JP2008083041A - Detecting element, manufacturing method therefor, and detector - Google Patents

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Yasuhisa Fujii
泰久 藤井
Hideki Yamaguchi
日出樹 山口
Ayako Maruta
彩子 丸田
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  • Investigating Or Analyzing Materials By The Use Of Fluid Adsorption Or Reactions (AREA)

Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a detecting element capable of executing quick and highly sensitive measurement, and a simple manufacturing method therefor. <P>SOLUTION: This detecting element of the present invention is a detecting element contacting with gas or a liquid to detect a physical quantity or a chemical quantity. The detecting element has a base material having two main faces, and a detecting part formed on at least the one main face of the base material and constituted of a fiber. The fiber has preferably 1 nm-999 nm of diameter, and a substantially circular or elliptic cross section. <P>COPYRIGHT: (C)2008,JPO&INPIT

Description

本発明は、検出素子およびその製造方法、ならびに検出装置に関する。より詳細には、本発明は、高速および高感度で測定可能な検出素子およびその簡便な製造方法、ならびにそのような検出素子を用いた検出装置に関する。   The present invention relates to a detection element, a manufacturing method thereof, and a detection apparatus. More specifically, the present invention relates to a detection element that can be measured at high speed and high sensitivity, a simple manufacturing method thereof, and a detection apparatus using such a detection element.

物理量または化学量を検出する検出装置は、化学やバイオテクノロジーの分野における微量分析技術として活用されてきた。例えば、シリコン(Si)の微細加工技術により、片持ち梁構造のカンチレバーへの物質付着による共振周波数の変化を検出することにより、ピコグラム程度の感度で重量変化を検出することが、可能になっている。より具体的には、測定すべき化学物質を特異的に吸着する特異的吸着膜を塗布したカンチレバーが知られている(特許文献1参照)。   Detection devices that detect physical quantities or chemical quantities have been utilized as trace analysis techniques in the fields of chemistry and biotechnology. For example, it is possible to detect a change in weight with a sensitivity on the order of picograms by detecting a change in resonance frequency due to material adhesion to a cantilever having a cantilever structure by silicon (Si) microfabrication technology. Yes. More specifically, a cantilever coated with a specific adsorption film that specifically adsorbs a chemical substance to be measured is known (see Patent Document 1).

近年、環境ホルモン、バイオテロなどの問題が深刻に議論されるようになり、より高精度・高感度で、かつ、より高速の測定分析技術の開発が望まれている。しかし、上記のような技術では、測定分析技術の高感度化および高速化への要求を満足するには不十分である。
特表2004−506872号公報
In recent years, problems such as environmental hormones and bioterrorism have been seriously discussed, and it is desired to develop a measurement analysis technique with higher accuracy and sensitivity and higher speed. However, the techniques as described above are insufficient to satisfy the demand for high sensitivity and high speed of the measurement analysis technique.
JP-T-2004-506872

本発明は、上記従来の課題を解決するためになされたものであり、その目的とするところは、高速および高感度で測定可能な検出素子およびその簡便な製造方法、ならびにそのような検出素子を用いた検出装置を提供することにある。   The present invention has been made to solve the above-described conventional problems. The object of the present invention is to provide a detection element that can be measured at high speed and high sensitivity, a simple manufacturing method thereof, and such a detection element. It is to provide a detection device used.

本発明の検出素子は、気体または液体と接触して物理量または化学量を検出する検出素子である。この検出素子は、2つの主表面を有する基材と、該基材の該主表面の少なくとも1つに形成され、繊維で構成された検出部とを有する。   The detection element of the present invention is a detection element that detects a physical quantity or a chemical quantity in contact with a gas or a liquid. This detection element has a base material having two main surfaces, and a detection part formed on at least one of the main surfaces of the base material and made of fibers.

好ましい実施形態においては、上記繊維は1nm〜999nmの直径を有する。好ましい実施形態においては、上記繊維は、実質的に円形または楕円形の断面を有する。   In a preferred embodiment, the fiber has a diameter of 1 nm to 999 nm. In a preferred embodiment, the fibers have a substantially circular or elliptical cross section.

好ましい実施形態においては、上記検出部は、上記繊維に担持された触媒および/または吸着体を含む。   In a preferred embodiment, the detection unit includes a catalyst and / or an adsorbent supported on the fiber.

好ましい実施形態においては、上記繊維を形成する材料は、検出すべき物質と特異的に反応し、および/または、検出すべき物質を特異的に吸着する。好ましい実施形態においては、上記繊維を構成する材料は、ポリビニルアルコール、その共重合体、高分子多糖類およびその誘導体から選択される少なくとも1つである。別の実施形態においては、上記繊維を構成する材料は、酸化チタン、酸化亜鉛および酸化スズから選択される少なくとも1つの金属酸化物である。   In a preferred embodiment, the material forming the fiber specifically reacts with the substance to be detected and / or specifically adsorbs the substance to be detected. In a preferred embodiment, the material constituting the fiber is at least one selected from polyvinyl alcohol, a copolymer thereof, a high molecular polysaccharide and a derivative thereof. In another embodiment, the material constituting the fiber is at least one metal oxide selected from titanium oxide, zinc oxide, and tin oxide.

好ましい実施形態においては、上記基材の共振周波数は、10kHz〜200MHzである。好ましい実施形態においては、上記基材はシリコン、水晶またはセラミックである。   In a preferred embodiment, the resonance frequency of the substrate is 10 kHz to 200 MHz. In a preferred embodiment, the substrate is silicon, quartz or ceramic.

別の実施形態においては、上記検出される物理量または化学量は、重量変化である。別の実施形態においては、上記検出される物理量または化学量は、インピーダンス変化である。   In another embodiment, the detected physical or chemical amount is a change in weight. In another embodiment, the detected physical or chemical quantity is an impedance change.

本発明の別の局面によれば、検出素子の製造方法が提供される。この製造方法は、繊維形成材料を含む溶液を電界下で射出することにより繊維を形成すること、および、該繊維を該電界の作用によって基板まで輸送し、さらに該基板に付着させて検出部を形成することを含む。   According to another aspect of the present invention, a method for manufacturing a detection element is provided. In this manufacturing method, fibers are formed by injecting a solution containing a fiber-forming material under an electric field, and the fibers are transported to the substrate by the action of the electric field, and further attached to the substrate to form a detection unit. Forming.

好ましい実施形態においては、上記溶液は触媒および/または吸着体をさらに含む。好ましい実施形態においては、上記方法は、上記繊維を上記基板に選択的に付着させて、パターン化された検出部を形成することを含む。   In a preferred embodiment, the solution further comprises a catalyst and / or adsorbent. In a preferred embodiment, the method includes selectively attaching the fibers to the substrate to form a patterned detector.

本発明の別の局面によれば、検出装置が提供される。この検出装置は、上記検出素子を含む。   According to another aspect of the present invention, a detection device is provided. This detection apparatus includes the detection element.

本発明によれば、検出素子の検出部を繊維(好ましくは、ナノ繊維の不織布層)で構成することにより、従来のような塗布膜の検出部と比較して比表面積が格段に増大する。その結果、測定すべき物質を含む流体(気体または液体)との接触面積が非常に大きくなるので、検出感度・応答速度が顕著に増大し、かつ、きわめて短時間での検出(測定)が可能となる。   According to the present invention, the specific surface area is remarkably increased by configuring the detection part of the detection element with a fiber (preferably a nanofiber non-woven fabric layer) as compared with a conventional detection part of a coating film. As a result, the contact area with the fluid (gas or liquid) containing the substance to be measured becomes very large, so the detection sensitivity and response speed are remarkably increased, and detection (measurement) is possible in a very short time. It becomes.

A.検出素子
図1は、本発明の好ましい実施形態による検出素子の概略断面図である。検出素子10は、基材11と検出部12とを有する。基材11は、2つの主表面(図示例では、正面14および裏面15)を有する。検出部12は、基材11の正面14および裏面15の少なくとも1つに形成されている。したがって、検出部12は、正面14および裏面15の両方に形成されてもよく、いずれか一方のみに形成されてもよい。また、検出部12は、正面14および/または裏面15の全面に形成されてもよく、一部に形成されてもよい。1つの実施形態においては、検出部12は、所定のパターンで形成され得る。
A. FIG. 1 is a schematic cross-sectional view of a detection element according to a preferred embodiment of the present invention. The detection element 10 includes a base material 11 and a detection unit 12. The base material 11 has two main surfaces (the front surface 14 and the back surface 15 in the illustrated example). The detection unit 12 is formed on at least one of the front surface 14 and the back surface 15 of the base material 11. Therefore, the detection part 12 may be formed in both the front surface 14 and the back surface 15, and may be formed only in any one. Moreover, the detection part 12 may be formed in the whole surface of the front surface 14 and / or the back surface 15, and may be formed in a part. In one embodiment, the detection unit 12 may be formed in a predetermined pattern.

検出部12は、繊維で構成されている。図2(a)および(b)は、検出部12の構成を説明する模式図である。図2(a)は、検出部を正面から見た模式図であり、図2(b)は、検出部のIIb−IIb断面の模式図である。図2(a)および(b)に示すように、検出部は、代表的には、繊維が絡まり合って構成されている。すなわち、検出部は、実質的には不織布層である。このような構成を有することにより、塗布膜と比較して比表面積が格段に増大する。その結果、測定すべき物質を含む流体(気体または液体)との接触面積が非常に大きくなるので、検出感度・応答速度が顕著に増大し、かつ、きわめて短時間での検出(測定)が可能となる。   The detection part 12 is comprised with the fiber. FIGS. 2A and 2B are schematic diagrams illustrating the configuration of the detection unit 12. FIG. 2A is a schematic diagram of the detection unit viewed from the front, and FIG. 2B is a schematic diagram of a IIb-IIb cross section of the detection unit. As shown in FIGS. 2A and 2B, the detection unit is typically configured by entangled fibers. That is, the detection unit is substantially a non-woven fabric layer. By having such a configuration, the specific surface area is remarkably increased as compared with the coating film. As a result, the contact area with the fluid (gas or liquid) containing the substance to be measured becomes very large, so the detection sensitivity and response speed are remarkably increased, and detection (measurement) is possible in a very short time. It becomes.

上記繊維の直径は、好ましくは1nm〜999nm、さらに好ましくは10nm〜600nm、最も好ましくは50nm〜400nmである。繊維の直径がこのような範囲であれば、測定試料との接触面積がさらに大きくなるので、検出感度・応答速度がさらに増大し、検出時間もさらに短縮され得る。例えば、厚み1mmの塗布膜の表面積を1とした場合、直径100nmの繊維で厚み1mmの不織布層を形成すると、その表面積は約2万倍となる。好ましくは、上記繊維は、実質的に円形または楕円形の断面を有する。後述する製造方法により、繊維形成材料を含む溶液を電界下で射出すると、表面張力の作用により、および/または、表面エネルギー的に安定なことにより円形に近い断面が形成され得る。1つの実施形態においては、繊維表面にボイドが形成されていてもよく、繊維が多孔質であってもよい。このような構成によれば、測定試料との接触面積がさらに大きくなる。   The diameter of the fiber is preferably 1 nm to 999 nm, more preferably 10 nm to 600 nm, and most preferably 50 nm to 400 nm. When the diameter of the fiber is in such a range, the contact area with the measurement sample is further increased, so that the detection sensitivity / response speed can be further increased and the detection time can be further shortened. For example, assuming that the surface area of a coating film having a thickness of 1 mm is 1, when a nonwoven fabric layer having a thickness of 1 mm is formed with fibers having a diameter of 100 nm, the surface area is about 20,000 times. Preferably, the fibers have a substantially circular or elliptical cross section. When a solution containing a fiber-forming material is injected under an electric field by a manufacturing method described later, a cross section close to a circle can be formed by the action of surface tension and / or by being stable in surface energy. In one embodiment, voids may be formed on the fiber surface, and the fiber may be porous. According to such a configuration, the contact area with the measurement sample is further increased.

上記繊維を形成する材料としては、繊維形成能を有するものであれば、目的、検出すべき物質等に応じて任意の適切な材料が採用され得る。例えば、繊維形成材料は、有機材料であってもよく、無機材料であってもよく、有機−無機ハイブリッド材料であってもよい。好ましくは、繊維を形成する材料は、検出すべき物質と特異的に反応し、および/または、検出すべき物質を特異的に吸着する。このような材料を用いることにより、上記の繊維が絡み合った構造と相俟って、非常に優れた検出感度・応答速度を有する検出素子が得られ得る。例えば、本発明の検出素子を匂いセンサーとして用いる場合には、検出すべき物質または匂いとしては、生活臭モニタリングにおいては、アンモニア、メチルメルカプタン、ホルムアルデヒド;火災臭モニタリングにおいては、一酸化炭素、水素、アルデヒド、フラン;鮮度モニタリングにおいてはトリメチルアミン;初期診断用途においては、腫瘍臭、口臭;危険物等の探知または環境計測用途においては、VOC、ダイオキシンが挙げられる。これらの物質と特異的に反応し、および/または、これらの物質を特異的に吸着する材料が好適に選択され得る。また例えば、本発明の検出素子を湿度センサーとして用いる場合には、適度な吸湿性を有し、かつ、吸湿により素子のインピーダンスが適度に変化し得る材料が好適に選択され得る。加えて、好ましくは、上記繊維を構成する材料は、基材に対して優れた密着力を有する。   As the material for forming the fiber, any appropriate material can be adopted depending on the purpose, the substance to be detected, and the like as long as it has fiber forming ability. For example, the fiber forming material may be an organic material, an inorganic material, or an organic-inorganic hybrid material. Preferably, the material forming the fibers reacts specifically with the substance to be detected and / or specifically adsorbs the substance to be detected. By using such a material, a detection element having a very excellent detection sensitivity and response speed can be obtained in combination with the structure in which the above fibers are intertwined. For example, when the detection element of the present invention is used as an odor sensor, the substance or odor to be detected includes ammonia, methyl mercaptan, formaldehyde in life odor monitoring; carbon monoxide, hydrogen, in fire odor monitoring. Aldehyde, furan; trimethylamine for freshness monitoring; tumor odor and halitosis for initial diagnostic use; VOC and dioxin for detection of dangerous substances and environmental measurement use. A material that specifically reacts with and / or specifically adsorbs these substances can be suitably selected. Further, for example, when the detection element of the present invention is used as a humidity sensor, a material having an appropriate hygroscopic property and capable of appropriately changing the impedance of the element due to moisture absorption can be suitably selected. In addition, preferably, the material constituting the fiber has excellent adhesion to the substrate.

1つの実施形態においては、上記のような材料の具体例としては、有機材料が挙げられる。有機材料の具体例としては、ポリマー、オリゴマーが挙げられる。ポリマーの具体例としては、ポリビニルアルコール、高分子多糖類、その誘導体、ポリ乳酸、ポリアクリロニトリル、ポリエチレンオキサイド、絹、ナイロン、ポリエチレンテレフタレート、液晶ポリマー(例えば、アラミド)、ならびに、これらの共重合体および誘導体が挙げられる。ポリビニルアルコール、その共重合体、高分子多糖類、およびその誘導体が好ましい。別の実施形態においては、上記のような材料の具体例としては、無機材料が挙げられる。無機材料の具体例としては、金属酸化物が挙げられる。金属酸化物の具体例としては、酸化チタン(TiO)、酸化亜鉛(ZnO)、酸化スズ(SnO)、酸化ケイ素(SiO)が挙げられる。このような無機材料は、有機材料とともに繊維化してもよい。さらに別の実施形態においては、上記のような材料の具体例としては、有機−無機ハイブリッド材料が挙げられる。有機−無機ハイブリッド材料の具体例としては、無機粒子充填ポリマー(例えば、SiO粒子充填のポリビニルアルコール)、有機−無機ハイブリッドポリマー(例えば、ポリシランとアクリルのコポリマー)が挙げられる。繊維形成材料は、単独で用いてもよく、2種以上を組み合わせて用いてもよい。 In one embodiment, an organic material is mentioned as a specific example of the above materials. Specific examples of the organic material include polymers and oligomers. Specific examples of the polymer include polyvinyl alcohol, high molecular polysaccharide, derivatives thereof, polylactic acid, polyacrylonitrile, polyethylene oxide, silk, nylon, polyethylene terephthalate, liquid crystal polymer (for example, aramid), and copolymers thereof. Derivatives. Polyvinyl alcohol, copolymers thereof, polymeric polysaccharides, and derivatives thereof are preferred. In another embodiment, specific examples of such materials include inorganic materials. Specific examples of inorganic materials include metal oxides. Specific examples of the metal oxide include titanium oxide (TiO 2 ), zinc oxide (ZnO), tin oxide (SnO 2 ), and silicon oxide (SiO 2 ). Such an inorganic material may be fiberized together with an organic material. In yet another embodiment, specific examples of such materials include organic-inorganic hybrid materials. Specific examples of the organic-inorganic hybrid material include an inorganic particle-filled polymer (for example, polyvinyl alcohol filled with SiO 2 particles) and an organic-inorganic hybrid polymer (for example, a copolymer of polysilane and acrylic). A fiber forming material may be used independently and may be used in combination of 2 or more type.

1つの実施形態においては、検出部12は、上記繊維に担持された触媒および/または吸着体を含む。このような実施形態によれば、繊維自体が測定物質に対する反応性や吸着能力を有さない場合であっても、検出すべき物質と特異的に反応したり、検出すべき物質を特異的に吸着したりすることができる。また、触媒や吸着体が繊維形成能を有さない場合であっても、優れた特性を有する検出部を構成することができる。触媒としては、検出すべき物質との反応を促進するものであれば任意の適切な物質が採用され得る。したがって、本明細書における用語「触媒」は、通常の意味での触媒のみならず酵素も包含する。触媒の具体例としては、水素に対してパラジウム、白金、アルミナ;一酸化炭素に対して金;グルコースまたは尿素に対してグルコースオキシダーゼ;アミノ酸に対してAA.oxygenaseが挙げられる。吸着体としては、検出すべき物質を特異的に吸着するものであれば任意の適切な物質が採用され得る。吸着は、物理的であってもよく、化学的であってもよく、生物学的であってもよい。したがって、本明細書における用語「吸着体」は、多孔質粒子のような物理的吸着体のみならず、抗原、抗体、分子インプリント粒子、特異的吸着粒子などを包含する。吸着体の具体例としては、ホルムアルデヒドに対するカテキン類;揮発性有機化合物(VOC)に対するポリスチレン(PS)、ポリカプロラクトン(PCL)、シクロオレフィンポリマー(例えば、商品名ゼオネックス);各種抗原に対する抗体(例えば、IgG);資化糖または生物化学的酸素要求量(BOD)に対する微生物;各種化学物質に対して、当該化学物質に対して特異的な分子インプリンティング粒子が挙げられる。吸着体の形状も特に限定されない。   In one embodiment, the detection unit 12 includes a catalyst and / or an adsorbent supported on the fiber. According to such an embodiment, even if the fiber itself does not have reactivity or adsorption ability with respect to the measurement substance, it reacts specifically with the substance to be detected or the substance to be detected is specifically detected. Can be adsorbed. Moreover, even if the catalyst or the adsorbent does not have fiber forming ability, a detection unit having excellent characteristics can be configured. Any appropriate substance can be adopted as the catalyst as long as it promotes the reaction with the substance to be detected. Accordingly, the term “catalyst” as used herein encompasses not only a catalyst in the usual sense, but also an enzyme. Specific examples of catalysts include palladium, platinum, alumina for hydrogen; gold for carbon monoxide; glucose oxidase for glucose or urea; AA. Oxygenase for amino acids. Any appropriate substance can be adopted as the adsorbent as long as it specifically adsorbs the substance to be detected. Adsorption may be physical, chemical, or biological. Therefore, the term “adsorbent” in the present specification includes not only a physical adsorbent such as a porous particle but also an antigen, an antibody, a molecularly imprinted particle, a specific adsorbed particle and the like. Specific examples of the adsorbent include catechins for formaldehyde; polystyrene (PS) for volatile organic compounds (VOC), polycaprolactone (PCL), cycloolefin polymer (for example, trade name ZEONEX); antibodies for various antigens (for example, IgG); microorganisms for assimilation sugars or biochemical oxygen demand (BOD); for various chemical substances, molecularly imprinted particles specific for the chemical substances. The shape of the adsorbent is not particularly limited.

基材11は、1つの実施形態においては、例えばカンチレバーに使用され得る任意の適切な材料で構成される。基材の共振周波数は、好ましくは10kHz〜200MHz、さらに好ましくは100kHz〜100MHz、最も好ましくは1MHz〜30MHzである。基材がこのような非常に高い共振周波数を有することにより、極微量の物質の付着も検出可能となる。このような基材と上記検出部との相乗効果により、きわめて優れた検出感度・応答速度を有する検出素子が得られ得る。より具体的には、基材のバネ定数をK、有効質量をMとすると、共振周波数はf=(1/2π)*√(K/M)で求められる。さらに、基材の質量をmとすると、重量変化はΔf=−2(m/f)*Δfで求められる。したがって、基材の共振周波数が上記の範囲であれば、フェムトグラムオーダーの物質の付着を検出することができる。   In one embodiment, the substrate 11 is comprised of any suitable material that can be used, for example, in a cantilever. The resonance frequency of the substrate is preferably 10 kHz to 200 MHz, more preferably 100 kHz to 100 MHz, and most preferably 1 MHz to 30 MHz. Since the substrate has such a very high resonance frequency, it is possible to detect adhesion of a very small amount of substance. By such a synergistic effect of the base material and the detection unit, a detection element having extremely excellent detection sensitivity and response speed can be obtained. More specifically, when the spring constant of the substrate is K and the effective mass is M, the resonance frequency is obtained by f = (1 / 2π) * √ (K / M). Furthermore, when the mass of the base material is m, the change in weight is obtained by Δf = −2 (m / f) * Δf. Therefore, if the resonance frequency of the substrate is within the above range, the adhesion of a substance in femtogram order can be detected.

上記のような特性を有する基材構成材料の具体例としては、シリコン、ガリウムヒ素、窒化ケイ素などの半導体;および水晶が挙げられる。このような材料は、半導体微細加工プロセスにより基材に形成され得るので、製造効率および形状の制御性に優れる。特にシリコンが好ましい。入手および加工がいずれも容易であり、励振によるヒステリシスが少なく、かつ、耐久性に優れるからである。   Specific examples of the base material having the above characteristics include semiconductors such as silicon, gallium arsenide, and silicon nitride; and quartz. Since such a material can be formed on a substrate by a semiconductor microfabrication process, it is excellent in manufacturing efficiency and shape controllability. Silicon is particularly preferable. This is because both acquisition and processing are easy, hysteresis due to excitation is small, and durability is excellent.

上記のように、基材は、代表的には半導体微細加工プロセスにより形成される。例えば、基材は、シリコンウェハーの一部をエッチング除去することにより形成される。このシリコンウェハーは、代表的には(100)または(111)配向である。1つの実施形態においては、(100)配向シリコンは、エチル・ジアミン・ピロカテコールまたはKOH溶液を用いて、ウェットエッチングを施される。(100)配向シリコンは、(111)プレーンで非常に低いエッチング速度を示し、(111)軸に沿って、良好なエッチング停止がもたらされ、その結果、(100)から54.7°で、明確なエッチング・プレーンが生成される。別の実施形態においては、反応性イオンビームエッチング(RIE)、化学励起イオンビームエッチング、マイクロ波励起プラズマエッチング、誘導結合プラズマエッチングなどのドライエッチング技術が使用される。加工条件を調整することにより、深い異方性または等方性構造が得られ、優れた寸法制御が達成され得る。さらに別の実施形態においては、基材は、集束イオンビームミリング技術を用いて形成または形状変更されてもよい。このような微細加工技術を用いることにより、非常に小型の基材(最終的には検出素子)を作製することができる。その結果、共振周波数を非常に大きくできるので、応答速度・検出感度を非常に大きくすることができる。例えば、シリコンを用いた両持ち梁構造の50×300×100(μm)の基材の共振周波数は、61MHzとなる。   As described above, the base material is typically formed by a semiconductor microfabrication process. For example, the base material is formed by etching away a part of a silicon wafer. This silicon wafer is typically (100) or (111) oriented. In one embodiment, (100) oriented silicon is wet etched using ethyl diamine pyrocatechol or KOH solution. (100) oriented silicon exhibits a very low etch rate at the (111) plane, resulting in a good etch stop along the (111) axis, resulting in (100) to 54.7 ° A clear etch plane is produced. In another embodiment, dry etching techniques such as reactive ion beam etching (RIE), chemically excited ion beam etching, microwave excited plasma etching, inductively coupled plasma etching are used. By adjusting the processing conditions, a deep anisotropic or isotropic structure can be obtained and excellent dimensional control can be achieved. In yet another embodiment, the substrate may be formed or reshaped using a focused ion beam milling technique. By using such a microfabrication technique, a very small base material (finally a detection element) can be produced. As a result, the resonance frequency can be made very large, so that the response speed and detection sensitivity can be made very large. For example, the resonance frequency of a 50 × 300 × 100 (μm) base material having a double-supported beam structure using silicon is 61 MHz.

基材11は、別の実施形態においては、セラミックで構成される。セラミックの具体例としては、アルミナ、ジルコニアが挙げられる。セラミックは、耐熱性に優れるので、高温測定を必要とする検出装置に用いる場合に有用であり、また、適度な絶縁性を有するので、インピーダンス変化を用いて検出を行う場合に有用である。   In another embodiment, the substrate 11 is made of ceramic. Specific examples of the ceramic include alumina and zirconia. Since ceramic is excellent in heat resistance, it is useful when used in a detection device that requires high-temperature measurement. Since ceramic has appropriate insulation, it is useful when detection is performed using a change in impedance.

基材11の形状は特に限定されない。重量変化を検出する1つの実施形態においては、基材を正面14方向から見た形状は矩形である。このような形状であれば、検出装置においてアレイ化が容易である。基材が片持ち梁構造である場合には、1つの実施形態においては、基材を正面方向から見た形状は、固定端に近い部分が太く自由端に近い部分が細い形状を有する。基材の長手方向に垂直な断面形状は、例えば、矩形、円形、楕円形または多角形などである。インピーダンス変化を検出する別の実施形態においては、基材は板状であってもよい。この場合、所定の形状にパターニングされた電極を基材上に形成し、電極基板とすることができる。   The shape of the substrate 11 is not particularly limited. In one embodiment for detecting a change in weight, the shape of the substrate viewed from the front 14 direction is a rectangle. With such a shape, it is easy to form an array in the detection apparatus. When the substrate has a cantilever structure, in one embodiment, the shape of the substrate viewed from the front direction has a shape in which a portion near the fixed end is thick and a portion near the free end is thin. The cross-sectional shape perpendicular to the longitudinal direction of the substrate is, for example, a rectangle, a circle, an ellipse, or a polygon. In another embodiment for detecting impedance changes, the substrate may be plate-shaped. In this case, an electrode patterned in a predetermined shape can be formed on the base material to form an electrode substrate.

B.検出素子の製造方法
本発明の検出素子の製造方法は、繊維形成材料を含む溶液を電界下で射出することにより繊維を形成すること、および、該繊維を該電界の作用によって基板まで輸送し、さらに該基板に付着させて検出部を形成することを含む。以下、製造方法の好ましい一例について具体的に説明する。
B. Manufacturing method of detection element The manufacturing method of the detection element of the present invention forms a fiber by injecting a solution containing a fiber-forming material under an electric field, and transports the fiber to a substrate by the action of the electric field. Further, the detection unit is formed by being attached to the substrate. Hereinafter, a preferable example of the production method will be specifically described.

図3は、本発明の製造方法の好ましい一例を説明する模式図である。まず、繊維形成材料を含む溶液31を調製する。繊維形成材料は、上記A項で説明したとおりである。溶媒は、繊維形成材料の種類に応じて適切な溶媒が使用され得る。したがって、溶媒は、水系溶媒であってもよく、有機溶媒であってもよい。溶液の濃度は、溶液の粘度、溶液の表面張力、印加する電界Eの強さ、電極間距離D、繊維形成材料の分子量等に応じて変化し得る。1つの実施形態においては、溶液濃度は、好ましくは0.3〜15重量%であり;溶液の粘度は、好ましくは10〜400cpである。例えば、繊維形成材料がポリビニルアルコール(PVA)である場合には、分子量(ここでは、重合度)は、好ましくは1000〜3000である。この場合の溶液濃度は、好ましくは3〜10重量%である。あるいは、繊維形成材料が高分子多糖類である場合には、分子量は、好ましくは150万〜200万である。この場合の溶液濃度は、好ましくは0.3〜2重量%である。   FIG. 3 is a schematic diagram for explaining a preferred example of the production method of the present invention. First, a solution 31 containing a fiber forming material is prepared. The fiber forming material is as described in the above section A. An appropriate solvent can be used as the solvent depending on the type of the fiber-forming material. Therefore, the solvent may be an aqueous solvent or an organic solvent. The concentration of the solution can vary depending on the viscosity of the solution, the surface tension of the solution, the strength of the applied electric field E, the interelectrode distance D, the molecular weight of the fiber-forming material, and the like. In one embodiment, the solution concentration is preferably 0.3-15% by weight; the viscosity of the solution is preferably 10-400 cp. For example, when the fiber forming material is polyvinyl alcohol (PVA), the molecular weight (here, the degree of polymerization) is preferably 1000 to 3000. The solution concentration in this case is preferably 3 to 10% by weight. Alternatively, when the fiber forming material is a high molecular polysaccharide, the molecular weight is preferably 1.5 million to 2 million. The solution concentration in this case is preferably 0.3 to 2% by weight.

好ましくは、上記溶液は触媒および/または吸着体をさらに含む。触媒および吸着体は、上記A項で説明したとおりである。触媒および/または吸着体の含有量は、目的、触媒能、吸着能等に応じて変化し得る。触媒および/または吸着体を含有させることにより、触媒および/または吸着体が繊維に担持された検出部を形成することができる。上記溶液は、必要に応じて任意の適切な添加剤をさらに含有し得る。添加剤の具体例としては、界面活性剤、導電性付与剤(例えば、塩化リチウム)が挙げられる。   Preferably, the solution further comprises a catalyst and / or an adsorbent. The catalyst and the adsorbent are as described in the above section A. The content of the catalyst and / or the adsorbent can vary depending on the purpose, catalytic ability, adsorption ability and the like. By including the catalyst and / or the adsorbent, a detection unit in which the catalyst and / or the adsorbent is supported on the fiber can be formed. The solution may further contain any appropriate additive as required. Specific examples of the additive include a surfactant and a conductivity imparting agent (for example, lithium chloride).

次に、上記溶液31を射出デバイス(図示例ではシリンジポンプ)32に入れて、射出する。射出速度(ポンプを押す速度)は、溶液の粘度、溶液の表面張力、ノズル径、印加する電界の強さ等に応じて変化し得る。1つの実施形態においては、射出速度は、好ましくは5〜40μl/分であり、ノズル径は、好ましくは0.5〜1.5mmである。射出速度、溶液の粘度、溶液の表面張力、ノズル径、印加する電界の強さ、電極間距離、周囲温度等を適切に組み合わせて調整することにより、繊維が良好に形成される。これらの条件設定が不適切な場合には、粒子が形成され繊維が形成されない場合や、繊維が形成されても基板に到達しない場合がある。   Next, the solution 31 is put into an injection device (in the illustrated example, a syringe pump) 32 and injected. The injection speed (speed at which the pump is pressed) can vary depending on the viscosity of the solution, the surface tension of the solution, the nozzle diameter, the strength of the applied electric field, and the like. In one embodiment, the injection speed is preferably 5-40 μl / min and the nozzle diameter is preferably 0.5-1.5 mm. By adjusting the injection speed, the viscosity of the solution, the surface tension of the solution, the nozzle diameter, the strength of the applied electric field, the distance between the electrodes, the ambient temperature, etc., the fibers can be formed satisfactorily. If these condition settings are inappropriate, there are cases where particles are formed and fibers are not formed, or even if fibers are formed, they do not reach the substrate.

上記溶液31の射出は、電界Eが印加された状態で行われる。1つの実施形態においては、電界Eの強さ(印加電圧)は、好ましくは5〜30kVであり、電極間距離Dは、好ましくは3〜15cmである。射出速度、溶液の粘度、溶液の表面張力、ノズル径、印加する電界の強さ、電極間距離、周囲温度等を適切に組み合わせて調整することにより、正に帯電した溶液が射出されると、電界によって延伸され繊維33が形成される。当該延伸により、直径が非常に小さい繊維(いわゆるナノ繊維)が形成され得る。このようにして形成された繊維33はそのまま、電界の作用によって基板11まで輸送され、負に帯電した基板11に付着する。繊維形成材料および添加剤を適切に選択することにより、特別な接着操作を行うことなく(例えば、接着剤を用いることなく)繊維を基板に付着させることができる。例えば、繊維形成材料としてポリビニルアルコール(重合度1170)を用いる場合には、溶媒を水、溶液濃度を8重量%、ノズル径を0.8mm、電界の強さ(印加電圧)を10kV、電極間距離Dを9cm、周囲温度を24℃に設定すると、基板11上に検出部(不織布層)12が良好に形成され得る。この場合、繊維の直径は200nmであり、不織布層の厚みは30μmである。   The solution 31 is ejected in a state where an electric field E is applied. In one embodiment, the strength (applied voltage) of the electric field E is preferably 5 to 30 kV, and the interelectrode distance D is preferably 3 to 15 cm. When a positively charged solution is injected by adjusting the injection speed, solution viscosity, solution surface tension, nozzle diameter, applied electric field strength, interelectrode distance, ambient temperature, etc. The fiber 33 is formed by drawing by an electric field. By the stretching, fibers having a very small diameter (so-called nanofibers) can be formed. The fibers 33 thus formed are transported as they are to the substrate 11 by the action of the electric field, and adhere to the negatively charged substrate 11. By appropriately selecting the fiber forming material and the additive, the fiber can be attached to the substrate without performing a special bonding operation (for example, without using an adhesive). For example, when polyvinyl alcohol (degree of polymerization 1170) is used as the fiber forming material, the solvent is water, the solution concentration is 8% by weight, the nozzle diameter is 0.8 mm, the electric field strength (applied voltage) is 10 kV, and the distance between the electrodes. When the distance D is set to 9 cm and the ambient temperature is set to 24 ° C., the detection unit (nonwoven fabric layer) 12 can be satisfactorily formed on the substrate 11. In this case, the diameter of the fiber is 200 nm, and the thickness of the nonwoven fabric layer is 30 μm.

1つの実施形態においては、上記繊維33を基板11に選択的に付着させて、パターン化された検出部12を形成してもよい。具体的には、所定のパターンを有し剥離可能なマスクを基板に貼り付けた状態で、繊維の形成、輸送および付着を行えばよい。   In one embodiment, the fiber 33 may be selectively attached to the substrate 11 to form the patterned detection unit 12. Specifically, the fibers may be formed, transported, and attached in a state where a peelable mask having a predetermined pattern is attached to the substrate.

上記シリンジポンプ32のノズルは、単一の射出孔を有していてもよく、複数の射出孔を有していてもよい。単一の射出孔を有する場合には、繊維の形状制御が容易であり、複数の射出孔を有する場合には、生産性に優れる。   The nozzle of the syringe pump 32 may have a single injection hole or may have a plurality of injection holes. In the case of having a single injection hole, the shape control of the fiber is easy, and in the case of having a plurality of injection holes, the productivity is excellent.

C.検出装置
図4Aは、本発明の好ましい実施形態による検出装置の概略斜視図である。検出装置100は、検出素子10を含む。検出素子は、上記A項およびB項で説明したとおりである。検出素子は単一であってもよく、図示例のように複数の検出素子でアレイを構成してもよい。また、図示例では検出素子が片持ち梁構造である場合を説明しているが、検出素子は両持ち梁構造であってもよい。検出装置100は、検出素子10を励振させるための電極および検出素子10の共振周波数の変化を検出する検出器ユニットをさらに含む(いずれも図示せず)。
C. Detection Device FIG. 4A is a schematic perspective view of a detection device according to a preferred embodiment of the present invention. The detection device 100 includes a detection element 10. The detection element is as described in the above items A and B. The detection element may be a single element, or an array may be constituted by a plurality of detection elements as shown in the illustrated example. In the illustrated example, the case where the detection element has a cantilever structure is described. However, the detection element may have a double-sided beam structure. The detection apparatus 100 further includes an electrode for exciting the detection element 10 and a detector unit that detects a change in the resonance frequency of the detection element 10 (none is shown).

検出素子10が測定すべき物質を含む流体(気体または液体)と接触すると、測定すべき物質が検出部12と反応し、および/または、検出部12に付着する。その結果、検出素子の共振周波数が変化し、当該周波数変化が検出器ユニット(図示せず)で検出され、流体(検査試料)において測定すべき物質の存在が確認される。上記A項で説明したように、検出素子10の検出部12の比表面積は非常に大きいので、測定すべき物質は検出部12ときわめて良好に特異的に反応し、および/または、検出部12にきわめて良好に特異的に付着する。したがって、非常に高精度・高感度での測定・検出が可能となる。   When the detection element 10 comes into contact with a fluid (gas or liquid) containing a substance to be measured, the substance to be measured reacts with the detection unit 12 and / or adheres to the detection unit 12. As a result, the resonance frequency of the detection element changes, the frequency change is detected by a detector unit (not shown), and the presence of the substance to be measured is confirmed in the fluid (test sample). As described in the above section A, the specific surface area of the detection unit 12 of the detection element 10 is very large, so that the substance to be measured reacts with the detection unit 12 very well and / or in the detection unit 12. It adheres very well and specifically. Therefore, measurement / detection with very high accuracy and high sensitivity is possible.

図4Bは、本発明の別の好ましい実施形態による検出装置の概略斜視図である。この検出装置200においては、板状の基材11上にパターン化された電極(図示例では、櫛歯状電極)が形成され、電極基板とされている。電極は、検出器ユニット(図示せず)に接続されている。当該電極上に検出部12が形成され、検出素子が構成されている。検出部12は、上記A項およびB項で説明したとおりである。本実施形態の検出装置によれば、検出素子10が測定すべき物質を含む流体と接触すると、検出素子のインピーダンスが変化し、当該インピーダンス変化が検出器ユニット(図示せず)で検出され、流体(検査試料)において測定すべき物質の存在が確認される。本実施形態においても、上記実施形態と同様に、非常に高精度・高感度での測定・検出が可能となる。   FIG. 4B is a schematic perspective view of a detection device according to another preferred embodiment of the present invention. In this detection device 200, a patterned electrode (comb-like electrode in the illustrated example) is formed on a plate-like base material 11 to form an electrode substrate. The electrodes are connected to a detector unit (not shown). The detection part 12 is formed on the said electrode, and the detection element is comprised. The detection part 12 is as having demonstrated by the said A term and B term. According to the detection device of this embodiment, when the detection element 10 comes into contact with a fluid containing a substance to be measured, the impedance of the detection element changes, and the change in impedance is detected by a detector unit (not shown). The presence of the substance to be measured is confirmed in (inspection sample). Also in the present embodiment, measurement and detection with very high accuracy and high sensitivity are possible, as in the above embodiment.

以下、本発明を実施例により具体的に説明するが、本発明はこれら実施例には限定されない。   EXAMPLES Hereinafter, the present invention will be specifically described with reference to examples, but the present invention is not limited to these examples.

市販のポリビニルアルコール(重合度2000、ナカライテスク社製、商品名ポリビニルアルコール200)を用いて、5重量%のPVA水溶液を調製した。この溶液の粘度は75cpであった。この溶液を、電源の正極に接続したシリンジポンプに入れた。一方、ターゲットとして電源の負極に接続したシリコンウェハーを配置した。シリンジポンプ先端とシリコンウェハーとの距離は9cmに設定した。10kVの電圧を印加した状態で、シリンジポンプを押して溶液を射出した。その結果、繊維が形成され、かつ、当該繊維は電界によってシリコンウェハーまで到達し付着し、繊維層(不織布層)が形成された。繊維層の厚みは22μmであった。   Using a commercially available polyvinyl alcohol (degree of polymerization 2000, manufactured by Nacalai Tesque, trade name polyvinyl alcohol 200), a 5% by weight PVA aqueous solution was prepared. The viscosity of this solution was 75 cp. This solution was placed in a syringe pump connected to the positive electrode of the power source. On the other hand, a silicon wafer connected to the negative electrode of the power source was arranged as a target. The distance between the syringe pump tip and the silicon wafer was set to 9 cm. With the voltage of 10 kV applied, the syringe pump was pushed to inject the solution. As a result, fibers were formed, and the fibers reached and adhered to the silicon wafer by an electric field to form a fiber layer (nonwoven fabric layer). The thickness of the fiber layer was 22 μm.

PVA水溶液の濃度を8重量%としたこと以外は実施例1と同様にして繊維を形成した。なお、この溶液の粘度は357cpであった。形成された繊維は、電界によってシリコンウェハーまで到達し付着し、繊維層(不織布層)が形成された。繊維層の厚みは30μmであった。繊維層の電子顕微鏡写真を図5に示す。   Fibers were formed in the same manner as in Example 1 except that the concentration of the aqueous PVA solution was 8% by weight. The viscosity of this solution was 357 cp. The formed fiber reached and adhered to the silicon wafer by an electric field, and a fiber layer (nonwoven fabric layer) was formed. The thickness of the fiber layer was 30 μm. An electron micrograph of the fiber layer is shown in FIG.

エタノール80部にポリビニルピロリドン(PVP)(ISP TECHNOLOGIES, INC.社製、商品名K−90、分子量36万)10部を溶解し、ここに酢酸31部を加えた。この溶液に、チタンイソプロポキシド15部を混合し、30分以上攪拌して、PVP−TiOゾル溶液を調製した。このゾル溶液を、電源の正極に接続したシリンジポンプに入れた。一方、ターゲットとして電源の負極に接続したシリコンウェハーを配置した。シリンジポンプ先端とシリコンウェハーとの距離は10cmに設定した。10kVの電圧を印加した状態で、シリンジポンプを押して溶液を射出した。射出速度は8.3μl/分であった。その結果、繊維が形成され、かつ、当該繊維は電界によってシリコンウェハーまで到達し付着し、繊維層(不織布層)が形成された。繊維層の厚みは20μmであった。得られた繊維層を500℃で3時間、空気中雰囲気にて焼成し、結晶化した(アナターゼ相)TiOナノファイバー不織布層を得た。結晶化前後の繊維層の電子顕微鏡写真を図6に示す。 10 parts of polyvinylpyrrolidone (PVP) (manufactured by ISP TECHNOLOGIES, INC., Trade name K-90, molecular weight 360,000) was dissolved in 80 parts of ethanol, and 31 parts of acetic acid was added thereto. To this solution, 15 parts of titanium isopropoxide was mixed and stirred for 30 minutes or more to prepare a PVP-TiO 2 sol solution. This sol solution was placed in a syringe pump connected to the positive electrode of the power source. On the other hand, a silicon wafer connected to the negative electrode of the power source was arranged as a target. The distance between the syringe pump tip and the silicon wafer was set to 10 cm. With the voltage of 10 kV applied, the syringe pump was pushed to inject the solution. The injection rate was 8.3 μl / min. As a result, fibers were formed, and the fibers reached and adhered to the silicon wafer by an electric field to form a fiber layer (nonwoven fabric layer). The thickness of the fiber layer was 20 μm. The obtained fiber layer was baked in an air atmosphere at 500 ° C. for 3 hours to obtain a crystallized (anatase phase) TiO 2 nanofiber nonwoven fabric layer. The electron micrographs of the fiber layer before and after crystallization are shown in FIG.

蒸留水4部に酢酸亜鉛・二水和物2部を溶解し、1時間攪拌した。この溶液に、20重量%のPVA水溶液6部を徐々に加え、添加後3時間以上攪拌した。さらに、この溶液を50℃に加熱し、6時間攪拌して、PVA−ZnO前駆体溶液を調製した。この前駆体溶液を、電源の正極に接続したシリンジポンプに入れた。一方、ターゲットとして電源の負極に接続したシリコンウェハーを配置した。シリンジポンプ先端とシリコンウェハーとの距離は5cmに設定した。18kVの電圧を印加した状態で、シリンジポンプを押して溶液を射出した。その結果、繊維が形成され、かつ、当該繊維は電界によってシリコンウェハーまで到達し付着し、繊維層(不織布層)が形成された。得られた繊維層を400℃で3時間、空気中雰囲気にて焼成し、PVA−ZnOナノファイバー不織布層を得た。結晶化後の繊維層の電子顕微鏡写真を図7に示す。   2 parts of zinc acetate dihydrate was dissolved in 4 parts of distilled water and stirred for 1 hour. To this solution, 6 parts of a 20 wt% PVA aqueous solution was gradually added and stirred for 3 hours or more after the addition. Further, this solution was heated to 50 ° C. and stirred for 6 hours to prepare a PVA-ZnO precursor solution. This precursor solution was placed in a syringe pump connected to the positive electrode of the power source. On the other hand, a silicon wafer connected to the negative electrode of the power source was arranged as a target. The distance between the syringe pump tip and the silicon wafer was set to 5 cm. With the voltage of 18 kV applied, the syringe pump was pushed to inject the solution. As a result, fibers were formed, and the fibers reached and adhered to the silicon wafer by an electric field to form a fiber layer (nonwoven fabric layer). The obtained fiber layer was fired at 400 ° C. for 3 hours in an air atmosphere to obtain a PVA-ZnO nanofiber nonwoven fabric layer. An electron micrograph of the fiber layer after crystallization is shown in FIG.

ポリアクリロニトリル(Aldrich社製、商品名)の8重量%DMF溶液10部と二酢酸セルロース(ダイセル化学社製、商品名CAL20)の10重量%DMF溶液8部を混合して溶液を調製した。一方、10mm×10mmのアルミナセラミック基板にスパッター法にてチタンを30nmの厚みで櫛歯状に成膜し、その上にプラチナを50nmの厚みで成膜して、櫛歯状電極を形成した。このようにして、インピーダンス測定用電極基板を作製した。上記溶液を、電源の正極に接続したシリンジポンプに入れた。一方、ターゲットとして電源の負極に接続した電極基板を配置した。シリンジポンプ先端と電極基板との距離は7cmに設定した。17kVの電圧を印加した状態で、シリンジポンプを押して溶液を射出した。その結果、繊維が形成され、かつ、当該繊維は電界によって電極基板まで到達し付着し、櫛歯状電極上に繊維層(不織布層)が形成された。繊維層の厚みは10μmであった。このようにして、検出素子(湿度センサー)を作製した。   A solution was prepared by mixing 10 parts of an 8 wt% DMF solution of polyacrylonitrile (trade name, manufactured by Aldrich) and 8 parts of a 10 wt% DMF solution of cellulose diacetate (trade name, CAL20, manufactured by Daicel Chemical Industries). On the other hand, titanium was formed in a comb-like shape with a thickness of 30 nm on a 10 mm × 10 mm alumina ceramic substrate by sputtering, and platinum was formed thereon with a thickness of 50 nm to form a comb-like electrode. In this way, an electrode substrate for impedance measurement was produced. The solution was placed in a syringe pump connected to the positive electrode of the power source. On the other hand, an electrode substrate connected to the negative electrode of the power source was disposed as a target. The distance between the tip of the syringe pump and the electrode substrate was set to 7 cm. With the voltage of 17 kV applied, the syringe pump was pushed to inject the solution. As a result, fibers were formed, and the fibers reached and adhered to the electrode substrate by an electric field, and a fiber layer (nonwoven fabric layer) was formed on the comb-like electrode. The thickness of the fiber layer was 10 μm. In this way, a detection element (humidity sensor) was produced.

上記で作製した湿度センサーを用いて、周波数1kHz、印加電圧1V、温度25℃で、湿度を85%から20%に変化させたときのインピーダンス変化を測定した。結果を、後述の比較例1の結果と併せて図8に示す。図8に示すグラフの曲線から飽和時間を求め、これを応答速度とした。応答速度は8分であった。   Using the humidity sensor produced above, impedance change was measured when the humidity was changed from 85% to 20% at a frequency of 1 kHz, an applied voltage of 1 V, and a temperature of 25 ° C. The results are shown in FIG. 8 together with the results of Comparative Example 1 described later. The saturation time was obtained from the curve of the graph shown in FIG. 8, and this was used as the response speed. The response speed was 8 minutes.

(比較例1)
実施例5の溶液を用いて実施例5の電極基板の櫛歯状電極上にキャスト膜(厚み:10μm)を形成したこと以外は実施例5と同様にして、検出素子(湿度センサー)を作製した。得られた湿度センサーについて、実施例5と同様にしてインピーダンス変化を測定した。結果を図8に示す。図8に示すグラフの曲線から飽和時間を求め、これを応答速度とした。応答速度は32分であった。
(Comparative Example 1)
A detection element (humidity sensor) was produced in the same manner as in Example 5 except that a cast film (thickness: 10 μm) was formed on the comb-like electrode of the electrode substrate of Example 5 using the solution of Example 5. did. With respect to the obtained humidity sensor, the impedance change was measured in the same manner as in Example 5. The results are shown in FIG. The saturation time was obtained from the curve of the graph shown in FIG. 8, and this was used as the response speed. The response speed was 32 minutes.

実施例5と比較例1の結果を比較すると明らかなように、本発明の不織布層を用いた検出素子は、従来の塗布膜を用いた検出素子に比べて応答速度が4倍速いことがわかる。   As is clear from the comparison between the results of Example 5 and Comparative Example 1, it can be seen that the detection element using the nonwoven fabric layer of the present invention has a response speed four times faster than the detection element using the conventional coating film. .

本発明の検出素子は、各種センサーに好適に利用され得る。例えば、生活臭モニタリング、火災臭モニタリング、鮮度モニタリング、初期診断、危険物等の探知および環境計測用の匂いセンサー、水素ガスセンサー、血糖値測定用のグルコース酵素センサー、BOD測定用の微生物センサー、湿度センサーとして好適に利用され得る。   The detection element of the present invention can be suitably used for various sensors. For example, life odor monitoring, fire odor monitoring, freshness monitoring, initial diagnosis, detection of dangerous substances, etc. and odor sensor for environmental measurement, hydrogen gas sensor, glucose enzyme sensor for blood glucose measurement, microbial sensor for BOD measurement, humidity It can be suitably used as a sensor.

本発明の好ましい実施形態による検出素子の概略断面図である。It is a schematic sectional drawing of the detection element by preferable embodiment of this invention. (a)および(b)はそれぞれ、本発明の検出素子における検出部の構成を説明する模式図である。(A) And (b) is a schematic diagram explaining the structure of the detection part in the detection element of this invention, respectively. 本発明の検出素子の製造方法の好ましい一例を説明する模式図である。It is a schematic diagram explaining a preferable example of the manufacturing method of the detection element of this invention. 本発明の好ましい実施形態による検出装置の概略斜視図である。1 is a schematic perspective view of a detection device according to a preferred embodiment of the present invention. 本発明の別の好ましい実施形態による検出装置の概略斜視図である。FIG. 6 is a schematic perspective view of a detection device according to another preferred embodiment of the present invention. 本発明の実施例で形成された繊維層の電子顕微鏡写真である。It is an electron micrograph of the fiber layer formed in the Example of this invention. 本発明の別の実施例で形成された繊維層の電子顕微鏡写真である。It is an electron micrograph of the fiber layer formed in another Example of this invention. 本発明のさらに別の実施例で形成された繊維層の電子顕微鏡写真である。It is an electron micrograph of the fiber layer formed in another Example of this invention. 本発明の実施例の検出素子と比較例の検出素子のインピーダンス変化を比較して示すグラフである。It is a graph which compares and shows the impedance change of the detection element of the Example of this invention, and the detection element of a comparative example.

符号の説明Explanation of symbols

10 検出素子
11 基材
12 検出部
100 検出装置
200 検出装置
DESCRIPTION OF SYMBOLS 10 Detection element 11 Base material 12 Detection part 100 Detection apparatus 200 Detection apparatus

Claims (15)

気体または液体と接触して物理量または化学量を検出する検出素子であって、
2つの主表面を有する基材と、該基材の該主表面の少なくとも1つに形成され、繊維で構成された検出部とを有する、検出素子。
A detection element that detects a physical quantity or a chemical quantity in contact with a gas or a liquid,
A detection element comprising: a base material having two main surfaces; and a detection portion formed on at least one of the main surfaces of the base material and made of fibers.
前記繊維が1nm〜999nmの直径を有する、請求項1に記載の検出素子。   The detection element according to claim 1, wherein the fiber has a diameter of 1 nm to 999 nm. 前記繊維が、実質的に円形または楕円形の断面を有する、請求項1または2に記載の検出素子。   The detection element according to claim 1, wherein the fibers have a substantially circular or elliptical cross section. 前記検出部が、前記繊維に担持された触媒および/または吸着体を含む、請求項1から3のいずれかに記載の検出素子。   The detection element according to claim 1, wherein the detection unit includes a catalyst and / or an adsorbent supported on the fiber. 前記繊維を形成する材料が、検出すべき物質と特異的に反応し、および/または、検出すべき物質を特異的に吸着する、請求項1から4のいずれかに記載の検出素子。   The detection element according to claim 1, wherein the material forming the fiber specifically reacts with the substance to be detected and / or specifically adsorbs the substance to be detected. 前記繊維を構成する材料が、ポリビニルアルコール、その共重合体、高分子多糖類およびその誘導体から選択される少なくとも1つである、請求項1から5のいずれかに記載の検出素子。   The detection element according to any one of claims 1 to 5, wherein the material constituting the fiber is at least one selected from polyvinyl alcohol, a copolymer thereof, a high molecular polysaccharide, and a derivative thereof. 前記繊維を構成する材料が、酸化チタン、酸化亜鉛および酸化スズから選択される少なくとも1つの金属酸化物である、請求項1から5のいずれかに記載の検出素子。   The detection element according to claim 1, wherein the material constituting the fiber is at least one metal oxide selected from titanium oxide, zinc oxide, and tin oxide. 前記基材の共振周波数が、10kHz〜200MHzである、請求項1から7のいずれかに記載の検出素子。   The detection element according to claim 1, wherein a resonance frequency of the base material is 10 kHz to 200 MHz. 前記検出される物理量または化学量が、重量変化である、請求項1から8のいずれかに記載の検出素子。   The detection element according to claim 1, wherein the detected physical quantity or chemical quantity is a change in weight. 前記検出される物理量または化学量が、インピーダンス変化である、請求項1から8のいずれかに記載の検出素子。   The detection element according to claim 1, wherein the detected physical quantity or chemical quantity is an impedance change. 前記基材がシリコン、水晶またはセラミックである、請求項1から10のいずれかに記載の検出素子。   The detection element according to claim 1, wherein the base material is silicon, crystal, or ceramic. 繊維形成材料を含む溶液を電界下で射出することにより繊維を形成すること、および
該繊維を該電界の作用によって基板まで輸送し、さらに該基板に付着させて検出部を形成すること
を含む、検出素子の製造方法。
Forming a fiber by injecting a solution containing a fiber-forming material under an electric field, and transporting the fiber to a substrate by the action of the electric field, and further attaching the fiber to the substrate to form a detection unit. A method for manufacturing a detection element.
前記溶液が触媒および/または吸着体をさらに含む、請求項12に記載の製造方法。   The production method according to claim 12, wherein the solution further contains a catalyst and / or an adsorbent. 前記繊維を前記基板に選択的に付着させて、パターン化された検出部を形成することを含む、請求項12または13に記載の製造方法。   The manufacturing method of Claim 12 or 13 including making the said fiber selectively adhere to the said board | substrate, and forming the patterned detection part. 請求項1から14のいずれかに記載の検出素子を含む、検出装置。

A detection device comprising the detection element according to claim 1.

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