Chemical Sensors
Vol. 30, No.3 (2014)

巻頭言

私と化学センサとの関わりは、入社して数年経った１９８６年頃に遡る。当時、担当していた食塩電解用の活性電極触媒の開発が一段落した頃で、当社（当時は、徳山曹達株式会社）がフィガロ技研株式会社と資本提携した直後であった。山口県にある徳山製造所から神奈川県にあった藤沢研究所に赴任して開発チームを立ち上げるとともに、フィガロ技研で研修を受けながら半導体式ガスセンサの製造工程を見学したことを懐かしく思い出す。当時は、酸化物半導体に加えて固体電解質を駆使して種々の化学成分を精度よく検知 できるセンサを実現しようと試みていた。その後、会社の方針によりセンサの仕事から離れることになり、更にその後、研究開発からも離れて製造部にて化学品の製造を担当することになったが、今度はセンサを使用する立場となり、その有難さや重要性を実感する日々であった。縁あってまた研究開発に戻ることになり、改めて化学センサの現状を拝見すると、この四半世紀における発展は素晴らしいものがあると感じている次第である。新しい原理に基づくもののほかに、新材料の出現、既存材料の高度化、成型・加工技術の向上、エレクトロニクス技術の進歩やＭＥＭＳ技術の適用により、高性能のセンサが生み出されてきている。

近年、人類を取り巻く自然環境や国際情勢が大きく変化してきており、毎日、安全というものを強く意識せざるを得ない状況になってきている。これに伴い、環境の変化や異変をいち早く検知することが求められるようになっており、既存成分を対象とする場合でも検出感度を一層向上させることに加えて、従来対象としていなかったような新たな化学物質を検出することも必要とされている。また、高齢化社会の進展によって、健康状態を絶えずモニターすることも重要視されつつあり、センサを装着していることに気づかないようなウェアラブルセンサやそれらの情報を集約しつつ適切な指示をフィードバックできるようなシステムの開発にも注目が集まっている。

化学センサは、化学物質の種類や濃度を検知の対象としているが、光、音、圧力といった物理量を検出するような物理センサと複合化することによって、人間の五感をも代替できるような複合センサへと進化することも期待される。このように、検知すべき対象が従来と比較して大幅に拡大するとともに、センサを必要とする分野が全世界に広がってきている。まさに時代はセンサを必要としていると言える。

上述したセンサに対する期待に応えるためには、何と言っても感度と選択性が高く、且つ過酷な環境下でも長期間にわたって安定した出力を示すセンサ素子そのものが不可欠である。これらは口で言うほど簡単なものではなく、特に化学成分を検出するセンサは、触媒、感応材等の選択と微調整並びにシステムとの摺り合わせが要求され、単なる部材の組み合わせでは対応できない。これらは材料に関する深い理解と精緻なデータの蓄積に基づいて初めて達成されるものであり、まさに、日本の良さが発揮できる分野と言える。このような観点からも、今後の化学センサの飛躍には新材料の創出に向けた地道な基礎研究が重要と考えられ、この分野の研究の充実によって化学センサが益々発展するとともに、人間の五感も含めたすべての対象を検知できるような複合センサへと進展することを期待したい。

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トピックス

We proposed solid-state colorimetric gas sensors using a porous glass with nano-pores as a substrate. There are five main advantages of the proposed colorimetric sensors, and they are as followings. (1) High surface area of nano-porous glass is advantageous to gas detection of ppb-level concentrations. (2)Chemical reaction between gas molecules and pre-dye’s reagents is an advantage for detecting gases with high selectivity. (3) Transparency of the nano-porous glass is advantageous to high accuracy detection because we can measure the sensor’s absorbance in a transparent mode instead of a reflectance mode. (4) We can measure gases using passive mode without a pumping unit, because there are large surface area where reagents directly react with gas molecules. (5) Small size monitoring device can be constructed using LEDs and PDs. Based on the proposed principle, we have developed colorimetric sensors with a ppb-level detection limit of nitrogen dioxide, ozone and formaldehyde. In this paper, our research of formaldehyde sensors and monitoring devices were summarized, and the application of obtained indoor measurement results for consideration of gas properties were also described.

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トピックス

Biosensor techniques have been applied not only for chemical sensing in the liquid phase but also for sniffing devices for gas monitoring & visualization and a novel transducer of chemo-mechanical energy conversion as follows. An ultrahigh-sensitive fiber-optic biochemical gas sensor (bio-sniffer) for continuous monitoring of indoor formaldehyde was developed. The bio-sniffer measures gaseous formaldehyde as NADH fluorescence, which is the product of FALDH reaction with an ultraviolet-light emitting diode (UVLED). The calibration range of the bio-sniffer was 2.5 ppb to 10 ppm with highly selectivity due to specific enzyme activity. In addition, a smell gas camera (2D imaging system) for ethanol vapor was fabricated with AOD/HRP-immobilized mesh and the low light CCD. The system was able to visualize the spatiotemporal change of gaseous ethanol. The system was then used for expired gaseous ethanol measurement and for a visualization of ethanol vapor from a wine glass. On the other hand, glucose energetic decompression device which utilizes conversion of chemical energy (glucose) to mechanical energy (actual pressure) has been developed with GOD membrane, and applied for a novel chemical controlled artificial pancreas system. The system showed an autonomous drug release, thus stabilizing lower glucose concentration on feedback effect.

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