Chemical Sensors
Vol. 33, No.2 (2017)

巻頭言

昨年10月からエフアイエス株式会社（以下、エフアイエスという）の取締役に就任し、同時に化学センサ研究会の副会長を拝命し、初めてガスセンサー業界にかかわることになりました。どうぞよろしくお願い申し上げます。現在私は、親会社である日本写真印刷株式会社に所属しディバイス事業部においてファインパターンを特徴とするフィルムタッチセンサーの開発やフォースセンサーの開発、並びに新製品開発に従事しています。対象市場としてはスマートフォン、タブレットなどの携帯端末機器に代表されるIT分野向け製品と車載用途、業務機器に代表される非IT分野となります。2014年にエフアイエスが弊社の一員となったことにより現在に至っています。
　私ごとになりますが、実は入社から数年経過した時期に、ゾルゲル法による透明導電インキの開発と印刷法による透明導電膜パターン形成の開発を行っていました。二価スズとインジウム化合物を用いゾルゲル法によるインキ合成から始まりエージングなどのプロセス開発を通して量産化に向け苦労した日々が思い出されます。その甲斐あってか開発した透明電極パターン付ガラスは、スパッタリング法により成膜されたITO膜に匹敵する比抵抗値を実現し、さらにインキ組成と焼成工程により結晶粒径の制御を行うことで接触抵抗値の改善をし、抵抗膜方式のタッチセンサー用途に実用化されました。当時の用途は、PDA、初期の携帯電話でした。自から開発したものが世に出るという開発者冥利に尽きる貴重な経験を早い時期にすることができました。昨年エフアイエスに所属し半導体センサーを知るにつれ20数年前に取り組んだゾルゲル材料に再び出会うことになったわけです。感慨深いものがあります。ゾルゲル材料といえば、材料合成、成膜プロセスそれぞれにおいて制御が難しく、一般的に工業材料になりにくいという通説がありますが、エフアイエスではすでに上市しており日々小型化に向けた開発を精力的に行っています。
　ご縁があり現在ファインテック ジャパンのアドバイザリーも務めていますが、ディスプレイ中心のセミナーにもかかわらず今年初めて取り扱う主テーマにセンサーが加わりました。まさにその必要性が高まっています。
　センサーは日常生活の中で様々な分野でその需要が期待されています。安心・安全を提供する分野、高齢化社会を目前に顕在化する介護分野、快適な生活を支援するヘルスケア分野、快適空間を創造するため住設分野、また工場設備のモニタリングなどの要求にこたえるインフラやメンテナンス分野と、センサーが必要とされる市場はさらに拡大すると考えます。 　近年IoTに代表される情報化社会の中で、無線ネットワークと組み合わせることでセンサーはさらに必要不可欠な存在になっています。この分野ではエナジーハーベストの技術をインテグレートすることによりその応用分野はさらに広がると確信しています。
　このようにセンサーは多様な使われ方をする中で、素子自身の開発のみならず感度の向上、低消費電力化、被毒対応など課題は存在しています。本研究会に参加する中で皆様のご知見を頂きながら信頼性のあるセンサー開発に邁進したいと存じます。

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トピックス

This article reviews our recent developed nanocarbon film electrodes for detecting trace amounts of various (bio)molecules. We have been studying nanocarbon film electrodes formed by an electron cyclotron resonance (ECR) sputtering or an unbalanced magnetron (UBM) sputtering method. The film provides a nanocrystalline sp2 and sp3 mixed bond structure with an atomically flat surface (surface roughness of 0.05 – 0.1 nm) and high conductivity without doping. The film electrode has excellent properties including a low background current, a wide electrochemical potential window, and little surface fouling, while maintaining relatively high electrode activity for various (bio)molecules. These characteristics allow the detection of (bio)molecules, especially ultratrace amount of biomolecules, which are difficult to measure at conventional carbon electrodes. For example, this film electrode can measure all DNA bases (including DNA base derivatives e.g., 5’-methylcytosine and 8’-hydroxy 2’-deoxyguanosine) more quantitatively than conventional carbon-based electrodes. Moreover, due to their good electrochemical stability and low background current, the nanocarbon film electrode is suitable for long-term analysis including as the electrode of an HPLC detector for detecting cerebral gliotransmitter (kynurenic acid) from glial cells. Our electrode enabled to quantitatively determine cerebral kynurenic acid by direct oxidation (LOD = 20 pM). Our film electrodes therefore contribute for pharmacological evaluation of new candidate drug for antiepilepsy.
The nanocarbon film surface can be also easily modified with other atoms/nanoparticle without losing its ultraflatness. For example, we developed electrochemically stable fluorinated nanocarbon (F-nanocarbon) film by CF4 plasma treatment. We successfully used F-nanocarbon film electrode for selective detection of hydrophobic antioxidants (vitamin E) and highly-sensitive detection of LPS. Our developed nanocarbon film-based electrodes can extend ability to detect analytes, which are difficult to detect at conventional carbon electrodes.

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Various kinds of gas sensors were developed by strategically selected the rare earth containing materials as the key component for realizing the superior sensing performances such as high selectivity, high durability, and/or low temperature operation. Here, I introduce the brief results for the solid electrolyte-type NH₃ gas sensor with high durability and the catalytic combustion-type CO gas sensor with extraordinary low temperature operation.

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