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信号変換方法を工夫し、周辺環境に乱されない音波検出を実現可能に！
マイクロフォンに代表されるように周辺環境の情報取得に音波を用いる装置の産業利用が行われている。近年では、輸送分野(自動車等)の自動運転を実現する目的でさまざまなセンシング技術が研究されているなか、音波計測を検知デバイスとして活用する技術に注目が集まっている。従来、検知手段としてレーザーやカメラの検討がなされてきたが、雨等の荒天時に検出感度が低下することが自動運転の実現には大きな障害となっており、技術革新が望まれていた。 本発明は、音波を電気信号へ変換する過程を見直し、信号変換方法を工夫することで、周辺環境の擾乱に強い検知デバイスの実現を可能にするものである。
全印刷プロセスで製造できる有機電気化学素子
有機電気化学トランジスタ（OECT）をグルコースオキシダーゼ等の酵素で修飾すると、血糖値等の糖類検知が可能なバイオセンサに応用することができる。現状、酵素の不安定さや高価格が問題となっているため、非酵素型OECTバイオセンサの開発も進められている。非酵素型OECTバイオセンサでは、酵素の代わりに、グルコースを感知する官能部位であるフェニルボロン酸（PBA）を用いることが一般的である。しかし、PBAの適用には電解重合反応が必須であり、デバイス製造工程の煩瑣さが課題であった。 本発明は、酵素やPBAを用いないグルコースセンサに関するものである。グルコース検知部位として、導電性ポリマーに多糖類を混合した膜を用いることによって、グルコースセンサとしての駆動を実現している。また、電極に各種金属インクを用いれば、製造工程の全プロセスを印刷法で製造できるため、この製造工程の簡易さも大きな利点である。右図は、本センサを用いてグルコース溶液を検出した結果である。酵素やPBAを使わずとも、低濃度のグルコースを検出できていることが分かる。
下水中の感染症関連バイオマーカーを検出する電気化学センサー及びシステムの構築
近年、 社会に大きな被害をもたらすウイルス性感染症に対して、都市下水中に含まれる疫学情報を利用し、 感染症患者の発生や感染流行を早期に検知する下水疫学的手法が注目を集めている。 現在、 感染症に関する下水疫学調査は、主にウイルス遺伝子を対象として、 定量 PCR によって検出することで行われている。 しかしながら、 下水試料の採取からウイルス遺伝子の検出・定量に時間がかかることや、ウイルス濃度が低いためにサンプルの濃縮が必要であること、分析にかかるコストや人的負担が大きいことなどの課題が残されている。 そこで本研究では、 迅速かつ簡便に下水中の感染症関連バイオマーカーを検出するセンサーの構築に取り組んだ。バイオマーカーは、ウイルスそのものと比較して高濃度で感染症患者から排出されるものが好ましく、 本研究では抗ウイルスヒト Immunoglobulin (Ig) A を試験物質とした。 サンプル中の IgA を電極表面に固定化したタンパク質との抗原抗体反応によって捕捉し、 反応に伴う電極表面状態の変化を電気化学測定によって検出する測定系の構築を試みた。
100％窒素に1000ppm水素-窒素混合を導入した際、抵抗値変化が１桁超かつ1秒未満の応答時間が可能
化石燃料の枯渇および環境問題を解決するために、水素は将来有用に使われるエネルギー資源として注目されている。しかし、大気中で水素濃度が4％以上になると爆発する危険があり、安全に水素燃料を使用するためには水素漏洩に対して正確で早い検知が可能な水素センサーが必要である。つまり水素利用の最優先課題は、燃料電池開発そのものではなく、システムを安心して利用するため安全対策に欠かせないセンサの開発とも言われている。 本発明によれば、簡便な構造により低コストで耐久性が高く、しかも高い検出感度、広い検出領域及び水素ガス選択性を有する水素センサを提供することができる。
IoT用途の3次元磁場センサの小型化に貢献
磁場を電気的に検出することのできる磁場センサは、非接触電流検出、角度・位置検知、電子コンパスなどの様々なアプリケーションに用いられて います。一般的な磁場応答素子は、ある特定の方向の磁場成分だけを検出するため、3次元空間の磁場ベクトル方向の検出には、それぞれの方向に対応する複数の素子を立体的に組み合わせる必要があります。このことが、IoT分野で急速に需要が高まる素子小型化や集積化の障害となっています。本技術は、立体構造を必要としない平面型の磁場センサの発明に関するものです。強磁性Fe-Sn薄膜の磁気抵抗効果と異常ホール効果が磁場角度依存性を示すことを利用し、薄膜各部に生じる電圧から3次元空間の磁場ベクトル方向を決定します[1]。単一の感磁層を汎用の素子加工法でパターニングするだけで、3次元磁場センサを作製することができ、他素子との回路集積に適しています。この薄膜は、室温で形成可能、かつ、磁性体特有の効果を用いたIoTデバイス[2-5]にも応用できることから、磁場センサだけでなく、機能複合化による新たな用途創出も期待できます。
身体親和性が高く、排泄物を識別可能なセンサー
おむつの状態を検知して、おむつ交換のタイミングを知らせる“スマートおむつ“の市場が拡大している。従来のおむつセンサーは湿度あるいはNH3ガスを測定するものが知られているが、これらは尿のみを検知するものであり、尿と糞便を区別することができない。また、半導体式ガスセンサーにおいては、センサーの作動温度は高温となるため、センサーチップを加熱する必要があった。 本発明は、上記課題を解決するもので、尿と糞便を室温で識別可能なおむつセンサーである。また、フレキシブル基板を使用することで薄型・小型で柔軟性を有し、生体親和性の高いデバイスを実現できる。
