フレキシブル・プリンテッド有機集積回路を用いたバイオセンサ信号の増幅

• 研究課題/領域番号: 18J10982
• 研究種目: 特別研究員奨励費
• 配分区分: 補助金
• 応募区分: 国内
• 研究分野: 電子デバイス・電子機器
• 研究機関: 山形大学
• 研究代表者: 塩飽 黎 山形大学, 有機材料システム研究科, 特別研究員(DC2)
• 研究期間 (年度): 2018-04-25 – 2020-03-31
• 研究課題ステータス: 完了 (2018年度)
• 配分額: 1,500千円 (直接経費: 1,500千円); 2018年度: 800千円 (直接経費: 800千円)
• キーワード: プリンテッドエレクトロニクス / 有機エレクトロニクス / 増幅回路 / バイオセンサ

研究実績の概要

印刷技術で作製した有機デバイスを用いて、バイオセンサから得られる微小信号の処理を行い、「印刷有機デバイスのウェアラブルバイオセンサ応用の可能性を実証」を目的とし、実験を行った。
半導体材料に有機半導体インク、電極材料に銀ナノ粒子インクを使用し、インクジェット印刷法に基づいて、信号処理回路の1つである増幅回路をフレキシブルなプラスティック基板上に作製した。その増幅回路を用いて、カリウムセンサから得られる電圧信号の増幅に成功した。カリウムイオンは、汗などの体液に含まれる代謝物質であり、この濃度を定量測定することは、熱中症診断等に重要である。本増幅回路はイオン感応膜を利用するあらゆる電気化学バイオセンサ(ナトリウムイオン・pHセンサなど)にも適用可能である。また、乳酸センサから得られる電流信号の電圧変換に成功した。乳酸は汗などの体液に含まれる代謝物質であり、筋肉の疲労度と深く関わっている。本増幅回路は酵素反応を利用するあらゆる電気化学バイオセンサ（グルコース・尿酸センサなど）にも適用可能である。以上より、印刷法で作製した有機増幅回路のウェアラブルバイオセンサ応用の可能性を実証した。
本研究成果には、目的であった「印刷有機デバイスのバイオセンサ応用への可能性の実証」だけでなく、有機・プリンテッドエレクトロニクスの信頼性向上に向けた材料・プロセス技術に関する知見も含まれている。したがって、本成果は、有機・プリンテッドエレクトロニクスの基礎研究と応用研究を結びつけ、学術的な成長および産業への展開に貢献する重要な成果である。また、研究の独創性や重要性が認められたことで、研究成果が国際論文として掲載され、またアメリカ電気化学会からポスター賞、応用物理学会から講演奨励賞を受賞するまでに至った。

現在までの達成度 (段落)

翌年度、交付申請を辞退するため、記入しない。

今後の研究の推進方策

翌年度、交付申請を辞退するため、記入しない。

研究成果

• [雑誌論文] An L-lactate Biosensor Based on Printed Organic Inverter Circuitry and with a Tunable Detection Limit (2019)
  • 著者名/発表者名: Nagamine Kuniaki、Mano Taisei、Shiwaku Rei、Furusawa Hiroyuki、Matsui Hiroyuki、Kumaki Daisuke、Tokito Shizuo
  • 雑誌名: Sensors and Materials 巻: 31 号: 4 ページ: 1205
  • DOI: 10.18494/SAM.2019.2174
  • ISSN: 0914-4935, 2435-0869
  • 年月日: 2019-04-11
  • 査読あり / オープンアクセス / 国際共著
• [雑誌論文] Three-dimensional monolithic integration in flexible printed organic transistors (2019)
  • 著者名/発表者名: Kwon Jimin、Takeda Yasunori、Shiwaku Rei、Tokito Shizuo、Cho Kilwon、Jung Sungjune
  • 雑誌名: Nature Communications 巻: 10 号: 1 ページ: 54-54
  • DOI: 10.1038/s41467-018-07904-5
  • 査読あり / オープンアクセス / 国際共著
• [雑誌論文] A Printed Organic Circuit System for Wearable Amperometric Electrochemical Sensors (2018)
  • 著者名/発表者名: R. Shiwaku, H. Matsui, K. Nagamine, M. Uematsu, T. Mano, Y. Maruyama, A. Nomura, K. Tsuchiya, K. Hayasaka, Y. Takeda, T. Fukuda, D. Kumaki, S. Tokito
  • 雑誌名: Sci. Rep. 巻: 8 号: 1 ページ: 6368-6368
  • DOI: 10.1038/s41598-018-24744-x
  • 査読あり / オープンアクセス / 国際共著
• [雑誌論文] Printed 5-V organic operational amplifiers for various signal processing (2018)
  • 著者名/発表者名: Matsui Hiroyuki、Hayasaka Kazuma、Takeda Yasunori、Shiwaku Rei、Kwon Jimin、Tokito Shizuo
  • 雑誌名: Scientific Reports 巻: 8 号: 1 ページ: 8980-8980
  • DOI: 10.1038/s41598-018-27205-7
  • 査読あり / オープンアクセス / 国際共著
• [雑誌論文] Printed Organic Complementary Inverter with Single SAM Process Using a p-type D-A Polymer Semiconductor (2018)
  • 著者名/発表者名: Yasunori Takeda, Tomohito Sekine, Rei Shiwaku, Tomohide Murase, Hiroyuki Matsui, Daisuke Kumaki, Shizuo Tokito
  • 雑誌名: applied sciences 巻: 8 号: 8 ページ: 1331-1331
  • DOI: 10.3390/app8081331
  • 査読あり / オープンアクセス / 国際共著
• [雑誌論文] Charge Carrier Distribution in Low-Voltage Dual-Gate Organic Thin-Film Transistors (2018)
  • 著者名/発表者名: Rei Shiwaku, Masataka Tamura, Hiroyuki Matsui, Yasunori Takeda, Tomohide Murase and Shizuo Tokito
  • 雑誌名: Applied Sciences 巻: 8 号: 8 ページ: 1341-1341
  • DOI: 10.3390/app8081341
  • 査読あり / オープンアクセス / 国際共著
• [雑誌論文] Detection of 1,5-anhydroglucitol as a Biomarker for Diabetes Using an Organic Field-Effect Transistor-Based Biosensor (2018)
  • 著者名/発表者名: Furusawa Hiroyuki、Ichimura Yusuke、Nagamine Kuniaki、Shiwaku Rei、Matsui Hiroyuki、Tokito Shizuo
  • 雑誌名: Technologies 巻: 6 号: 3 ページ: 77-77
  • DOI: 10.3390/technologies6030077
  • 査読あり / オープンアクセス / 国際共著
• [雑誌論文] Printed Organic Transistor‐Based Enzyme Sensor for Continuous Glucose Monitoring in Wearable Healthcare Applications (2018)
  • 著者名/発表者名: Mano Taisei、Nagamine Kuniaki、Ichimura Yusuke、Shiwaku Rei、Furusawa Hiroyuki、Matsui Hiroyuki、Kumaki Daisuke、Tokito Shizuo
  • 雑誌名: ChemElectroChem 巻: 5 号: 24 ページ: 3881-3886
  • DOI: 10.1002/celc.201801129
  • 査読あり / オープンアクセス / 国際共著
• [学会発表] インクジェット印刷電極を有する有機増幅回路の乳酸センサ応用 (2018)
  • 著者名/発表者名: 塩飽黎、松井弘之、長峯邦明、植松真由、眞野泰誠、丸山祐樹、野村綾子、土屋和彦、早坂和将、竹田泰典、福田貴、熊木大介、時任静士
  • 学会等名: 日本画像学会
• [学会発表] Printed Organic Circuits Systems for Wearable Lactate Sensors (2018)
  • 著者名/発表者名: Shiwaku Rei、Matsui Hiroyuki、Nagamine Kuniaki、Uematsu Mayu、Mano Taisei、Maruyama Yuki、Nomura Ayako、Tsuchiya Kazuhiko、Hayasaka Kazuma、Takeda Yasunori、Fukuda Takashi、Kumaki Daisuke、Tokito Shizuo
  • 学会等名: International Conference on 4D Materials and Systems
  • 国際学会
• [学会発表] フレキシブル印刷有機増幅回路の乳酸センサ応用 (2018)
  • 著者名/発表者名: 塩飽黎、松井弘之、長峯邦明、植松真由、眞野泰誠、丸山祐樹、野村綾子、土屋和彦、早坂和将、竹田泰典、福田貴、熊木大介、時任静士
  • 学会等名: 応用物理学会
  • 招待講演
• [備考] ウェアラブル・バイオ・センサーへ前進、印刷有機回路で乳酸検出
  • URL: https://tech.nikkeibp.co.jp/atcl/nxt/column/18/00022/00025/