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2018 年度 実績報告書

分子認識能を有するポリチオフェンを活用した有機トランジスタ型化学センサの創製

研究課題

研究課題/領域番号 17K14489
研究機関国立研究開発法人産業技術総合研究所

研究代表者

南木 創  国立研究開発法人産業技術総合研究所, 生命工学領域, 研究員 (40793980)

研究期間 (年度) 2017-04-01 – 2019-03-31
キーワード機能性高分子 / 分子認識 / 高分子トランジスタ / 電解質ゲート / 電気二重層キャパシタ
研究実績の概要

平成30年度は,前年度までに確立した電解質ゲート型有機トランジスタ (OTFT) の基本構造をベースに,化学センサとしての更なる高機能化(多検体検出および高感度化)に向けた検討を行った。
1) 電解質の分子サイズに着目したOTFT特性制御手法:多検体検出を可能とするセンシングシステムを実現するには,OTFT型化学センサのアレイ化が必要となる。OTFTの電気特性は一般的に不均一であることから,アレイ化に際しては精密な特性制御手法を確立しなければならない。そこで,OTFTの誘電層となる電気二重層キャパシタ (EDLC) の構成電解質種に着目した。OTFTにアルキル鎖長の異なるテトラアルキルアンモニウムアンモニウム塩を種々適用したところ,その鎖長変化に応じたOTFT閾値電圧の可逆的変化が観測された。同様に,EDLCの静電容量が電解質種のアルキル鎖長に依存する結果が得られた。これらのことから,電解質種の分子サイズに着目したOTFT特性の新たな制御手法を見出した。
2) 高感度化に向けた分子認識部位の検討:化学センサの高感度化に向けた新たな材料設計指針を見出すため,分子認識部位に対する共役性骨格の導入を検討した。共役性を有する芳香族カルボン酸をレセプタを用い,モデル標的種(ヒスタミン)に対する電気的応答を調査したところ,脂肪族カルボン酸を用いた場合と比較し検出限界が1/10以下となる結果が得られた。本結果から,センサデバイスの高感度化に際し,分子認識部位への共役性骨格の導入が有効であることを実証した。なお本成果についてまとめた論文については,掲載誌のOutside Front Coverに選定された。

備考

・Analytical Methods誌 Outside Front Cover選定 (DOI: 10.1039/C9AY90029B)
・Polymer Journal誌 Featured Article選定 (2019年51巻1号)

  • 研究成果

    (15件)

すべて 2019 2018 その他

すべて 雑誌論文 (6件) (うち査読あり 6件、 オープンアクセス 3件) 学会発表 (7件) (うち国際学会 2件、 招待講演 1件) 備考 (2件)

  • [雑誌論文] Potentiometric detection of biogenic amines utilizing affinity on a 4-mercaptobenzoic acid monolayer2019

    • 著者名/発表者名
      Tsukuru Minamiki, Ryoji Kurita
    • 雑誌名

      Analytical Methods

      巻: 11 ページ: 1155-1158

    • DOI

      10.1039/C8AY02616E

    • 査読あり
  • [雑誌論文] An Organic FET with an Aluminum Oxide Extended Gate for pH Sensing2019

    • 著者名/発表者名
      Tsukuru Minamiki, Tomohito Sekine, Michio Aiko, Shiwei Su, Tsuyoshi Minami
    • 雑誌名

      Sensors and Materials

      巻: 31 ページ: 99-106

    • DOI

      10.18494/SAM.2019.2082

    • 査読あり / オープンアクセス
  • [雑誌論文] Fabrication of a Flexible Biosensor Based on an Organic Field-effect Transistor for Lactate Detection2019

    • 著者名/発表者名
      Tsukuru Minamiki, Shizuo Tokito, Tsuyoshi Minami
    • 雑誌名

      Analytical Sciences

      巻: 35 ページ: 103-106

    • DOI

      10.2116/analsci.18SDN02

    • 査読あり / オープンアクセス
  • [雑誌論文] Development of polymer field-effect transistor-based immunoassays2019

    • 著者名/発表者名
      Tsukuru Minamiki, Yui Sasaki, Shiwei Su, Tsuyoshi Minami
    • 雑誌名

      Polymer Journal

      巻: 51 ページ: 1-9

    • DOI

      10.1038/s41428-018-0112-0

    • 査読あり
  • [雑誌論文] Development of Enzymatic Sensors Based on Extended-gate-type Organic Field-effect Transistors2018

    • 著者名/発表者名
      Tsuyoshi Minami, Tsukuru Minamiki, Yui Sasaki
    • 雑誌名

      Electrochemistry

      巻: 86 ページ: 303-308

    • DOI

      10.5796/electrochemistry.18-6-E2672

    • 査読あり / オープンアクセス
  • [雑誌論文] An electrolyte-gated polythiophene transistor for the detection of biogenic amines in water2018

    • 著者名/発表者名
      Tsukuru Minamiki, Yuki Hashima, Yui Sasaki, Tsuyoshi Minami
    • 雑誌名

      Chemical Communications

      巻: 54 ページ: 6907-6910

    • DOI

      10.1039/C8CC02462F

    • 査読あり
  • [学会発表] Label-free biosensing platforms based on organic electronic devices2019

    • 著者名/発表者名
      Tsukuru Minamiki
    • 学会等名
      Taiwan-Japan Joint Symposium
    • 国際学会 / 招待講演
  • [学会発表] ポリチオフェン薄膜トランジスタを用いた化学センシング2018

    • 著者名/発表者名
      南木 創,佐々木 由比,南 豪
    • 学会等名
      第33回 高分子学会関東支部茨城地区若手の会交流会
  • [学会発表] Modulation Effect of Threshold Voltage in Mixed-Electrolyte Gated Organic Transistors2018

    • 著者名/発表者名
      Shiwei Su, Tsukuru Minamiki, Tsuyoshi Minami
    • 学会等名
      第79回応用物理学会秋季学術講演会
  • [学会発表] Control of Threshold Voltage in Electrolyte-Gated Organic Transistors by Cations2018

    • 著者名/発表者名
      Shiwei Su, Tsukuru Minamiki, Tsuyoshi Minami
    • 学会等名
      2018 International Conference on Solid State Devices and Materials
  • [学会発表] 有機カチオンによる電気二重層トランジスタの特性変化2018

    • 著者名/発表者名
      南木 創,蘇 セキイ,相子 美智雄,南 豪
    • 学会等名
      日本分析化学会 平成30年度東日本分析化学若手交流会
  • [学会発表] Control of Threshold Voltage in Polymer Transistors by Electrolytes2018

    • 著者名/発表者名
      Tsukuru Minamiki, Michio Aiko, Tsuyoshi Minami
    • 学会等名
      第67回高分子学会年次大会
    • 国際学会
  • [学会発表] 有機カチオンによる高分子トランジスタの閾値電圧制御2018

    • 著者名/発表者名
      南木 創,蘇 セキイ,相子 美智雄,南 豪
    • 学会等名
      化学とマイクロ・ナノシステム学会第37回研究会
  • [備考] 研究者個人HP

    • URL

      https://staff.aist.go.jp/t.minamiki/

  • [備考] 産業技術総合研究所バイオメディカル研究部門 ナノバイオデバイス研究グループHP

    • URL

      https://unit.aist.go.jp/bmd/biomed-nbd/

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公開日: 2019-12-27  

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