JP2018048823A - 分子検出装置、分子検出方法、および分子検出器 - Google Patents
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Abstract
【解決手段】実施形態の分子検出装置1は、被検出分子2を含む検出対象ガス3を捕集する捕集部10と、捕集された被検出分子2を捕捉する、センサー部に設けられた有機物プローブを有する検出セルを備える検出器20と、被検出分子が検出セルの有機物プローブに捕捉されることにより生じる検出信号により被検出分子を識別する識別器30とを備える。検出セルは、ホスホン酸構造またはリン酸構造を含む有機物プローブを有する。
【選択図】図1
Description
まず、GFETと有機物プローブとを組み合わせた検出素子を、以下のようにして用意する。グラフェン層は、グラファイトからの剥離法により基板へ転写して形成したり、化学気相成長法(CVD)を利用して金属の表面に成長させることにより形成する。金属の表面に成長した単層や複数層のグラフェンをポリマー膜に転写して、所望の電界効果トランジスタ(FET)作製用の半導体基板に再度転写する。例えば、銅箔表面に1000℃程度の条件でメタンガスをフローしたCVDによりグラフェンを形成する。
実施例1と同様にして作製したGFETセンサーのグラフェンの表面に設ける有機物プローブとして、図8に示した有機化合物2B、2D、3と図7に示した有機化合物1Aを用いる以外は、実施例1と同様にして検出器を構成する。このような検出器を用いて、図10に示す被検出分子1(2,4,6−トリニトロトルエン)を検出する。すなわち、被検出分子1の蒸気を窒素ガスで約5ppbの濃度となるように希釈して検出器に送る。被検出分子1の検出結果を表4に示す。表4に示すように、被検出分子1の検出結果は、検出セルA〜Dの信号強度差に基づく信号パターンを示しており、このような信号パターンに基づいて被検出分子1を識別することによって、ppbオーダーの極低濃度の被検出分子1を選択的にかつ高感度に検出できることが分かる。
Claims (16)
- 被検出分子を含む検出対象ガスを捕集する捕集部と、
センサー部と、前記センサー部に設けられ、ホスホン酸構造またはリン酸構造を含む有機物プローブとを有する検出セルを備え、前記捕集部で補修された前記被検出分子を前記有機物プローブで捕捉する検出器と、
前記被検出分子が前記検出セルの前記有機物プローブに捕捉されることにより前記センサー部から生じる検出信号により前記被検出分子を識別する識別器と
を具備する分子検出装置。 - 前記センサー部は、グラフェン層と、前記グラフェン層に接続されたソース電極およびドレイン電極とを有する電界効果トランジスタを備え、
前記有機物プローブは、前記グラフェン層に設けられている、請求項1に記載の分子検出装置。 - 前記検出器は、複数の前記センサー部と、前記複数のセンサー部にそれぞれ設けられ、前記有機物プローブと同種の第1の有機物プローブまたは前記有機物プローブと異種の第2の有機物プローブとを有する複数の前記検出セルを備え、
前記識別器は、前記被検出分子が前記複数の検出セルの前記有機物プローブに捕捉されることにより生じる前記検出信号の強度差に基づく信号パターンにより前記被検出分子を識別する、請求項1または請求項2に記載の分子検出装置。 - 前記複数の検出セルは、前記被検出分子との結合強度が異なる複数の前記有機物プローブを有する、請求項3に記載の分子検出装置。
- 前記有機物プローブは、前記ホスホン酸構造またはリン酸構造を有するヘッド部と、多環芳香族炭化水素基を有するベース部と、前記ヘッド部と前記ベース部とを結合する単結合または有機基を有する結合部とを備える有機化合物からなる、請求項1ないし請求項4のいずれか1項に記載の分子検出装置。
- 前記ヘッド部は、ホスホン酸基またはリン酸基を有する芳香族炭化水素基を備える、請求項5に記載の分子検出装置。
- 前記被検出分子は、ニトロ化合物分子を含む、請求項1ないし請求項6のいずれか1項に記載の分子検出装置。
- 被検出分子を含む検出対象ガスを捕集する工程と、
検出セルのセンサー部に設けられ、ホスホン酸構造またはリン酸構造を含む有機物プローブで、前記捕集された前記被検出分子を捕捉する工程と、
前記被検出分子が前記検出セルの前記有機物プローブに捕捉されることにより前記センサー部から生じる検出信号により前記被検出分子を識別する工程と
を具備する分子検出方法。 - 前記被検出分子を、複数の前記検出セルのセンサー部にそれぞれ設けられ、前記有機物プローブと同種の第1の有機物プローブまたは前記有機物プローブと異種の第2の有機物プローブで捕捉し、
前記被検出分子が前記複数の検出セルの前記有機物プローブに捕捉されることにより生じる前記検出信号の強度差に基づく信号パターンにより前記被検出分子を識別する、請求項8に記載の分子検出方法。 - 前記複数の検出セルは、前記被検出分子との結合強度が異なる複数の前記有機物プローブを有する、請求項9に記載の分子検出方法。
- 前記有機物プローブは、前記ホスホン酸構造またはリン酸構造を有するヘッド部と、1多環芳香族炭化水素基を有するベース部と、前記ヘッド部と前記ベース部とを結合する単結合または有機基を有する結合部とを備える有機化合物からなる、請求項8ないし請求項10のいずれか1項に記載の分子検出方法。
- 前記ヘッド部は、ホスホン酸基またはリン酸基を有する芳香族炭化水素基を有する、請求項11に記載の分子検出方法。
- 前記被検出分子は、ニトロ化合物分子を含む、請求項8ないし請求項12のいずれか1項に記載の分子検出方法。
- グラフェン層と、前記グラフェン層に接続されたソース電極およびドレイン電極とを有する電界効果トランジスタを備えるセンサー部と、
前記センサー部の前記グラフェン層に設けられ、ホスホン酸構造またはリン酸構造を含む有機物プローブと
を具備する分子検出器。 - 前記有機物プローブは、前記ホスホン酸構造またはリン酸構造を有するヘッド部と、多環芳香族炭化水素基を有するベース部と、前記ヘッド部と前記ベース部とを結合する単結合または有機基を有する結合部とを備える有機化合物からなる、請求項14に記載の分子検出器。
- 前記ヘッド部は、ホスホン酸基またはリン酸基を有する芳香族炭化水素基を備える、請求項15に記載の分子検出器。
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