国立研究開発法人 科学技術振興機構
Innovation Japan 2020 ~大学見本市 Online
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A-STEP【ステージⅠ】戦略テーマ重点タイプ
研究開発テーマ名:ナノレベルの分解能と識別感度をもつイオンセンサの実現に向けた技術開発
CMOSセンサ技術とMEMS技術を融合した高精細イオンイメージセンサ開発
分野ナノテクノロジー
展示概要

研究課題名

CMOSセンサ技術とMEMS技術を融合した高精細イオンイメージセンサ開発                            ★【nano tech 2021】にも出展中(オンライン展示:2020/10/26-2021/01/15)★  https://unifiedsearch.jcdbizmatch.jp/nanotech2021/jp/nanotech/details/zPfZE408rAI#product2

研究開発期間

平成27年度~令和2年度末

研究責任者/プロジェクトリーダー

澤田 和明(豊橋技術科学大学 電気・電子情報工学系 教授)

企業責任者

山本 洋夫(浜松ホトニクス株式会社 固体事業部 設計部 設計1グループ 副グループ長)

開発目的

微小領域のイオンの挙動を可視化するため、CMOS技術とMEMS技術により電荷転送型イオンセンサをナノレベルでアレイ化し、ナノレベルの空間解像度とナノモーラレベルの検出感度を持つイオンイメージセンサ製作技術を確立する。さらにナノ材料や生体から放出されるイオンがセンサ表面に達するまでに横方向に拡散するのを防ぐためのインターフェースを開発する。インターフェースとして、MEMS技術より作製するバレル(筒)構造をセンサ表面に形成することで高い空間分解能を実現する。またイオンイメージセンサの信頼性の保証、およびそのための出荷前検査の基準を検討し事業化への道筋を見い出すことを目的とする。

装置・技術の特徴

従来、溶液中のイオンの挙動を高い空間分解能および時間分解能で、非標識で可視化するツールが存在していなかった。例えば燃料電子用ナノ材料間におけるプロトン伝導の様子、神経細胞シナプスでの複数種類の神経伝達物質の相互作用、細胞外のイオン濃度変化など未知なことが多い。本プロジェクトで実現するイオンの可視化システムは、簡易なデジタルカメラの様に特別な光源や試薬を必要とせず、対象物をセンサシステムにセットするだけでナノ領域のイオンの挙動を可視化できる装置である。イオンイメージセンサシステムが実用化できれば材料化学、生命科学のイノベーションのツールとして活用できる。

製品化・実用化への課題

これまでイオンセンサは、計測ツールとして開発されていたため、イオン濃度の絶対値が左右されるドリフトは最大の課題であった。しかしながら、本提案はイオンの挙動を画像として取得するため、画素間の相対的なイオン濃度の違いを正確に計測できることができれば、画像全体が変化するドリフトの課題を問題視する必要がなくなる。イオンセンサの役割を従来の“測る道具”から、“判る(可視化)道具”へと変えることで、イオン計測ツールとしてのあらたな製品群(カテゴリ)を作り上げる。その実用化のためには、イオンイメージングシステムを活用することで可能となる。それには新たなマーケットとサービスを提示することが鍵となる。

製品化・実用化の見込み、今後の展開

現在、浜松ホトニクスから30ミクロンピッチのイオンイメージセンサの試作品の有償頒布が始まっている。様々な企業が本センサによる新たな製品群の開発について検討を始めている。さらに本プロジェクトにより、ナノメータレベルの空間解像度とナノモーラレベルの検出感度をもつセンサチップとイオン計測システムのプロトタイプの実現の見通しが立った。このプロトタイプのセンサと計測システムのシーズを基に医療機器スタートアップ企業とのタイアップを行いその有用性を明らかにし、製品化を進める。

イオンイメージセンサ / Ion Image Sensor

浜松ホトニクス製、開口型256×256画素のイオンイメージセンサです。本センサは様々な用途開発を行う企業や研究団体に提供を行っています。

生体刺入型イオンイメージセンサ / Needle Type Ion Image Sensor

浜松ホトニクスで作製した生体刺入型イオンイメージセンサです。チップサイズは9.88mm×1.10mm、画素構成256×32画素、画素サイズ5.65um×4.39um、チップ厚さ100umです。センサ表面にはドリフトが小さいpH感応膜と Ta2O5膜の2種類の感応膜が形成されています。

10分間動画
イオンイメージセンサ / Ion image  sensor

イオンイメージセンサ / Ion image sensor

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産学連携展開部 テーマ型研究グループ

メールアドレス:s-innova@jst.go.jp

URL:http://int.ee.tut.ac.jp/bio/

 

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