JP7158969B2 - Organic probes and molecular detectors - Google Patents

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Description

実施形態は、有機物プローブおよび分子検出装置に関する。 Embodiments relate to organic probes and molecular detection devices.

家庭用の温水器などには、不完全燃焼を起こした際に発生する一酸化炭素を検出する装置が取り付けてあり、早い段階で危険性を知らせてくれる。このようなガス成分は人体に重大な影響を与える。LPガス安全委員会の指針によれば、一酸化炭素の濃度がおおよそ200ppm(百万分の1)程度になると頭痛を引き起こすとされている。比較的濃度が高いガス成分を検出する方法としては種々の方法が知られているが、極低濃度に相当するppb(十億分の1)からppt(一兆分の1)の濃度では検出方法が限られている。 Household water heaters are equipped with a device that detects carbon monoxide, which is generated when incomplete combustion occurs, and alerts you to danger at an early stage. Such gas components have a serious effect on the human body. According to the guidelines of the LP Gas Safety Commission, a carbon monoxide concentration of about 200 ppm (one part per million) causes a headache. Various methods are known for detecting relatively high-concentration gas components. methods are limited.

災害現場やテロ行為が行われた現場において、極めて微量のガス成分を検出することで、事前に危険性を察知することが求められている。極低濃度のガス成分は、研究施設内の大型機器を利用して検出する場合が多い。このような場合、ガスクロマトグラフィーや質量分析計のような高価で重量と容積の大きな設置型装置が必要となる。このような点から、極低濃度のガス成分をリアルタイムに検出することが可能な装置、すなわち重量や容積が小さくて携帯性に優れると共に、pptからppbオーダーの極低濃度のガス成分を選択的にかつ高感度に検出することが可能な検出装置が求められている。 At disaster sites and sites where acts of terrorism have taken place, it is required to sense danger in advance by detecting extremely small amounts of gas components. Very low-concentration gas components are often detected using large equipment in research facilities. In such cases, expensive, heavy and bulky stationary equipment such as gas chromatographs and mass spectrometers are required. From this point of view, a device capable of detecting extremely low-concentration gas components in real time, that is, it is small in weight and volume and excellent in portability, and can selectively detect extremely low-concentration gas components on the order of ppt to ppb. There is a demand for a detection device capable of detecting both in a simple and highly sensitive manner.

主にテロ行為を画策してホームメードの爆薬を運搬する人は、ソフトターゲットと呼ばれる一般市民を巻き込む形でテロを実行する。このため、人が混雑する空港、駅、展覧会場などの場所において、有効性が高く小型で携帯性に優れた検出装置が求められている。常に見える形で警戒することで高い抑止効果をもたらすことができる。 Those who primarily orchestrate terrorism and carry home-made explosives carry out terrorism by involving civilians, called soft targets. Therefore, there is a need for a detection device that is highly effective, compact, and highly portable in crowded places such as airports, train stations, and exhibition halls. Constantly visible vigilance can have a high deterrent effect.

爆薬は密閉された状態であってもわずかながら揮発性の爆薬成分を放出しており、これを訓練された警察犬などの検出体によって発見することが空港などの現場においては一般的である。これは抑止の観点からは効果が高いが、動物を利用した対処法はコストが高く、加えて常に正確性を確保するのが難しい。 Explosives emit a small amount of volatile explosive components even when sealed, and it is common at airports and other sites to detect this with a trained police dog or other detector. This is highly effective from a deterrence standpoint, but animal-based coping methods are expensive and difficult to consistently ensure accuracy.

検出精度が高い携帯性の検出装置を実現するために、ナノチューブやナノワイヤ上に、芳香性ニトロ成分と検出面に表面修飾されたアミン成分との間で電荷移動錯体を形成して対象物を検出する方法が提案されている。 In order to realize a portable detection device with high detection accuracy, a target is detected by forming a charge-transfer complex between an aromatic nitro component on a nanotube or nanowire and an amine component surface-modified on the detection surface. A method to do so is proposed.

上記検出方法は、爆薬以外にもサリンのような毒物やホルムアルデヒドのような電子たばこの排出成分に加え、税関などで押収される覚醒剤などの薬物も検出可能である。このような対象物はppm~ppb程度の低濃度で空気中を漂っている。これらの対象物を迅速に検知して、例えば違法な薬物の持ち込みを阻止することが駅や空港などの公共施設などで求められている。 In addition to explosives, the above detection method can also detect poisonous substances such as sarin, emission components of electronic cigarettes such as formaldehyde, and drugs such as stimulants seized by customs. Such objects float in the air at low concentrations of about ppm to ppb. Public facilities such as train stations and airports are required to quickly detect these objects and prevent illegal drugs from being brought in, for example.

国際公開2011/154939号公報International Publication No. 2011/154939

本発明が解決しようとする課題は、極低濃度のガス成分を選択的にかつ高感度に検出することである。 The problem to be solved by the present invention is to selectively detect extremely low-concentration gas components with high sensitivity.

実施形態の有機物プローブは、第1の有機物プローブと、第2の有機物プローブと、を具備する。第1および第2の有機物プローブのそれぞれは、プリン構造、ピリミジン構造、またはトリアジン構造を有するヘッド部と、基材に結合するベース部と、ヘッド部とベース部とを結合する結合部と、を有する有機化合物を具備する。ベース部は、1価の多環芳香族炭化水素基を有する。第1の有機物プローブと第2の有機物プローブは、結合されている。第2の有機物プローブは、第1の有機物プローブと異なる構造を有する。
An organic matter probe of an embodiment includes a first organic matter probe and a second organic matter probe. Each of the first and second organic probes has a head portion having a purine structure, a pyrimidine structure, or a triazine structure, a base portion that bonds to the substrate, and a bonding portion that connects the head portion and the base portion. and an organic compound having The base portion has a monovalent polycyclic aromatic hydrocarbon group. The first organic probe and the second organic probe are combined. The second organic probe has a structure different from that of the first organic probe.

分子検出装置を示すブロック図である。It is a block diagram which shows a molecule|numerator detection apparatus. 分子検出装置の他の例を示すブロック図である。FIG. 4 is a block diagram showing another example of a molecule detection device; 分子検出装置における検出器の構成を示す図である。It is a figure which shows the structure of the detector in a molecule|numerator detection apparatus. 分子検出装置による対象物の検出波形の一例を示す図である。FIG. 4 is a diagram showing an example of a waveform detected by a molecule detection device; 分子検出装置による複数の検出セルの一例を示す図である。FIG. 4 is a diagram showing an example of multiple detection cells in a molecule detection device; 複数の検出セルによる対象物の検出結果の一例を示す図である。FIG. 10 is a diagram showing an example of detection results of an object by a plurality of detection cells; 有機物プローブに用いられる有機化合物の例を示す図である。FIG. 4 is a diagram showing an example of an organic compound used for an organic matter probe; 検出素子の他の例を示す図である。FIG. 10 is a diagram showing another example of a detection element; 分子検出装置における情報処理部を示す図である。It is a figure which shows the information processing part in a molecule|numerator detection apparatus.

以下、実施形態について、図面を参照して説明する。なお、各実施形態において、実質的に同一の構成部位には同一の符号を付し、その説明を一部省略する場合がある。図面は模式的であり、各部の厚さと平面寸法との関係、各部の厚さの比率などは現実の構成部位とは異なる場合がある。 Hereinafter, embodiments will be described with reference to the drawings. In addition, in each embodiment, the same code|symbol may be attached|subjected to the substantially same component part, and the description may be partially abbreviate|omitted. The drawings are schematic, and the relationship between the thickness of each part and the planar dimensions, the ratio of the thickness of each part, and the like may differ from the actual constituent parts.

図1は実施形態の分子検出装置を示すブロック図である。図1に示す分子検出装置1は、例えばガス発生元から発生する対象ガス3から対象分子2を検出する装置であり、検出器10と識別器20とを備える。対象分子2を含む対象ガス3は、まず分子検出装置1の検出器10に送られる。ここで、対象ガス3は対象分子2に類似する分子量や分子構造などを有する物質を不純物として含んでいる場合がある。また、空気中に漂う対象分子2は図2に示すように、におい成分や微粒子などの様々な夾雑物4(4a、4b)と混ざった状態で存在することが多い。このような点から、対象ガス3は図2に示すように、予めフィルタ装置5や分子分配装置6などで前処理した後に、分子検出装置1の検出器10に送るようにしてもよい。 FIG. 1 is a block diagram showing the molecule detection device of the embodiment. A molecule detection device 1 shown in FIG. 1 is a device for detecting target molecules 2 from, for example, a target gas 3 generated from a gas source, and includes a detector 10 and a discriminator 20 . A target gas 3 containing target molecules 2 is first sent to the detector 10 of the molecular detection device 1 . Here, the target gas 3 may contain substances having similar molecular weights and molecular structures to the target molecules 2 as impurities. Further, as shown in FIG. 2, the target molecules 2 floating in the air are often present in a state of being mixed with various contaminants 4 (4a, 4b) such as odor components and fine particles. From this point of view, as shown in FIG. 2, the target gas 3 may be pretreated by a filter device 5, a molecule distribution device 6, or the like, and then sent to the detector 10 of the molecule detection device 1. FIG.

前処理装置のうちのフィルタ装置5には、一般的な中高性能フィルタなどが用いられる。フィルタ装置5において、対象ガス3中に含まれる微粒子などの粒子状物質が除去される。フィルタ装置5で粒子状物質が除去された対象ガス3は、分子分配装置6に送られる。分子分配装置6としては、対象ガス3をイオン化してイオン化物質群とし、イオン化物質群に電圧を印加して質量に比例する速度で飛行させ、この質量差による飛行速度およびそれに基づく飛行時間を利用して、イオン化物質群から対象分子2のイオン化物質を分離する装置が例示される。このような分子分配装置6としては、イオン化部、電圧印加部、および飛行時間分離部を備える装置が用いられる。 A general medium-high performance filter or the like is used for the filter device 5 of the pretreatment device. Particulate matter such as fine particles contained in the target gas 3 is removed by the filter device 5 . The target gas 3 from which particulate matter has been removed by the filter device 5 is sent to the molecule distribution device 6 . As the molecular distribution device 6, the target gas 3 is ionized into an ionized substance group, a voltage is applied to the ionized substance group, and the ionized substance group is caused to fly at a speed proportional to the mass, and the flight speed due to this mass difference and the flight time based thereon are used. As an example, an apparatus for separating the ionized substance of the target molecule 2 from the ionized substance group is exemplified. As such a molecule distribution device 6, a device including an ionization section, a voltage application section, and a time-of-flight separation section is used.

対象分子2を含む対象ガス3は、直接もしくはフィルタ装置5や分子分配装置6などの装置で前処理された後に検出器10に導かれる。検出器10は、図3に示すように、複数の検出セル101に区画された検出面を備える。なお、図3は検出器10の検出面10Aを分子分配装置6の端部6aに向けて配置した状態を示しているが、検出器10の配置はこれに限られない。複数の検出セル101は、それぞれセンサー11およびセンサー11に設けられた有機物プローブ12を有する検出素子13を備える。図3はセンサー11にグラフェン電界効果トランジスタ(GFET)を用いた検出素子13を示している。センサー11はGFETに限定されず、カーボンナノチューブを用いた電界効果トランジスタ、弾性表面波センサーなどであってもよい。 A target gas 3 containing target molecules 2 is directed to a detector 10 either directly or after being pretreated in a device such as a filter device 5 or a molecule distribution device 6 . The detector 10 has a detection surface partitioned into a plurality of detection cells 101, as shown in FIG. Although FIG. 3 shows a state in which the detection surface 10A of the detector 10 is arranged facing the end portion 6a of the molecule distribution device 6, the arrangement of the detector 10 is not limited to this. A plurality of detection cells 101 each comprise a sensor 11 and a detection element 13 having an organic probe 12 attached to the sensor 11 . FIG. 3 shows a sensing element 13 using a graphene field effect transistor (GFET) for the sensor 11 . The sensor 11 is not limited to a GFET, and may be a field effect transistor using carbon nanotubes, a surface acoustic wave sensor, or the like.

GFETは、ゲート電極14としての機能を有する半導体基板と、ゲート電極14上にゲート絶縁層15としての機能を有する絶縁膜と、ゲート絶縁層15上にチャネル形成領域としての機能を有するグラフェン層16と、グラフェン層16の一端に設けられたソース電極17と、グラフェン層16の他端に設けられたドレイン電極18とを備える。グラフェン層16上には、有機物プローブ12が設けられている。有機物プローブ12には、対象分子2と選択的に結合する有機化合物が用いられる。検出器10に導かれた対象分子2は、グラフェン層16上の有機物プローブ12に捕捉される。若干の不純物は有機物プローブ12との間で相互作用を得られず、検出素子13には捕捉されない。有機物プローブ12に捕捉された対象分子2からGFETに電子が移動することで電気的な検出が行われる。これによって、目的とする対象分子2を選択的に検出する。 The GFET includes a semiconductor substrate functioning as a gate electrode 14, an insulating film functioning as a gate insulating layer 15 on the gate electrode 14, and a graphene layer 16 functioning as a channel forming region on the gate insulating layer 15. , a source electrode 17 provided at one end of the graphene layer 16 , and a drain electrode 18 provided at the other end of the graphene layer 16 . An organic substance probe 12 is provided on the graphene layer 16 . An organic compound that selectively binds to the target molecule 2 is used for the organic substance probe 12 . The target molecules 2 guided to the detector 10 are captured by the organic substance probes 12 on the graphene layer 16 . Some impurities do not interact with the organic substance probe 12 and are not captured by the detection element 13 . Electrons are transferred from the target molecule 2 captured by the organic substance probe 12 to the GFET, thereby performing electrical detection. Thereby, the target molecule 2 of interest is selectively detected.

有機物プローブ12を構成する有機物は溶剤に溶ける性質を有するため、溶剤に溶かした溶液として塗布することでグラフェン層16に有機物プローブ12を設置することができる。有機物プローブ12はグラフェンと相互作用を得られやすくするために、ピレン環のような構造を有した部位を有することが好ましい。ピレン環のような構造を有する分子はグラフェンの炭素が構成する六角形状のπ電子系と相互作用を持ち、いわゆるπ―πスタッキングと呼ばれる相互作用状態を形成する。低濃度のプローブ分子を溶媒に溶かしてグラフェンに塗布すると、ピレン環とグラフェンとの間でπ―πスタッキングが形成され、グラフェン上にプローブ分子が整列して固定化される。このような自己配列作用を利用してグラフェン層16上に有機物プローブ12を設置することができる。なお、有機物プローブ12を構成する有機化合物については、後に詳述する。 Since the organic matter constituting the organic matter probe 12 has a property of being dissolved in a solvent, the organic matter probe 12 can be placed on the graphene layer 16 by applying the solution dissolved in the solvent. The organic matter probe 12 preferably has a site having a structure such as a pyrene ring in order to facilitate interaction with graphene. A molecule having a structure like a pyrene ring interacts with a hexagonal π-electron system composed of graphene carbons, forming an interaction state called π-π stacking. When a low-concentration probe molecule is dissolved in a solvent and applied to graphene, π-π stacking is formed between the pyrene rings and the graphene, and the probe molecules are aligned and immobilized on the graphene. The organic substance probe 12 can be placed on the graphene layer 16 using such a self-arrangement action. The organic compound that constitutes the organic matter probe 12 will be described in detail later.

グラフェン層16上に設けられた有機物プローブ12に対象分子2が捕捉されると、GFETの出力が変化する。グラフェンが1層の場合にはゼロギャップとなっているため、通常はソース電極17とドレイン電極18との間に電気が流れ続けている。グラフェンの層数が2層、3層と増えるとバンドギャップが生じるが、厳密な理論値から考えられるよりも実際の系ではバンドギャップが比較的小さい。ゲート絶縁層15がシリコン酸化膜程度の誘電率の場合には、ソース電極17とドレイン電極18との間に電気が流れ続けることが多い。従って、グラフェン層16はグラフェンの単層構造に限らず、5層以下程度のグラフェンの積層体で構成してもよい。 When the target molecule 2 is captured by the organic substance probe 12 provided on the graphene layer 16, the output of the GFET changes. Electricity continues to flow normally between the source electrode 17 and the drain electrode 18 because there is a zero gap when the graphene is a single layer. When the number of layers of graphene increases to two or three layers, a bandgap occurs, but the bandgap is relatively smaller in the actual system than expected from the strict theoretical values. When the gate insulating layer 15 has a dielectric constant similar to that of a silicon oxide film, electricity often continues to flow between the source electrode 17 and the drain electrode 18 . Therefore, the graphene layer 16 is not limited to a graphene single-layer structure, and may be composed of a graphene laminate of about five layers or less.

有機物プローブ12の近傍に飛来した対象分子2は、水素結合の力により有機物プローブ12に引き付けられて、場合によっては接触する。対象分子2の接触が起こると、有機物プローブ12との間で電子のやり取りが発生し、有機物プローブ12が接しているグラフェン層16に電気的変化を伝える。有機物プローブ12からグラフェン層16に伝えられた電気的な変化は、ソース電極17とドレイン電極18との間の電気の流れを乱すため、GFETがセンサー11として機能する。 The target molecule 2 flying near the organic substance probe 12 is attracted to the organic substance probe 12 by the force of hydrogen bonding, and in some cases comes into contact with the organic substance probe 12 . When the target molecule 2 contacts, electrons are exchanged with the organic probe 12, and an electrical change is transmitted to the graphene layer 16 with which the organic probe 12 is in contact. The electrical change transmitted from the organic matter probe 12 to the graphene layer 16 disturbs the electrical flow between the source electrode 17 and the drain electrode 18 , so the GFET functions as the sensor 11 .

グラフェン層16を用いたGFETによれば、極僅かな電気変化であっても顕著に出力として現れる。従って、高感度な検出素子13を構成することができる。GFETを用いたセンサー11は、グラフェンがゼロギャップ半導体としての性質を有することから、ゲート電極14に電圧を加えなくともソース電極17とドレイン電極18との間に電流が流れる傾向もみられる。このままでもセンサー11として機能するが、通常はゲート電極14に電圧を加えた状態でソース電極17とドレイン電極18との間に電流を流し、有機物プローブ12で対象分子2を捕捉した際のゲート電極14の電気的変化を観測する。 According to the GFET using the graphene layer 16, even a very small electrical change appears as an output remarkably. Therefore, a highly sensitive detection element 13 can be configured. In the sensor 11 using a GFET, since graphene has properties as a zero-gap semiconductor, there is a tendency for current to flow between the source electrode 17 and the drain electrode 18 even if no voltage is applied to the gate electrode 14 . Although the sensor 11 functions as it is, normally, a current is passed between the source electrode 17 and the drain electrode 18 with a voltage applied to the gate electrode 14, and the gate electrode when the target molecule 2 is captured by the organic substance probe 12. 14 electrical changes are observed.

図4は分子検出装置1による対象分子2の検出波形の一例を示している。有機物プローブ12が対象分子2を捕捉すると、検出波形に図4に示すような変化が現れる。検出波形の信号強度への変換は種々の方法が考えられるが、例えば図4におけるP1とP2、およびピークの先端であるP3との面積から算出した値を強度として設定する。ただし、必ずしもこの方法に限定されない。 FIG. 4 shows an example of detection waveforms of target molecules 2 by the molecule detection device 1 . When the organic substance probe 12 captures the target molecule 2, the detected waveform changes as shown in FIG. Various methods are conceivable for converting the detected waveform into signal intensity. For example, a value calculated from the areas of P1 and P2 in FIG. 4 and P3, which is the tip of the peak, is set as the intensity. However, it is not necessarily limited to this method.

上記した検出素子13による対象分子2の検出において、有機物プローブ12に捕捉された対象分子2からGFETへの電子の移動が高いほどセンサー11としての機能が高くなる。GFETを用いたセンサー11は、最も高感度なFETセンサーとされており、カーボンナノチューブを用いたセンサーと比べて3倍ほど感度を向上させることができる。従って、GFETと有機物プローブ12とを組み合わせた検出素子13を用いることによって、対象分子2の高感度な検出が可能になる。 In the detection of the target molecule 2 by the detection element 13 described above, the higher the transfer of electrons from the target molecule 2 captured by the organic substance probe 12 to the GFET, the higher the function of the sensor 11 becomes. The sensor 11 using a GFET is considered to be the most sensitive FET sensor, and can improve the sensitivity by about three times compared to a sensor using a carbon nanotube. Therefore, by using the detection element 13 in which the GFET and the organic substance probe 12 are combined, the target molecule 2 can be detected with high sensitivity.

図5は検出器10の検出面10Aを6つの検出セル、すなわち検出セルA、検出セルB、検出セルC、検出セルD、検出セルEおよび検出セルFに分割した6角格子状センサーを示している。検出セルA~Fのうち、少なくとも一部には種類が異なる有機物プローブ12、すなわち対象分子2との結合強度が異なる複数の有機物プローブ12が設けられている。複数の有機物プローブ12は、それぞれ対象分子2と相互作用するが、対象分子2との結合強度が異なるため、強度が異なる検出信号が出力される。検出セルA~Fからの検出信号は、それぞれ有機物プローブ12の対象分子2との結合強度により信号強度が異なっている。 FIG. 5 shows a hexagonal grid sensor in which the detection surface 10A of the detector 10 is divided into six detection cells: detection cell A, detection cell B, detection cell C, detection cell D, detection cell E and detection cell F. ing. At least some of the detection cells A to F are provided with organic probes 12 of different types, that is, a plurality of organic probes 12 having different binding strengths with the target molecule 2 . Each of the plurality of organic probes 12 interacts with the target molecule 2, but has different bonding strength with the target molecule 2, so that detection signals with different intensities are output. The detection signals from the detection cells A to F have different signal intensities depending on the bonding strength of the organic matter probe 12 with the target molecule 2 .

検出セルA~Fで検出された信号は、識別器20に送られて信号処理される。識別器20は、検出セルA~Fからの検出信号を強度に変換し、これら検出信号の強度差に基づく信号パターン(例えば図6に示す6つの検出信号のパターン)を解析する。識別器20には、検出する物質に応じた信号パターンが記憶されており、これら信号パターンと検出セルA~Fで検出された信号パターンとを比較することによって、検出器10で検出された対象分子2の識別が行われる。このような信号処理を、ここではパターン認識法と呼ぶ。パターン認識法によれば、例えば指紋検査のように対象物特有の信号パターンにより対象分子2を検出および識別することができる。従って、pptからppbオーダーの極低濃度のガス成分(対象分子2)を選択的にかつ高感度に検出することができる。 Signals detected by detection cells A to F are sent to discriminator 20 for signal processing. The discriminator 20 converts the detection signals from the detection cells A to F into intensities, and analyzes signal patterns based on the intensity difference of these detection signals (for example, six detection signal patterns shown in FIG. 6). The discriminator 20 stores signal patterns corresponding to substances to be detected. By comparing these signal patterns with the signal patterns detected by the detection cells A to F, the object detected by the detector 10 can be identified. Identification of molecule 2 is performed. Such signal processing is referred to herein as a pattern recognition method. According to pattern recognition methods, target molecules 2 can be detected and identified by means of object-specific signal patterns, for example fingerprint inspection. Therefore, extremely low-concentration gas components (target molecules 2) on the order of ppt to ppb can be detected selectively and with high sensitivity.

上述したパターン認識法を適用することによって、検出器10に導かれる対象ガス3に不純物が混入しているような場合においても、対象分子2を選択的にかつ高感度に検出および識別することができる。例えば、対象分子2が有毒な有機リン化合物の代表的な材料であるメチルホスホン酸ジメチル(DMMP、分子量:124)の場合、化学的な構造が近いジクロルボスのようなリン酸を有する農薬、さらにマラチオン、クロルピリホス、ダイアジノンのような使用例が多い有機リン系農薬が存在する。これらの物質の誤検知を防ぐためには、図6に示すような信号パターンにより識別するのが有効である。すなわち、上述した各物質により検出セルA~Fで検出される信号パターンが異なるため、パターン認識法を適用することで、分子量が近く、また構成元素も似通っている不純物が混入していても、検出対象の物質を選択的にかつ高感度に検出することができる。これは対象分子2が不正薬物のメタンフェタミンに類似する化合物の代表的な材料であるN-メチル-2-フェニルエチルアミン(NMPA、分子量:135)の場合でも、適切な有機物プローブを選択することでDMMPと同様に信号パターンによる識別が可能となる。 By applying the pattern recognition method described above, target molecules 2 can be selectively and highly sensitively detected and identified even when impurities are mixed in the target gas 3 guided to the detector 10. can. For example, when the target molecule 2 is dimethyl methylphosphonate (DMMP, molecular weight: 124), which is a representative material of a toxic organophosphorus compound, pesticides having phosphoric acid such as dichlorvos, which has a similar chemical structure, malathion, Organophosphorus pesticides, such as chlorpyrifos and diazinon, are often used. In order to prevent erroneous detection of these substances, it is effective to identify them by signal patterns as shown in FIG. That is, since the signal patterns detected by the detection cells A to F differ depending on the substances described above, by applying the pattern recognition method, even if impurities with similar molecular weights and similar constituent elements are mixed, A substance to be detected can be detected selectively and with high sensitivity. Even when the target molecule 2 is N-methyl-2-phenylethylamine (NMPA, molecular weight: 135), which is a representative material of a compound similar to the illegal drug methamphetamine, DMMP can be obtained by selecting an appropriate organic substance probe. Identification by the signal pattern is possible in the same way as in .

次に、分子検出装置1の複数の検出セルA~Fに用いられる有機物プローブ12について説明する。図7は、有機物プローブを構成する有機化合物の例を示す図である。図7は、有機化合物100A~100Fを示す。有機化合物100Aは、1,1,1,3,3,3-ヘキサフルオロ-2-フェニル-2-プロパノール構造を有する。有機化合物100Bは、チアヌル酸構造を有する。有機化合物100Cは、チミン(T)構造を有する。有機化合物100Dは、アデニン(A)構造を有する。有機化合物100Eは、シトシン(C)構造を有する。有機化合物100Fは、グアニン(G)構造を有する。 Next, the organic substance probes 12 used in the plurality of detection cells A to F of the molecular detection device 1 will be explained. FIG. 7 is a diagram showing an example of an organic compound that constitutes an organic substance probe. FIG. 7 shows organic compounds 100A-100F. The organic compound 100A has a 1,1,1,3,3,3-hexafluoro-2-phenyl-2-propanol structure. Organic compound 100B has a thianuric acid structure. Organic compound 100C has a thymine (T) structure. Organic compound 100D has an adenine (A) structure. Organic compound 100E has a cytosine (C) structure. Organic compound 100F has a guanine (G) structure.

有機化合物100Aは、対象分子2に対する反応基としてヒドロキシ基(-OH)やアミノ基(-NH)を有する。これに対し、対象分子2が不正薬物、違法薬物などの薬物であり、特に覚醒剤成分であるアンフェタミンやメタンフェタミンなどのアミン誘導体化合物を含む場合、ヒドロキシ基(-OH)やアミノ基(-NH)に代えてアミド基(-NH-C=O)を有する有機化合物が好ましい。アミド基はアミン誘導体化合物のアミン基と作用する。特に環状アミド構造を有する有機化合物は、アンフェタミン構造やメタンフェタミン構造のアミン基との作用効果が高く、アンフェタミンやメタンフェタミンを良好に捕捉することができる。よって、チアヌル酸構造、チミン(T)構造、シトシン(C)構造、グアニン(G)構造は、アミン誘導体化合物を有する対象分子2の検出に好適である。 The organic compound 100A has a hydroxyl group (--OH) and an amino group (--NH) as reactive groups with respect to the target molecule 2. FIG. On the other hand, when the target molecule 2 is a drug such as an illicit drug or an illegal drug, and particularly contains an amine derivative compound such as amphetamine or methamphetamine, which are stimulant components, the hydroxy group (--OH) or amino group (--NH) Organic compounds having an amide group (-NH-C=O) instead are preferred. The amide group interacts with the amine group of the amine derivative compound. In particular, an organic compound having a cyclic amide structure has a high action effect with an amine group of an amphetamine structure or a methamphetamine structure, and can capture amphetamine or methamphetamine well. Therefore, the tianuric acid structure, the thymine (T) structure, the cytosine (C) structure, and the guanine (G) structure are suitable for detection of target molecules 2 having amine derivative compounds.

有機物プローブ12の構成についてさらに説明する。有機物プローブ12は、ヘッド部HSと、グラフェン層16などに対する設置部位となるベース部BSと、ヘッド部HSとベース部BSとを結合する結合部CSと、を備える。 The configuration of the organic matter probe 12 will be further described. The organic substance probe 12 includes a head portion HS, a base portion BS that serves as an installation site for the graphene layer 16 and the like, and a joint portion CS that joins the head portion HS and the base portion BS.

ヘッド部HSは、前述の通りアデニン(A)構造やグアニン(G)構造などのプリン構造、チミン(T)構造やシトシン(C)構造などのピリミジン構造、またはチアヌル酸構造などのトリアジン構造を有することが好ましい。アデニン(A)構造またはグアニン(G)構造は、カルボニル基またはアミン基を有する。チミン(T)構造またはシトシン(C)構造は、カルボニル基およびアミン基を有する。シアヌル酸構造は、カルボニル基およびアミン基を有する。プリン構造、ピリミジン構造、またはトリアジン構造を有する場合、有機物プローブ12は、乾燥状態であることが好ましい。 As described above, the head portion HS has a purine structure such as an adenine (A) structure or a guanine (G) structure, a pyrimidine structure such as a thymine (T) structure or a cytosine (C) structure, or a triazine structure such as a cyanuric acid structure. is preferred. Adenine (A) structure or guanine (G) structure has a carbonyl group or an amine group. A thymine (T) or cytosine (C) structure has a carbonyl group and an amine group. A cyanuric acid structure has a carbonyl group and an amine group. When having a purine structure, a pyrimidine structure, or a triazine structure, the organic matter probe 12 is preferably in a dry state.

ベース部BSは、ピレン環、アントラセン環、ナフタセン環、フェナントレン環などの多環構造を有する1価の置換または非置換の多環芳香族炭化水素基であることが好ましく、さらに置換または非置換のピレン基であることがより好ましい。 Base part BS is preferably a monovalent substituted or unsubstituted polycyclic aromatic hydrocarbon group having a polycyclic structure such as pyrene ring, anthracene ring, naphthacene ring, phenanthrene ring, etc. A pyrene group is more preferred.

結合部CSは、単結合または二重結合(2価基)であり、アルキル基やアルキレン基であってもよいが、エーテル結合(-O-)、エステル結合(-C(=O)O-)、カルボニル結合(-CO-)、アミド結合(-NH-CO-)、イミド結合(-CO-NH-CO-)などの特性基を有する2価の有機基であることが好ましい。有機化合物100Aの結合部CSは、(-NH-CO-C-)基を有する。有機化合物100Bの結合部CSは(-C12-)基を有する。有機化合物100C~Fの結合部CSは(-C10-O-C-)基を有する。 The bond CS is a single bond or a double bond (divalent group) and may be an alkyl group or an alkylene group, but an ether bond (-O-), an ester bond (-C(=O)O- ), carbonyl bond (--CO--), amide bond (--NH--CO--), imide bond (--CO--NH--CO--), and the like. The bond CS of the organic compound 100A has a (—NH—CO—C 4 H 8 —) group. Bond CS of organic compound 100B has a (—C 6 H 12 —) group. The bond CS of organic compounds 100C-F has a (--C 5 H 10 --O--C 2 H 4 --) group.

ベース部BSは、例えばグラフェン層16等の基材に結合する。ベース部BSは、ピレン環、アントラセン環、ナフタセン環、フェナントレン環などの多環構造を有する1価の置換または非置換の多環芳香族炭化水素基であることが好ましく、さらに置換または非置換のピレン基であることがより好ましい。有機化合物100A~100Fのベース部BSは、ピレン基を有する。 The base portion BS is bonded to a substrate such as the graphene layer 16, for example. Base part BS is preferably a monovalent substituted or unsubstituted polycyclic aromatic hydrocarbon group having a polycyclic structure such as pyrene ring, anthracene ring, naphthacene ring, phenanthrene ring, etc. A pyrene group is more preferred. The base portion BS of organic compounds 100A-100F has a pyrene group.

プリン構造、ピリミジン構造、またはトリアジン構造を有する有機物プローブ12は、他の有機物プローブ12と互いに結合されていてもよい。図8は、検出素子13の他の例を示す図である。なお、センサー11の構成については図3に示す検出素子13の構成と同じであるため図3の説明を適宜援用する。 An organic substance probe 12 having a purine structure, a pyrimidine structure, or a triazine structure may be bound to another organic substance probe 12 . FIG. 8 is a diagram showing another example of the detection element 13. As shown in FIG. Note that the configuration of the sensor 11 is the same as the configuration of the detection element 13 shown in FIG. 3, so the description of FIG. 3 is used as appropriate.

図8に示す検出素子13は、有機物プローブ12aと、有機物プローブ12aに結合された有機物プローブ12bと、を有する。有機物プローブ12aと有機物プローブ12bは、例えば水素結合などの化学結合で結合されている。 The detection element 13 shown in FIG. 8 has an organic probe 12a and an organic probe 12b coupled to the organic probe 12a. The organic substance probe 12a and the organic substance probe 12b are bonded by a chemical bond such as a hydrogen bond.

有機物プローブ12aと有機物プローブ12bとの組み合わせの例としては、プリン構造を有する有機物プローブ12aと上記プリン構造と水素結合で結合されたピリミジン構造を有する有機物プローブ12bとの組み合わせ、トリアジン構造を有する有機物プローブ12aと上記トリアジン構造と水素結合で結合されたプリン構造またはピリミジン構造を有する有機物プローブ12bとの組み合わせ、トリアジン構造を有する有機物プローブ12aと上記トリアジン構造と水素結合で結合されたトリアジン構造を有する有機物プローブ12bとの組み合わせなどが挙げられる。なお、これに限定されず、3種以上の有機物プローブ12が結合されていてもよい。 Examples of the combination of the organic probe 12a and the organic probe 12b include the combination of the organic probe 12a having a purine structure and the organic probe 12b having a pyrimidine structure bonded to the purine structure by hydrogen bonding, and the organic probe having a triazine structure. A combination of 12a and an organic substance probe 12b having a purine or pyrimidine structure bonded to the triazine structure by hydrogen bonding, and an organic substance probe 12a having a triazine structure and an organic substance probe having a triazine structure bonded to the triazine structure by hydrogen bonding. 12b, and the like. In addition, it is not limited to this, and three or more kinds of organic matter probes 12 may be combined.

チミン構造(T)を有する有機物プローブ12aとアデニン(A)構造を有する有機物プローブ12bとの組み合わせや、シトシン(C)構造を有する有機物プローブ12aやグアニン構造(G)を有する有機物プローブ12bとの組み合わせは、デオキシリボ核酸(Deoxyribonucleic Acid:DNA)の塩基配列と同様に、互いに結合することで安定化を図るペア構造を形成する。 A combination of an organic substance probe 12a having a thymine structure (T) and an organic substance probe 12b having an adenine (A) structure, a combination of an organic substance probe 12a having a cytosine (C) structure and an organic substance probe 12b having a guanine structure (G). form a pair structure that stabilizes by binding to each other, similar to the base sequence of deoxyribonucleic acid (DNA).

チミン(T)構造とアデニン(A)構造とのペア構造(T-A構造)やシトシン(C)構造とグアニン(G)構造とのペア構造(C-G構造)を有する有機物プローブ12aおよび有機物プローブ12bは、対象分子2と接触すると、単独での有機物プローブ12とは対象分子2との結合状態が変わり、プローブ自体の分極変化も異なる。また、対象分子2が有機物プローブ12aと有機物プローブ12bとの間に位置し、プローブ同士の結合部が対象分子2との干渉により開裂する場合も単独での有機物プローブ12とは対象分子2との結合状態が変わり、プローブ自体の分極変化も異なる。これにより、有機物プローブ12を単独で用いる場合とは異なる信号パターンを得ることができるため、対象分子2を識別するための信号パターンの種類を増やすことができる。また、例えば有機物プローブ12aおよび有機物プローブ12bの一方のプローブが対象分子2と相互作用する場合に他方のプローブの分極状態も変化するため、有機物プローブ12を単独で用いる場合よりも検出感度を高めることができる。 An organic substance probe 12a and an organic substance having a pair structure (TA structure) of thymine (T) structure and adenine (A) structure or a pair structure (CG structure) of cytosine (C) structure and guanine (G) structure When the probe 12b comes into contact with the target molecule 2, the bonding state with the target molecule 2 changes from that of the organic substance probe 12 alone, and the polarization change of the probe itself also differs. In addition, when the target molecule 2 is positioned between the organic probe 12a and the organic probe 12b, and the bond between the probes is cleaved due to interference with the target molecule 2, the organic probe 12 alone does not separate from the target molecule 2. The binding state changes and the polarization change of the probe itself is also different. As a result, it is possible to obtain a different signal pattern than when the organic substance probe 12 is used alone, so that the types of signal patterns for identifying the target molecule 2 can be increased. In addition, for example, when one of the organic probes 12a and 12b interacts with the target molecule 2, the polarization state of the other probe also changes, so that the detection sensitivity can be improved more than when the organic probe 12 is used alone. can be done.

分子検出装置1で得られた対象分子2の検出および識別結果は、情報ネットワークを介して送信して活用するようにしてもよい。図9は対象分子2の検出情報を情報ネットワークを介して送信する機能、および検出情報と情報ネットワークから取得する参照情報とを照合する機能から選ばれる少なくとも1つを備える情報処理部30が付属または内設された分子検出装置1を示している。情報処理部30は、対象分子2の検出情報を送信する情報送信部31と、参照情報を受信する情報受信部32と、検出情報を参照情報と照合する情報照合部33とを具備している。情報処理部30は、情報送信機能と情報受信および照合機能のうちの一方のみを有していてもよい。 The detection and identification results of the target molecule 2 obtained by the molecule detection device 1 may be transmitted via an information network and utilized. FIG. 9 includes an information processing unit 30 having at least one selected from a function of transmitting detection information of the target molecule 2 via an information network and a function of collating the detection information with reference information obtained from the information network. An internal molecular detection device 1 is shown. The information processing section 30 includes an information transmission section 31 that transmits detection information of the target molecule 2, an information reception section 32 that receives reference information, and an information collation section 33 that collates the detection information with the reference information. . The information processing section 30 may have only one of the information transmission function and the information reception and collation function.

対象分子2の検出情報は、情報送信部31からネットワークNを介して情報利用者に伝達される。また、対象分子2の検出情報を既存の参照情報と照合するために、ネットワークNを介して情報受信部32により参照情報を取得する。取得した参照情報は、情報照合部33により検出情報と照合される。情報を外部のネットワークNから取得して参照することで、多くの情報を持ち歩いて解析する機能を外部に代替できるため、分子検出装置1を小型化して携帯性を高めることができる。さらに、ネットワークNを利用することで、パターン認識法における新たな信号パターンを即時に取得することもできる。情報を受信した側では、この情報を基に次の行動を起こすことができる。携帯型の分子検出装置1を各所に配置しておき、得られるデータを各所から集めて分析し、異常事態の避難誘導などに役立てるといった使い方ができる。ネットワークNと分子検出装置1とを結合することで、従来では達し得なかった多くの使い方が生み出され、産業的な価値が向上する。 The detection information of the target molecule 2 is transmitted from the information transmission unit 31 through the network N to the information user. Also, in order to compare the detection information of the target molecule 2 with existing reference information, the information receiving unit 32 acquires the reference information via the network N. FIG. The acquired reference information is collated with the detected information by the information collating section 33 . By obtaining information from the external network N and referring to it, the function of carrying around and analyzing a large amount of information can be substituted for the outside, so that the molecular detection device 1 can be miniaturized and improved in portability. Furthermore, by using the network N, new signal patterns in the pattern recognition method can be acquired immediately. On the receiving side of the information, the next action can be taken based on this information. The portable molecular detection device 1 can be placed in various places, and the obtained data can be collected from various places and analyzed to be useful for evacuation guidance in an abnormal situation. By connecting the network N and the molecular detection device 1, many usages that could not be achieved in the past are created, and the industrial value is improved.

実施形態の分子検出装置1によれば、pptからppbオーダーの極低濃度のガス成分分子を選択的にかつ高感度に検出することができる。さらに、検出器10および識別器20により検出感度および検出精度を高めることで、分子検出装置1を小型化することができる。従って、携帯性と検出精度とを両立させた分子検出装置1を提供することが可能になる。実施形態の分子検出装置1は、覚醒剤などの薬物を検出する場合にその機能を有効に発揮し得る。 According to the molecule detection device 1 of the embodiment, it is possible to selectively detect extremely low-concentration gas component molecules on the order of ppt to ppb with high sensitivity. Furthermore, by increasing the detection sensitivity and detection accuracy with the detector 10 and the discriminator 20, the size of the molecule detection device 1 can be reduced. Therefore, it is possible to provide the molecule detection device 1 that achieves both portability and detection accuracy. The molecular detection device 1 of the embodiment can effectively exhibit its function when detecting drugs such as stimulants.

(実施例1)
GFETと有機物プローブとを組み合わせた検出素子を、以下のようにして用意した。グラフェン層は、グラファイトからの剥離法により基板へ転写して形成したり、化学気相成長法(CVD)を利用して金属の表面に成長させることにより形成することができる。金属の表面に成長した単層や複数層のグラフェンをポリマー膜に転写して、所望の電界効果トランジスタ(FET)作製用の半導体基板に再度転写した。具体的には銅箔表面に1000℃程度の条件でメタンガスをフローしたCVDによりグラフェン層を形成した。
(Example 1)
A detection element combining a GFET and an organic substance probe was prepared as follows. A graphene layer can be formed by transferring it to a substrate by a peeling method from graphite, or by growing it on a metal surface using a chemical vapor deposition method (CVD). A single layer or multiple layers of graphene grown on a metal surface were transferred to a polymer film, and then transferred again to a semiconductor substrate for fabricating a desired field effect transistor (FET). Specifically, a graphene layer was formed on the surface of the copper foil by CVD in which methane gas was flowed at about 1000°C.

次に、ポリメチルメタクリレート膜を、スピンコート法を用いて4000rpmで塗布し、反対面の銅箔膜を0.1Mの過硫酸アンモニウム溶液でエッチングし、溶液に浮遊したグラフェン膜を回収した。これによりグラフェン膜がポリメチルメタクリレート膜側へ転写される。十分に表面を洗浄した後に、これをシリコン基板上に再度転写した。余分なポリメチルメタクリレート膜は、アセトンにより溶解させて除去した。シリコン基板に転写されたグラフェンには、レジストを塗布してパターニングし、酸素プラズマによって電極間隔10μmのパターンを形成した。電極を蒸着してソース電極とドレイン電極を設けたFETを形成した。シリコン基板表面に形成されている酸化膜上にグラフェンが配置され、グラフェンがソース電極とドレイン電極で挟まれると共に、シリコン基板側をゲート電極とするGFETセンサを作製した。この工程は順序を逆にしてもよい、すなわち電極を先に作製して後からグラフェンを転写して加工してもよい。 Next, a polymethyl methacrylate film was applied at 4000 rpm using a spin coating method, the copper foil film on the opposite surface was etched with a 0.1 M ammonium persulfate solution, and the graphene film floating in the solution was recovered. As a result, the graphene film is transferred to the polymethylmethacrylate film side. After sufficiently cleaning the surface, it was transferred again onto the silicon substrate. Excess polymethyl methacrylate film was dissolved by acetone and removed. The graphene transferred to the silicon substrate was patterned by applying a resist, and a pattern with an electrode interval of 10 μm was formed by oxygen plasma. An FET having a source electrode and a drain electrode was formed by vapor deposition of electrodes. A GFET sensor was fabricated in which graphene was arranged on an oxide film formed on the surface of a silicon substrate, the graphene was sandwiched between a source electrode and a drain electrode, and the silicon substrate side was used as a gate electrode. The order of the steps may be reversed, that is, the electrodes may be formed first, and the graphene may be transferred and processed later.

次に、グラフェンの表面に有機物プローブを設けた。有機物プローブは、メタノール溶液に10nMの濃度で溶解させて、この中にGFET面を数分間浸漬して設置した。実施例1では、図5に示す検出セルAに有機化合物100Aを有するプローブを設置し、検出セルBに有機化合物100Bを有するプローブを設置し、検出セルCに有機化合物100Cを有するプローブを設置し、検出セルDに有機化合物100Dを有するプローブを設置し、検出セルEに有機化合物100Eを有するプローブを設置し、検出セルFに有機化合物100Fを有するプローブを設置した。 Next, an organic substance probe was provided on the graphene surface. The organic matter probe was dissolved in a methanol solution at a concentration of 10 nM, and the GFET surface was immersed in this solution for several minutes and set. In Example 1, a probe having an organic compound 100A was installed in the detection cell A shown in FIG. , detection cell D was equipped with a probe containing organic compound 100D, detection cell E was equipped with a probe containing organic compound 100E, and detection cell F was equipped with a probe containing organic compound 100F.

次に、対象分子2として前述したNMPAを用意した。対象分子2については、その蒸気を窒素ガスで約5ppbの濃度となるように希釈し、この希釈ガスを上記検出素子を備える分子検出装置に送った。NMPA分子は、検出セルA~Fの有機物プローブにそれぞれ捕捉された。検出セルA~Fの有機物プローブは、それぞれNMPA分子との結合強度が異なるため、ゲート電極に検出される信号もそれぞれ異なる。検出セルで検出した結果を信号処理をする識別器に送り強度に変換した。検出結果を相対的な強度表示として出力した。各強度を表1に示す。 Next, the aforementioned NMPA was prepared as target molecule 2 . For target molecule 2, the vapor was diluted with nitrogen gas to a concentration of about 5 ppb, and this diluted gas was sent to the molecular detection device equipped with the detection element. NMPA molecules were captured by organic probes in detection cells AF, respectively. Since the organic substance probes of the detection cells A to F have different binding strengths with NMPA molecules, the signals detected by the gate electrodes are also different. The results detected by the detection cell were sent to a discriminator for signal processing and converted into intensities. Detection results were output as relative intensity representations. Each intensity is shown in Table 1.

Figure 0007158969000001
Figure 0007158969000001

(実施例2)
実施例1と同様の方法でGFETセンサーを作製した。さらに、グラフェンの表面に有機物プローブを設けた。有機物プローブは、メタノール溶液に10nMの濃度で溶解させて、この中にGFET面を数分間浸漬して設置した。実施例2では、図5に示す検出セルAに有機化合物100Aを有するプローブを設置し、検出セルBに有機化合物100Bを有するプローブを設置し、検出セルCに有機化合物100Cを有するプローブと有機化合物100Dを有するプローブとを結合させたプローブを設置し、検出セルDに有機化合物100Eを有するプローブと有機化合物100Fを有するプローブとを結合させたプローブを設置し、検出セルEに有機化合物100Cを有するプローブと有機化合物100Fを有するプローブとを結合させたプローブを設置し、検出セルFに有機化合物100Bを有するプローブと有機化合物100Dを有するプローブとを結合させたプローブを設置した。検出セルC~Fにおける各種プローブの個数割合は互いに同じである。
(Example 2)
A GFET sensor was fabricated in the same manner as in Example 1. Furthermore, an organic substance probe was provided on the surface of the graphene. The organic matter probe was dissolved in a methanol solution at a concentration of 10 nM, and the GFET surface was immersed in this solution for several minutes and set. In Example 2, a probe having an organic compound 100A is installed in the detection cell A shown in FIG. A probe combined with a probe containing 100D is placed, a probe combined with a probe containing organic compound 100E and a probe containing organic compound 100F are placed in detection cell D, and a probe containing organic compound 100C is placed in detection cell E. A probe combined with a probe containing the organic compound 100F was placed, and a probe combined with a probe containing the organic compound 100B and a probe containing the organic compound 100D was placed in the detection cell F. The number ratios of the various probes in detection cells C to F are the same.

次に、対象分子2として前述したNMPAを用意した。対象分子2については、その蒸気を窒素ガスで約5ppbの濃度となるように希釈し、この希釈ガスを上記検出素子を備える分子検出装置に送った。NMPA分子は、検出セルA~Fの有機物プローブにそれぞれ捕捉された。セルA~Fの有機物プローブは、それぞれNMPA分子との結合強度が異なるため、ゲート電極に検出される信号もそれぞれ異なる。検出セルで検出した結果を信号処理をする識別器に送り強度に変換した。検出結果を相対的な強度表示として出力した。各強度を表2に示す。 Next, the aforementioned NMPA was prepared as target molecule 2 . For target molecule 2, the vapor was diluted with nitrogen gas to a concentration of about 5 ppb, and this diluted gas was sent to the molecular detection device equipped with the detection element. NMPA molecules were captured by organic probes in detection cells AF, respectively. Since the organic substance probes of cells A to F have different binding strengths with NMPA molecules, the signals detected by the gate electrodes are also different. The results detected by the detection cell were sent to a discriminator for signal processing and converted into intensities. Detection results were output as relative intensity representations. Each intensity is shown in Table 2.

Figure 0007158969000002
Figure 0007158969000002

表1および表2からもわかるとおり、実施例1および実施例2の分子検出装置において、NMPA分子に対して特定の信号パターンを得られることがわかる。また、実施例1および実施例2の分子検出装置において、互いに異なる強度の信号パターンを得られることがわかる。 As can be seen from Tables 1 and 2, in the molecular detection devices of Examples 1 and 2, specific signal patterns can be obtained for NMPA molecules. In addition, it can be seen that in the molecular detection devices of Examples 1 and 2, signal patterns with different intensities can be obtained.

なお、本発明のいくつかの実施形態を説明したが、これらの実施形態は例として提示され、発明の範囲を限定することは意図していない。これら新規な実施形態は、その他の様々な形態で実施し得ることができ、発明の要旨を逸脱しない範囲で、種々の省略、置き換え、変更を行うことができる。これら実施形態やその変形は、発明の範囲や要旨に含まれると共に、特許請求の範囲に記載された発明とその均等の範囲に含まれる。 It should be noted that while several embodiments of the invention have been described, these embodiments are provided by way of example and are not intended to limit the scope of the invention. These novel embodiments can be embodied in various other forms, and various omissions, replacements, and modifications can be made without departing from the scope of the invention. These embodiments and modifications thereof are included in the scope and gist of the invention, and are included in the scope of the invention described in the claims and equivalents thereof.

1…分子検出装置、2…対象分子、3…対象ガス、4…夾雑物、5…フィルタ装置、6…分子分配装置、6a…端部、10…検出器、10A…検出面、11…センサー、12…有機物プローブ、12a…有機物プローブ、12b…有機物プローブ、13…検出素子、14…ゲート電極、15…ゲート絶縁層、16…グラフェン層、17…ソース電極、18…ドレイン電極、20…識別器、30…情報処理部、31…情報送信部、32…情報受信部、33…情報照合部、100A~100F…有機化合物、101…検出セル。 DESCRIPTION OF SYMBOLS 1... Molecular detection apparatus, 2... Target molecule, 3... Target gas, 4... Contaminants, 5... Filter device, 6... Molecular distribution apparatus, 6a... Edge, 10... Detector, 10A... Detection surface, 11... Sensor , 12... Organic probe, 12a... Organic probe, 12b... Organic probe, 13... Detection element, 14... Gate electrode, 15... Gate insulating layer, 16... Graphene layer, 17... Source electrode, 18... Drain electrode, 20... Identification Device, 30... Information processing section, 31... Information transmitting section, 32... Information receiving section, 33... Information collating section, 100A to 100F... Organic compound, 101... Detection cell.

Claims (11)

第1の有機物プローブと、
第2の有機物プローブと、を具備し、
前記第1および第2の有機物プローブのそれぞれは、
プリン構造、ピリミジン構造、またはトリアジン構造を有するヘッド部と、基材に結合するベース部と、前記ヘッド部と前記ベース部とを結合する結合部と、を有する有機化合物を具備し、
前記ベース部は、1価の多環芳香族炭化水素基を有し、
前記第1の有機物プローブと前記第2の有機物プローブは、結合されており、
前記第2の有機物プローブは、前記第1の有機物プローブと異なる構造を有する、有機物プローブ。
a first organic substance probe;
a second organic substance probe;
Each of the first and second organic probes is
An organic compound having a head portion having a purine structure, a pyrimidine structure, or a triazine structure, a base portion that bonds to a substrate, and a bonding portion that connects the head portion and the base portion,
The base portion has a monovalent polycyclic aromatic hydrocarbon group,
The first organic probe and the second organic probe are bound,
The organic probe, wherein the second organic probe has a structure different from that of the first organic probe.
前記第1の有機物プローブは前記プリン構造を含み、
前記第2の有機物プローブは前記ピリミジン構造を含み、
前記プリン構造と前記ピリミジン構造は、水素結合によって結合されている、請求項1に記載の有機物プローブ。
the first organic probe includes the purine structure;
the second organic probe includes the pyrimidine structure;
2. The organic probe according to claim 1, wherein said purine structure and said pyrimidine structure are bonded by hydrogen bonding.
前記第1の有機物プローブは前記トリアジン構造を含み、
前記第2の有機物プローブは前記プリン構造または前記ピリミジン構造を含み、
前記トリアジン構造と前記プリン構造または前記ピリミジン構造は、水素結合によって結合されている、請求項1に記載の有機物プローブ。
the first organic probe includes the triazine structure;
the second organic probe includes the purine structure or the pyrimidine structure;
2. The organic substance probe according to claim 1, wherein said triazine structure and said purine structure or said pyrimidine structure are bonded by a hydrogen bond.
前記プリン構造は、アデニン構造またはグアニン構造を含み、
前記アデニン構造または前記グアニン構造は、カルボニル基またはアミン基を有する、
請求項1ないし請求項3のいずれか一項に記載の有機物プローブ。
the purine structure includes an adenine structure or a guanine structure,
The adenine structure or the guanine structure has a carbonyl group or an amine group,
The organic substance probe according to any one of claims 1 to 3 .
前記ピリミジン構造は、チミン構造またはシトシン構造を含み、
前記チミン構造またはシトシン構造は、カルボニル基およびアミン基を有する、請求項1ないし請求項4のいずれか一項に記載の有機物プローブ。
the pyrimidine structure comprises a thymine structure or a cytosine structure,
5. The organic substance probe according to claim 1, wherein said thymine structure or cytosine structure has a carbonyl group and an amine group.
前記トリアジン構造は、シアヌル酸構造を含み、
前記シアヌル酸構造は、カルボニル基およびアミン基を有する、請求項1に記載の有機物プローブ。
The triazine structure includes a cyanuric acid structure,
2. The organic substance probe according to claim 1 , wherein said cyanuric acid structure has a carbonyl group and an amine group.
請求項1ないし請求項6のいずれか一項に記載の有機物プローブと、
前記有機物プローブと対象分子が相互作用することで前記対象分子を検出する検出セルと、を具備する、分子検出装置。
an organic substance probe according to any one of claims 1 to 6 ;
and a detection cell that detects the target molecule through interaction between the organic substance probe and the target molecule.
請求項1ないし請求項6のいずれか一項に記載の有機物プローブと、
前記有機物プローブと対象分子が相互作用することで前記対象分子を検出する検出セルと、を具備し、
前記検出セルは、前記対象分子が前記第1の有機物プローブと前記第2の有機物プローブとの間に位置して水素結合を開裂させることにより前記対象分子を検出する、分子検出装置。
an organic substance probe according to any one of claims 1 to 6 ;
a detection cell that detects the target molecule through interaction between the organic substance probe and the target molecule;
The detection cell detects the target molecule by cleaving a hydrogen bond between the first organic probe and the second organic probe and detecting the target molecule.
前記対象分子は、アミン誘導体化合物を含む、請求項7または請求項8に記載の分子検出装置。 9. The molecular detection device according to claim 7 , wherein said target molecule includes an amine derivative compound. 前記検出セルは、前記有機物プローブが設けられたグラフェンを含むグラフェン層と、前記グラフェン層に接続された電極とを有する電界効果トランジスタを含む、請求項8または請求項9に記載の分子検出装置。 10. The molecular detection device according to claim 8 , wherein the detection cell includes a field effect transistor having a graphene layer containing graphene provided with the organic substance probe and an electrode connected to the graphene layer. 前記検出セルからの検出信号により前記対象分子を識別する識別器をさらに具備する、請求項8ないし請求項10のいずれか一項に記載の分子検出装置。 11. The molecule detection device according to any one of claims 8 to 10, further comprising a discriminator that discriminates the target molecule based on the detection signal from the detection cell.
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