JP7473130B2 - Alkali metal ion detection sensor and radioactive cesium ion detection sensor - Google Patents
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特許法第３０条第２項適用 （１）刊行物名：ＡＣＣＩＳ２０１９第８回コロイドおよび界面化学に関するアジア会議プログラム＆講演要旨集（ＡＣＣＩＳ ２０１９ Ｔｈｅ ８▲ｔｈ▼ Ａｓｉａｎ Ｃｏｎｆｅｒｅｎｃｅ ｏｎ Ｃｏｌｌｏｉｄ ＆ Ｉｎｔｅｒｆａｃｅ Ｓｃｉｅｎｃｅ Ｐｒｏｇｒａｍ ＆ Ａｂｓｔｒａｃｔｓ）、発行日：令和１年９月２４日 （２）集会名：ＡＣＣＩＳ２０１９第８回コロイドおよび界面化学に関するアジア会議（ＡＣＣＩＳ ２０１９ Ｔｈｅ ８ｔｈ Ａｓｉａｎ Ｃｏｎｆｅｒｅｎｃｅ ｏｎ Ｃｏｌｌｏｉｄ ＆ Ｉｎｔｅｒｆａｃｅ Ｓｃｉｅｎｃｅ）、開催日：令和１年９月２７日 （３）刊行物名：第２３７回電気化学会大会講演要旨集（２３７ｔｈ ＥＣＳ Ｍｅｅｔｉｎｇ Ａｂｓｔｒａｃｔｓ）、発行日：令和２年５月１日Application of
本発明は、アルカリ金属イオン検出センサー及び放射性セシウムイオン検出センサーに関する。 The present invention relates to an alkali metal ion detection sensor and a radioactive cesium ion detection sensor.
原子力発電所の事故により大量の放射性セシウムが外部に放出され、広い範囲にわたって汚染が広がる場合がある。このような場合、放射性セシウムの濃度分布を把握し、汚染状況の観測を長期間にわたって継続していく必要がある。このため、持ち運びが簡単で簡便に放射性セシウムを計測できる放射性セシウムイオンセンサーの開発が望まれている。 In the event of an accident at a nuclear power plant, a large amount of radioactive cesium may be released outside, causing contamination to spread over a wide area. In such cases, it is necessary to understand the concentration distribution of radioactive cesium and continue to monitor the contamination situation over a long period of time. For this reason, there is a need for the development of a radioactive cesium ion sensor that is easy to carry and can measure radioactive cesium conveniently.
放射性セシウムイオン検出センサーとして、放射性セシウムイオンを捕捉する捕捉基を有する化合物を、チャネル層あるいは電極にリガンドを介してグラフトによって結合させた抵抗型トランジスタ型または電界効果トランジスタ型のセンサーが知られている（特許文献１）。放射性セシウムイオンを捕捉する捕捉基としては、カリックスアレーン－クラウンエーテル基が知られている。リガンドとしては、シラン基、好ましくはトリアルコキシシランまたはトリハロシラン基、より好ましくはトリメトキシシランまたはトリクロロシランから選択されたグラフト基を有するものが知られている。 As a radioactive cesium ion detection sensor, a resistive transistor type or field effect transistor type sensor is known in which a compound having a capture group that captures radioactive cesium ions is graft-bonded to a channel layer or an electrode via a ligand (Patent Document 1). A calixarene-crown ether group is known as a capture group that captures radioactive cesium ions. As a ligand, a silane group, preferably a trialkoxysilane or trihalosilane group, and more preferably a group having a graft group selected from trimethoxysilane or trichlorosilane, is known.
放射性セシウムイオン検出センサーにおいては、放射性セシウムイオンを広い濃度範囲で検出できることが望ましい。このためには、放射性セシウムイオン捕捉用の化合物を、チャネル層あるいは電極に高密度でかつ強い強度で結合させることが必要である。しかしながら、従来の放射性セシウムイオン検出センサーでは、トリメトキシシランまたはトリクロロシランなどのシラン基から選択されたグラフト基を有するリガンドを介して、チャネル層あるいは電極に結合させているため、十分な結合強度を得ることが難しく、高密度で放射性セシウムイオン捕捉用の化合物をチャネル層あるいは電極に結合させることは困難であった。 In a radioactive cesium ion detection sensor, it is desirable to be able to detect radioactive cesium ions over a wide concentration range. To achieve this, it is necessary to bind the compound for capturing radioactive cesium ions to the channel layer or electrode at high density and with high strength. However, in conventional radioactive cesium ion detection sensors, the compound is bound to the channel layer or electrode via a ligand having a graft group selected from silane groups such as trimethoxysilane or trichlorosilane, making it difficult to obtain sufficient binding strength and making it difficult to bind the compound for capturing radioactive cesium ions to the channel layer or electrode at high density.
本発明は、上記事情に鑑みてなされたものであって、放射性セシウムイオンを含むアルカリ金属イオンを広い濃度範囲で検出できるアルカリ金属イオン検出センサーを提供することを目的とする。また、本発明は、放射性セシウムイオンを広い濃度範囲で検出できる放射性セシウムイオン検出センサーを提供することもその目的とする。 The present invention has been made in consideration of the above circumstances, and aims to provide an alkali metal ion detection sensor capable of detecting alkali metal ions, including radioactive cesium ions, over a wide concentration range. Another aim of the present invention is to provide a radioactive cesium ion detection sensor capable of detecting radioactive cesium ions over a wide concentration range.
本発明者は、上記の目的を達成するために検討を重ねた結果、電界効果トランジスタ型のセンサーのチャネル層の少なくとも一部を脂質膜で被覆し、その脂質膜とアルカリ金属イオン検出用の化合物とを、シロキサン結合を介して接続させることによって、アルカリ金属イオン検出用の化合物を高密度でかつ安定してチャネル層に結合させることができ、アルカリ金属イオンを広い濃度範囲で検出することが可能となることを見出した。さらに、本発明者は、セシウムイオン検出用の化合物を結合したセシウムイオン検出用の検出部と、ナトリウムイオンやカリウムイオンなどの非放射性アルカリ金属イオン検出用の化合物を結合した非放射性アルカリ金属イオン検出用の検出部とを設け、放射性セシウムで汚染されていない非汚染地域のセシウムイオンと非放射性アルカリ金属イオンの検出量と、放射性セシウムで汚染されている汚染地域のセシウムイオンと非放射性アルカリ金属イオンの検出量とを比較することによって、汚染地域の放射性セシウムイオン量を精度よく算出することが可能となることを見出した。
したがって、本発明は、以下の構成を有する。
The present inventor has conducted extensive research to achieve the above object, and has found that by covering at least a part of the channel layer of a field effect transistor sensor with a lipid membrane and connecting the lipid membrane and an alkali metal ion detection compound via a siloxane bond, the alkali metal ion detection compound can be bound to the channel layer at a high density and stably, and alkali metal ions can be detected in a wide concentration range.Furthermore, the present inventor has found that by providing a detection section for detecting cesium ions bound with a compound for detecting cesium ions and a detection section for detecting non-radioactive alkali metal ions bound with a compound for detecting non-radioactive alkali metal ions such as sodium ions and potassium ions, it is possible to accurately calculate the amount of radioactive cesium ions in a contaminated area by comparing the amount of cesium ions and non-radioactive alkali metal ions detected in a non-contaminated area not contaminated with radioactive cesium with the amount of cesium ions and non-radioactive alkali metal ions detected in a contaminated area contaminated with radioactive cesium.
Therefore, the present invention has the following configuration.
［１］ソース電極、ドレイン電極、及び前記ソース電極と前記ドレイン電極との間に配置されたチャネル層を有し、前記チャネル層は、少なくとも一部が脂質膜で被覆されていて、前記脂質膜と、アルカリ金属イオンを捕捉する捕捉基を有する化合物とがシロキサン結合を介して結合している、アルカリ金属イオン検出センサー。
［２］前記チャネル層は、ポリ（３－ヘキシルチオフェン）を含む、［１］に記載のアルカリ金属イオン検出センサー。
［３］ 前記脂質膜は、一方の末端に前記チャネル層に対して親和性を有する基を備え、他方の末端にシロキサン基を有する重合体と結合している、［１］または［２］に記載のアルカリ金属イオン検出センサー。
［４］前記アルカリ金属イオンを捕捉する捕捉基は、カリックスアレーン－クラウンエーテル基である、［１］～［３］のいずれかに記載のアルカリ金属イオン検出センサー。
[1] An alkali metal ion detection sensor having a source electrode, a drain electrode, and a channel layer disposed between the source electrode and the drain electrode, the channel layer being at least partially covered with a lipid membrane, and the lipid membrane being bonded via a siloxane bond to a compound having a capture group that captures alkali metal ions.
[2] The alkali metal ion detection sensor according to [1], wherein the channel layer contains poly(3-hexylthiophene).
[3] The alkali metal ion detection sensor according to [1] or [2], wherein the lipid membrane has a group having an affinity for the channel layer at one end and is bonded to a polymer having a siloxane group at the other end.
[4] The alkali metal ion detection sensor according to any one of [1] to [3], wherein the capture group that captures the alkali metal ion is a calixarene-crown ether group.
［５］セシウムイオンの検出部と、ナトリウムイオン及びカリウムイオンの少なくとも一方を含む非放射性アルカリ金属イオンの検出部とを備え、前記セシウムイオンの検出部は、第１ソース電極、第１ドレイン電極、及び前記第１ソース電極と前記第１ドレイン電極との間に配置された第１チャネル層を有し、前記第１チャネル層は、第１脂質膜で被覆されていて、前記第１脂質膜と、セシウムイオンを捕捉する捕捉基を有する化合物とがシロキサン結合を介して結合し、前記非放射性アルカリ金属イオンの検出部は、第２ソース電極、第２ドレイン電極、及び前記第２ソース電極と前記第２ドレイン電極との間に配置された第２チャネル層を有し、前記第２チャネル層は、第２脂質膜で被覆されていて、前記第２脂質膜と、非放射性アルカリ金属イオンを捕捉する捕捉基を有する化合物とがシロキサン結合を介して結合している、放射性セシウムイオン検出センサー。 [5] A radioactive cesium ion detection sensor comprising a cesium ion detection unit and a non-radioactive alkali metal ion detection unit including at least one of sodium ions and potassium ions, the cesium ion detection unit having a first source electrode, a first drain electrode, and a first channel layer disposed between the first source electrode and the first drain electrode, the first channel layer being covered with a first lipid membrane, and the first lipid membrane being bonded to a compound having a capture group that captures cesium ions via a siloxane bond, the non-radioactive alkali metal ion detection unit having a second source electrode, a second drain electrode, and a second channel layer disposed between the second source electrode and the second drain electrode, the second channel layer being covered with a second lipid membrane, and the second lipid membrane being bonded to a compound having a capture group that captures non-radioactive alkali metal ions via a siloxane bond.
本発明によれば、放射性セシウムイオンを含むアルカリ金属イオンを広い濃度範囲で検出できるアルカリ金属イオン検出センサー、及び放射性セシウムイオン検出センサーを提供することが可能となる。 The present invention makes it possible to provide an alkali metal ion detection sensor capable of detecting alkali metal ions, including radioactive cesium ions, over a wide concentration range, and a radioactive cesium ion detection sensor.
以下、本発明に係るアルカリ金属イオン検出センサー及び放射性セシウムイオン検出センサーについて、添付図面を参照しながら説明する。なお、以下の説明で用いる図面は、特徴をわかりやすくするために、便宜上特徴となる部分を拡大して示している場合があり、各構成要素の寸法比率などが実際と同じであるとは限らない。また、以下の説明において例示される材料、寸法等は一例であって、本発明はそれらに限定されるものではなく、その要旨を変更しない範囲で適宜変更して実施することが可能である。 The alkali metal ion detection sensor and radioactive cesium ion detection sensor according to the present invention will be described below with reference to the attached drawings. Note that the drawings used in the following description may show characteristic parts in an enlarged scale for the sake of convenience in order to make the characteristics easier to understand, and the dimensional ratios of the components may not necessarily be the same as in reality. Furthermore, the materials, dimensions, etc. exemplified in the following description are merely examples, and the present invention is not limited to them, and may be modified as appropriate within the scope of the present invention.
［アルカリ金属イオン検出センサー］
図１は、本発明の一実施形態に係るアルカリ金属イオン検出センサーの平面図である。図２は、本発明の一実施形態に係るアルカリ金属イオン検出センサーを用いたアルカリ金属イオンの検出方法を説明する断面図である。
図１、図２に示すように、アルカリ金属イオン検出センサー１０は、基板１１、基板１１の上に形成されたソース電極１４とドレイン電極１５とからなる一対の電極群１６、及びソース電極１４とドレイン電極１５との間に配置されたチャネル層１８を有する。アルカリ金属イオン検出センサー１０のチャネル層１８の周囲は、コンテナー１９で囲われている。コンテナー１９は角筒状体であって、チャネル層１８の周囲をコンテナー１９で囲んだ状態で、コンテナー１９に試験水１（アルカリ金属水溶液）が注液される。試験水１には、ゲート電極１７が挿入され、これによって、電界効果トランジスタ（ＦＥＴ）が構成される。
[Alkali metal ion detection sensor]
Fig. 1 is a plan view of an alkali metal ion detection sensor according to an embodiment of the present invention, and Fig. 2 is a cross-sectional view illustrating a method for detecting alkali metal ions using the alkali metal ion detection sensor according to an embodiment of the present invention.
1 and 2, the alkali metal
本実施形態において、基板１１は、二層の積層体であって、下層１２はシリコン層であり、上層１３はシリカ層とされている。ただし、基板１１は、ソース電極１４、ドレイン電極１５を有する面が絶縁体であれば、構成及び材料は、特に制限はない。基板１１としては、例えば、ガラス板を使用してもよい。
In this embodiment, the
ソース電極１４、ドレイン電極１５及びゲート電極１７の材料としては、金、銀、パラジウム、白金、チタン、銅、ニッケルなどの金属、およびカーボンなどの炭素材料を用いてもよい。
The
チャネル層１８は、ソース電極１４とドレイン電極１５を被覆するように形成されている。チャネル層１８の材料としては、ｐ型有機半導体を用いることができる。ｐ型有機半導体は、ポリ（３－アルキルチオフェン）であってもよく、特に、Ｐ３ＨＴ（ポリ（３－ヘキシルチオフェン））であってもよい。
The
チャネル層１８は、脂質膜で被覆されている。この脂質膜と、アルカリ金属イオンを捕捉する捕捉基を有するアルカリ金属イオン検出用化合物とがシロキサン結合を介して結合している。
The
脂質膜は、親水部と疎水部の両方を有する両親媒性分子で形成される膜である。疎水部は、チャネル層１８との親和性が高い基を備えていてもよい。チャネル層１８との親和性が高い基は、例えばアルキル基である。親水部はポリシロキサンと結合していて、そのポリシロキサンとアルカリ金属イオンを捕捉する捕捉基を有する化合物とがシロキサン結合していてもよい。ポリシロキサンは、炭素原子数が１～１０の範囲内にあるアルキル基を有するポリアルキルシロキサンであってもよい。ポリアルキルシロキサンのアルキル基は、炭素原子数が１～４の範囲内にあってもよい。脂質膜は、脂質単層膜であってもよい。脂質単層膜は、ジアセチレン基を有するモノマーが結合したポリジアセチレン膜であってもよい。
The lipid membrane is a membrane formed of amphipathic molecules having both hydrophilic and hydrophobic parts. The hydrophobic part may have a group having a high affinity with the
アルカリ金属イオン検出用化合物としては、クラウンエーテル、カリックスアレーン、カリックスアレーン－クラウンエーテルを用いてもよい。捕捉基は、カリックスアレーン－クラウンエーテルであることが好ましい。
クラウンエーテルは、一般式（－ＣＨ２－ＣＨ２－Ｏ－）ｎで表される環状エーテル構造を有する。環状エーテル構造にアルカリ金属イオンが捕捉される。以下、本明細書では、クラウンエーテルをｘ－クラウン－ｙ－エーテルと記載する場合がある。ｘは、環状エーテル基を構成する原子の個数を表し、ｙは、環状エーテル基を構成する酸素原子の個数を表す。
The compound for detecting alkali metal ions may be crown ether, calixarene, or calixarene-crown ether. The capture group is preferably calixarene-crown ether.
Crown ether has a cyclic ether structure represented by the general formula (-CH 2 -CH 2 -O-) n . Alkali metal ions are captured in the cyclic ether structure. Hereinafter, in this specification, crown ether may be referred to as x-crown-y-ether. x represents the number of atoms constituting the cyclic ether group, and y represents the number of oxygen atoms constituting the cyclic ether group.
カリックスアレーンは、複数個のフェノールがメチレン基を介して連結した環状構造を有する。この環状構造にアルカリ金属イオンが捕捉される。以下、本明細書では、カリックスアレーン基をカリックス［ｎ］アレーンと記載する場合がある。ｎは、環状構造を構成するフェノールの個数を表す。 Calixarene has a ring structure in which multiple phenols are linked via methylene groups. Alkali metal ions are captured in this ring structure. Hereinafter, in this specification, calixarene groups may be referred to as calix[n]arene. n represents the number of phenols that make up the ring structure.
カリックスアレーン－クラウンエーテルは、クラウンエーテルが開環し、その両末端がカリックスアレーンのヒドロキシ基と結合した環状構造を有する。この環状構造にアルカリ金属イオンが捕捉される。カリックスアレーン－クラウンエーテルの環状構造は、原料のクラウンエーテルの環状エーテル構造及びカリックスアレーンの環状構造とはサイズが異なる。このため、カリックスアレーン－クラウンエーテルは、原料のクラウンエーテル及びカリックスアレーンを選択することによって、捕捉できるアルカリ金属イオンを変えることができる。すなわち、捕捉目的のアルカリ金属イオンに合わせて原料のクラウンエーテル及びカリックスアレーンを選択する。例えば、ベンゾ－１８－クラウン－６－エーテル及びカリックス［４］アレーンは、セシウムイオンの捕捉効率が低いが、両者を結合して得られるカリックス［４］アレーン－ベンゾ－１８－クラウン－６－エーテルはセシウムイオンに対して高い捕捉効率を有する。カリックスアレーン－クラウンエーテルのカリックスアレーンを構成するフェノールは、２，６位で結合していてもよいし、３，５位で結合していてもよい。カリックスアレーンを構成するフェノールが３，５位で結合しているカリックスアレーン－クラウンエーテルは、ポリアルキルシロキサンと結合させる際に、立体障害が起こりにくく、ポリアルキルシロキサンと結合させやすい。また、クラウンエーテルと結合していないカリックスアレーンのフェノールは、ヒドロキシ基の水素原子が、末端に反応性基を有する炭素原子数が１～１０の範囲内にあるアルキル基で置換されていてもよい。アルキル基は、炭素原子数が１～４の範囲内にあってもよい。反応性基はビニル基であってもよい。カリックスアレーン－クラウンエーテルのヒドロキシ基の水素原子を、末端に反応性基を有するアルキル基で置換することによって、ポリアルキルシロキサンと結合させる際に、立体障害が起こりにくく、ポリアルキルシロキサンと結合させやすくなる。 Calixarene-crown ether has a cyclic structure in which the crown ether is opened and both ends are bonded to the hydroxyl groups of the calixarene. Alkali metal ions are captured in this cyclic structure. The cyclic structure of the calixarene-crown ether is different in size from the cyclic ether structure of the raw crown ether and the cyclic structure of the calixarene. For this reason, the calixarene-crown ether can change the alkali metal ions that can be captured by selecting the raw crown ether and calixarene. In other words, the raw crown ether and calixarene are selected according to the alkali metal ions to be captured. For example, benzo-18-crown-6-ether and calix[4]arene have low cesium ion capture efficiency, but calix[4]arene-benzo-18-crown-6-ether obtained by combining the two has high cesium ion capture efficiency. The phenol that constitutes the calixarene of the calixarene-crown ether may be bonded at the 2- and 6-positions, or at the 3- and 5-positions. Calixarene-crown ethers in which the phenols constituting the calixarene are bonded at the 3- and 5-positions are less likely to cause steric hindrance when bonded to polyalkylsiloxanes, and are easier to bond to polyalkylsiloxanes. In addition, the hydrogen atom of the hydroxyl group of the phenol of the calixarene that is not bonded to the crown ether may be substituted with an alkyl group having 1 to 10 carbon atoms and having a reactive group at the end. The alkyl group may have 1 to 4 carbon atoms. The reactive group may be a vinyl group. By substituting the hydrogen atom of the hydroxyl group of the calixarene-crown ether with an alkyl group having a reactive group at the end, steric hindrance is less likely to occur when bonded to polyalkylsiloxanes, and it is easier to bond to polyalkylsiloxanes.
アルカリ金属イオン検出センサー１０によるアルカリ金属イオンの検出は、例えば、次のようにして行うことができる。
先ず、試験水１とチャネル層１８とを十分に接触させて、試験水１中のアルカリ金属イオンをアルカリ金属イオン検出用化合物の捕捉基に捕捉させる。次いで、ゲート電極１７とドレイン電極１５との間に電圧（ＶＧ）を印加してドレイン電極に流れるドレイン電流（ＩＤ）を測定して、ＶＧ－｜ＩＤＳ｜１／２曲線を得る。得られたＶＧＳ－｜ＩＤＳ｜１／２曲線を外挿して、ドレイン電流（ＩＤ）がゼロのときの閾値電圧（Ｖｔｈ）を得る。得られた閾値電圧（Ｖｔｈ）から、予め脳濃度が既知のアルカリ金属イオン溶液を用いて作成した検量線（アルカリ金属イオン濃度－Ｖｔｈ曲線）を用いて試験水１のアルカリ金属イオン濃度を算出する。
The detection of alkali metal ions by the alkali metal
First, the
次に、アルカリ金属イオン検出センサー１０の製造方法について説明する。
アルカリ金属イオン検出センサー１０は、例えば、電極形成工程と、チャネル層形成工程、脂質膜形成工程と、ポリシロキサン結合工程、アルカリ金属イオン検出用化合物結合工程と、を有する方法を用いて製造することができる。
Next, a method for manufacturing the alkali metal
The alkali metal
電極形成工程は、基板１１の上に、ソース電極１４とドレイン電極１５とを形成する工程である。電極を形成する方法としては、真空蒸着法、スパッタ法、イオンプレーティング法などの真空成膜法を用いることができる。
The electrode formation process is a process of forming a
チャネル層形成工程は、ソース電極１４とドレイン電極１５の間にチャネル層１８を形成する工程である。チャネル層１８の形成方法としては、有機半導体の溶液を塗布して、乾燥する方法を用いることができる。有機半導体溶液の塗布方法としては、スピンコート法、スプレーコート法、印刷法を用いてもよい。
The channel layer formation process is a process of forming a
脂質膜形成工程は、チャネル層１８を脂質膜で被覆する工程である。脂質膜の形成方法としては、脂質膜の原料となるモノマーの溶液を塗布して、乾燥する方法を用いることができる。モノマーの塗布方法としては、スピンコート法、スプレーコート法、印刷法を用いてもよい。モノマーとしてジアセチレン基を有するモノマーを用いる場合は、モノマーのジアセチレン基を重合させることによって、脂質単層膜を形成することができる。ジアセチレン基を重合させる方法としては、加熱や紫外線照射などの方法を用いてもよい。
The lipid membrane formation process is a process of covering the
ポリシロキサン結合工程は、脂質膜にポリシロキサンを結合させる工程である。具体的には、脂質膜にアルコキシシラン溶液を塗布し、脂質膜の親水部とアルコキシシランとを反応させることによって、脂質膜に結合したポリシロキサンを生成させる。アルコキシシラン溶液の塗布方法としては、スピンコート法、スプレーコート法、印刷法を用いてもよい。 The polysiloxane bonding process is a process of bonding polysiloxane to the lipid membrane. Specifically, an alkoxysilane solution is applied to the lipid membrane, and the hydrophilic portion of the lipid membrane is reacted with the alkoxysilane to generate polysiloxane bonded to the lipid membrane. The alkoxysilane solution may be applied by spin coating, spray coating, or printing.
アルカリ金属イオン検出用化合物結合工程は、脂質膜に結合させたポリシロキサンに、さらにアルカリ金属イオン検出用化合物を結合させる工程である。具体的には、脂質膜にアルカリ金属イオン検出用化合物の溶液を塗布し、ポリシロキサンとアルカリ金属イオン検出用化合物とを反応させることによって、脂質膜とアルカリ金属イオン検出用化合物とをシロキサン結合を介して結合させる。アルカリ金属イオン検出用化合物溶液の塗布方法としては、スピンコート法、スプレーコート法、印刷法を用いてもよい。 The alkali metal ion detection compound bonding process is a process in which an alkali metal ion detection compound is further bonded to the polysiloxane bonded to the lipid membrane. Specifically, a solution of the alkali metal ion detection compound is applied to the lipid membrane, and the polysiloxane and the alkali metal ion detection compound are reacted to bond the lipid membrane and the alkali metal ion detection compound via siloxane bonds. The alkali metal ion detection compound solution may be applied by spin coating, spray coating, or printing.
以上のような構成とされた本実施形態のアルカリ金属イオン検出センサー１０によれば、チャネル層１８は脂質膜で被覆されていて、脂質膜とアルカリ金属イオン検出用化合物とがシロキサン結合を介して結合しているので、アルカリ金属イオン検出用化合物を高密度でかつ安定してチャネル層１８に結合させることができる。このため、本実施形態のアルカリ金属イオン検出センサー１０を用いることによって、アルカリ金属イオンを広い濃度範囲で検出することが可能となる。なお、チャネル層１８は、全体が脂質膜で被覆されている必要はなく、少なくとも一部が脂質膜で被覆されていればよい。ただし、チャネル層１８の表面の９０％以上の面積、特に９５％以上１００％以下の面積が脂質膜で被覆されていることが好ましい。脂質膜で被覆されているチャネル層１８の面積は、０．０５ｍｍ２以上１ｈｍｍ２以下の範囲内にあることが好ましい。また、チャネル層１８の親水部は、ポリシロキサンと結合しているが、これに限定されるものではなく、シロキサン基を有する重合体と結合していてもよい。
According to the alkali metal
また、本実施形態のアルカリ金属イオン検出センサー１０において、チャネル層１８がポリ（３－ヘキシルチオフェン）を含む場合は、チャネル層１８と脂質膜の疎水部との親和性が高くなる。このため、アルカリ金属イオン検出用化合物をより高密度でかつより安定してチャネル層１８に結合させることができる。
In addition, in the alkali metal
また、本実施形態のアルカリ金属イオン検出センサー１０において、脂質膜が、一方の末端にチャネル層１８に対して親和性を有する基を備える場合は、チャネル層１８と脂質膜の疎水部との親和性が高くなる。また、脂質膜が、他方の末端にポリシロキサンが結合されている場合は、アルカリ金属イオン検出用化合物と結合力が高くなる。
In addition, in the alkali metal
さらに、本実施形態のアルカリ金属イオン検出センサー１０において、アルカリ金属イオンを捕捉する捕捉基は、カリックスアレーン－クラウンエーテル基である場合は、アルカリ金属をより選択的に捕捉することができる。よって、アルカリ金属イオンの検出感度が向上する。
Furthermore, in the alkali metal
［放射性セシウムイオン検出センサー］
図３は、本発明の一実施形態に係る放射性セシウムイオン検出センサーの一例の平面図である。放射性セシウムイオン検出センサーは、基板の上に配置されている電極群の個数やチャネル層の有無において、前述のアルカリ金属イオン検出センサーと異なるが、同一の機能を有するものには同一の符号を付して、その説明を省略する場合がある。
[Radioactive cesium ion detection sensor]
3 is a plan view of an example of a radioactive cesium ion detection sensor according to an embodiment of the present invention. The radioactive cesium ion detection sensor differs from the above-mentioned alkali metal ion detection sensor in the number of electrodes arranged on a substrate and the presence or absence of a channel layer, but components having the same functions are given the same reference numerals and their description may be omitted.
図３に示すように、放射性セシウムイオン検出センサー２０は、基板１１の上に、８組の電極群１６ａ～１６ｈが形成されている。８組の電極群１６ａ～１６ｈのうちの４組の電極群１６ａ～１６ｄは、汚染地域用センサー１０ｓを構成し、残りの電極群１６ｅ～１６ｈは、非汚染地用センサー１０ｒを構成する。
As shown in FIG. 3, the radioactive cesium
汚染地域用センサー１０ｓは、セシウムイオン検出部１０ａ、カリウムイオン検出部１０ｂ、ナトリウムイオン検出部１０ｃ、ブランク検出部１０ｄを有する。非汚染地用センサー１０ｒも同様に、セシウムイオン検出部１０ｅ、カリウムイオン検出部１０ｆ、ナトリウムイオン検出部１０ｇ、ブランク検出部１０ｈを有する。
The contaminated
セシウムイオン検出部１０ａ、１０ｅにおいて、電極群１６ａ、１６ｅは、それぞれ第１ソース電極１４ａ、１４ｅと第１ドレイン電極１５ａ、１５ｅとからなる一対の電極群である。第１ソース電極１４ａ、１４ｅと第１ドレイン電極１５ａ、１５ｅとの間には、それぞれ第１チャネル層１８ａ、１８ｅが配置されている。第１チャネル層１８ａ、１８ｅは、それぞれ第１脂質膜で被覆されていて、第１脂質膜と、セシウムイオンを捕捉する捕捉基を有するセシウムイオン検出用化合物とがシロキサン結合を介して結合している。なお、セシウムイオン検出用化合物は、セシウムイオンを選択的に捕捉できる化合物であればよく、セシウムイオンの捕捉に影響を与えない範囲で、セシウム以外のアルカリ金属（例えば、カリウムやナトリウム）のイオンを少量捕捉してもよい。
In the cesium
カリウムイオン検出部１０ｂ、１０ｆにおいて、電極群１６ｂ、１６ｆは、それぞれ第２ソース電極１４ｂ、１４ｆと第２ドレイン電極１５ｂ、１５ｆとからなる一対の電極群である。第２ソース電極１４ｂ、１４ｆと第２ドレイン電極１５ｂ、１５ｆとの間には、それぞれ第２チャネル層１８ｂ、１８ｆが配置されている。第２チャネル層１８ｂ、１８ｆは、それぞれ第２脂質膜で被覆されていて、第２脂質膜と、カリウムイオンを捕捉する捕捉基を有するカリウムイオン検出用化合物とがシロキサン結合を介して結合している。なお、カリウムイオン検出用化合物は、カリウムイオンを選択的に捕捉できる化合物であればよく、カリウムイオンの捕捉に影響を与えない範囲で、カリウム以外のアルカリ金属（例えば、セシウムやナトリウム）のイオンを少量捕捉してもよい。
In the potassium
ナトリウムイオン検出部１０ｃ、１０ｇにおいて、電極群１６ｃ、１６ｇは、それぞれ第３ソース電極１４ｃ、１４ｇと第３ドレイン電極１５ｃ、１５ｇとからなる一対の電極群である。第３ソース電極１４ｃ、１４ｇと第３ドレイン電極１５ｃ、１５ｇとの間には、それぞれ第３チャネル層１８ｃ、１８ｇが配置されている。第３チャネル層１８ｃ、１８ｇは、それぞれ第３脂質膜で被覆されていて、第３脂質膜と、ナトリウムイオンを捕捉する捕捉基を有するナトリウムイオン検出用化合物とがシロキサン結合を介して結合している。なお、ナトリウムイオン検出用化合物は、ナトリウムイオンを選択的に捕捉できる化合物であればよく、ナトリウムイオンの捕捉に影響を与えない範囲で、ナトリウム以外のアルカリ金属（例えば、セシウムやカリウム）のイオンを少量捕捉してもよい。
In the sodium
ブランク検出部１０ｄ、１０ｈにおいて、電極群１６ｄ、１６ｈは、それぞれ第４ソース電極１４ｄ、１４ｈと第４ドレイン電極１５ｄ、１５ｈとからなる一対の電極群である。ブランク検出部１０ｄ、１０ｈは、試験水の電導度などの水質による電気的な変動を検出する。
In the
第１ソース電極１４ａ、１４ｅ、第２ソース電極１４ｂ、１４ｆ、第３ソース電極１４ｃ、１４ｇ及び第４ソース電極１４ｄ、１４ｈの材料は、それぞれ同一であってもよいし、異なってもいてもよい。また、第１ドレイン電極１５ａ、１５ｅ、第２ドレイン電極１５ｂ、１５ｆ、第３ドレイン電極１５ｃ、１５ｇ及び第４ドレイン電極１５ｄ、１５ｈの材料は、それぞれ同一であってもよいし、異なってもいてもよい。さらに、第１チャネル層１８ａ、１８ｅ、第２チャネル層１８ｂ、１８ｆ及び第３チャネル層１８ｃ、１８ｇの材料は、それぞれ同一であってもよいし、異なってもいてもよい。第１脂質膜、第２脂質膜、第３脂質膜は、それぞれ同一であってもよいし、異なってもいてもよい。これらの材料の例は、前述のアルカリ金属イオン検出センサーの場合と同じである。
The materials of the
汚染地域用センサー１０ｓは、放射性セシウムで汚染されている汚染地域で採取された淡水や海水を試験水として、試験水中のセシウムイオン、カリウムイオン、ナトリウムイオン、ブランクを測定する。非汚染地用センサー１０ｒは、放射性セシウムで汚染されている地域の付近で、放射性セシウムで汚染されていない非汚染地域で採取された淡水や海水を試験水として、試験水中のセシウムイオン、カリウムイオン、ナトリウムイオン、ブランクを測定する。
The contaminated
図４は、本発明の一実施形態に係る放射性セシウムイオン検出センサーを用いて測定されたアルカリ金属イオンの濃度の測定結果であり、（ａ）は非汚染地域で採取された淡水の測定結果であって、（ｂ）は汚染地域で採取された淡水の測定結果である。
図４（ａ）及び図４（ｂ）のグラフにおいて、縦軸は、ナトリウムイオンの検出量を１００とした相対イオン濃度である。
FIG. 4 shows the results of measuring the concentration of alkali metal ions using a radioactive cesium ion detection sensor according to one embodiment of the present invention, where (a) is the result of measuring freshwater collected in a non-contaminated area, and (b) is the result of measuring freshwater collected in a contaminated area.
In the graphs of FIGS. 4( a ) and 4 ( b ), the vertical axis indicates the relative ion concentration, with the detected amount of sodium ions set as 100.
図４（ａ）のグラフから非汚染地域で採取された淡水においてもセシウム（Ｃｓ）イオンが検出されているがわかる。この非汚染地域で検出されたセシウムイオンは、非放射性セシウムイオンである。また、図４（ａ）のグラフと図４（ｂ）のグラフとを比較すると、ナトリウム（Ｎａ）イオンとカリウム（Ｋ）イオンの検出量は、非汚染地域と汚染地域で同じであることがわかる。この結果から、汚染地域で採取された淡水にも非汚染地域で採取された淡水と同程度の非放射性セシウムイオンが存在していると考えられる。よって、非汚染地域のセシウムイオン及び非放射性アルカリ金属イオン（ナトリウムイオンとカリウムイオン）の検出量と、汚染地域の非放射性アルカリ金属イオンの検出量の比率から、汚染地域の非放射性セシウムイオンの予測量を求めることができる。そして、汚染地域のセシウムイオン検出量から非放射性セシウムイオンの予測量を除することにより、汚染地域の放射性セシウムイオン量を精度よく得ることができる。 From the graph in FIG. 4(a), it can be seen that cesium (Cs) ions were also detected in the freshwater collected in the non-contaminated area. The cesium ions detected in the non-contaminated area are non-radioactive cesium ions. Furthermore, by comparing the graph in FIG. 4(a) with the graph in FIG. 4(b), it can be seen that the detected amounts of sodium (Na) ions and potassium (K) ions are the same in the non-contaminated area and the contaminated area. From this result, it is considered that the freshwater collected in the contaminated area also contains the same amount of non-radioactive cesium ions as the freshwater collected in the non-contaminated area. Therefore, the predicted amount of non-radioactive cesium ions in the contaminated area can be obtained from the ratio of the detected amount of cesium ions and non-radioactive alkali metal ions (sodium ions and potassium ions) in the non-contaminated area to the detected amount of non-radioactive alkali metal ions in the contaminated area. Then, by subtracting the predicted amount of non-radioactive cesium ions from the detected amount of cesium ions in the contaminated area, the amount of radioactive cesium ions in the contaminated area can be obtained with high accuracy.
以上のような構成とされた本実施形態の放射性セシウムイオン検出センサー２０によれば、セシウムイオンと非放射性アルカリ金属イオン（カリウムイオン、ナトリウムイオン）とを検出することができる。そして、非汚染地域のセシウムイオン及び非放射性アルカリ金属イオンの検出量と、汚染地域の非放射性アルカリ金属イオンの検出量の比率から、汚染地域の非放射性セシウムイオンの予測量を求めることによって、汚染地域の放射性セシウムイオン量を精度よく得ることができる。また、セシウムイオン検出部１０ａ、１０ｅ、カリウムイオン検出部１０ｂ、１０ｆ、ナトリウムイオン検出部１０ｃ、１０ｇは、それぞれ上述のアルカリ金属イオン検出センサー１０と同じ構成とされているので、セシウムイオン、カリウムイオン及びナトリウムイオンの各イオンを広い濃度範囲で検出することが可能となる。なお、放射性セシウムイオン検出センサー２０は、非放射性アルカリ金属イオンの検出部として、カリウムイオン検出部１０ｂ、１０ｆとナトリウムイオン検出部１０ｃ、１０ｇを備えているが、これに限定されるものではない。例えば、カリウムイオン検出部１０ｂ、１０ｆ及びナトリウムイオン検出部１０ｃ、１０ｇの一方のみを備えるようにしてもよい。また、電導度などの水質による電気的な変動が小さい場合は、ブランク検出部１０ｄ、１０ｈを備えなくてもよい。また、放射性セシウムイオン検出センサー２０では、汚染地域用センサー１０ｓと非汚染地用センサー１０ｒとを備えているが、汚染地域用センサー１０ｓと非汚染地用センサー１０ｒとをそれぞれ分けてもよい。また、放射性セシウムイオン検出センサー２０は、セシウムイオン検出部１０ａ、１０ｅ、カリウムイオン検出部１０ｂ、１０ｆ、ナトリウムイオン検出部１０ｃ、１０ｇ、ブランク検出部１０ｄ、１０ｈのそれぞれが一つのセンサー部で構成されていたが、複数のセンサー部で構成してもよい。
According to the radioactive cesium
図５は、本発明の一実施形態に係る放射性セシウムイオン検出センサーの別の一例の平面図である。
図５に示す放射性セシウムイオン検出センサー３０は、基板１１に、セシウムイオン検出部１０ａ、カリウムイオン検出部１０ｂ、ナトリウムイオン検出部１０ｃ、ブランク検出部１０ｄが備えられている。セシウムイオン検出部１０ａ、カリウムイオン検出部１０ｂ、ナトリウムイオン検出部１０ｃ、ブランク検出部１０ｄは、それぞれ４つのセンサー部を有する。すなわち、セシウムイオン検出部１０ａは、セシウムイオン検出センサー部１０ａ１～１０ａ４を有する。カリウムイオン検出部１０ｂは、カリウムイオン検出センサー部１０ｂ１～１０ｂ４を有する。ナトリウムイオン検出部１０ｃ、は、ナトリウムイオン検出センサー部１０ｃ１～１０ｃ４を有する。ブランク検出部１０ｄは、ブランク検出センサー部１０ｄ１～１０ｄ４を有する。
FIG. 5 is a plan view of another example of a radioactive cesium ion detection sensor according to an embodiment of the present invention.
The radioactive cesium
放射性セシウムイオン検出センサー３０は、セシウムイオン検出部１０ａ、カリウムイオン検出部１０ｂ、ナトリウムイオン検出部１０ｃ、ブランク検出部１０ｄは、それぞれ４つのセンサーを有する。このため、セシウムイオン、カリウムイオン及びナトリウムイオンの各イオンをより広い濃度範囲で検出することが可能となる。
The radioactive cesium
［実施例１］
ガラス基板を用意した。このガラス基板の表面に、ソース電極とドレイン電極とからなる一対の電極群を１組真空成膜法により形成した。ソース電極とドレイン電極の間隔は、０．１ｍｍとした。ソース電極とドレイン電極の上面及びソース電極とドレイン電極の間に有機半導体（Ｐ３ＨＴ）の溶液をスピンコート法により塗布し、乾燥してチャネル層（幅：１ｍｍ、面積：０．１ｍｍ２）を形成した。得られたチャネル層の上に、純水に１，２－ビス（１０，１２－トリコサジイノイル）－ｓｎ－グリセロ－３－グリセロール（ＤＣＯＨ）とアゾビス（２－アミジノプロパン）二塩酸塩（ＡＡＰＤ）を溶解させた溶液（液温：１０℃）を塗布し、３２℃で１０分間加熱した後、４２℃で４５分間加熱して、ＤＣＯＨを重合させて、脂質膜を形成した（下記の反応式（Ｉ）を参照）。
[Example 1]
A glass substrate was prepared. On the surface of this glass substrate, a pair of electrodes consisting of a source electrode and a drain electrode was formed by a vacuum film formation method. The distance between the source electrode and the drain electrode was 0.1 mm. A solution of an organic semiconductor (P3HT) was applied by a spin coating method to the upper surface of the source electrode and the drain electrode and between the source electrode and the drain electrode, and dried to form a channel layer (width: 1 mm, area: 0.1 mm 2 ). On the obtained channel layer, a solution (liquid temperature: 10° C.) in which 1,2-bis(10,12-tricosadiynoyl)-sn-glycero-3-glycerol (DCOH) and azobis(2-amidinopropane) dihydrochloride (AAPD) were dissolved in pure water was applied, and the solution was heated at 32° C. for 10 minutes, and then heated at 42° C. for 45 minutes to polymerize DCOH and form a lipid membrane (see reaction formula (I) below).
得られた脂質膜の上に、１，４－ジオキサンにメチルトリメトキシシラン（ＭＴＳ）を溶解させた溶液（液温：室温）を塗布し、１５分間静置して、脂質膜にポリメチルシロキサンを結合させた（下記の反応式（II）を参照）。 A solution of methyltrimethoxysilane (MTS) dissolved in 1,4-dioxane (liquid temperature: room temperature) was applied onto the obtained lipid film and left to stand for 15 minutes to bond polymethylsiloxane to the lipid film (see reaction formula (II) below).
次いで、脂質膜の上に、無水１，４－ジオキサンに、下記の式（１）で表されるカリックス［４］アレーン－ベンゾ－１８－クラウン－６－エーテルを溶解させた溶液（液温：室温）を塗布し、１０分間静置して、ポリメチルシロキサンとジヒドロキシカリックス［４］アレーン－ベンゾ－１８－クラウン－６－エーテルとを結合させて、セシウムイオン検出センサーを作製した。
Next, a solution (liquid temperature: room temperature) of calix[4]arene-benzo-18-crown-6-ether represented by the following formula (1) dissolved in
得られたセシウムイオンセンサーのチャネル層の周囲に、ポリジメチルシロキサン（ＰＤＭＳ）製の角筒状コンテナーを配置した。次いで、角筒状コンテナーの中に純水を注液し、注液した純水中にゲート電極を挿入した。ゲート電圧を、－０．５Ｖ～＋０．４Ｖまで走査して、電気特性を評価した。その結果を、図６に示す。図６のグラフにＶＧＳ－｜ＩＤＳ｜１／２曲線を外挿して、閾値電圧（Ｖｔｈ）を算出した。 A square cylindrical container made of polydimethylsiloxane (PDMS) was placed around the channel layer of the obtained cesium ion sensor. Next, pure water was poured into the square cylindrical container, and the gate electrode was inserted into the poured pure water. The gate voltage was scanned from -0.5 V to +0.4 V to evaluate the electrical characteristics. The results are shown in Figure 6. The V GS -|I DS | 1/2 curve was extrapolated to the graph in Figure 6 to calculate the threshold voltage (V th ).
セシウムイオン濃度が１０－１９モル／Ｌ、１０－１７モル／Ｌ、１０－１５モル／Ｌ、１０－１３モル／Ｌ、１０－１１モル／Ｌ、１０－９モル／Ｌ、１０－７モル／Ｌ又は１０－５モル／Ｌのセシウムイオン水溶液を調製した。セシウムイオン水溶液は、ナトリウムイオン濃度を０．１モル／Ｌ、カリウムイオン濃度を０．００３モル／Ｌ、塩素イオン濃度を０．１モル／Ｌとした。
純水の代わりに、上記のセシウムイオン水溶液を注液し、閾値電圧の変化量（ΔＶｔｈ）を測定した。その結果を、図７に示す。図７において、横軸は、セシウムイオン水溶液のセシウムイオン濃度のログ値であり、縦軸は、閾値電圧の変化量である。図７のグラフから、セシウムイオン濃度が１０－７～１０－１７モル／Ｌの範囲内において、セシウムイオン濃度と閾値電圧の変化量とが直線関係となることが確認された。セシウムイオン濃度で１０－１７モル／Ｌは、１０－９ｐｐｂに相当する。この結果から、実施例１で得られたセシウムイオン検出センサーを用いることによってセシウムイオンを広範囲の濃度で検出できることが確認された。
Aqueous cesium ion solutions were prepared with cesium ion concentrations of 10 −19 mol/L, 10 −17 mol/L, 10 −15 mol/L, 10 −13 mol/L, 10 −11 mol/L, 10 −9 mol/L, 10 −7 mol/L, or 10 −5 mol/L. The aqueous cesium ion solutions had sodium ion concentrations of 0.1 mol/L, potassium ion concentrations of 0.003 mol/L, and chloride ion concentrations of 0.1 mol/L.
Instead of pure water, the above cesium ion aqueous solution was injected, and the change in threshold voltage (ΔV th ) was measured. The results are shown in FIG. 7. In FIG. 7, the horizontal axis is the logarithm of the cesium ion concentration of the cesium ion aqueous solution, and the vertical axis is the change in threshold voltage. From the graph in FIG. 7, it was confirmed that the cesium ion concentration and the change in threshold voltage have a linear relationship within the range of cesium ion concentrations of 10 −7 to 10 −17 mol/L. A cesium ion concentration of 10 −17 mol/L corresponds to 10 −9 ppb. From these results, it was confirmed that cesium ions can be detected over a wide range of concentrations by using the cesium ion detection sensor obtained in Example 1.
［実施例２］
ガラス基板の表面に、ソース電極とドレイン電極とからなる一対の電極群を８組形成した。８組の電極群を、汚染地域用の４組の電極群と非汚染地域用の４組の電極群とに分けた。汚染地域用及び非汚染地域用のそれぞれの３組の電極群について、ソース電極とドレイン電極の上面及びソース電極とドレイン電極の間のそれぞれに有機半導体（Ｐ３ＨＴ）を成膜してチャネル層を形成した。次いで、３組の電極群に形成したチャネル層のそれぞれに脂質膜を形成し、得られた脂質膜にポリメチルシロキサンを結合させた。この３つのチャネル層のうちの１つのチャネル層について、ポリメチルシロキサンとジヒドロキシカリックス［４］アレーン－ベンゾ－１８－クラウン－６－エーテルとを結合させた。残りの２つのチャネル層のうちの一方のチャネル層に、ポリメチルシロキサンとジヒドロキシカリックス［４］アレーン－ベンゾ－１５－クラウン－５－エーテルを結合させた。さらに、残りの一つのチャネル層に、ポリメチルシロキサンとジヒドロキシカリックス［４］アレーン－ベンゾ－１２－クラウン－４－エーテルを結合させた。こうして、放射性セシウムイオン検出センサーを作製した。この放射性セシウムイオン検出センサーにおいて、ジヒドロキシカリックス［４］アレーン－ベンゾ－１８－クラウン－６－エーテルを結合されたチャネル層を備える電極群は、セシウムイオン検出部となる。ジヒドロキシカリックス［４］アレーン－ベンゾ－１５－クラウン－５－エーテルを結合させたチャネル層を備える電極群は、カリウムイオン検出部となる。ジヒドロキシカリックス［４］アレーン－ベンゾ－１２－クラウン－４－エーテルを結合させたチャネル層を備える電極群はナトリウムイオン検出部となる。チャネル層を形成していない電極群は、ブランク検出部となる。この放射性セシウムイオン検出センサーを使用することによって、放射性セシウムイオンを検出することができる。
[Example 2]
Eight pairs of electrodes, each consisting of a source electrode and a drain electrode, were formed on the surface of a glass substrate. The eight electrode groups were divided into four electrode groups for the polluted area and four electrode groups for the non-polluted area. For each of the three electrode groups for the polluted area and the non-polluted area, an organic semiconductor (P3HT) was formed on the upper surface of the source electrode and the drain electrode and between the source electrode and the drain electrode to form a channel layer. Next, a lipid membrane was formed on each of the channel layers formed on the three electrode groups, and polymethylsiloxane was bonded to the obtained lipid membrane. Polymethylsiloxane and dihydroxycalix[4]arene-benzo-18-crown-6-ether were bonded to one of the three channel layers. Polymethylsiloxane and dihydroxycalix[4]arene-benzo-15-crown-5-ether were bonded to one of the remaining two channel layers. Furthermore, polymethylsiloxane and dihydroxycalix[4]arene-benzo-12-crown-4-ether were bonded to the remaining channel layer. In this way, a radioactive cesium ion detection sensor was produced. In this radioactive cesium ion detection sensor, the electrode group having the channel layer bonded with dihydroxycalix[4]arene-benzo-18-crown-6-ether serves as a cesium ion detection section. The electrode group having the channel layer bonded with dihydroxycalix[4]arene-benzo-15-crown-5-ether serves as a potassium ion detection section. The electrode group having the channel layer bonded with dihydroxycalix[4]arene-benzo-12-crown-4-ether serves as a sodium ion detection section. The electrode group without a channel layer serves as a blank detection section. By using this radioactive cesium ion detection sensor, radioactive cesium ions can be detected.
１ 試験水
１０ アルカリ金属イオン検出センサー
１０ａ セシウムイオン検出部
１０ａ１、１０ａ２、１０ａ３、１０ａ４ セシウムイオン検出センサー部
１０ｂ カリウムイオン検出部
１０ｂ１、１０ｂ２、１０ｂ３、１０ｂ４、 カリウムイオン検出センサー部
１０ｃ ナトリウムイオン検出部
１０ｃ１、１０ｃ２、１０ｃ３、１０ｃ４ ナトリウムイオン検出センサー部
１０ｄ ブランク検出部
１０ｄ１、１０ｄ２、１０ｄ３、１０ｄ４ ブランク検出センサー部
１０ｅ セシウムイオン検出部
１０ｆ カリウムイオン検出部
１０ｇ ナトリウムイオン検出部
１０ｈ ブランク検出部
１０ｒ 非汚染地用センサー
１０ｓ 汚染地域用センサー
１１ 基板
１２ 下層
１３ 上層
１４ ソース電極
１４ａ、１４ｅ 第１ソース電極
１４ｂ、１４ｆ 第２ソース電極
１４ｃ、１４ｇ 第３ソース電極
１４ｄ、１４ｈ 第４ソース電極
１５ ドレイン電極
１５ａ、１５ｅ 第１ドレイン電極
１５ｂ、１５ｆ 第２ドレイン電極
１５ｃ、１５ｇ 第３ドレイン電極
１５ｄ、１５ｈ 第４ドレイン電極
１６、１６ａ、１６ｂ、１６ｃ、１６ｄ、１６ｅ、１６ｆ、１６ｇ、１６ｈ 電極群
１７ ゲート電極
１８ チャネル層
１８ａ、１８ｅ 第１チャネル層
１８ｂ、１８ｆ 第２チャネル層
１８ｃ、１８ｇ 第３チャネル層
１９ コンテナー
２０、３０ 放射性セシウムイオン検出センサー
LIST OF
Claims (5)
前記チャネル層は、少なくとも一部が脂質膜で被覆されていて、
前記脂質膜と、アルカリ金属イオンを捕捉する捕捉基を有する化合物とがシロキサン結合を介して結合している、アルカリ金属イオン検出センサー。 a source electrode, a drain electrode, and a channel layer disposed between the source electrode and the drain electrode;
The channel layer is at least partially covered with a lipid membrane,
The alkali metal ion detection sensor comprises the lipid membrane and a compound having a capturing group capable of capturing an alkali metal ion, which is bonded via a siloxane bond to the lipid membrane.
前記セシウムイオンの検出部は、第１ソース電極、第１ドレイン電極、及び前記第１ソース電極と前記第１ドレイン電極との間に配置された第１チャネル層を有し、前記第１チャネル層は、第１脂質膜で被覆されていて、前記第１脂質膜と、セシウムイオンを捕捉する捕捉基を有する化合物とがシロキサン結合を介して結合し、
前記非放射性アルカリ金属イオンの検出部は、第２ソース電極、第２ドレイン電極、及び前記第２ソース電極と前記第２ドレイン電極との間に配置された第２チャネル層を有し、前記第２チャネル層は、第２脂質膜で被覆されていて、前記第２脂質膜と、非放射性アルカリ金属イオンを捕捉する捕捉基を有する化合物とがシロキサン結合を介して結合している、放射性セシウムイオン検出センサー。 A detection unit for detecting cesium ions and a detection unit for detecting non-radioactive alkali metal ions including at least one of sodium ions and potassium ions,
the cesium ion detection unit has a first source electrode, a first drain electrode, and a first channel layer disposed between the first source electrode and the first drain electrode, the first channel layer is covered with a first lipid membrane, and the first lipid membrane and a compound having a capture group that captures cesium ions are bonded to each other via a siloxane bond;
A radioactive cesium ion detection sensor, wherein the non-radioactive alkali metal ion detection unit has a second source electrode, a second drain electrode, and a second channel layer arranged between the second source electrode and the second drain electrode, the second channel layer is covered with a second lipid membrane, and the second lipid membrane is bonded to a compound having a capture group that captures the non-radioactive alkali metal ion via a siloxane bond.
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|---|
| Tin Phan Nguy et al.，Electrolyte-gated-organic field effect transistors functionalized by lipid monolayers with tunable pH sensitivity for sensor applications，Applied Physics Express，13，2019年12月06日，011005，https://doi.org/10.7567/1882-0786/ab5322 |
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