Discovery Sagaサイレントキーワード俯瞰

センサー / pH / ISFET / 海洋酸性化 / pHセンサー / イオン感応性電界効果トランジスタ

(1)拡張ゲート型ISFETセンサーの作製
ダイシングソーを用いてP型シリコンウェハを5mm角にカットし，電子サイクロトロン共鳴スパッタ装置(ECR)を用いて，シリコンウェハの表面に酸化タンタル(Ta2O5)の薄膜(イオン感応膜)を形成した。次に，フレキシブルプリント回路基板の先端に，銀/塩化銀ペーストを用いて，イオン感応膜を形成したシリコンウェハを接続し，シリコンウェハのイオン感応部以外をエポキシ樹脂でモールドした。このフレキシブルプリント回路基板に電界効果トランジスタ(FET)を取り付け，拡張ゲート型ISFETセンサーを作製した。

(2)拡張ゲート型ISFETセンサーの性能評価
上記で開発した拡張ゲート型ISFETセンサー，ゲート電位検出部（Ag/AgCl），プリアンプ，データロガー，電源およびコンピュータなどから構成されるpH計測システムを構築し，pH標準液を用いて開発したISFETセンサーの性能評価を行った。すなわち，開発したISFETセンサーのイオン感応部とゲート電位検出部を一定温度の3種類のpH標準液(pH 4.01, 6.86, 9.18)に順次浸漬し，ゲート電圧を測定した。その結果，開発したISFETセンサーはpHの変化に対して瞬時に応答し，pHが高くなるとゲート電圧の値が増加することがわかった。そこで，ゲート電圧値をpHに対してプロットした検量線を作成したところ，相関係数0.999の良好な直線性を示す検量線が得られた。このとき，5回の繰り返し測定における相対標準偏差(RSD)は0.35~0.71%，10秒間のノイズの標準偏差の3倍と定義したセンサーのpH分解能は0.00022 pHと見積もられ，開発したISFETセンサーは市販のガラス電極を用いるpHセンサーと同等の性能を有することが確認された。

蛍光 / センサー / pH / 高分子 / 機能性材料 / 化学センサー

蛍光特性の変化によって周辺のpH変化を知らせる蛍光性pHセンサーは、生細胞やマイクロ流路など微小空間のpH計測に広く利用されている。本課題では、従来の蛍光性pHセンサーと比較して、極めて小さいpH変化で蛍光応答が完了する、すなわち、デジタル型の応答曲線を示す蛍光性pHセンサー（以後、デジタル型蛍光性pHセンサーと略す）を開発し、その機能発現のメカニズムを解明するとともに一般性を実証した。この全く新しいデジタル型蛍光性pHセンサーによって、これまでに捉えることのできなかったわずかなpH変化の検出が可能となった。

海洋 / 現場計測 / マイクロ流体デバイス / pH / ISFET / センサ / 深海 / マイクロバルブ

本研究では、海洋環境で使用可能な多機能な化学センサを開発・評価した。特にpH やpCO_2等の化学パラメタを計測する化学センサとして、CMOS 型ISFET を用い、耐圧性能と特性を評価した。また、マイクロ流体デバイスと集積化し、複数の試料をセンサ素子に供給可能にし、さらにマイクロポンプを組み込み、現場での使用を可能にした。開発した装置を海中無人探査機等に搭載し、現場環境で評価を実施した。

【研究分担者】
茅根創	東京大学	大学院理学系研究科(理学部)	教授	(Kakenデータベース)
森岡和大	東京薬科大学	薬学部	助教	(Kakenデータベース)

【研究連携者】
藤井輝夫	東京大学	生産技術研究所	教授	(Kakenデータベース)