貼り付けるだけ！柔らかく伸びる光センサシートを開発 多様な環境の水質を高度に可視化

学校法人　中央大学
東京工業大学
大阪大学

【要点】

○　サンプル非採取、ラベルフリー、かつ外部光源不要なシート型非破壊液質計測手法を確立
○　高感度・広帯域な光センサを搭載したストレッチャブルシートデバイスにより、多種形状の配管への貼り付けを実現
○　光センサシートは配管亀裂や配管内液体の濃度・温度・粘性・流れる位置を簡便に可視化できるため、将来、ユーザーフレンドリーな配管環境計測システムの実現に貢献

【概要】

　中央大学 理工学部の河野行雄教授（東京工業大学 科学技術創成研究院 特定教授兼任）、東京工業大学 工学院 電気電子系の李恒大学院生（博士後期課程3年）、大阪大学 産業科学研究所の関谷毅教授・荒木徹平助教らを中心とする研究グループは、オランダのEindhoven University of Technology、産業技術総合研究所らと共同で、新しい機能を示す光センサシートを開発した。また開発したセンサシートを用いることで、今までにない簡便な液体化学分析手法を確立した。
　これまで、環境計測を指向した家庭・産業排水の化学的液質検査では、液体サンプルの採取や試薬の混合が必要とされてきた。遠隔操作を含むオンサイト（用語1）での長期的かつ、ユーザーの技量を問わない簡便な計測の実現には、サンプル非採取かつラベルフリー（用語2）な新規手法の確立が求められる。
　今回研究グループはセンサシートの貼り付けという簡便な工程のみで、オンサイトな水溶液濃度計測に成功した（図1）。溶媒自身から発せられる広帯域な赤外線放射現象と、それに対する溶質での局所的な吸収に着目することで、サンプル非採取かつラベルフリーな液質計測が可能となる。この液質計測には、研究グループが併せて新規に開発した高感度・広帯域かつストレッチャブル（用語3）な薄膜状の光センサシートを用いている。植物や塩ビパイプ、蛇腹管、ゴムチューブといった柔らかい素材の液体配管にぴったりと貼り付けることができ、液体の流動性による配管の膨張・収縮・曲げ等の変形に対しても安定して追従可能である。ユビキタスな水質検査に資する基盤技術の実証という本研究成果は、将来、配管セーフティネットの構築に貢献できると期待される。
 

　本研究成果は、米国東部時間2022年5月11日付で米国の国際科学誌「Science Advances」でオンライン公開される。

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【注意事項】
　本内容については、5月12日午前3：00以降（新聞社各社におかれましては、12日朝刊以降）の報道をお願いいたします。
【研究者】
　河野　行雄 　中央大学　理工学部　教授　（電気電子情報通信工学科）
　　　　　　　（東京工業大学　科学技術創成研究院　未来産業技術研究所　特定教授兼任）
　李　恒　　　東京工業大学　工学院 電気電子系　博士後期課程3年
　関谷　毅　　大阪大学　産業科学研究所　教授
　荒木　徹平　大阪大学　産業科学研究所　助教

【論文情報】    
雑誌名:　Science Advances
タイトル:　Stretchable broadband photo-sensor sheets for non-sampling, source and label-free chemical monitoring by simple deformable wrapping
著者: 　Kou Li1,^2,†, Teppei Araki^3,†, Ryogo Utaki^1,2, Yu Tokumoto^1,2, Meiling Sun^1,2, Satsuki Yasui^1,2, Naoko Kurihira³, Yuko Kasai³, Daichi Suzuki⁴, Ruben Marteijn⁵, Jaap M.J. den Toonder⁵, Tsuyoshi Sekitani^3,*, Yukio Kawano^{1,2,6,7,*
†}共同筆頭著者
^*責任著者
所属:     
¹東京工業大学，科学技術創成研究院，未来産業技術研究所
²東京工業大学，工学院，電気電子系
³大阪大学，産業科学研究所
⁴産業技術総合研究所，センシングシステム研究センター
⁵Department of Mechanical Engineering and Institute for Complex Molecular Systems, Eindhoven University of Technology
⁶中央大学，理工学部，電気電子情報通信工学科
⁷国立情報学研究所
DOI: 10.1126/sciadv.abm4349

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