カーボンナノチューブバイオセンサー

2010 年度 実績報告書

• 研究領域: カーボンナノチューブナノエレクトロニクス
• 研究課題/領域番号: 19054011
• 研究機関: 大阪大学
• 研究代表者: 松本 和彦 大阪大学, 産業科学研究所, 教授 (80344232)
• 研究分担者: 井上 恒一 大阪大学, 産業科学研究所, 准教授 (50159977) ; 前橋 兼三 大阪大学, 産業科学研究所, 准教授 (40229323) ; 大野 恭秀 大阪大学, 産業科学研究所, 助教 (90362623) ; 河原 敏男 中部大学, 超伝導・持続可能エネルギー研究センター, 教授 (80437350) ; 高村 禅 北陸先端大学院大学, マテリアルサイエンス研究科, 教授 (20290877)
• キーワード: 方向制御成長 / 石英基板 / 基板パターニング法 / バイオセンサー / 感度向上

研究概要

本研究においては、微細な機能性カーボンナノチューブの特長を活用し、カーボンナノチューブ電界効果トランジスタを超高感度バイオセンサーとして活用し、シリコン集積回路に匹敵する小型化と集積化を目指していく。これによりさまざまなバイオセンシングを超微量な検体で複合的に同時に、しかも蛍光の添加などの複雑な手続きや、レーザなどの大型測定機器を必要とせずに、電気的に簡便、そして迅速に計測できるシステムを実証することが可能になると期待される。
従来カーポンナノチューブの成長方向はランダムでデバイスの再現性、特性の向上には限界があった。この問題を解決する為に、本研究成果において開発した、基板に形成した溝に沿ってカーボンナノチューブを方向制御して成長する手法を用いてデバイスを作製し、多数のナノチューブをチャネルに用いてバイオセンサーの感度向上を計った。また石英基板上にカーボンナノチューブを成長して方向制御し、これにより、同一方向に方向制御して成長した多数本のカーボンナノチューブを用いて電界効果トランジスタのチャンネルとした。このトランジスタを用いて酸/アルカリ特性のpHおよびバイオ分子を検出したところ、チャネル数の増大によるドレイン電流の大幅な増加によるS/N比の改善が見られ検出感度の向上に成功した。

研究成果

• [雑誌論文] External-Noise-Induced Small-Signal Detection with Solution-Gated Carbon Nanotube Transistor (2011)
  • 著者名/発表者名: Yasufumi Hakamata, Kazuhiko Matsumoto
  • 雑誌名: Appl.Phys.Express 4 ページ: 045102
  • 査読あり
• [雑誌論文] Robust Noise Characteristics in Carbon Nanotube Transistors Based on Stochastic Resonance and Their Summing Networks (2011)
  • 著者名/発表者名: Yasufumi Hakamata, Kazuhiko Matsumoto
  • 雑誌名: Jpn.J.Appl.Phys.50 ページ: 06GE03
  • 査読あり
• [雑誌論文] Dependence of sensitivity of biosensor for carbon nanotube field-effect transistor with top-gate structures (2010)
  • 著者名/発表者名: Masuhiro Abe, Kazuhiko Matsumoto
  • 雑誌名: J.Appl.Phys. 巻: 107 ページ: 084504
  • 査読あり
• [雑誌論文] Signal Enhancement Based on Stochastic Resonance in Carbon Nanotube Field-Effect Transistors (2010)
  • 著者名/発表者名: Yasufumi Hakamata, Kazuhiko Matsumoto
  • 雑誌名: Proceeding of Fourth International Conference on Sensing Technology ページ: 1-5
• [雑誌論文] Improving Faint-Signal Sensitivity of Electrolyte-Gated Carbon Nanotube Field-Effect Transistors Using External Noise (2010)
  • 著者名/発表者名: Yasufumi Hakamata, Kazuhiko Matsumoto
  • 雑誌名: Proceeding of 2010 IEEE Nanotechnology Materials and Devices Conference ページ: 10-13
• [雑誌論文] Enhancement of weak-signal response based on stochastic resonance in carbon nanotube field-effect transistors (2010)
  • 著者名/発表者名: Yasufumi Hakamata, Kazuhiko Matsumoto
  • 雑誌名: J.Appl.Phys. 巻: 108 ページ: 104313
  • 査読あり
• [学会発表] Sensing Property of Horizontally Aligned Carbon Nanotube Field-Effect Transistor on Quartz Substrate (2011)
  • 著者名/発表者名: Satoshi Okuda, Shogo Okamoto, Yasuhide Ohno, Kenzo Maehashi, and Kazuhiko Matsumoto
  • 学会等名: 2011 International Conference on Solid State Devices and Materials
  • 発表場所: WINC AICHI(名古屋市)
  • 年月日: 20110929-30
• [学会発表] Electrolyte-Gated Multichannel Carbon Nanotube Field-Effect Transistors for Biological Sensing (2011)
  • 著者名/発表者名: 奥田聡志、松本和彦
  • 学会等名: 7th Handai Nanoscience and Nanotechnology International Symposium
  • 発表場所: 大阪大学(茨木市)
  • 年月日: 2011-11-10
• [学会発表] Horizontally Aligned Carbon Nanotubes on Quartz Substrate for Electrolyte-Gated Chemical and Biological Sensing (2011)
  • 著者名/発表者名: 奥田聡志、松本和彦
  • 学会等名: AVS 58th International Symposium and Exhibition
  • 発表場所: Nashville (USA)
  • 年月日: 2011-11-02
• [学会発表] Improving Faint-Signal Sensitivity of Electrolyte-Gated Carbon Nanotube Field-Effect Transistors Using External Noise (2011)
  • 著者名/発表者名: 袴田靖文、松本和彦
  • 学会等名: 2010 IEEE Nanotechnology Materials and Device Conference
  • 発表場所: Monterey (USA)
  • 年月日: 2011-10-14
• [学会発表] Label-Free Immunosensors Using Horizontally Aligned Carbon Nanotubes (2011)
  • 著者名/発表者名: 奥田聡志、松本和彦
  • 学会等名: TeraNano PIRE Kick-Off Meeting 2011
  • 発表場所: Houston (USA)
  • 年月日: 2011-10-07
• [学会発表] 水平配向カーボンナノチューブFETによる特定タンパク質の検出 (2011)
  • 著者名/発表者名: 奥田聡志、松本和彦
  • 学会等名: 第72回応用物理学会学術講演会
  • 発表場所: 山形大学(山形市)
  • 年月日: 2011-08-30
• [学会発表] カーボンナノチューブFETの界面特性改善 (2011)
  • 著者名/発表者名: 藤井雄介、松本和彦
  • 学会等名: 第72回応用物理学会学術講演会
  • 発表場所: 山形大学(山形市)
  • 年月日: 2011-08-30
• [学会発表] Cat-CVD法を利用したカーボンナノチューブデバイスの作製 (2011)
  • 著者名/発表者名: 前橋兼三
  • 学会等名: 第8回Cat-CVD研究会
  • 発表場所: 金沢工業大学(金沢市)(招待講演)
  • 年月日: 2011-06-17
• [学会発表] Improving the alignment of carbon nanotubes for high-density growth on quartz substrates (2011)
  • 著者名/発表者名: 奥田聡志、松本和彦
  • 学会等名: The 14th SANKEN International Symposium and the 9th SANKEN Nanotechnology Symposium
  • 発表場所: Royal Oak Hotel(大津市)
  • 年月日: 2011-01-25
• [学会発表] Synthesis of single-walled carbon nanotubes using laser-irradiated chemical vapor deposition (2011)
  • 著者名/発表者名: 茱萸健太、松本和彦
  • 学会等名: The 14th SANKEN International Symposium and the 9th SANKEN Nanotechnology Symposium
  • 発表場所: Royal Oak Hotel(大津市)
  • 年月日: 2011-01-25
• [学会発表] Improvement of Transfer Characteristics in CNTFETs with Au Nano-Clusters by Electrical Heating Process (2010)
  • 著者名/発表者名: 山本泰己、松本和彦
  • 学会等名: The 37th International Symposium on Compound Semiconductors
  • 発表場所: 高知大学(高松市)
  • 年月日: 2010-06-01
• [学会発表] Improvement in sensitivity of biosensor by Schottky barrier control carbon nanotube field effect transistor (2010)
  • 著者名/発表者名: 阿部益宏、松本和彦
  • 学会等名: The 37th International Symposium on Compound Semiconductors
  • 発表場所: 高知大学(高松市)
  • 年月日: 2010-06-01