Chemical Sensors

Vol. 20, No. 2 (2004)

Abstracts


MEMSと化学センサ

安原　光

株式会社フジクラ 電子デバイス研究所所長
（化学センサ研究会副会長）

MEMS with Chemical Sensor

Hikaru YASUHARA

Fujikura Ltd.


　最近、MEMSに関して注目が集まっている。こういう新しい研究開発には、盛り上がる時期と熱が冷める時期があって、それが交互にきて、段々とレベルが上がり実用化されていくと考えている。今は盛り上がる時期かと思われる。MEMSには既に製品化された圧力センサ、加速度センサ、インクジェットノズル、HDD用の磁気ヘッドはあるものの、これから花の開くものが多く提案されていて、今はそれらの混在期でもあるような感じがする。
　MEMSを使った言葉で、かつ本研究会の活動に近いものとして、ケミカルMEMS、バイオMEMS、メディカルMEMS等との用語が散見される。これらのMEMSにおいては、基本的にはある機能、例えばセンシングする機能、化学反応する機能、あるいは物理的な機能が必要である。また、それが達成される条件である光や熱、温度等の環境を作り出す機能とあいまってその目的を達成する。しかし現状提案されたMEMSに、上記のようなセンシングする機能、化学反応する機能は少ない。単にMEMS技術そのもので上述の機能をおこさせるための場所を提供する、つまり極めてマイクロな構造体を提供する役目だけを果たしているように思われる。確かに、シリコンウェハを使えば、微少なチャンネル、孔、空間等を作り出せ、場合によっては犠牲層エッチングでトンネルも作れる。勿論、光や熱を提供する環境も作れる。本来のMEMSの語源である可動部をそれに組みあわせる事もできる。構造体としての設計だけでも多くのアイデアや知識が必要になることは確かである。しかし、この技術を使えば、場の提供はできるが、化学反応やセンシング機能そのものを発揮する事はあまり期待できない。これから期待する事は、MEMS技術やその材料に、ケミカル的な新機能を付加した融合技術ではなかろうか?
　是非、MEMS加工する半導体材料等の材料の持つ特性を利用して、それにある種の化学機能を付加する事を期待したい。センシングも化学的だけでなく、物理的な現象変化も付加して何かできないかである。半導体材料も、今はシリコン中心であるが、他にもある。当社で商品化しているジルコニア酸素センサは、ジルコニアを絶縁体であるとみるより、実用上は半導体としてみる方が便利である。電子技術の分野では、シリコン以外の半導体として、GaAsやInPが発光材料や受光素子として使われている。勿論、それ以外に化合物半導体は沢山の種類がある。このような広い意味で半導体といえるものに新機能が発揮できるような発見をして、センシング+構造体のミックスした化学センサとして新しい種類が出てくるのではないかと思う。ご存じのようにシリコンは電極としても使えるし、そこに他の原子を拡散という方法で混ぜる事も出来る。単なる接触電位の差を利用する事は過去に充分検討されている。
　経済産業省は2003年度から、今後大きな伸びが期待できるMEMS産業の育成に本格的に乗り出してきた。従来、一枚のシリコンに、電子と機械の特性を融合したチップを構築する開発を目指してはいるが、さらにこれに化学の特性を融合したら、MEMS もMicro-Electro-Mechanical Systemでなく、Micro-Electro-Mechanical Chemical Systemと言われるようになるかも知れない。既にその提案もあるし、いくつかの研究機関ではその方向にあると思われる研究を進めている。今後は、μTASやFactory on Chipだけてなく、Chemical Reaction with Semi-Conductorを期待したい。



マイクロマシーニングによる化学センサの 微小化、集積化、システム化

鈴木　博章


筑波大学大学院　数理物質科学研究科,〒305-8573 茨城県つくば市天王台1-1-1

 

Miniaturization, Integration, and Systemization of Chemical Sensors Using Micromachining Techniques

Hiroaki SUZUKI

Graduate School of Pure and Applied Sciences, University of Tsukuba
1-1-1 Tennodai, Tsukuba, Ibaraki 305-8573, JAPAN

Microfabrication technology for electrochemical sensors has advanced dramatically over the last two decades. Furthermore, in a trend of the μTAS or Lab-on-a-Chip research, the electrochemical sensors have been incorporated in various micro systems including micro fluidic and arrayed devices. The use of electrochemistry is not limited to the fabrication of sensors. Micro pumps and valves based on electrochemical principles are advantageous for the construction of integrated micro fluidic systems because of their simple structure and principle of operation along with their low operational voltage and power consumption. With the advent of the 21st century, the construction of highly sophisticated micro systems is beginning to be a realistic challenge. In this report, the advance in the microfabrication of electrochemical sensors, actuators, and systems is presented along with future prospects.




空気質センサの開発と実用化による新市場開拓

中原　毅

フィガロ技研株式会社・常務取締役
〒562-8505　大阪府箕面市船場西1-5-11

 

Development of Gas Sensors and Cultivation of New Markets for Air Quality

Takeshi NAKAHARA

FIGARO Engineering Inc., Senior Managing Director
1-5-11 Senba-nishi, Minoo-shi, Osaka 562-8505

 

We have developed gas sensors for air quality and put in the practical use in various applications.
(1) Semiconductor gas sensor for auto-damper control system: SnO2 were adopted as sensing materials and Fe2O3 was doped to especially enhance the sensitivity to NO2 emitted from diesel vehicles. The auto-damper control system showed good performance in damper control.
(2) Semiconductor gas sensor for VOC detection: WO3 as a sensing material showed high sensitivity to volatile organic compounds such as toluene and xylene.
(3) Solid electrolyte CO2 sensor:CO2 sensor composed of NASICON（Na3Zr2Si12PO12）as a solid electrolyte and Li2CO3 as an auxiliary electrode was developed. La2O3 was doped in order to improve the sensing performance against humid conditions.



スーパーオキサイド消去酵素固定型 スーパーオキサイドセンサ

宮坂　武寛1・遠藤　恒介2・望月　精一3・酒井　清孝4


岡山大学大学院医歯学総合研究科システム循環生理学・助手1,〒700-8558 岡山県岡山市鹿田町2-5-1
早稲田大学理工学部応用化学科・助手2*・教授4,〒169-8555 東京都新宿区大久保3-4-1
川崎医療短期大学臨床工学科・助教授3,〒701-0194 岡山県倉敷市松島316
*現在,川崎医科大学生理学・助手,〒701-0192 岡山県倉敷市松島577

 

Superoxide Dismutase-immobilized Superoxide Sensor

Takehiro MIYASAKAa, Kosuke ENDOb, Seiichi MOCHIZUKIc, Kiyotaka SAKAIb

aDepartment of Cardiovascular Physiology, Graduate School of Medicine and Dentistry, Okayama University, 2-5-1 Shikata-cho, Okayama City, Okayama 700-8558, Japan
bDepartment of Chemical Engineering, Faculty of Science and Engineering, Waseda University, 3-4-1 Okubo, Shinjuku-ku, Tokyo 169-8555, Japan
cDepartment of Medical Engineering, Kawasaki Medical School, 577 Matsushima, Kurashiki, Okayama 701-0192, Japan

 

Superoxide generated in the living body has been of great interest in both basic and clinical medicine due to its key role in health and diseases such as myocardial infarction and inflammation. Since superoxide is scavenged by antioxidants and superoxide dismutase in vivo, direct in vivo measurement of superoxide has been considered difficult. In this review, we overview previously developed sensors and introduce our newly developed superoxide dismutase-immobilized superoxide sensor.



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