製造時間を従来の1/10以下まで短縮して作製しました。ガス(分子)が半導体材料の結晶表面につくことで、電気抵抗が下がり、ガスを探知できます。従来のガスセンサは、複雑な方法で、一旦、ナノ材料を合成し、それを基板に塗ったあと焼いて製造していました。菅原助教らは、それらの複雑な手法を改良し、原料を基板に塗って焼くだけで、ガスセンサを作製することに成功しました。世界中で報告されている研究成果と比較してトップクラスの性能でした。この研究成果は、ガスセンサをこれまでより短時間かつ低コストで製造できることから、呼気による健康検診の研究開発に応用が期待されます。人の呼気(吐息)に含まれる非常に低い濃度のガスを検出することで、健康診断や重い病気の早期発見・治療につなげる研究が進められています。ナノ材料を使ったガスセンサは、多くの種類のガスを低い濃度でも検出できることから、ヘルスケア関連の電子機器に搭載が期待され、活発に研究開発が進められています。(溶媒)→塗布(基板)→焼結など多くの複雑な手順が必要であり、現状の呼気センサの作製技術は、非常に多くの手間と時間がかかり、製造コストが膨らむことが懸念されています。研究成果の内容このような背景から、菅原助教らの研究グループは、ナノ材料の合成とガスセンサ素子の作製を同時に達成する手法を考案し、それを用いたガスセンサを世界で初めて試作することに成功しました。原料の溶液を基板に塗って焼くと、ひげ状の酸化モリブデン(MoO3)が縦方向に成長したナノ構造(ナノロッドアレイ)を創り出すことができます(図1b)。そのMoO3ナノロッドアレイは、原料溶液に使う試薬を替えることや、焼く時間を調節する(1-15分)ことで、直径は同じ(約10nm)でも、長さを約20-600nmの間で自在に調整することができます(図2)。呼気に含まれる揮発性有機化合物(VOC)ガスについてセンサ特性を調べました。このMoO3ガスセンサのガス応答性は、20-30秒ほどで、世界のチャンピオンデータと比べて同じ程度の時間でした。このガスセンサは、4種類のガスを分別する選択性を持っています。社会に与える影響(本研究成果の意義)ヘルスケア関連の需要が増加していることから、健康状態や病気を呼気により調べるセンサの研究開発は活発で、飲酒検査機などは既に実用化されています。最近では、癌や糖尿病といった生活習慣病をできるだけ簡単に早く発見するための呼気センサも開発されていますが、それらは大型で高価な装置が多いです。この研究の成果によって、高感度のガスセンサを小型で安く製造できれば、病気を早期に発見できる携帯型呼気センサが私たちの日常に広く普及する可能性が期待できます。オンライン掲載されました(7月22日出版)。7月22日発行予定の掲載号で中表紙に選ばれました。Design、15巻、9号、4536-4542項に掲載されました。この論文で報告した酸化モリブデン(MoO3)ナノロッドのX線回折データは、ICDD国際回折データセンターのXRDデータベースに掲載が決定しています。8頁に掲載されました。挑戦的萌芽研究(16K13637)」、および文部科学省(MEXT)の「ナノマクロ物質・デバイス・システム創製アライアンス事業」の一環として行われました。研究者のコメント本研究は、呼気センサを携帯電話などの様に、「持ち運べるヘルスケア」といった未来があります。実用化されるためには、センサ装置の安定性、信頼性など多くのハードルが立ちはだかり、その度に研究・開発が要求されるでしょう。今後は、我々だけでなく多くの開発者たちの手を経て、実用化への道を歩むことになると思います。その過程で、採算などの問題から、実用化を断念しなければならない状態になるかもしれません。発見した実用化の種ですので、開発半ばで断念することのないよう、努力して行きたいと思います。揮発性有機化合物(VOC)常温常圧で大気中へ容易に揮発する有機物質の総称。エタノールやメタノール、アセトンなど。半導体式ガスセンサ酸化物など材料の酸化還元状態によって、抵抗値が増減する現象を利用したガスセンサの総称。単位重量あたりにしめる表面積。直径数ミリメートルの鉄球の表面積に比べて、同じ重量の鉄ナノ粒子集合体の合計の表面積は、1000億倍程度広い。センシング応答特性ガスを検出するまでの応答時間と検出後元の状態に戻るまでの回復時間。