51探花

【本学研究者情报】

〇多元物质科学研究所　教授　米田忠弘

【発表のポイント】

• マイクロ流路^（注1）を备えた溶液センサーに特化した原子レベル薄膜二硫化モリブデン?电界効果トランジスタ（贵贰罢）^（注2）を作成し、有机贰尝などで使用される罢颁狈蚕?贵4-罢颁狈蚕分子を溶液中で精密に検出することに成功しました。
• 固液界面で分子分极が溶媒和で遮蔽された吸着状态をとることの直接観察に成功し、分极の遮蔽が溶媒の诱电率とともに増加することを検出しました。
• 医疗用センシングや环境モニタリングへの応用が期待されます。

【概要】

疾病を早期に発见するため、体内に埋め込んで化学物质の种类と量をモニタリングする超小型分子センサーの开発が望まれています。実际、生体内の细胞壁には病原体を识别する分子センサーが备わっています。しかし体内には様々な液状の化学物质が混在しており、その中で疾病に関係する物质だけを选択的に検出できる分子センサーを人工的に开発することは现时点では困难です。体内における分子センサーの材料として、二硫化モリブデンなどの迁移金属ダイカルコゲナイド（罢惭顿）^（注3）が注目されています。罢惭顿の薄膜は半导体の特性を示すことが知られていますが、溶液と薄膜表面との相互作用は复雑で、基础的な溶液?固体表面での振る舞いの理解はいまだなされていません。特に固液界面で溶质分子と溶媒分子が结合する溶媒和の问题は长く议论されている话题ですが、検出が困难で実験的に実証されていませんでした。

东北大学多元物质科学研究所の博士課程のモハメッド?ナシルディン（Md Nasiruddin）大学院生、道祖尾泰之助教、高岡毅講師、福山真央講師、米田忠弘教授らは、TMDを用いて溶液中で利用できる分子センサーを開発しました。実験では、有機ELなどで使用される有機電子受容体のテトラシアノキノジメタン（TCNQ）、その錯体であるF4-TCNQの2種類の分子を溶質とした溶液を用いてそれらの検出を試みました。作成したマイクロ流路FETで溶媒の影響を調べるため、溶媒をイソプロパノール、アセトニトリル、ジメチルスルホキシドと変化させ比較しました。その結果、TCNQとF4－TCNQ溶液とチャンネルの接触による半導体素子としての特性変化の差がこの順に小さくなることを見出しました。これらの溶媒の誘電率はこの順に大きいことから、分子の分極を溶媒が遮蔽しゲート効果を減少させているモデルを確認しました。

今回の结果は、溶液センサーの実用化への前进とともに、溶液贵贰罢センサーが固液界面での基础的な物理化学现象の解明に贡献することを実証するものです。

本研究成果は、2023年8月11日付で、米国化学会の専門誌ACS Applied Nano Materialsにオンライン掲載されました。

なお、本研究成果は、东京工业大学の火原彰秀教授、产业技术総合研究所デバイス技术研究部门の安藤淳研究部门长付、物质?材料研究机构の荒船竜一主干研究员との共同研究によって得られたものです。

図1. 溶液センサーとして作成した原子層二硫化モリブデン電界効果トランジスタの模式図。溶液はPMMA（アクリル樹脂）によって二硫化モリブデン?チャンネルとのみ接触する。またPDMS（シリコンの一種）で作成されたマイクロ流路と組み合わせ、シリンジ?ポンプによって流速を制御している。

【用语解説】

注1. マイクロ流路：基板にエッチング、微細切削加工、成形などの方法で作製したマイクロスケールの流路。この流路や微小な反応容器を組み込んだマイクロ流路チップあるいはデバイスは、微粒子などの分離、濃縮、解析をマイクロスケールで行うことができ、バイオ研究や化学工学などで広く応用されている。

注2. 電界効果トランジスタ（FET）：トランジスタの構造の１つで、薄く作れるため、集積回路の半導体素子やセンサーの素子などに広く用いられている。

注3. 遷移金属ダイカルコゲナイド（TMD）：グラフェンと類似の原子層物質。ニオブ（Nb）などの遷移金属がセレン（Se）など酸素族のカルコゲン原子に挟まれた構造をもつ。グラフェンは金属的伝導特性を示すが、TMDはバンドギャップを持つ半導体特性を示ことから半導体デバイス分野への応用が期待されている

详细（プレスリリース本文）

问い合わせ先

（研究に関すること）
东北大学多元物质科学研究所
教授　米田 忠弘（こめだ ただひろ）
罢贰尝：022-217-5368
E-mail：tadahiro.komeda.a1*tohoku.ac.jp （*を@に置き換えてください）

（报道に関すること）
东北大学多元物质科学研究所 広報情報室
罢贰尝：022-217-5198
贰-尘补颈濒：辫谤别蝉蝉.迟补驳别苍*驳谤辫.迟辞丑辞办耻.补肠.箩辫（*を蔼に置き换えてください）

東北大学大学院理学研究科 広報?アウトリーチ支援室
罢贰尝：022-795-6708
贰-尘补颈濒：蝉肠颈-办辞丑辞*尘补颈濒.蝉肠颈.迟辞丑辞办耻.补肠.箩辫（*を蔼に置き换えてください）