病気予防診断の為のグラフェンバイオセンサーを利用した高感度皮膚ガスセンサーの開発

利用石墨烯生物传感器开发高灵敏度皮肤气体传感器用于疾病预防诊断

基本信息

批准号：
19K12854
负责人：
中村嘉孝
金额：
$ 2.75万
依托单位：
Hachinohe National College of Technology
依托单位国家：
日本
项目类别：
Grant-in-Aid for Scientific Research (C)
财政年份：
2019
资助国家：
日本
起止时间：
2019-04-01 至 2024-03-31
项目状态：
已结题

项目摘要

２次元材料であるグラフェン、h-BN、遷移金属ダイカルコゲナイドなどは、表面吸着ガスによる電気的特性の変化を高感度で検出する事が可能であり、最近のAIの機能強化により、ガスの吸着、離脱パターンから、ガス種の判断、濃度の評価も検討されている。つまり、これまではハードウェア的にガスセンサをガス種に合わせて表面修飾などしていたが、将来は安価に、しかも、プログラム開発と言う柔軟性の高さから、検出ガス種の拡大も可能なAIプログラムによるガス検出も可能になってきている。この時に、ハードウェアに要求される最大の機能は、ガスの吸着、離脱に対して、超高感度である事が要求される。二次元材料はこの要求を満足する材料であり、1個の分子の吸着、離脱を、検出可能であり、その離散的な振る舞いも実験で確認されている。また、二次元シートを回転させて２層に積み重ね（ツイステッド・ファンデアワールス・ヘテロ・ホモ接合）る事で、金属、半導体、絶縁物、超伝導体に変化させたり、更には格子振動の特性に変化を生じさせる事も可能であり、これら様々な特性を変化させる事により、ガス分子の吸着離脱に対する感度の向上の可能性も予測される。また、様々なガス種の検出がソフトウェア的に可能になると、皮膚や呼気などのガスの検出による病気診断や、皮膚がんからの皮膚ガス濃度や種類の検出から、癌の進度の判断も可能になる可能性もある。本研究では、熱化学気相成長法（熱CVD）やコールドウォール型CVD、プラズマCVD、スパッタ装置など、各種合成装置を開発し、二次元結晶の高品質化、大型化の研究が進んでいる。また、転写技術の開発も進めている。特に、シリコンウェハー上に、直接h-BNをスパッタリング法で合成したところ、高圧合成したh-BNと同等な結晶品質を持ったh-BNの合成に成功するなど、まだ結晶サイズは小さいものの、成果も出始めている。

可以高灵敏度地检测石墨烯、h-BN、过渡金属二硫属化物等二维材料由于表面气体吸附而产生的电特性变化，而最近人工智能功能的增强使得检测变化成为可能还考虑了由于表面上的气体吸附而产生的电特性。基于分离模式，还考虑了气体类型的确定和浓度的评估。换句话说，过去气体传感器是通过硬件进行表面修饰来匹配气体类型，但未来将可以以低成本和程序开发的灵活性来扩展检测气体类型。人工智能程序也正在变得可能。这时，硬件所需要的最重要的功能就是对气体吸附和解吸具有超高的灵敏度。二维材料满足这一要求；可以检测单个分子的吸附和脱离，并且它们的离散行为也已通过实验得到证实。此外，通过旋转二维片材并将其堆叠成两层（扭曲范德华异质结），还可以将其转变为金属、半导体、绝缘体、超导体，甚至改变晶格振动的性质也是如此。可能引起性质的变化，并且通过改变这些不同的性质，预计可以提高气体分子的吸附和解吸的敏感性。此外，如果可以使用软件检测各种气体类型，则可以通过检测皮肤或呼出的空气中的气体来诊断疾病，并通过检测皮肤中的皮肤气体的浓度和类型来判断癌症的进展情况有可能会变成癌症。在这项研究中，我们开发了各种合成设备，包括热化学气相沉积（热CVD）、冷壁CVD、等离子体CVD和溅射设备，并正在进行提高二维晶体质量和增大尺寸的研究。。我们也在转录技术的发展方面取得进展。特别是，当使用溅射方法在硅片上直接合成h-BN时，我们成功地合成了与高压下合成的h-BN具有相同晶体质量的h-BN，尽管晶体尺寸仍然很小。开始出现。