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半導体素子を用いる化学センサーは、さまざまの利点を有しているが、感応膜の安定性などの問題もあり、高選択性および長寿命の半導体イオンセンサーは数少ない。特に、ニュートラルキャリヤ型半導体イオンセンサーでは実用的なものは皆無である。本研究では、カリクサレンイオノフォアを用いるイオン感応膜の設計を試み、高選択性、高性能のニュートラルキャリヤ型半導体イオンセンサーの構築を目指した。
カリクス[4]アレンイオノフォアは極めて高いナトリウムイオン選択性を有しており、イオンセンサーのニュートラルキャリヤとして有望であるが、高融点で結晶性の高いものがほとんどで、高分子膜への溶解性、分散性に乏しい。特にイオン感応性電界効果トランジスター(ISFET)の感応膜材料として有用なシリコーンゴムへのカリクサレンイオノフォアの分散性は乏しく、イオンセンサー感応膜の安定性や寿命の点で極めて不利である。カリクサレンイオノフォアの低分散性はその対称構造に由来すると考えられるので、本年度は非対称カリクサレンイオノフォアの設計を行い、ナトリウムISFETへの応用を検討した。すなわち、分子を非対称構造にすることによって、分子凝集力を弱め結晶性を低下させ、高分子膜への分散性の向上を狙った。その結果、非対称カリクサレンイオノフォアを含むシリコーン感応膜は極めて均一で安定であることが判明し、このイオン感応膜を装着したナトリウムISFETは高感度、高イオン選択性を示した。また、このイオンセンサーの感度および選択性の経時変化を追跡したところ、120日を経過しても高性能を維持し、イオン感応膜の安定性を反映してイオンセンサーは極めて長寿命であることがわかった。
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