グラフェン素子における静・動的解析に基づく極微量分子の精密同定法開発
【研究キーワード】
グラフェン / 微量検出 / センサ / 検出素子 / 超分子
【研究成果の概要】
本研究では、小型微量化学種分析装置を実現するために、超分子修飾グラフェン電界効果トランジスタ(FET)による分子識別素子の開発を行う。これは小型電子デバイスを利用して、有機分子が持つ官能基や分子骨格に関する情報を取り出す前例のない検出素子の実現を目指す。
初年度は、金属ポルフィリンやフタロシアニンなどの超分子に対する軸配位子に注目した分子検出を試みた。金属ポルフィリンのような金属錯体は生体内のヘムを構成する分子の一種であり、種々の分子を配位することが知られている。そのような特性に注目し、グラフェン上にポルフィリンやフタロシアニンをグラフェン上に展開し、センシングデバイスを作製し特性の評価を行った。このようなデバイスに対しparts-per-billion (ppb)という非常に低濃度の二酸化窒素に対し、センサの伝達特性が約50 Vという巨大なシフトを得ることができた。一方で、ポルフィリン未修飾のグラフェンデバイスでは同様の濃度領域で明瞭なシフトが観察できなかったことから、ポルフィリンの修飾によりグラフェンデバイスに対し分子検出能の付与に成功したと言える。また、検出に成功した二酸化窒素の濃度領域は日本における環境規制値である40～60 ppbを包含しており環境計測応用に対しても有用であることが分かった。
以上のように、本研究ではグラフェン上に超分子を修飾することによりターゲット分子の微量検出の実証に成功し、同時に環境計測への応用も期待される結果が得られた。
【研究代表者】
【研究分担者】 |
| 正井 宏 | 東京大学 | 大学院総合文化研究科 | 助教 | (Kakenデータベース) |
| 玉木 孝 | 京都大学 | 工学研究科 | 研究員 | (Kakenデータベース) |
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【研究種目】基盤研究(B)
【研究期間】2020-04-01 - 2023-03-31
【配分額】18,070千円 (直接経費: 13,900千円、間接経費: 4,170千円)