JP2012247189A - Graphene sensor, substance species analyzer using sensor, and method for detecting substance species using sensor - Google Patents
Graphene sensor, substance species analyzer using sensor, and method for detecting substance species using sensor Download PDFInfo
- Publication number
- JP2012247189A JP2012247189A JP2011116414A JP2011116414A JP2012247189A JP 2012247189 A JP2012247189 A JP 2012247189A JP 2011116414 A JP2011116414 A JP 2011116414A JP 2011116414 A JP2011116414 A JP 2011116414A JP 2012247189 A JP2012247189 A JP 2012247189A
- Authority
- JP
- Japan
- Prior art keywords
- graphene
- channel
- species
- sensor
- sensor according
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Granted
Links
Images
Abstract
Description
本発明は、センシング部位としてグラフェン膜を用いたセンサに関し、特に検体溶液から所定の物質種を選択的に検知するグラフェンセンサに関するものである。また、該センサを利用した物質種分析装置および該センサを利用した物質種検知方法に関するものである。 The present invention relates to a sensor using a graphene film as a sensing site, and more particularly to a graphene sensor that selectively detects a predetermined substance type from a specimen solution. In addition, the present invention relates to a substance type analyzer using the sensor and a substance type detection method using the sensor.
DNA等の生物学種を分析する従来の方法として、DNAマイクロアレイ(DNAチップ)を用いて光学的に検知する方法がある。DNAチップを用いた検知方法は、多数の遺伝子発現を一度に調べられる利点があるが、分析には複雑な手順と高度な知見とを要する欠点もある専門的な手法であった。これに対し、より簡便かつより高感度な分析手法として、ナノ材料を用いて化学種や生物学種を電気的に検知する方法が、近年、精力的に研究されている。グラフェン膜をチャネルとしたトランジスタを形成することにより、化学種や生物学種(例えば、溶液中の水素イオンやタンパク質の濃度)を電気的に検知するセンサが得られると報告されている(例えば、特許文献1、非特許文献1参照)。 As a conventional method for analyzing biological species such as DNA, there is a method of optical detection using a DNA microarray (DNA chip). The detection method using a DNA chip has the advantage of being able to examine a large number of gene expressions at once, but the analysis method is a specialized method that has the disadvantage of requiring complicated procedures and advanced knowledge. On the other hand, as a simpler and more sensitive analysis technique, a method of electrically detecting chemical species and biological species using nanomaterials has been energetically studied in recent years. It has been reported that by forming a transistor with a graphene film as a channel, a sensor that electrically detects chemical species and biological species (for example, the concentration of hydrogen ions and proteins in a solution) can be obtained (for example, (See Patent Document 1 and Non-Patent Document 1).
ここで、グラフェンとは、ベンゼン環を2次元平面に敷き詰めた六員環シートのことであり、閉曲面を構成していないものを言う。グラフェンを筒状に丸めて閉曲面を構成したものがカーボンナノチューブであり、グラフェンを多数枚積層したものがグラファイトである。グラフェンの各炭素原子はsp2混成軌道を形成しており、シートの上下には非局在化した電子が存在している。グラフェンは、その特異的な材料物性から「ポストSi」の新素材として有望視されている材料である。 Here, graphene refers to a six-membered ring sheet in which benzene rings are spread on a two-dimensional plane, and does not constitute a closed curved surface. A carbon nanotube is formed by rounding graphene into a cylindrical shape to form a closed curved surface, and graphite is formed by stacking a large number of graphenes. Each carbon atom of graphene forms sp 2 hybrid orbitals, and delocalized electrons exist above and below the sheet. Graphene is a promising material as a new material for “Post-Si” due to its unique material properties.
非特許文献1におけるグラフェン電界効果トランジスタは、天然黒鉛から機械的に剥離した単原子層グラフェン結晶(サイズ:約10μm)をシリコン基板の熱酸化膜上に転写してチャネルとして用い、Ti/Au膜(厚さ:5 nm/30 nm)のソース電極とドレイン電極とが形成された構造を有している。該グラフェン電界効果トランジスタは、グラフェン膜(チャネル)と検体溶液(被検知物質種として水素イオンやタンパク質が溶解した溶液)との界面で形成される電気二重層に起因するチャネルの電位変化を利用して検知するセンサである。 The graphene field-effect transistor in Non-Patent Document 1 uses a monoatomic graphene crystal (size: about 10 μm) mechanically separated from natural graphite as a channel by transferring it onto a thermal oxide film on a silicon substrate. It has a structure in which a source electrode and a drain electrode (thickness: 5 nm / 30 nm) are formed. The graphene field-effect transistor utilizes a channel potential change caused by an electric double layer formed at the interface between a graphene film (channel) and a sample solution (a solution in which hydrogen ions or proteins are dissolved as a species to be detected). It is a sensor to detect.
しかしながら、非特許文献1に記載のセンサは電気二重層に起因する電位変化を測定するのみであり、この検知原理のため複数の物質種が混在する検体溶液から所定の物質種を選択的に検知することが困難である。言い換えると、検体溶液に対して検知する物質種を予め選別するための前処理が必要になるという問題があった。 However, the sensor described in Non-Patent Document 1 only measures a potential change caused by the electric double layer, and for this detection principle, a predetermined substance type is selectively detected from a sample solution in which a plurality of substance types are mixed. Difficult to do. In other words, there has been a problem that a pretreatment for selecting in advance a substance type to be detected for the specimen solution is required.
したがって、本発明の目的は、複数の物質種が混在する検体溶液からでも所定の物質種を選択的にかつ高感度で検出することができるグラフェンセンサを提供することにある。また、そのようなグラフェンセンサを利用した物質種分析装置および物質種検知方法を提供することにある。 Therefore, an object of the present invention is to provide a graphene sensor capable of selectively detecting a predetermined substance type with high sensitivity even from a specimen solution in which a plurality of substance types are mixed. It is another object of the present invention to provide a material species analyzer and a material species detection method using such a graphene sensor.
本発明は、上記目的を達成するため、センシング部位としてグラフェン膜を利用したセンサであって、前記センサは、基板上に形成された前記グラフェン膜のチャネルと、前記チャネルの一端に接合されたソース電極と、前記チャネルの他端に接合されたドレイン電極とを含む電界効果トランジスタ構造を有し、前記グラフェン膜は、前記基板の表面に平行なグラフェン結晶からなり、前記グラフェン結晶のエッジには、被検知物質種を吸着または被検知物質種と結合する官能基が修飾されていることを特徴とするグラフェンセンサを提供する。 In order to achieve the above object, the present invention provides a sensor using a graphene film as a sensing site, the sensor including a channel of the graphene film formed on a substrate and a source bonded to one end of the channel A field effect transistor structure including an electrode and a drain electrode joined to the other end of the channel, the graphene film is made of graphene crystal parallel to the surface of the substrate, and the edge of the graphene crystal is Provided is a graphene sensor characterized in that a functional group that adsorbs or binds a detected substance species to the detected substance species is modified.
また、本発明は、上記目的を達成するため、所定の物質種を選択的に検知する分析装置であって、検体サンプリング部と検知部と制御測定部と表示部とを有し、前記検知部は、本発明に係るグラフェンセンサと、前記ドレイン電極に対して電圧を印加する機構と、前記基板に対して電圧を印加する機構とを有することを特徴とする物質種分析装置を提供する。 In order to achieve the above object, the present invention is an analyzer for selectively detecting a predetermined substance type, comprising a sample sampling unit, a detection unit, a control measurement unit, and a display unit, and the detection unit Provides a graphene sensor according to the present invention, a mechanism for applying a voltage to the drain electrode, and a mechanism for applying a voltage to the substrate.
また、本発明は、上記目的を達成するため、所定の物質種を選択的に検知する分析装置であって、検体サンプリング部と検知部と制御測定部と表示部とを有し、前記検知部は、本発明に係るグラフェンセンサと、前記ドレイン電極に対して電圧を印加する機構と、前記チャネルと接触している検体溶液に対して電圧を印加する機構とを有することを特徴とする物質種分析装置を提供する。 In order to achieve the above object, the present invention is an analyzer for selectively detecting a predetermined substance type, comprising a sample sampling unit, a detection unit, a control measurement unit, and a display unit, and the detection unit Comprises a graphene sensor according to the present invention, a mechanism for applying a voltage to the drain electrode, and a mechanism for applying a voltage to an analyte solution in contact with the channel. An analytical device is provided.
また、本発明は、上記目的を達成するため、本発明に係るグラフェンセンサを利用した物質種検知方法であって、前記被検知物質種を含む検体溶液を前記チャネルに接触させるステップと、前記被検知物質種が前記官能基に吸着または結合することに起因した前記チャネルの電位変化を検出して前記被検知物質種を検知するステップとを有することを特徴とする物質種検知方法を提供する。 In order to achieve the above object, the present invention provides a method for detecting a species using a graphene sensor according to the present invention, the method comprising contacting a sample solution containing the species to be detected with the channel, And detecting a change in the potential of the channel caused by the detection substance species adsorbed or bonded to the functional group to detect the detection substance species.
また、本発明は、上記目的を達成するため、本発明に係るグラフェンセンサを利用した物質種検知方法であって、前記被検知物質種を含む検体溶液を前記チャネルに接触させるステップと、前記被検知物質種が前記官能基と結合して電子または正孔を前記チャネルに付与することに起因した前記チャネルの電流変化を検出して前記被検知物質種を検知するステップとを有することを特徴とする物質種検知方法を提供する。 In order to achieve the above object, the present invention provides a method for detecting a species using a graphene sensor according to the present invention, the method comprising contacting a sample solution containing the species to be detected with the channel, Detecting a change in current of the channel caused by binding of a detection substance species to the functional group to impart electrons or holes to the channel, and detecting the detection substance species. Provided is a method for detecting the type of substance.
なお、本発明で言う「グラフェン膜」とは、10原子層以下のグラフェン膜と定義する。これは、グラフェン膜が10原子層を超えると金属的な性質を示すようになり、半導体的な電流増幅作用が希薄となるためである。5原子層以下のグラフェン膜であることがより好ましい。また、グラフェン結晶の「エッジ」とは、グラフェン結晶のc面以外の面(いわゆるa面やb面)を意味するものとする。 Note that the “graphene film” in the present invention is defined as a graphene film having 10 atomic layers or less. This is because when the graphene film exceeds 10 atomic layers, it exhibits metallic properties and the semiconductor current amplification action becomes dilute. A graphene film having 5 atomic layers or less is more preferable. Further, the “edge” of the graphene crystal means a surface other than the c-plane (so-called a-plane or b-plane) of the graphene crystal.
本発明によれば、複数の物質種が混在する検体溶液からでも所定の物質種を選択的にかつ高感度で検出することができるグラフェンセンサを提供することができる。また、そのようなグラフェンセンサを利用した物質種分析装置および物質種検知方法を提供することができる。例えば、本発明に係るグラフェンセンサを医療診断用のバイオセンサとして利用することにより、高速・高感度での疾病診断が可能となる。 According to the present invention, it is possible to provide a graphene sensor that can selectively detect a predetermined substance type with high sensitivity even from a sample solution in which a plurality of substance types are mixed. In addition, a material species analyzer and a material species detection method using such a graphene sensor can be provided. For example, by using the graphene sensor according to the present invention as a biosensor for medical diagnosis, disease diagnosis with high speed and high sensitivity becomes possible.
前述したように、本発明に係るグラフェンセンサは、センシング部位としてグラフェン膜を利用したセンサであって、前記センサは、基板上に形成された前記グラフェン膜のチャネルと、前記チャネルの一端に接合されたソース電極と、前記チャネルの他端に接合されたドレイン電極とを含む電界効果トランジスタ構造を有し、前記グラフェン膜は、前記基板の表面に平行なグラフェン結晶のシートからなり、前記グラフェン結晶のエッジには、被検知物質種を吸着または被検知物質種と結合する官能基が修飾されていることを特徴とする。 As described above, the graphene sensor according to the present invention is a sensor using a graphene film as a sensing portion, and the sensor is bonded to a channel of the graphene film formed on a substrate and one end of the channel. A field effect transistor structure including a source electrode and a drain electrode joined to the other end of the channel, wherein the graphene film is made of a sheet of graphene crystal parallel to the surface of the substrate, The edge is characterized in that a functional group that adsorbs or binds to the detected substance species is modified.
また、本発明は、上記の発明に係るグラフェンセンサにおいて、以下のような改良や変更を加えることができる。
(1)前記ソース電極と前記ドレイン電極との間の距離をLとした時に、前記チャネル内における前記グラフェン結晶の前記エッジの総延長が20L以上である。
(2)前記グラフェン膜は、多数のグラフェン結晶小片が重なり合って電気的に接合した多結晶体である。
(3)前記グラフェン結晶小片の平均サイズが10 nm以上100μm以下である。
(4)前記官能基はプローブDNAであり、前記プローブDNAは、DNA二重螺旋構造を形成する片方鎖であって既知の塩基配列を有するDNA断片である。
(5)前記官能基は、所定の抗体と選択的に結合する抗原である。
(6)前記官能基は、所定の物質を選択的に分解する酵素である。
(7)前記官能基は、所定のイオンと選択的に結合する官能基、または所定のイオンと選択的に結合する媒介物質に対して選択的に結合する官能基である。
(8)前記基板と前記グラフェン膜との間には、パターニングされた酸化アルミニウム膜の絶縁層が形成されており、前記グラフェン膜は、前記酸化アルミニウム膜の表面上のみに形成されている。
(9)前記被検知物質種を含む検体溶液を前記チャネルと接触させるための流路またはプールを構成するバンクが更に形成されている。
Further, the present invention can add the following improvements and changes to the graphene sensor according to the above invention.
(1) When the distance between the source electrode and the drain electrode is L, the total extension of the edge of the graphene crystal in the channel is 20L or more.
(2) The graphene film is a polycrystalline body in which a large number of graphene crystal pieces overlap and are electrically joined.
(3) The average size of the graphene crystal pieces is 10 nm or more and 100 μm or less.
(4) The functional group is a probe DNA, and the probe DNA is a DNA fragment having a known base sequence that is a single strand that forms a DNA double helix structure.
(5) The functional group is an antigen that selectively binds to a predetermined antibody.
(6) The functional group is an enzyme that selectively decomposes a predetermined substance.
(7) The functional group is a functional group that selectively binds to a predetermined ion or a functional group that selectively binds to a mediator that selectively binds to a predetermined ion.
(8) An insulating layer of a patterned aluminum oxide film is formed between the substrate and the graphene film, and the graphene film is formed only on the surface of the aluminum oxide film.
(9) A bank constituting a flow path or a pool for bringing a sample solution containing the detected substance species into contact with the channel is further formed.
以下、図面を参照しながら本発明に係る実施形態を説明する。ただし、本発明はここで取り上げた実施の形態に限定されることはなく、要旨を変更しない範囲で適宜改良や組み合わせを行ってもよい。なお、図面中で同義の部分には同一の符号を付して重複する説明を省略する。 Embodiments according to the present invention will be described below with reference to the drawings. However, the present invention is not limited to the embodiments taken up here, and may be improved or combined as appropriate without departing from the scope of the invention. In addition, the same code | symbol is attached | subjected to the part which is synonymous in drawing, and the overlapping description is abbreviate | omitted.
[第1の実施形態に係るグラフェンセンサ]
本発明の第1の実施形態に係るグラフェンセンサの一例を作製手順に沿って説明する。図1A〜図1Eは、それぞれグラフェンセンサの作製における1工程を示す斜視模式図である。図1Aは、基板上に酸化アルミニウム膜を形成する工程を示す斜視模式図である。図1Aに示したように、まず、基板100として、酸化シリコン膜102(例えば、厚さ20〜300 nmの熱酸化膜)が表面に形成されたシリコン単結晶基板101(例えば、2インチ径、厚さ500〜600μm)を用意する。次に、スパッタ法やイオンビーム法、レーザ蒸発法等の気相成長の手法により基板100の表面(酸化シリコン膜102の表面)にコランダム構造の酸化アルミニウム膜103を形成する。
[Graphene sensor according to first embodiment]
An example of the graphene sensor according to the first embodiment of the present invention will be described along a manufacturing procedure. FIG. 1A to FIG. 1E are schematic perspective views each showing one step in the production of a graphene sensor. FIG. 1A is a schematic perspective view showing a step of forming an aluminum oxide film on a substrate. As shown in FIG. 1A, first, as a
ここで、酸化アルミニウム膜103の形成にあたり、その組成がAl2-xO3+x(x ≧ 0)となるように制御することが望ましく、Al2-xO3+x(x > 0)となるように制御することがより望ましい。該組成制御は、例えば、気相成長中の酸素分圧を制御することによって可能である。化学量論組成以上の酸素リッチな組成を有する酸化アルミニウム膜103を形成することにより、平均サイズの大きいグラフェン結晶グレイン(例えば、平均サイズが30 nm以上)を成長させることができ、成膜したグラフェン膜の電気抵抗を低減することができる。なお、本発明に係るグラフェンセンサにおいて、グラフェン膜と直接接触する下地層として酸化アルミニウム膜103が形成されていることが好ましいが、たとえ酸化アルミニウム膜103が形成されていなくて本発明の効果は発揮される。
Here, in forming the
酸化アルミニウム膜103を形成する方法に特段の制限はなく、結果として組成と平均膜厚とを所望の範囲に制御できれば気相成長法以外の手法でもよい。また、酸化アルミニウム膜103を成膜する基板100としては、上述の酸化シリコン膜102が表面に形成されたシリコン単結晶基板101に限定されるものではなく、後工程での熱履歴に対する耐熱性およびグラフェンセンサとしての用途(例えば、使用環境や使用方法)を考慮して適宜選択できる。例えば、表面に絶縁膜が形成された各種の半導体基板や各種の絶縁体基板などを用いることができる。
There is no particular limitation on the method for forming the
酸化アルミニウム膜103の算術平均表面粗さRaは1 nm以下であることが望ましい。より望ましくは0.3 nm以下である。算術平均表面粗さRaが1 nmより大きくなると、グラフェン膜が酸化アルミニウム膜103の表面に対して平行に成長しにくくなる。これは、グラフェン膜成長の核生成と算術平均表面粗さRaとの間に何かしらの相関関係があるためと考えられる。さらに、酸化アルミニウム膜103の表面最大高さRzは10 nm以下であることが望ましい。より望ましくは3 nm以下である。
The arithmetic average surface roughness Ra of the
形成した酸化アルミニウム膜103の算術平均表面粗さRaが1 nmより大きい場合は、研磨(例えば、化学機械研磨)等により1 nm以下となるように加工する。酸化アルミニウム膜103を形成する前に、あらかじめシリコン単結晶基板101または酸化シリコン膜102の算術平均表面粗さRaを1 nm以下とするように加工してもよい。なお、算術平均表面粗さRaおよび表面最大高さRzはJIS B 0601に準拠するものとする。
When the arithmetic average surface roughness Ra of the formed
形成する酸化アルミニウム膜103の平均厚さとしては、10 nm以上500 nm以下が好ましい。多結晶体である酸化アルミニウム膜103の平均厚さが10 nm未満になると結晶粒同士の接点が減って面内方向の被覆率が低下する(例えば、酸化アルミニウム膜103が島状になる)ことから好ましくない(結果として表面平坦性が劣化する)。一方、500 nmより厚くなると後工程における熱歪み等に起因したクラック等が発生しやすくなり、結果として表面平坦性(例えば算術平均表面粗さRa)が劣化することから好ましくない。
The average thickness of the
図1Bは、酸化アルミニウム膜をパターニングする工程を示す斜視模式図である。図1Bに示したように、従来の半導体プロセス技術と同様にして(例えば、フォトリソグラフィ、リフトオフ、反応性イオンエッチングなどを利用して)、基板100上に形成した酸化アルミニウム膜103を所望の回路パターンとなるように加工する。このとき、回路となる部分103’に酸化アルミニウム膜103を残し、他の部分の酸化アルミニウム膜103を除去する。また、酸化シリコン膜102は絶縁層として残しておいた方が好ましい。
FIG. 1B is a schematic perspective view showing a step of patterning the aluminum oxide film. As shown in FIG. 1B, the
図1Cは、酸化アルミニウム膜上にグラフェン膜を成膜する工程を示す斜視模式図である。図1Cに示したように、炭素含有化合物を原料として化学気相成長法(CVD: chemical vapor deposition)によりグラフェン膜104を回路となる部分103’(酸化アルミニウム膜103)上に成膜する。これにより、回路となる部分103’(酸化アルミニウム膜103)の表面に沿って該表面と平行にグラフェン膜104が一様な膜厚で成長する。
FIG. 1C is a schematic perspective view illustrating a process of forming a graphene film on the aluminum oxide film. As shown in FIG. 1C, a
グラフェン膜104の成膜条件としては、例えば、原料ガスとしてプロピレン、キャリアガスとしてアルゴンガスを用い、平均原料濃度0.15〜3体積%の混合ガスを平均流速15〜50 cm/min(基板上の平均流速で標準状態換算)で供給し、成長温度450〜1000℃(好ましくは750〜1000℃)で0.1〜60分間(好ましくは0.1〜10分間)の成長を行う。なお、原料としてはプロピレン以外にもアセチレン、メタン、プロパン、エチレン等の他の炭素含有化合物を用いることができる。
The film formation conditions of the
一例として、プロピレンの平均原料濃度を0.5体積%としたプロピレン/アルゴン混合ガスを平均流速20.5 cm/minで供給して、成長温度800℃で5分間の成長を行った。成膜したグラフェン膜に対して、走査型トンネル顕微鏡による観察と四端子法による電気伝導率の測定を行った。その結果、多数のグラフェン結晶小片(平均サイズ:約50 nm)が重なり合って電気的に接合したグラフェン膜(平均原子層数:4層、電気伝導率:1×104 S/cm以上)が得られていた。また、グラフェン膜は、酸化アルミニウム膜上のみに成長し、酸化アルミニウム膜を除去した熱酸化膜上にはグラフェン膜が成長していなかった。言い換えると、グラフェン膜は、回路となる部分である酸化アルミニウム膜上に選択成長していることが確認された。なお、成膜されるグラフェン膜における平均原子層数は、成長時間と比例関係がある(すなわち、成長時間により平均原子層数を制御可能である)ことを別途確認した。 As an example, a propylene / argon mixed gas having an average propylene concentration of 0.5% by volume was supplied at an average flow rate of 20.5 cm / min, and growth was performed at a growth temperature of 800 ° C. for 5 minutes. Observation of the formed graphene film with a scanning tunneling microscope and measurement of electric conductivity by a four-terminal method were performed. As a result, a graphene film (average number of atomic layers: 4 layers, electrical conductivity: 1 × 10 4 S / cm or more) in which a large number of graphene crystal pieces (average size: about 50 nm) are overlapped and electrically joined is obtained. It was done. Moreover, the graphene film grew only on the aluminum oxide film, and the graphene film did not grow on the thermal oxide film from which the aluminum oxide film was removed. In other words, it was confirmed that the graphene film was selectively grown on the aluminum oxide film, which is a part to be a circuit. Note that it was separately confirmed that the average number of atomic layers in the formed graphene film is proportional to the growth time (that is, the average number of atomic layers can be controlled by the growth time).
図1Dは、グラフェン膜の両端領域に電極を形成する工程を示す斜視模式図である。図1Dに示したように、センシング部位となるグラフェン膜104の領域(チャネル、図中のくびれた領域)を挟んで一方の端部領域にソース電極105を形成し、他方の端部領域にドレイン電極106を形成する。チャネルの幅および長さは、従来のバイオセンサと同様に、それぞれ数μm〜数百μmとするのが好ましい。
FIG. 1D is a schematic perspective view illustrating a process of forming electrodes in both end regions of the graphene film. As shown in FIG. 1D, a
図1Dに示した工程により、電界効果トランジスタの基本構造が完成する(ゲート電極については後述する)。電極(ソース電極105、ドレイン電極106)を形成する方法に特段の制限はなく、従来の方法(例えば、フォトリソグラフィとスパッタ法や各種蒸着法との組合せ)を用いることができる。また、金属電極の材料にも特段の制限はなく、電極として常用される金属(例えば、金、白金、チタンなど)を用いることができる。一例としては、チタン(10 nm厚さ)上に金(100 nm厚さ)を積層した積層構造などが挙げられる。
The basic structure of the field effect transistor is completed by the process shown in FIG. 1D (the gate electrode will be described later). There is no particular limitation on the method of forming the electrodes (the
図1Eは、検体溶液をチャネルと接触させるための流路またはプールを構成するバンクを形成する工程を示す斜視模式図である。図1Eに示したように、センシング部位となるグラフェン膜104のチャネルに被検知物質種を含む検体溶液を接触させるための流路またはプールを構成するバンク107を形成する。バンク107の形成方法に特段の制限はなく、例えば、フォトレジストを用いて形成することができる。以上のようにして、グラフェンセンサの基本構造が完成する。なお、グラフェンセンサを検体溶液に浸漬して利用する場合には、バンク107は無くてもよい。
FIG. 1E is a schematic perspective view showing a step of forming a bank constituting a flow path or a pool for bringing a specimen solution into contact with a channel. As shown in FIG. 1E, a
[第2の実施形態に係るグラフェンセンサ]
図2は、本発明の第2の実施形態に係るグラフェンセンサの一例を示す斜視模式図である。第2の実施形態に係るグラフェンセンサは、グラフェン膜104’としてシングルドメイン(単結晶状)のグラフェン結晶を用いている点、および酸化アルミニウム膜103(回路となる部分103’)を用いていない点において前述の第1の実施形態に係るグラフェンセンサと異なる。
[Graphene Sensor According to Second Embodiment]
FIG. 2 is a schematic perspective view illustrating an example of a graphene sensor according to the second embodiment of the present invention. The graphene sensor according to the second embodiment uses a single-domain (single crystal) graphene crystal as the
シングルドメインのグラフェン結晶からなるグラフェン膜の形成方法としては、例えば、グラファイト結晶から機械的に剥離したグラフェン結晶を基板100上に転写する従来の方法を利用することができる。シングルドメインのグラフェン結晶を基板100上に転写した後、電子線描画装置などを用いて所望の形状に加工することでグラフェン膜104’を成形することができる。
As a method for forming a graphene film made of single-domain graphene crystals, for example, a conventional method of transferring graphene crystals mechanically separated from graphite crystals onto the
[グラフェン膜への官能基修飾]
前述したように、本発明に係るグラフェンセンサは、グラフェン結晶のエッジに、特定の被検知物質種を吸着または特定の被検知物質種と結合しやすい化学物質を含んだ官能基が修飾されている。該官能基は、化学結合を形成するための化学反応により、グラフェン結晶のエッジに化学修飾される。化学反応による化学結合の形成としては、例えば、アミンとカルボン酸の脱水縮合反応のよるアミド結合の形成、有機酸とヒドロキシル基を含む化合物の縮合反応によるエステル結合の形成、遷移金属等を用いる各種カップリング反応による炭素-炭素結合の形成等の手法を用いることが可能である。また、ソース電極105とドレイン電極106との間の距離をLとした時に、チャネル内におけるグラフェン結晶のエッジの総延長が20L以上であることが好ましい。これにより、より多くの官能基を修飾させることができ、センサ感度を従来のセンサに比して1桁以上向上させることができる。
[Functional group modification to graphene film]
As described above, in the graphene sensor according to the present invention, a functional group containing a chemical substance that easily adsorbs or binds to a specific detected substance type on the edge of the graphene crystal is modified. . The functional group is chemically modified on the edge of the graphene crystal by a chemical reaction for forming a chemical bond. Examples of chemical bond formation by chemical reaction include formation of amide bond by dehydration condensation reaction of amine and carboxylic acid, formation of ester bond by condensation reaction of compound containing organic acid and hydroxyl group, various kinds using transition metals, etc. A technique such as formation of a carbon-carbon bond by a coupling reaction can be used. Further, when the distance between the
ここで、前述の第2の実施形態のようにグラフェン膜としてシングルドメインのグラフェン結晶を用いた場合、次のようにしてグラフェン結晶のエッジの総延長を増大することが好ましい。図3Aは、チャネルの形状の一例を示す平面模式図である。図3Bは、チャネルの形状の他の一例を示す平面模式図である。図3Cは、チャネルの形状の更に他の一例を示す平面模式図である。なお、チャネルの形状は、これらの例示に限定されるものではない。 Here, when a single-domain graphene crystal is used as the graphene film as in the second embodiment, it is preferable to increase the total extension of the edges of the graphene crystal as follows. FIG. 3A is a schematic plan view showing an example of the shape of the channel. FIG. 3B is a schematic plan view illustrating another example of the shape of the channel. FIG. 3C is a schematic plan view showing still another example of the shape of the channel. The shape of the channel is not limited to these examples.
グラフェン膜104’を成形加工する際、図3Aに示したように、グラフェン膜104’のチャネル内に穴を開けることにより、グラフェン結晶のエッジ301の総延長を増大することができ、該エッジ301に官能基302を多数修飾することができる。また、図3Bに示したように、グラフェン膜104’のチャネルがミアンダ形状になるようにスリット加工を施し、エッジ301の総延長を増大することができ、該エッジ301に官能基302を多数修飾することができる。また、図3Cに示したように、グラフェン膜104’のチャネルがストライプ形状になるようにスリット加工を施し、エッジ301の総延長を増大することができ、該エッジ301に官能基302を多数修飾することができる。
When forming the
一方、前述の第1の実施形態のようにグラフェン膜が多数のグラフェン結晶小片からなる多結晶体である場合、次のような利点がある。図4は、多数のグラフェン結晶小片からなるチャネルの一例を示す拡大平面模式図である。図4に示したように、グラフェン膜104のチャネルは、グラフェン結晶小片104”が多数重なり合った多結晶体であることに起因してグラフェン結晶のエッジ301の総延長が非常に長くなることから、該エッジ301に非常に多数の官能基302を修飾することができる。言い換えると、官能基301の密度を非常に高くできるため、高感度のグラフェンセンサを実現することが可能である。例えば、グラフェン結晶小片104”の大きさが直径50 nmの円形であるとすると、官能基密度は最大で105個/μm2となり、従来センサの10000倍程度の高感度化が可能であると考えられる。
On the other hand, when the graphene film is a polycrystal composed of a large number of graphene crystal pieces as in the first embodiment, there are the following advantages. FIG. 4 is an enlarged plan view schematically illustrating an example of a channel made up of a large number of graphene crystal pieces. As shown in FIG. 4, the channel of the
なお、グラフェン結晶小片104”の平均サイズは、10 nm以上100μm以下が好ましく、30 nm以上5μm以下がより好ましく、50 nm以上500 nm以下が更に好ましい。グラフェン結晶小片104”の平均サイズが10 nm未満になると、グラフェン膜104の電気抵抗が高くなり過ぎてセンサとして機能するのが困難となることから好ましくない。また、グラフェン結晶小片104”の平均サイズが100μm超になると、従来センサに対する効果(高感度化)がさほど得られなくなる。
The average size of the
[官能基]
本発明に係るグラフェンセンサをバイオセンサとして利用する場合、官能基302としては、例えば、DNA二重螺旋構造を形成する片方鎖であって既知の塩基配列を有するDNA断片、所定の抗体と選択的に結合する抗原、所定の物質を選択的に分解する酵素などを好ましく用いることができる。また、本発明に係るグラフェンセンサを無機イオンセンサとして利用する場合、官能基302としては、所定のイオンと選択的に結合する官能基、または所定のイオンと選択的に結合する媒介物質に対して選択的に結合する官能基を好ましく用いることができる。
[Functional group]
When the graphene sensor according to the present invention is used as a biosensor, examples of the
より詳細には、例えば、ガンの発症率を高めると考えられているDNA断片の一方鎖をプローブDNAの官能基302として用いる。それに対して、患者の細胞から抽出したメッセンジャRNAを逆転写酵素で相補的DNAのターゲットDNAとして含む検体溶液として用意し該グラフェンセンサに接触させる。もしも両者の塩基配列が対になっており、ハイブリダイゼーションが起これば、該グラフェンセンサで検知することが可能である。このようにして、遺伝子診断を行うことが可能となる。
More specifically, for example, one strand of a DNA fragment that is thought to increase the incidence of cancer is used as the
また、心筋梗塞症状が現れる際に増加するループスアンチコアグラントや抗リン脂質抗体と特異に結合する抗原を官能基302として用いる。それに対して、患者の血液を検体溶液として用意し該グラフェンセンサに接触させる。抗原抗体反応を検知することにより、心筋梗塞の早期迅速な診断が可能となる。
In addition, an antigen that specifically binds to lupus anticoagulant or antiphospholipid antibody that increases when myocardial infarction symptoms appear is used as the
また、ホルムアルデヒドを分解する酵素を官能基302として用い、該グラフェンセンサを検査雰囲気中に一定時間放置する。検査雰囲気中のホルムアルデヒドを検知することにより、シックハウス症候群の原因究明を行うことが可能となる。
In addition, an enzyme that decomposes formaldehyde is used as the
[物質種検知方法]
次に、本発明に係るグラフェンセンサを用いた物質種検知方法を説明する。図5は、本発明に係る物質種検知方法の一例を示す斜視模式図である。図5に示したように、本発明のグラフェンセンサ500の検体溶液流路または検体溶液プールに検体溶液501を満たしセンシング部位となるグラフェン膜チャネルに接触させる。次に、一定のゲート電圧Vgの下で、ドレイン電圧Vdを変化させることにより、電流-電圧特性を測定する。ここで、ゲート電極は基板100の裏面側(酸化シリコン膜102が形成された面と反対側の表面)に形成され、ゲート電圧Vgは酸化シリコン膜102を介して基板100の裏面側からグラフェン膜チャネルに印加される。この電流-電圧特性を、予め測定した参照溶液のそれと比較することにより、被検知物質種を定量的に測定することが可能となる。
[Method of detecting species]
Next, a method for detecting a material type using the graphene sensor according to the present invention will be described. FIG. 5 is a schematic perspective view showing an example of the method for detecting a species type according to the present invention. As shown in FIG. 5, the sample solution flow path or the sample solution pool of the
被検知物質種がイオン性である場合、グラフェン膜チャネルに吸着されることによりチャネルの電位が変化するため、電流-電圧特性において電流値が最低となる電圧値が変化する。この電圧変化量から、被検知物質種を定量することが可能である。また、被検知物質種がグラフェン膜チャネルに対して電子またはホールを付与する物質種である場合、電流-電圧特性において電流量が変化する。この電流変化量から、被検知物質種を定量することが可能である。 When the species to be detected is ionic, the potential of the channel changes due to adsorption to the graphene film channel, so that the voltage value at which the current value is the lowest in the current-voltage characteristics changes. From this voltage change amount, it is possible to quantify the type of substance to be detected. In addition, when the species to be detected is a species that imparts electrons or holes to the graphene film channel, the amount of current changes in the current-voltage characteristics. From this current change amount, it is possible to quantify the species of the substance to be detected.
図6は、本発明に係る物質種検知方法の他の一例を示す斜視模式図である。図6に示した物質種検知方法は、本発明のグラフェンセンサ500の検体溶液流路または検体溶液プールに満たされた検体溶液501と接触するようにゲート電極が形成され、ゲート電圧Vgが検体溶液501を介してグラフェン膜チャネルに印加される。この点において、図5に示した物質種検知方法と異なる。検体溶液501を介してゲート電圧Vgを印可するには、微小電極を検体溶液501に直接浸漬する方法や、検体溶液501と接する部分(例えば、バンク107)に予め微小電極を集積化しておく方法等がある。
FIG. 6 is a schematic perspective view showing another example of the substance type detection method according to the present invention. 6, the gate electrode is formed so as to contact the
図5に示した物質種検知方法と同様に、被検知物質種がイオン性である場合、グラフェン膜チャネルの電流-電圧特性において電流値が最低となる電圧値が変化する。この電圧変化量から、被検知物質種を定量することが可能である。また、被検知物質種が、グラフェン膜チャネルに対して電子またはホールを付与する物質である場合、電流-電圧特性において電流量が変化する。この電流変化量から、被検知物質種を定量することが可能である。 Similarly to the substance species detection method shown in FIG. 5, when the substance species to be detected is ionic, the voltage value at which the current value is the lowest in the current-voltage characteristics of the graphene film channel changes. From this voltage change amount, it is possible to quantify the type of substance to be detected. Further, when the species of the substance to be detected is a substance that imparts electrons or holes to the graphene film channel, the amount of current changes in the current-voltage characteristics. From this current change amount, it is possible to quantify the species of the substance to be detected.
[物質種検知装置]
図7は、本発明に係る物質種検知装置の一例を示す模式図である。図7に示したように、本発明に係る物質種検知装置700は、サンプリング部701、本発明のグラフェンセンサ500(図示せず)を内蔵した測定部702、制御・表示部703より構成される。サンプリング部701は、検体溶液を挿入する部分である。挿入された検体溶液はグラフェンセンサ500を内蔵した測定部702に送られ、目的とする被検知物質種の検知を行う。グラフェンセンサ500の電気的制御は制御・表示部703の制御回路により行われ、測定結果が制御・表示部703のモニタに表示される。1回の測定後、グラフェンセンサ500は、純水等により自動洗浄され、次の検体溶液を測定する。このようにして連続して複数の検体溶液を測定することが可能である。
[Substance detection system]
FIG. 7 is a schematic diagram showing an example of a substance type detection device according to the present invention. As shown in FIG. 7, a substance
100…基板、101…シリコン単結晶基板、102…酸化シリコン膜、
103…酸化アルミニウム膜、103’… 回路となる部分、104,104’…グラフェン膜、
104”… グラフェン結晶小片、105…ソース電極、106…ドレイン電極、
107…バンク、301…エッジ、302…官能基、
500…グラフェンセンサ、501…検体溶液、
700…物質種検知装置、701…サンプリング部、702…測定部、703…制御・表示部。
100 ... substrate, 101 ... silicon single crystal substrate, 102 ... silicon oxide film,
103 ... Aluminum oxide film, 103 '... Circuit part, 104,104' ... Graphene film,
104 "... graphene crystal piece, 105 ... source electrode, 106 ... drain electrode,
107 ... Bank, 301 ... Edge, 302 ... Functional group,
500 ... Graphene sensor, 501 ... Sample solution,
700 ... Substance type detection device, 701 ... Sampling unit, 702 ... Measuring unit, 703 ... Control / display unit.
Claims (14)
前記センサは、基板上に形成された前記グラフェン膜のチャネルと、前記チャネルの一端に接合されたソース電極と、前記チャネルの他端に接合されたドレイン電極とを含む電界効果トランジスタ構造を有し、
前記グラフェン膜は、前記基板の表面に平行なグラフェン結晶からなり、
前記グラフェン結晶のエッジには、被検知物質種を吸着または被検知物質種と結合する官能基が修飾されていることを特徴とするグラフェンセンサ。 A sensor using a graphene film as a sensing site,
The sensor has a field effect transistor structure including a channel of the graphene film formed on a substrate, a source electrode joined to one end of the channel, and a drain electrode joined to the other end of the channel. ,
The graphene film is composed of a graphene crystal parallel to the surface of the substrate,
The graphene sensor is characterized in that a functional group that adsorbs or binds to a detected substance species is modified on an edge of the graphene crystal.
前記ソース電極と前記ドレイン電極との間の距離をLとした時に、前記チャネル内における前記グラフェン結晶の前記エッジの総延長が20L以上であることを特徴とするグラフェンセンサ。 The graphene sensor according to claim 1,
A graphene sensor, wherein a total extension of the edge of the graphene crystal in the channel is 20 L or more, where L is a distance between the source electrode and the drain electrode.
前記グラフェン膜は、多数のグラフェン結晶小片が重なり合って電気的に接合した多結晶体であることを特徴とするグラフェンセンサ。 The graphene sensor according to claim 1 or 2,
The graphene film is a polycrystal body in which a large number of graphene crystal pieces overlap and are electrically joined to each other.
前記グラフェン結晶小片の平均サイズが10 nm以上100μm以下であることを特徴とするグラフェンセンサ。 The graphene sensor according to claim 3,
A graphene sensor, wherein an average size of the graphene crystal pieces is 10 nm or more and 100 μm or less.
前記官能基はプローブDNAであり、
前記プローブDNAは、DNA二重螺旋構造を形成する片方鎖であって既知の塩基配列を有するDNA断片であることを特徴とするグラフェンセンサ。 The graphene sensor according to any one of claims 1 to 4,
The functional group is probe DNA;
The graphene sensor, wherein the probe DNA is a single-stranded DNA fragment having a known base sequence that forms a DNA double helix structure.
前記官能基は、所定の抗体と選択的に結合する抗原であることを特徴とするグラフェンセンサ。 The graphene sensor according to any one of claims 1 to 4,
The graphene sensor, wherein the functional group is an antigen that selectively binds to a predetermined antibody.
前記官能基は、所定の物質を選択的に分解する酵素であることを特徴とするグラフェンセンサ。 The graphene sensor according to any one of claims 1 to 4,
The graphene sensor, wherein the functional group is an enzyme that selectively decomposes a predetermined substance.
前記官能基は、所定のイオンと選択的に結合する官能基、または所定のイオンと選択的に結合する媒介物質に対して選択的に結合する官能基であることを特徴とするグラフェンセンサ。 The graphene sensor according to any one of claims 1 to 4,
The graphene sensor, wherein the functional group is a functional group that selectively binds to a predetermined ion or a functional group that selectively binds to a mediator that selectively binds to a predetermined ion.
前記基板と前記グラフェン膜との間には、パターニングされた酸化アルミニウム膜の絶縁層が形成されており、
前記グラフェン膜は、前記酸化アルミニウム膜の表面上のみに形成されていることを特徴とするグラフェンセンサ。 The graphene sensor according to any one of claims 1 to 8,
Between the substrate and the graphene film, an insulating layer of a patterned aluminum oxide film is formed,
The graphene sensor, wherein the graphene film is formed only on a surface of the aluminum oxide film.
前記被検知物質種を含む検体溶液を前記チャネルと接触させるための流路またはプールを構成するバンクが更に形成されていることを特徴とするグラフェンセンサ。 The graphene sensor according to any one of claims 1 to 9,
A graphene sensor, further comprising a bank constituting a flow path or a pool for contacting a sample solution containing the species to be detected with the channel.
検体サンプリング部と検知部と制御測定部と表示部とを有し、
前記検知部は、請求項1乃至請求項10のいずれかに記載のグラフェンセンサと、前記ドレイン電極に対して電圧を印加する機構と、前記基板に対して電圧を印加する機構とを有することを特徴とする物質種分析装置。 An analyzer that selectively detects a predetermined substance type,
A sample sampling unit, a detection unit, a control measurement unit, and a display unit;
The detection unit includes the graphene sensor according to claim 1, a mechanism for applying a voltage to the drain electrode, and a mechanism for applying a voltage to the substrate. Characteristic material species analyzer.
検体サンプリング部と検知部と制御測定部と表示部とを有し、
前記検知部は、請求項1乃至請求項10のいずれかに記載のグラフェンセンサと、前記ドレイン電極に対して電圧を印加する機構と、前記チャネルと接触している検体溶液に対して電圧を印加する機構とを有することを特徴とする物質種分析装置。 An analyzer that selectively detects a predetermined substance type,
A sample sampling unit, a detection unit, a control measurement unit, and a display unit;
The detection unit applies a voltage to the graphene sensor according to any one of claims 1 to 10, a mechanism for applying a voltage to the drain electrode, and a sample solution in contact with the channel. And a mechanism for analyzing the species.
前記被検知物質種を含む検体溶液を前記チャネルに接触させるステップと、
前記被検知物質種が前記官能基に吸着または結合することに起因した前記チャネルの電位変化を検出して前記被検知物質種を検知するステップとを有することを特徴とする物質種検知方法。 A substance type detection method using the graphene sensor according to any one of claims 1 to 10,
Contacting a sample solution containing the species to be detected with the channel;
Detecting the change in potential of the channel caused by the detection or detection of the detected substance species adsorbed to or bound to the functional group, thereby detecting the detected substance type.
前記被検知物質種を含む検体溶液を前記チャネルに接触させるステップと、
前記被検知物質種が前記官能基と結合して電子または正孔を前記チャネルに付与することに起因した前記チャネルの電流変化を検出して前記被検知物質種を検知するステップとを有することを特徴とする物質種検知方法。 A substance type detection method using the graphene sensor according to any one of claims 1 to 10,
Contacting a sample solution containing the species to be detected with the channel;
Detecting the change in the current of the channel caused by binding of the substance species to the functional group and imparting electrons or holes to the channel to detect the substance species to be detected. Characteristic species detection method.
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP2011116414A JP5462219B2 (en) | 2011-05-25 | 2011-05-25 | Graphene sensor, substance species analyzer using the sensor, and substance species detection method using the sensor |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP2011116414A JP5462219B2 (en) | 2011-05-25 | 2011-05-25 | Graphene sensor, substance species analyzer using the sensor, and substance species detection method using the sensor |
Publications (2)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
JP2012247189A true JP2012247189A (en) | 2012-12-13 |
JP5462219B2 JP5462219B2 (en) | 2014-04-02 |
Family
ID=47467784
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
JP2011116414A Expired - Fee Related JP5462219B2 (en) | 2011-05-25 | 2011-05-25 | Graphene sensor, substance species analyzer using the sensor, and substance species detection method using the sensor |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
JP (1) | JP5462219B2 (en) |
Cited By (24)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
EP2848929A1 (en) | 2013-09-11 | 2015-03-18 | AIT Austrian Institute of Technology GmbH | Graphene FET-based biosensor |
KR101541084B1 (en) | 2014-02-24 | 2015-08-03 | 한국과학기술연구원 | Method for forming pn junction in graphene with application of dna and pn junction structure formed using the same |
CN105675700A (en) * | 2016-01-12 | 2016-06-15 | 南京大学 | Layered material field effect-based biological substance sensor and biological substance detection system |
KR20160128542A (en) * | 2015-04-28 | 2016-11-08 | 성균관대학교산학협력단 | Bio sensor using field effect transistor and method for manufacturing thereof |
JP2016194424A (en) * | 2015-03-31 | 2016-11-17 | 富士通株式会社 | Gas sensor and manufacturing method thereof |
WO2017002854A1 (en) * | 2015-06-30 | 2017-01-05 | 富士通株式会社 | Gas sensor and method for using same |
JP2017508958A (en) * | 2014-02-17 | 2017-03-30 | ノキア テクノロジーズ オーユー | Apparatus and related methods |
US9709523B1 (en) | 2016-03-16 | 2017-07-18 | Kabushiki Kaisha Toshiba | Gas detection apparatus |
JP2017156346A (en) * | 2016-02-29 | 2017-09-07 | 株式会社東芝 | Molecule detection device and molecule detection method |
KR101815379B1 (en) * | 2016-06-10 | 2018-01-09 | 한양대학교 산학협력단 | Detecting Sensor for Target Material and Manufacturing Method thereof |
WO2019168206A1 (en) | 2018-03-01 | 2019-09-06 | 国立研究開発法人科学技術振興機構 | Surface-modified carbon material, and method for producing surface-modified carbon material |
US10527581B2 (en) | 2015-09-10 | 2020-01-07 | Kabushiki Kaisha Toshiba | Molecular detection apparatus, molecular detection method, and organic probe |
US10571427B2 (en) | 2016-09-20 | 2020-02-25 | Kabushiki Kaisha Toshiba | Molecular detection apparatus |
US10677770B2 (en) | 2016-09-20 | 2020-06-09 | Kabushiki Kaisha Toshiba | Molecular detection apparatus, molecular detection method, and molecular detector |
WO2020170799A1 (en) | 2019-02-21 | 2020-08-27 | 株式会社村田製作所 | Graphene transistor and method for manufacturing same |
US10761050B2 (en) | 2015-08-12 | 2020-09-01 | Kabushiki Kaisha Toshiba | Molecular detection apparatus and molecular detection method |
US10761051B2 (en) | 2017-09-19 | 2020-09-01 | Kabushiki Kaisha Toshiba | Molecular detection apparatus and molecular detection method |
JP2020153772A (en) * | 2019-03-19 | 2020-09-24 | 株式会社東芝 | Base material, electronic element, and molecule detection device |
CN113167763A (en) * | 2018-12-04 | 2021-07-23 | 株式会社村田制作所 | Virus detection system, virus detection method, and virus detection program |
JP2021526638A (en) * | 2018-06-05 | 2021-10-07 | リージェンツ オブ ザ ユニバーシティ オブ ミネソタ | Graphene-based dielectrophoresis sensors and methods |
CN113998666A (en) * | 2021-10-21 | 2022-02-01 | 北京理工大学 | High-sensitivity full-graphene artificial electronic skin capable of resisting ultra-large strain |
CN114440752A (en) * | 2022-01-27 | 2022-05-06 | 深圳大学 | Wireless monitoring system and method based on variable-stiffness double-spring graphene displacement sensor |
KR20220106536A (en) | 2021-01-22 | 2022-07-29 | 한국재료연구원 | Carbon nanotube buckypaper-based ion sensor electrode and its manufacturing method |
WO2022180614A1 (en) | 2021-02-26 | 2022-09-01 | International Iberian Nanotechnology Laboratory (Inl) | Graphene-based malaria sensor, methods and uses thereof |
Families Citing this family (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JP6906489B2 (en) | 2018-09-14 | 2021-07-21 | 株式会社東芝 | Chemical sensor kit and analysis method |
Citations (6)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JP2005229017A (en) * | 2004-02-16 | 2005-08-25 | Japan Science & Technology Agency | Single-electron transistor, field-effect transistor, sensor, and manufacturing and sensing methods thereof |
WO2006134942A1 (en) * | 2005-06-14 | 2006-12-21 | Mitsumi Electric Co., Ltd. | Field effect transistor, biosensor provided with it, and detecting method |
US20070284557A1 (en) * | 2006-06-13 | 2007-12-13 | Unidym, Inc. | Graphene film as transparent and electrically conducting material |
JP2008205272A (en) * | 2007-02-21 | 2008-09-04 | Fujitsu Ltd | Graphene transistor and manufacturing method thereof |
JP2009042232A (en) * | 2000-12-11 | 2009-02-26 | Univ Harvard | Nanosensor |
JP2010021377A (en) * | 2008-07-11 | 2010-01-28 | Hitachi Ltd | Electronic device, light-receiving and light-emitting device, and electronic integrated circuit and optical integrated circuit using the devices |
-
2011
- 2011-05-25 JP JP2011116414A patent/JP5462219B2/en not_active Expired - Fee Related
Patent Citations (6)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JP2009042232A (en) * | 2000-12-11 | 2009-02-26 | Univ Harvard | Nanosensor |
JP2005229017A (en) * | 2004-02-16 | 2005-08-25 | Japan Science & Technology Agency | Single-electron transistor, field-effect transistor, sensor, and manufacturing and sensing methods thereof |
WO2006134942A1 (en) * | 2005-06-14 | 2006-12-21 | Mitsumi Electric Co., Ltd. | Field effect transistor, biosensor provided with it, and detecting method |
US20070284557A1 (en) * | 2006-06-13 | 2007-12-13 | Unidym, Inc. | Graphene film as transparent and electrically conducting material |
JP2008205272A (en) * | 2007-02-21 | 2008-09-04 | Fujitsu Ltd | Graphene transistor and manufacturing method thereof |
JP2010021377A (en) * | 2008-07-11 | 2010-01-28 | Hitachi Ltd | Electronic device, light-receiving and light-emitting device, and electronic integrated circuit and optical integrated circuit using the devices |
Non-Patent Citations (2)
Title |
---|
YASUHIDE OHNO ET AL.: "Electrolyte-Gated Graphene Field-Effect Transistors for Detecting pH and Protein Adsorption", NANO LETTERS, vol. 9, no. 9, JPN6013051106, 28 July 2009 (2009-07-28), pages 3318 - 3322, XP055043758, ISSN: 0002656408, DOI: 10.1021/nl901596m * |
YASUHIDE OHNO ET AL.: "Label-Free Biosensors Based on Aptamer-Modified Graphene Field-Effect Transistors", JOURNAL OF THE AMERICAN CHEMICAL SOCIETY, vol. Vol.132, Issue 51, JPN6013051105, 3 December 2010 (2010-12-03), pages 18012 - 18013, ISSN: 0002656407 * |
Cited By (32)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
EP2848929A1 (en) | 2013-09-11 | 2015-03-18 | AIT Austrian Institute of Technology GmbH | Graphene FET-based biosensor |
JP2017508958A (en) * | 2014-02-17 | 2017-03-30 | ノキア テクノロジーズ オーユー | Apparatus and related methods |
US9989488B2 (en) | 2014-02-17 | 2018-06-05 | Nokia Technologies Oy | Field-effect sensor and associated methods |
KR101541084B1 (en) | 2014-02-24 | 2015-08-03 | 한국과학기술연구원 | Method for forming pn junction in graphene with application of dna and pn junction structure formed using the same |
JP2016194424A (en) * | 2015-03-31 | 2016-11-17 | 富士通株式会社 | Gas sensor and manufacturing method thereof |
KR101704901B1 (en) * | 2015-04-28 | 2017-02-10 | 성균관대학교산학협력단 | Bio sensor using field effect transistor and method for manufacturing thereof |
KR20160128542A (en) * | 2015-04-28 | 2016-11-08 | 성균관대학교산학협력단 | Bio sensor using field effect transistor and method for manufacturing thereof |
WO2017002854A1 (en) * | 2015-06-30 | 2017-01-05 | 富士通株式会社 | Gas sensor and method for using same |
US11156576B2 (en) | 2015-06-30 | 2021-10-26 | Fujitsu Limited | Gas sensor and method of using the same |
JPWO2017002854A1 (en) * | 2015-06-30 | 2018-04-19 | 富士通株式会社 | Gas sensor and method of using the same |
US10761050B2 (en) | 2015-08-12 | 2020-09-01 | Kabushiki Kaisha Toshiba | Molecular detection apparatus and molecular detection method |
US10527581B2 (en) | 2015-09-10 | 2020-01-07 | Kabushiki Kaisha Toshiba | Molecular detection apparatus, molecular detection method, and organic probe |
CN105675700A (en) * | 2016-01-12 | 2016-06-15 | 南京大学 | Layered material field effect-based biological substance sensor and biological substance detection system |
CN105675700B (en) * | 2016-01-12 | 2019-01-11 | 南京大学 | A kind of biological substance sensor and biological substance detection system based on stratified material field-effect |
JP2017156346A (en) * | 2016-02-29 | 2017-09-07 | 株式会社東芝 | Molecule detection device and molecule detection method |
US9709523B1 (en) | 2016-03-16 | 2017-07-18 | Kabushiki Kaisha Toshiba | Gas detection apparatus |
KR101815379B1 (en) * | 2016-06-10 | 2018-01-09 | 한양대학교 산학협력단 | Detecting Sensor for Target Material and Manufacturing Method thereof |
US10571427B2 (en) | 2016-09-20 | 2020-02-25 | Kabushiki Kaisha Toshiba | Molecular detection apparatus |
US10677770B2 (en) | 2016-09-20 | 2020-06-09 | Kabushiki Kaisha Toshiba | Molecular detection apparatus, molecular detection method, and molecular detector |
US10761051B2 (en) | 2017-09-19 | 2020-09-01 | Kabushiki Kaisha Toshiba | Molecular detection apparatus and molecular detection method |
WO2019168206A1 (en) | 2018-03-01 | 2019-09-06 | 国立研究開発法人科学技術振興機構 | Surface-modified carbon material, and method for producing surface-modified carbon material |
JP2021526638A (en) * | 2018-06-05 | 2021-10-07 | リージェンツ オブ ザ ユニバーシティ オブ ミネソタ | Graphene-based dielectrophoresis sensors and methods |
JP7299247B2 (en) | 2018-06-05 | 2023-06-27 | リージェンツ オブ ザ ユニバーシティ オブ ミネソタ | Graphene-based dielectrophoretic sensors and methods |
CN113167763A (en) * | 2018-12-04 | 2021-07-23 | 株式会社村田制作所 | Virus detection system, virus detection method, and virus detection program |
WO2020170799A1 (en) | 2019-02-21 | 2020-08-27 | 株式会社村田製作所 | Graphene transistor and method for manufacturing same |
JP2020153772A (en) * | 2019-03-19 | 2020-09-24 | 株式会社東芝 | Base material, electronic element, and molecule detection device |
JP7102364B2 (en) | 2019-03-19 | 2022-07-19 | 株式会社東芝 | Electronic elements and molecular detectors |
KR20220106536A (en) | 2021-01-22 | 2022-07-29 | 한국재료연구원 | Carbon nanotube buckypaper-based ion sensor electrode and its manufacturing method |
WO2022180614A1 (en) | 2021-02-26 | 2022-09-01 | International Iberian Nanotechnology Laboratory (Inl) | Graphene-based malaria sensor, methods and uses thereof |
CN113998666A (en) * | 2021-10-21 | 2022-02-01 | 北京理工大学 | High-sensitivity full-graphene artificial electronic skin capable of resisting ultra-large strain |
CN114440752A (en) * | 2022-01-27 | 2022-05-06 | 深圳大学 | Wireless monitoring system and method based on variable-stiffness double-spring graphene displacement sensor |
CN114440752B (en) * | 2022-01-27 | 2023-06-20 | 深圳大学 | Wireless monitoring system and method based on graphene displacement sensor |
Also Published As
Publication number | Publication date |
---|---|
JP5462219B2 (en) | 2014-04-02 |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
JP5462219B2 (en) | Graphene sensor, substance species analyzer using the sensor, and substance species detection method using the sensor | |
Mao et al. | Two-dimensional nanomaterial-based field-effect transistors for chemical and biological sensing | |
Tu et al. | Graphene FET array biosensor based on ssDNA aptamer for ultrasensitive Hg2+ detection in environmental pollutants | |
Xu et al. | Graphene foam field-effect transistor for ultra-sensitive label-free detection of ATP | |
Myung et al. | Graphene-encapsulated nanoparticle-based biosensor for the selective detection of cancer biomarkers | |
Liu et al. | Enzyme-coated single ZnO nanowire FET biosensor for detection of uric acid | |
CN102242062B (en) | High-resolution biosensor | |
Stern et al. | Semiconducting nanowire field-effect transistor biomolecular sensors | |
CN102411019B (en) | Method for detecting small organic biological molecules with graphene electrode-based molecular device | |
TWI383144B (en) | Sensing element, manufacturing method and detecting system thereof | |
JP2004347532A (en) | Biosensor | |
CN104977347A (en) | Graphene-based chemical or biological sensor and manufacture method thereof | |
Thapa et al. | Biofunctionalized AlGaN/GaN high electron mobility transistor for DNA hybridization detection | |
JP5061342B2 (en) | Carbon nanotube electrode and sensor using the electrode | |
Majd et al. | The development of radio frequency magnetron sputtered p-type nickel oxide thin film field-effect transistor device combined with nucleic acid probe for ultrasensitive label-free HIV-1 gene detection | |
JP2004085392A (en) | Fet chemical sensor using carbon element linear structure | |
WO2007066954A1 (en) | Fet based sensor for detecting biomolecule, method for preparing the same, and method for detecting biomolecule using the fet based sensor | |
Chornokur et al. | Impedance-based miniaturized biosensor for ultrasensitive and fast prostate-specific antigen detection | |
CN107356649B (en) | Multi-channel biosensor and manufacturing method thereof | |
JP2014227304A (en) | Method for producing graphene thin film, electronic element equipped with graphene thin film, sensor, array device and sensing method | |
CN107167507A (en) | Graphene microelectrode electrochemical test sensors with DNA molecular probe | |
CN108872346A (en) | A kind of bacteriolyze enzyme sensor based on liquid grid structure grapheme transistor and preparation method thereof and the application in lysozyme detection | |
Danielson et al. | Gas-phase synthesis for label-free biosensors: zinc-oxide nanowires functionalized with gold nanoparticles | |
TW201035550A (en) | Label-free sensor | |
Rajesh et al. | Scalable chemical vapor deposited graphene field-effect transistors for bio/chemical assay |
Legal Events
Date | Code | Title | Description |
---|---|---|---|
A621 | Written request for application examination |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A621 Effective date: 20130308 |
|
A977 | Report on retrieval |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A971007 Effective date: 20130919 |
|
A131 | Notification of reasons for refusal |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A131 Effective date: 20131015 |
|
A521 | Request for written amendment filed |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A523 Effective date: 20131206 |
|
TRDD | Decision of grant or rejection written | ||
A01 | Written decision to grant a patent or to grant a registration (utility model) |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A01 Effective date: 20140107 |
|
A61 | First payment of annual fees (during grant procedure) |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A61 Effective date: 20140116 |
|
R150 | Certificate of patent or registration of utility model |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R150 |
|
LAPS | Cancellation because of no payment of annual fees |