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GEが物体表面のウイルスを検知する半導体金属酸化物ガスセンサを開発

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米国のグローバルコングロマリット企業のGEが、物体表面に付着しているウイルスを検知する半導体金属酸化物ガスセンサを開発したことを、4月8日に発表した。研究開発の成果はNature Electronics2020、Labon a Chip2021に掲載された。

今回の研究開発は、NIH（米国国立衛生研究所）から24か月の助成金を受けて、物体表面のCOVID-19粒子を検出するために、モバイルデバイスに組み込むことができる小型センサーを開発するものとなっている。

GEが開発中の金属酸化物半導体ガスセンサ

GE Researchでは以前から、高感度の金属酸化物半導体を使ったガスセンサを開発している。

従来のガスセンサは工業用や住宅用のガス漏れの検出から、環境汚染物質や危険な工業地域、室内空気の監視などのアプリケーションに用いられている。近年、半導体技術の進展と機械学習アルゴリズムの適用などの技術発展から、ガスセンサは小型化、高感度化が模索されており、また匂いのような多様な化学物質に反応するようなセンサデバイスも登場している。しかし、先端的なユースケースでは、依然として不安定なガスの感度や、非線形応答などが課題となっており、GEは独自にその課題を解決しようとしている。

今回GEが発表したのは、米国の1セント硬貨よりも小さい、小型ガスセンサチップだ。通常、金属酸化物半導体ガスセンサでは、ガス物質が金属酸化物膜と酸化還元反応する際の抵抗値の変化を読み取っている。しかしGEのアプローチは、抵抗値ではなく、誘電励起に基づきインピーダンスを測定・分析することで、高度な分析機器に匹敵する小型ガスセンサチップを実現できるとしている。

（補足）なお、このインピーダンス変化に着目した金属酸化物半導体ガスセンサの研究開発は他にも例がある。芝浦工大の研究1)ではくし形電極構造にして抵抗値とインピーダンス変化の両方を有効利用できる可能性を示唆していたり、高麗大学校の研究2)でも、誘電励起を使った線形応答のガスセンサが研究されている。ただしこうしたアプローチは多くは無いように見える。

このセンサデバイスを使って、物体表面上の微量レベルのCOVID-19ウイルス粒子を直接検出することができる可能性があるという。このセンシング技術は、スマートフォンやスマートウォッチなどのモバイル・ウェアラブルデバイスや、指紋スキャナー、コンピューターキーボード、壁掛けセンサーなど、幅広いアプリケーションに統合できる可能性がある。

GE Researchの主任研究者で、NIHプロジェクトの主任研究員であるRadislav Potyrailo氏は、次のように述べている。「NIHとのプロジェクトを通じて、COVID-19ウイルスの存在を検出できる、モバイルデバイスに埋め込むのに十分小さいセンサーを開発しています。」

（今回参考のプレスリリースは参考1, 参考2）

CES2021で展示されたガスセンサや匂いセンサなどの空気の質をセンシングする技術のまとめはこちらも参考。

参考：【CES2021】近年盛り上がりを見せる空気質センサデバイス

参考文献：

1) インピーダンス変化型半導体ガスセンサに関する研究, 齋藤敦史・武笠智昭・村木雄大・野村 徹, 芝浦工業大学工学部通信工学科, 表面科学 Vol. 27, No. 1, pp. 7―12, 2006

2) Linear gas sensing with dielectric excitation, Lee Jong-Heun(Department of Materials Science and Engineering, Korea University, Seoul, Republic of Korea), Nature Electronics

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  • 記事・コンテンツ監修
    小林 大三

    アドバンスドテクノロジーX株式会社　代表取締役

    野村総合研究所で大手製造業向けの戦略コンサルティングに携わった後、技術マッチングベンチャーのLinkersでの事業開発やマネジメントに従事。オープンイノベーション研究所を立ち上げ、製造業の先端技術・ディープテクノロジーにおける技術調査や技術評価・ベンチャー探索、新規事業の戦略策定支援を専門とする。数多くの欧・米・イスラエル・中国のベンチャー技術調査経験があり、シリコンバレー駐在拠点の支援や企画や新規事業部門の支援多数。企業内でのオープンイノベーション講演会は数十回にも渡り実施。

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