of Presentation
      新宿NSビル
    • Year and Date
      2015-09-18
    • Invited
  • [Presentation] ジピコリルアミンを修飾した延長ゲート型有機トランジスタによるHg (II) の検出2015

    • Author(s)
      佐々木 由比, 南 豪, 南木 創, 時任 静士
    • Organizer
      第五回次世代センサ研究発表会
    • Place of Presentation
      東京ビッグサイト
    • Year and Date
      2015-09-16
  • [Presentation] ジピコリルアミン-亜鉛(II) 錯体を修飾した延長ゲート型有機トランジスタによるリン酸イオン類の検出2015

    • Author(s)
      南木 創, 南 豪, 時任 静士
    • Organizer
      2015年電気化学会秋季大会
    • Place of Presentation
      埼玉工業大学
    • Year and Date
      2015-09-12
  • [Presentation] ストレス計測評価用バイオセンシングデバイスの研究開発 (I) 硝酸イオン計測の基礎検討2015

    • Author(s)
      脇田 慎一,渕脇 雄介,南 豪,時任 静士
    • Organizer
      日本分析化学会 第64年会
    • Place of Presentation
      九州大学 伊都キャンパス
    • Year and Date
      2015-09-09
  • [Presentation] ジピコリルアミン亜鉛錯体を修飾した有機トランジスタの作製とリン酸イオン類検出2015

    • Author(s)
      南 豪, 南木 創, 時任 静士
    • Organizer
      日本分析化学会 第64年会
    • Place of Presentation
      九州大学 伊都キャンパス
    • Year and Date
      2015-09-09
  • [Presentation] 金ゲート電極を用いた有機トランジスタ型バイオセンサの開発2015

    • Author(s)
      南 豪
    • Organizer
      田中ホールディングス ゴールド賞受賞記念講演
    • Place of Presentation
      日本工業倶楽部
    • Year and Date
      2015-08-28
    • Invited
  • [Presentation] 有機トランジスタを用いたセンサーデバイスの探索研究2015

    • Author(s)
      南 豪
    • Organizer
      宇部興産 講演会
    • Place of Presentation
      宇部興産 有機化学研究所
    • Year and Date
      2015-06-15
    • Invited
  • [Presentation] ジピコリルアミン修飾型延長ゲート有機トランジスタによる重金属イオン検出2015

    • Author(s)
      佐々木由比, 南 豪, 南木 創, 時任 静士
    • Organizer
      第13回ホスト・ゲスト化学シンポジウム
    • Place of Presentation
      東北大学 川内北キャンパス
    • Year and Date
      2015-06-07
  • [Presentation] カルボキシル基修飾型ポリチオフェンを用いた有機トランジスタの作製とその生体アミン検出能2015

    • Author(s)
      南木 創, 南 豪, 橋間 裕貴, 時任 静士
    • Organizer
      第13回ホスト・ゲスト化学シンポジウム
    • Place of Presentation
      東北大学 川内北キャンパス
    • Year and Date
      2015-06-07
  • [Presentation] 人工アニオンレセプターを修飾した延長ゲート有機FET型センサーデバイス2015

    • Author(s)
      南 豪, 南木 創, 時任 静士
    • Organizer
      第13回ホスト・ゲスト化学シンポジウム
    • Place of Presentation
      東北大学 川内北キャンパス
    • Year and Date
      2015-06-06
  • [Presentation] システインを修飾した延長ゲート有機トランジスタによる重金属イオン検出2015

    • Author(s)
      南 豪, 南木 創, 福田憲二郎, 熊木 大介, 時任 静士
    • Organizer
      第75回 分析化学討論会
    • Place of Presentation
      山梨大学 甲府キャンパス
    • Year and Date
      2015-05-25
  • [Presentation] 有機トランジスタに基づくセンサデバイスの開発2015

    • Author(s)
      南 豪
    • Organizer
      ルネサスセミコンダクタパッケージ&テストソリューションズ 講演会
    • Place of Presentation
      ルネサスセミコンダクタパッケージ&テストソリューションズ 米沢工場
    • Year and Date
      2015-05-07
    • Invited
  • [Book] ヘルスケアを支えるバイオ計測 5.4 有機トランジスタ型化学センサの開発動向2016

    • Author(s)
      南 豪, 南木 創, 時任 静士
    • Total Pages
      8
    • Publisher
      シーエムシー出版
  • [Remarks] 山形大学 有機エレクトロニクス研究センター 時任研究室

    • URL

      http://tokitolabo.yz.yamagata-u.ac.jp/

  • [Remarks] 東京大学 生産技術研究所 南研究室

    • URL

      http://www.tminami.iis.u-tokyo.ac.jp/

  • [Patent(Industrial Property Rights)] エタノールアミンリン酸センサ及びその製造方法2015

    • Inventor(s)
      南 豪,時任 静士
    • Industrial Property Rights Holder
      国立大学法人 山形大学
    • Industrial Property Rights Type
      特許
    • Industrial Property Number
      特願2015-154470
    • Filing Date
      2015-08-04

URL: 

Published: 2017-01-06   Modified: 2022-02-02  

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