Development of ISFET array sensor for pH measurement of pore water in marine sediment

开发用于海洋沉积物孔隙水 pH 测量的 ISFET 阵列传感器

基本信息

批准号：
21H03578
负责人：
中嶋秀
金额：
$ 11.15万
依托单位：
Tokyo Metropolitan University
依托单位国家：
日本
项目类别：
Grant-in-Aid for Scientific Research (B)
财政年份：
2021
资助国家：
日本
起止时间：
2021-04-01 至 2024-03-31
项目状态：
已结题

来源：
https://kaken.nii.ac.jp/en/grant/KAKENHI-PROJECT-21H03578/
关键词：
センサー pH ISFET 海洋酸性化 pHセンサーイオン感応性電界効果トランジスタ

项目摘要

(1) ISFETアレイセンサーの作製と性能評価イオン感応部(Ta2O5)とゲート電位検出部(Ag/AgCl)を4個ずつ有するISFETアレイセンサーを作製し，人工海水[Tris (pH8.15)とAMP (pH6.81)]を用いてISFETアレイセンサーの性能を評価した。その結果，いずれのセンサーもpHの変化に対して応答することが確認されたので，ISFET制御用電子回路，データロガーおよびバッテリーを耐水容器に入れ，これを沖縄県備瀬崎の海底に設置して海水のpHを測定した。その結果，1個のセンサーは感応膜の損傷によりpHを計測できなかったが，残りの3個のセンサーは少なくとも24時間連続してpHを計測できることが確認された。しかし，ゲート電位検出部のAg/AgClに劣化が観察された。(2) カーボンファイバーをゲート電位検出部とするISFETセンサーの作製と性能評価多くの化学物質や夾雑物を含む試料に浸漬しても劣化しない導電性材料としてカーボンファイバーを検討した。すなわち，Ta2O5をイオン感応部とし，カーボンファイバーをゲート電位検出部とするフロー型ISFET pHセンサーを開発し，3種類のpH標準液(pH 4.01, 6.86, 9.18)を用いて開発したISFETセンサーの性能を評価した。その結果，相関係数0.999の良好な直線性を示すpHに対する検量線が得られ，感度は38.7 mV/pH，ヒステリシス誤差は1.4mVと見積られた。さらに，TrisとAMPを用いてセンサーの校正を行い，実海水のpHを測定したところ，海水のpHは8.02と見積られ，この値は市販のガラス電極を用いるpHメーターで得られたpH値とよく一致した。これらの結果から，カーボンファイバーをゲート電位検出部に用いることにより，Ag/AgClよりも長期間安定して海水のpHを計測できると推測された。

（1）ISFET阵列传感器的制造和性能评估我们制造了一个ISFET阵列传感器，该传感器具有四个离子敏感的截面（TA2O5）和一个栅极电位检测器（AG/AGCL），并评估了ISFET阵列传感器的性能，并使用人工海水[TRIS（ph8.15）和AMP（PH6.81）]进行了性能。结果，已经确认所有传感器都对pH的变化做出响应，因此将ISFET控制电子电路，数据记录仪和电池放置在耐水容器中，并且将其安装在Oukinawa的Bisezaki，Okinawa Perefector的海床上，以测量海水的pH值。结果，已经证实，由于敏感膜的损坏，一个传感器无法测量pH值，但是其余三个传感器可以连续测量至少24小时。然而，在门电位检测器的Ag/AgCl中观察到恶化。（2）将用碳纤维作为栅极检测部分的ISFET传感器进行制备和性能评估碳纤维作为一种导电材料，即使浸入了含有许多化学物质和杂质的样品中，也不会恶化。换句话说，用TA2O5作为离子敏感部分和碳纤维作为栅极电位检测部分开发了流动类型ISFET pH传感器，并评估了使用三种类型的pH标准溶液（pH 4.01、6.86、9.18）开发的ISFET传感器的性能。结果，获得了良好线性的校准曲线，其相关系数为0.999，并且灵敏度估计为38.7 mV/pH，滞后误差为1.4 mV。此外，当使用TRI和AMP校准传感器时，测量了实际海水的pH值，并且估计海水的pH值为8.02，这与商业上可用的玻璃电极获得的pH值一致。这些结果表明，通过将碳纤维用作门电势检测部分，可以比AG/AGCL更长的时间内测量海水的pH值。

项目成果

期刊论文数量（38）

专著数量（0）

科研奖励数量（0）

会议论文数量（0）

专利数量（0）

マイクロ化学分析システム（μTAS）

微量化学分析系统（μTAS）

DOI：
发表时间：
2021
期刊：
ぶんせき
影响因子：
0
作者：
森岡和大;中嶋秀
通讯作者：
中嶋秀

マイクロノズル装置

微喷嘴装置

DOI：
发表时间：
2021
期刊：
影响因子：
0
作者：
通讯作者：

Regioselective fabrication of gold nanowires using open-space laminar flow for attomolar protein detection

使用开放空间层流区域选择性制造金纳米线用于阿托摩尔蛋白质检测

DOI：
10.1039/d2cc00507g
发表时间：
2022
期刊：
Chemical Communications
影响因子：
4.9
作者：
Nishitani Yuki;Kasai Nahoko;Nakajima Hizuru;Kato Shungo;Mao Sifeng;Uchiyama Katsumi
通讯作者：
Uchiyama Katsumi

キャピラリーを用いる表面プラズモン共鳴センサーの開発

使用毛细管的表面等离子体共振传感器的开发

DOI：
发表时间：
2021
期刊：
影响因子：
0
作者：
日下部将之;菅澤薫;Masatoshi Hamanaka;山中俊介，中島美優，森岡和大，東海林敦，辺見彰秀，村上博哉，手嶋紀雄，梅村知也，内山一美，中嶋秀
通讯作者：
山中俊介，中島美優，森岡和大，東海林敦，辺見彰秀，村上博哉，手嶋紀雄，梅村知也，内山一美，中嶋秀

ITOガラスヒーターを用いる携帯型遺伝子検査装置の開発

利用ITO玻璃加热器开发便携式基因检测装置

DOI：
发表时间：
2021
期刊：
影响因子：
0
作者：
Kong Yingyi;Akatsuka Shinya;Motooka Yashiro;Zheng Hao;Cheng Zhen;Shiraki Yukihiro;Mashimo Tomoji;Imaoka Tatsuhiko;Toyokuni Shinya;石井領，森岡和，水本拓哉，山崎夏実，辺見彰秀，東海林敦，村上博哉，手嶋紀雄，梅村知也，内山一美，中嶋秀
通讯作者：
石井領，森岡和，水本拓哉，山崎夏実，辺見彰秀，東海林敦，村上博哉，手嶋紀雄，梅村知也，内山一美，中嶋秀