(57)【要約】      （修正有）【課題】大気圧下でも消失し難いケミカルセンサ用液膜材料及びケミカルセンサを提供する。【解決手段】ケミカルセンサ１０は、基板１を備えている。基板の表面１ａ上には、感応膜２と、感応膜の一端に接続されたソース電極３と、感応膜の他端に接続されたドレイン電極４が設けられている。感応膜の表面２ａには、生体物質である受容体６が固定されている。感応膜の表面には、受容体を覆うように液膜７が配置されている。液膜材料は、吸湿量と放湿量とが平衡である。すなわち、液膜では、大気中に放出される水分量と大気中から吸収される水分量とが釣り合っているため、イオン液体の濃度が経時的に変化しない。従って、液膜を備えるケミカルセンサは、大気圧下に置いても乾燥されずに消失し難く、かつ気体試料中の標的物質を高精度に検出することができる。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
イオン液体と水とを含み、
吸湿量と放湿量とが平衡であるケミカルセンサ用液膜材料。
【請求項２】
前記水は、前記イオン液体に結合している請求項１に記載のケミカルセンサ用液膜材料。
【請求項３】
前記結合は水素結合である請求項２に記載のケミカルセンサ用液膜材料。
【請求項４】
前記イオン液体はリン酸二水素コリンである請求項１〜３のいずれか１項に記載のケミカルセンサ用液膜材料。
【請求項５】
前記リン酸二水素コリンと前記水との合計の重量百分率を１００重量％としたときに、前記リン酸二水素コリンの濃度は５９重量％以上６１重量％以下である請求項４に記載のケミカルセンサ用液膜材料。
【請求項６】
生体物質を覆い保護するために使用される請求項１〜５のいずれか１項に記載のケミカルセンサ用液膜材料。
【請求項７】
気体試料中の標的物質を検出するためのケミカルセンサであって、
感応膜と、
前記感応膜の表面に固定された生体物質と、
前記感応膜及び前記生体物質を覆う、請求項１〜６のいずれか１項に記載のケミカルセンサ用液膜材料を含む液膜と、
を備えたケミカルセンサ。
【請求項８】
気体試料中の標的物質を検出するためのケミカルセンサであって、
前記標的物質と結合する生体物質と、
前記標的物質と前記生体物質との結合によって物性が変化する感応膜と、
前記感応膜及び前記生体物質を覆う、請求項１〜６のいずれか１項に記載のケミカルセンサ用液膜材料を含む液膜と、
を備えたケミカルセンサ。
【請求項９】
前記生体物質は受容体である請求項７又は８に記載のケミカルセンサ。
【請求項１０】
前記感応膜の表面にブロッキング剤をさらに備える請求項７〜９のいずれか１項に記載のケミカルセンサ。
【請求項１１】
前記標的物質は匂い物質である請求項７〜１０のいずれか１項に記載のケミカルセンサ。
【請求項１２】
前記感応膜はグラフェンを含み、
前記感応膜の一端に接続されたソース電極と、前記感応膜の他端に接続されたドレイン電極とをさらに備えた請求項７〜１１のいずれか１項に記載のケミカルセンサ。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明の実施形態は、ケミカルセンサ用液膜材料及びケミカルセンサに関する。
【背景技術】
【０００２】
生体物質を受容体として用いたケミカルセンサは、乾燥すると生体物質の活性が低下するため、液膜で生体物質を保護して使用される。しかし、液膜は大気圧下において、蒸発して消失してしまう虞があるため、大気圧下でも消失し難い液膜が求められている。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００３】
本発明が解決しようとする課題は、大気圧下でも消失し難いケミカルセンサ用液膜材料及びケミカルセンサを提供することである。
【課題を解決するための手段】
【０００４】
実施形態のケミカルセンサ用液膜材料は、イオン液体と水とを含む。液膜材料は、吸湿量と放湿量とが平衡である。
【０００５】
実施形態のケミカルセンサは、感応膜と、感応膜の表面に固定された生体物質と、感応膜及び生体物質を覆う、実施形態のケミカルセンサ用液膜材料を含む液膜とを備える。
【図面の簡単な説明】
【０００６】
【図１】図１は、実施形態のケミカルセンサの一例を示す断面図である。
【図２】図２は、実施形態のケミカルセンサの一例を示す平面図である。
【図３】図３は、実施形態のケミカルセンサを用いる標的物質の検出方法の一例を示すフローチャートである。
【図４】図４は、実施形態のケミカルセンサの使用時の様子を示す模式図である。
【図５】図５は、複数種類のセンサ素子を備えるケミカルセンサを示す図である。
【図６】図６は、水とリン酸二水素コリンを含む液膜材料における水の濃度の経時変化を示す図である。
【図７】図７は、ケミカルセンサのドレイン電流とゲート電圧の関係を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【０００７】
以下に、図面を参照しながら種々の実施形態について説明する。各図は実施形態とその理解を促すための模式図であり、その形状や寸法、比等は実際と異なる個所があるが、これらは以下の説明と公知の技術を参酌して適宜、設計変更することができる。  
ケミカルセンサ用液膜材料及びケミカルセンサについて説明するが、まずケミカルセンサ用液膜材料について説明する。
【０００８】
［ケミカルセンサ用液膜材料］  
実施形態のケミカルセンサ用液膜材料は、イオン液体と水とを含み、吸湿量と放湿量とが平衡である。本実施形態に係る「吸湿量」とは、実施形態の液膜材料が大気中から吸収する（吸湿する）水分量を示す。また、本実施形態に係る「放湿量」とは、実施形態の液膜材料から大気中に放出される（放湿される）水分量を示す。
【０００９】
吸湿量及び放湿量は、例えば、イオン液体と水とを含む液膜材料を調製し、調製した液膜材料を室温下に所定時間静置して、静置直後の液膜材料の重量と、所定時間経過後の液膜材料の重量とを比較することによって測定することができる。ここで、所定時間経過後の液膜材料の重量が、静置直後の液膜材料の重量よりも多い場合、その重量差は吸湿量として表すことができる。また、静置直後の液膜材料の重量が、所定時間経過後の液膜材料の重量よりも多い場合、その重量差は放湿量として表すことができる。
【００１０】
本発明者らは、気体試料中の標的物質を検出するケミカルセンサの液膜に用いられる液膜材料について種々検討した結果、イオン液体と水とを含む液膜材料は大気圧下に置いても、乾燥されずに消失し難いことを見出した。
【００１１】
しかしながら、本発明者らは単にイオン液体と水とを含む液膜材料をケミカルセンサの液膜に適用した場合、次のような問題を生じることを究明した。
【００１２】
すなわち、吸湿量と放湿量とが平衡ではない、イオン液体と水とを含む液膜材料は、大気圧下に置くと、液膜材料の水を大気中に放出する（放湿する）、又は液膜材料が大気中から水分を吸収する（吸湿する）ため、イオン液体の濃度が経時的に変化する。具体的には、液膜材料はイオン液体に水分子として結合していない水（自由水）が存在する場合、その自由水を大気中に放出する。或いは、水分子と結合可能なイオン液体が存在する場合、そのイオン液体が大気中から水分を吸収する。その結果、液膜材料中のイオン液体の濃度が経時的に変化する。このような液膜材料をケミカルセンサに適用した場合、イオン液体の濃度の経時変化が当該ケミカルセンサによる気体試料中の標的物質の測定値の検出時において、変動要因として現れる。従って、吸湿量と放湿量とが平衡ではない、イオン液体と水とを含む液膜材料を液膜として適用したケミカルセンサは、気体試料中の標的物質を高精度に検出することが困難であることを究明した。
【００１３】
本発明者らは、前記究明結果に基づいてイオン液体と水とを含み、吸湿量と放湿量とが平衡であるケミカルセンサ用液膜材料を開発した。このような液膜材料は、大気圧下に置いても、大気中に放出される水分量と大気中から吸収される水分量とが釣り合っているため、イオン液体の濃度が経時的に変化しない。その結果、液膜材料をケミカルセンサに適用した場合、イオン液体の濃度の経時変化がないため、ケミカルセンサによる気体試料中の標的物質の測定値の検出時において、変動要因として現れない。従って、前記液膜材料を液膜として適用したケミカルセンサは、気体試料中の標的物質を高精度に検出することが可能になる。
【００１４】
以上、実施形態によれば大気圧下に置いても乾燥されずに消失し難く、かつ気体試料中の標的物質を高精度に検出可能なケミカルセンサの液膜を提供できる。
【００１５】
実施形態のケミカルセンサ用液膜材料中のイオン液体は、例えばカチオンとアニオンからなる塩である。  
【００１６】
カチオンは、例えばイミダゾリウム系骨格、ピリジニウム系骨格、ピロリジニウム系骨格、ピペリジニウム系骨格、アンモニウム系骨格、コリン系骨格、スルホニウム系骨格、又はホスホニウム系骨格を有するカチオンである。アニオンは、例えば単原子アニオン（Ｃｌ−、Ｂｒ−、Ｉ−など）、フッ素系無機アニオン（ＢＦ４−、ＰＦ６−など）、非フッ素系無機アニオン（ＮＯ３−、ＮＯ２−など）、フッ素系有機アニオン（ＣＦ３ＳＯ３−、（ＣＦ３ＳＯ２）２Ｎ−、（ＣＦ３ＳＯ２）３Ｃ−、（Ｃ２Ｆ５ＳＯ２）２Ｎ−など）、又は非フッ素系有機アニオン（（ＣＮ）２Ｎ−、ＣＨ３ＣＯＯ−など）である。
【００１７】
カチオン及び／又はアニオンが、例えば水酸基、カルボキシル基、アミノ基のような親水基を有する場合、このようなカチオン及び／又はアニオンからなるイオン液体は、水分子と水素結合を形成して結合し得る。カチオン及び／又はアニオンが、例えばアルキル基のような疎水基を有する場合、このようなカチオン及び／又はアニオンからなるイオン液体は、気体試料中の標的物質に対して高い親和性を有し得る。
【００１８】
いくつかの実施形態において、水は、上述したイオン液体に水分子として結合されている。いくつかの実施形態において、水は、上述したイオン液体に水分子として水素結合により結合されている。
【００１９】
いくつかの実施形態において、イオン液体は、例えば、リン酸二水素コリンである。なお、リン酸二水素コリンは、常温常圧下において、固体のイオン液体物質として存在する。リン酸二水素コリンをイオン液体として使用する際には、例えばリン酸二水素コリンに所望の量の水を加えてから使用することができる。
【００２０】
いくつかの実施形態において、実施形態のケミカルセンサ用液膜材料が、リン酸二水素コリンと水とを含む場合、リン酸二水素コリンと水との合計の重量百分率を１００重量％としたときに、リン酸二水素コリンの濃度は５９重量％以上６１重量％以下（水の濃度は３９重量％以上４１重量％以下）である。リン酸二水素コリンの濃度は６０重量％（水の濃度は４０重量％）であることが好ましい。
【００２１】
いくつかの実施形態において、実施形態のケミカルセンサ用液膜材料は、生体物質を覆い保護するために使用される。
【００２２】
実施形態のケミカルセンサ用液膜材料は、例えば上述したイオン液体を、大気中の水分や水蒸気が出入り可能な状態下に長期間静置することにより調製することができる。イオン液体を静置する場所は密閉空間でもよく、大気中でもよく、恒温恒湿槽のような、温度、湿度等を制御可能な場所でもよい。さらに、イオン液体の吸湿量を増大させるために、イオン液体を含む容器を、多量の水を入れた容器の近傍に設置してもよいし、高湿度環境下に当該イオン液体を含む容器を設置してもよい。吸湿量と放湿量とが平衡である、イオン液体の濃度が判明している場合、イオン液体に所定量の水を添加し、混合物を撹拌して調製してもよい。実施形態のケミカルセンサ用液膜材料は、イオン液体と水とからなることが好ましい。
【００２３】
［ケミカルセンサ］  
図１は、実施形態のケミカルセンサの一例を示す断面図、図２は、第１の実施形態のケミカルセンサの一例を示す平面図である。  
【００２４】
ケミカルセンサ１０は、基板１を備えている。基板１の表面１ａ上には、感応膜２と、感応膜２の一端に接続されたソース電極３と、感応膜２の他端に接続されたドレイン電極４が設けられている。基板１の表面１ａ上には、壁部５が立設され、壁部５は平面視において感応膜２の周囲を囲み、かつソース電極３及びドレイン電極４の外周面を覆っている。感応膜２の表面２ａには、生体物質である受容体６が固定されている。感応膜２の表面２ａには、受容体６を覆うように液膜７が配置されている。液膜７は、上述した実施形態のケミカルセンサ用液膜材料を含む。また、液膜７には、標的物質８を含む気体試料９が取り込まれる。
【００２５】
液膜７は、前述したケミカルセンサ用液膜材料を含むため、イオン液体と水とを含み、吸湿量と放湿量とが平衡である。すなわち、液膜７では、大気中に放出される水分量と大気中から吸収される水分量とが釣り合っているため、イオン液体の濃度が経時的に変化しない。このようなイオン液体の濃度の経時変化がないため、ケミカルセンサ１０に測定値の変動が現れない。従って、液膜７を備えるケミカルセンサ１０は、大気圧下に置いても乾燥されずに消失し難く、かつ気体試料中の標的物質を高精度に検出することができる。液膜７は、前述したケミカルセンサ用液膜材料からなることが好ましい。
【００２６】
液膜７は、気体試料９からの標的物質８を受容体６へと運ぶ媒体として働く。液膜７は、水を含み、かつ受容体６を覆うように配置されているため、受容体６の乾燥による変性又は損傷を防ぐことができる。
【００２７】
液膜７はイオン液体を含み、当該イオン液体は高い沸点を有し、蒸発しにくい。そのため、液膜７を薄く形成しても、当該液膜７が乾燥し、受容体６が乾燥して当該受容体が失活する虞がない。ここで液膜７の厚さは、例えば図１において感応膜２の表面２ａから液膜７と気体との界面までの最短距離をいう。液膜７を薄く形成すると、液膜７中に取り込まれた気体試料９中の標的物質８が受容体６に到達し易い。従って、高感度のケミカルセンサを構成することができる。
【００２８】
液膜７は、イオン液体を含み、当該イオン液体のカチオン及び／又はアニオンが上述した疎水基を有する場合、気体試料中の標的物質に対して高い親和性を有し得る。その結果、液膜７への標的物質の取り込みが向上して、高感度のケミカルセンサを構成することができる。
【００２９】
いくつかの実施形態において、液膜７の表面には、その表面を覆うように、さらなる液膜（第２液膜とも称する、図示せず）を配置してもよい。第２液膜は、例えば標的物質との親和性が低い無極性溶媒（トルエン、ヘキサン等）である。このような第２液膜は、大気中から液膜７へ非標的物質（夾雑物）が進入することを防ぎ、ケミカルセンサに非標的物質由来の測定値の変動が現れないため、高感度のケミカルセンサを構成することができる。
【００３０】
以下、各構成について詳細に説明する。  
基板１は、例えば矩形の板状である。基板１は、例えばシリコン、ガラス、セラミックス、高分子材料又は金属等から形成されている。基板１の大きさは、限定されるものではないが、例えば１０ｍｍ×１０ｍｍ×０．５ｍｍ（幅×長さ×厚さ）である。
【００３１】
基板１は、例えば、表面１ａ側に絶縁膜（図示せず）を備えてもよい。絶縁膜は、例えば酸化シリコン、窒化ケイ素、酸化アルミニウム、高分子材料、又は有機分子の自己組織化膜等の電気的に絶縁性の材料から形成されている。基板１は、表面１ａ側に設けられた絶縁膜と、ゲート電極として機能する導体層とを備えてもよい。この場合、絶縁層の厚さは、絶縁性を損なわない範囲で出来る限り薄い方がよく、例えば数ｎｍ程度とすることが好ましい。このような薄膜は、例えばＡＬＤ（Atomic Layer Deposition）法によって形成することが可能である。
【００３２】
感応膜２は、そこに結合している物質の構造や電荷の状態などが変化した時に物性が変化する膜である。感応膜２は、例えば、電気抵抗が変化する物質から形成されている。感応膜２は、炭素原子１個分の厚さを有する単層のグラフェンの膜である。グラフェン膜は、複数層で設けられてもよい。感応膜２の大きさは、限定されるものではないが、例えば、０．１〜５００μｍ×０．１〜５００μｍ（幅×長さ）とすることができる。実用的には１０〜１００μｍ×１０〜１００μｍであれば製造が容易である。グラフェンは、非常に優れた電気特性を有する（例えばシリコンの１０００倍である）ため、高感度のケミカルセンサにできる。
【００３３】
感応膜２は、例えば、高分子、金（Ａｕ）、銀（Ａｇ）、銅（Ｃｕ）、ニッケル（Ｎｉ）、ケイ素（Ｓｉ）、シリサイド等の導体の膜若しくはそのナノワイヤ、或いはグラフェン、カーボンナノチューブ、二硫化モリブデン（ＭｏＳ２）若しくは二セレン化タングステン（ＷＳｅ２）等の材料等から形成されていてもよい。
【００３４】
ソース電極３及びドレイン電極４は、例えば、金（Ａｕ）、銀（Ａｇ）、銅（Ｃｕ）、パラジウム（Ｐｄ）、白金（Ｐｔ）、ニッケル（Ｎｉ）、チタン（Ｔｉ）、クロム（Ｃｒ）又はアルミニウム（Ａｌ）等の金属、或いは、酸化亜鉛（ＺｎＯ）、酸化インジウムスズ（ＩＴＯ）、ＩＧＺＯ、導電性高分子等の導電性物質から形成されている。
【００３５】
ソース電極３及びドレイン電極４は、電源（図示せず）と電気的に接続している。ソース電極３及びドレイン電極４は、例えば電源から電圧（ソース・ドレイン電圧（Ｖｓｄ））が印加されると、ソース電極３から感応膜２を介してドレイン電極４に電流（ソース・ドレイン電流（Ｉｓｄ））が流れるように構成される。この時、グラフェンの膜である感応膜２は、ソース電極３及びドレイン電極４に対してチャネルとして機能する。
【００３６】
壁部５は、例えば、電気的に絶縁性の材料から形成されている。壁部５の絶縁性材料は、例えば、アクリル樹脂、ポリイミド、ポリベンゾオキサゾール、エポキシ樹脂、フェノール樹脂、ポリジメチルシロキサン、フッ素樹脂等の高分子物質、又は酸化シリコン、窒化ケイ素、酸化アルミニウム等の無機絶縁膜、あるいは有機分子の自己組織化膜等である。
【００３７】
受容体６は、上述したように生体物質である。受容体６には、例えば、嗅覚受容体の断片を用いることができる。受容体６は、標的物質８と結合する部位の配列を含む嗅覚受容体の断片である。例えば、そのような配列は、嗅覚受容体の細胞外に位置するリガンド結合部位を含む。受容体６は、例えば、嗅覚受容体のデータベースからそのリガンド結合部位のアミノ酸配列を得て、そのアミノ酸配列を有するオリゴペプチドを合成することによって製造できる。受容体６は標的物質と結合するものであればよく、例えば、リガンド結合部位の配列を部分的に改変したものであってもよく、新たな配列を付加したものであってもよい。受容体６は、例えば、嗅覚受容体として、動物の嗅覚受容体を用いることができる。動物は、例えば、脊椎動物又は昆虫等である。例えば、ヒト、シンジョウハエ等の嗅覚受容体を用いることができる。
【００３８】
受容体６は、例えば、受容体６及び／又は感応膜２に修飾基を付加し、両者を化学合成により結合することによって、感応膜２に固定することができる。受容体６が感応膜２に固定されている状態は、受容体６が感応膜２に化学結合により接続している状態を示す。
【００３９】
いくつかの実施形態において、感応膜２の表面２ａには、受容体６に加えて、ブロッキング剤（図示せず）が、表面２ａ上を覆うように配置されていてもよい。ブロッキング剤は、例えば、金属酸化物（Ａｌ２Ｏ３、ＨｆＯ２等）、タンパク質、有機分子、脂質膜、ペプチド、核酸等を用いることができる。このようなブロッキング剤を備えることにより、気体試料９に含まれる非標的物質１１（例えば、夾雑物）が感応膜２の表面に結合することを防止することができる。
【００４０】
標的物質８は、気体中に含まれ、動物の嗅覚受容体のリガンドとなり得る物質である。標的物質８は、例えば、匂い物質又はフェロモン物質のような揮発性有機化合物（ＶＯＣ：volatile organic compound）である。標的物質８は、例えば、アルコール類、エステル類、アルデヒド類、ケトン類等であるがこれらに限定されるものではない。このような標的物質８の多くは、水への溶解性が低い物質である。
【００４１】
気体試料９は、例えば、標的物質８が含まれ得る分析されるべき気体である。気体試料９は、例えば、大気、呼気、又は生体や物体等の分析対象から発生られる他の気体、或いは当該分析対象の周辺の空気等である。気体試料９は、非標的物質１１を含み得る。
【００４２】
前述した実施形態のケミカルセンサは、グラフェン電界効果型トランジスタ（グラフェンＦＥＴとも称する）の構成を有しているが、グラフェンＦＥＴに限られるものではなく、受容体６のような生体物質を用いる場合であれば、例えば、他の電荷検出素子、表面プラズモン共鳴素子（ＳＰＲ）、表面弾性波（ＳＡＷ）素子、圧電薄膜共振（ＦＢＡＲ）素子、水晶振動子マイクロバランス（ＱＣＭ）素子、又はＭＥＭＳカンチレーバー素子等の構成とすることができる。
【００４３】
以下に実施形態のケミカルセンサを用いる標的物質の検出方法を、図３に示すフローチャートを参照して説明する。  
標的物質の検出方法は、例えば、以下の工程を含む。（Ｓ１）実施形態のケミカルセンサを用意すること、（Ｓ２）気体試料を液膜に接触させること、（Ｓ３）感応膜の物性の変化を検出すること、及び（Ｓ４）検出の結果から、気体試料中の標的物質の有無又は量を決定すること。  
以下、上記各工程を行うことによって標的物質を検出する原理について説明する。
【００４４】
工程（Ｓ２）において気体試料９をケミカルセンサ１０の液膜７に接触させる。この時のケミカルセンサの様子を図４に示す。気体試料９の液膜７への接触によって標的物質８が液膜７に入り込み（図４の（ａ）、（ｂ））、受容体６に結合する（図４の（ｃ））。一方、非標的物質１１（夾雑物）は、受容体６に結合しない（図４の（ｄ））。標的物質８と受容体６との結合（図４の（ｃ））によって感応膜２の物性が変化する。物性とは、例えば、感応膜の電気抵抗等である。
【００４５】
工程（Ｓ３）において、物性の変化を電気的信号の変化として検出する。電気的信号は、例えば、電流値、電位値、電気容量値又はインピーダンス値等である。電気信号の変化とは、例えば、電気的信号の増加、減少、消失、又は特定時間内での積算値の変化等である。上述したグラフェンＦＥＴを用いる場合、物性の変化は、例えば、ゲート電圧及びドレイン電圧として一定電圧を印加した際の、ソース・ドレイン間電流値の変化として検出できる。あるいは、ソース・ドレイン間電流値を一定に維持している際の、ゲート電圧値の変化として検出してもよい。電気信号の変化の情報は、例えば、電気的に接続されたデータ処理部などに送られ、記憶され、処理される。
【００４６】
工程（Ｓ４）において、検出の結果から気体試料９中の標的物質８の有無又は量を決定する。例えば、電気的信号の変化が生じた場合に気体試料９に標的物質８が存在すると判断し、変化が起きない場合に標的物質８が存在しないと判断してもよい。また、電気的信号が予め設定された閾値よりも大きく変化した場合に標的物質８が存在すると判断し、変化が閾値よりも小さい場合に標的物質８が存在しないと判断してもよい。そのような閾値は、例えば、標的物質が含まれていることが知られている気体試料をケミカルセンサの分析に供して電気的信号の変化値を得ることなどによって得ることができる。或いは、変化量によって標的物質の量を決定してもよい。その場合、濃度既知の標的物質を用いて、標的物質の濃度に対する変化量の検量線を作成し、それと照らし合わせることによって標的物質の量を決定してもよい。
【００４７】
以上に説明した工程により、実施形態のケミカルセンサは、気体試料中の標的物質を検出することができる。
【００４８】
標的物質の検出方法は、各工程を自動的に行う装置によって行われてもよい。そのような装置は、例えばケミカルセンサ１０と、液膜７を形成するための実施形態の液膜材料をケミカルセンサ１０の感応膜２上に送液する送液部と、ケミカルセンサ１０の液膜７に気体試料９を接触させるための試料導入部と、感応膜２の物理的特性の変化を電気的信号の変化に変換する検出部と、検出部から得られた電気的信号の情報を格納し、処理するデータ処理部と、これらの各部の操作を制御する制御部とを含む。上記工程（Ｓ２）〜（Ｓ４）の操作は、装置の操作者の入力により実行されてもよいし、制御部に含まれるプログラムによって実行されてもよい。
【００４９】
実施形態のケミカルセンサを用いる標的物質の検出方法によれば、標的物質と結合する受容体を用いるため、非標的物質（夾雑物）が検出されるのを防ぐことが可能である。したがって、気体中に含まれる物質の組成が異なる条件においても、夾雑物の影響を受けることなく標的物質を検出することが可能である。
【００５０】
以下、基板１、感応膜２、ソース電極３、ドレイン電極４、壁部５、１種類の受容体６、液膜７を含む一つの単位を「センサ素子」と称する。いくつかの実施形態において、１つのケミカルセンサに複数種類のセンサ素子を搭載させることもできる。複数種類のセンサ素子はそれぞれ、互いに異なる種類の受容体６を備え、異なる種類の標的物質を検出することができる。  
複数種類のセンサ素子を備えるケミカルセンサについて図５を用いて説明する。
【００５１】
この例におけるケミカルセンサ２０は、受容体６Ａが固定された感応膜２Ａを備えるセンサ素子Ａと、受容体６Ｂが固定された感応膜２Ｂを備えるセンサ素子Ｂと、受容体６Ｃが固定された感応膜２Ｃを備えるセンサ素子Ｃと、受容体６Ｄが固定された感応膜２Ｄを備えるセンサ素子Ｄとを備える。
【００５２】
各センサ素子の感応膜２Ａ〜２Ｄはそれぞれ、その物性の変化を個別に検出できるように構成されている。
【００５３】
１つのケミカルセンサに搭載されるセンサ素子の数、種類、配置等は図５に示されるものに限定されるものではない。また、各種類のケミカルセンサ素子をそれぞれ複数備えてもよい。
【００５４】
ケミカルセンサが複数種類のケミカルセンサ素子を備える場合の標的物質の検出方法について図５の例を用いて説明する。
【００５５】
このような標的物質の検出方法においては、図５のケミカルセンサ２０を用いて上記工程（Ｓ１）〜（Ｓ３）を同様に行う。工程（Ｓ３）においては各センサ素子Ａ〜Ｄから個別に電気的信号が得られる。工程（Ｓ４）において電気的信号の変化が生じたセンサ素子の種類（そこに固定された受容体の種類）及び個数から、複数の標的物質を含む標的物質混合物の種類を特定してもよい。例えば、センサ素子Ａ及びＢで電気的信号の変化が生じた場合、気体試料中に標的物質混合物Ｉが存在し、センサ素子Ａ、Ｃ及びＤで電気的信号の変化が生じた場合、気体試料中に標的物質混合物ＩＩが存在すると判断すること等ができる。或いは、各センサ素子をそれぞれ複数備えるケミカルセンサにおいて、センサ素子Ａ、Ｂ、Ｃ、Ｄから検出される電気的信号の強度比によって、特定の標的物質混合物の有無を決定してもよい。また、その強度比によって気体試料中に含まれる標的物質混合物の種類を特定することができる。
【００５６】
標的物質混合物とは、複数の標的物質が特定の組み合わせで混合された混合物であり、例えば、標的物質混合物を１つの特定の「匂い」と結び付け、上記方法によって「匂い」の有無又は量を決定してもよい。また、「匂い」と「匂い」を発する原因とを予め結び付けておき、このような検出によって匂いを発する原因を特定することも可能である。
【実施例】
【００５７】
＜試験例１＞  
最初に、水と、イオン液体としてのリン酸二水素コリンを準備して、下記液膜材料１〜３を調製した。
（液膜材料１）  
１８６．２２ｇの水に１００１．７５ｇのリン酸二水素コリンを加え、撹拌して、液膜材料１（リン酸二水素コリンの濃度：８５重量％、水の濃度：１５重量％）を調製した。
（液膜材料２）  
４３５．４１ｇの水に１０１４．９１ｇのリン酸二水素コリンを加え、撹拌して、液膜材料２（リン酸二水素コリンの濃度：７０重量％、水の濃度：３０重量％）を調製した。
（液膜材料３）  
１４９９．２２ｇの水に１０１０．５８ｇのリン酸二水素コリンを加え、撹拌して、液膜材料３（リン酸二水素コリンの濃度：４０重量％、水の濃度：６０重量％）を調製した。  
【００５８】
これら液膜材料１〜３をそれぞれ、開放系のビーカーに移し、室温下（室温及び湿度はコントロールせず）に静置して、液膜材料１〜３に含まれる水の濃度［重量％］の測定を開始した。その後、静置開始から所定時間経過後に液膜材料１〜３の水の濃度をそれぞれ測定した。測定結果を図６に示す。
【００５９】
図６に示すように、水の濃度が１５重量％である液膜材料１、及び水の濃度が３０重量％である液膜材料２は、測定開始から時間経過に従って、それぞれ水の濃度が増大した。１６日目になると、液膜材料１、２は、ともに水の濃度が４０重量％（リン酸二水素コリンの濃度が６０重量％）である液膜材料となった。そして１６日目以降は、水の濃度は、時間が経過しても４０重量％から増減しなかった。  
【００６０】
他方、水の濃度が６０重量％である液膜材料３は、測定開始から時間経過に従って、水の濃度が減少した。そして６５日目になると、液膜材料３は、水の濃度が４０重量％（リン酸二水素コリンの濃度が６０重量％）である液膜材料となった。
【００６１】
すなわち、液膜材料１、２は、測定開始から時間経過に従って、大気中から水分を吸収（吸湿）することによって水の濃度が増大した。そして１６日目以降、液膜材料１、２は、４０重量％の水の濃度（６０重量％のリン酸二水素コリンの濃度）において、吸湿量と放湿量とが平衡になったことが確認された。
【００６２】
液膜材料３は、測定開始から時間経過に従って、大気中に水分を放出（放湿）することによって水の濃度が減少した。そして６５日目には、液膜材料３は、吸湿量と放湿量とが平衡である、４０重量％の水の濃度（６０重量％のリン酸二水素コリンの濃度）になったことが確認された。
【００６３】
＜試験例２＞  
（実施例１）  
水にリン酸二水素コリンを加え、撹拌して、ケミカルセンサ用液膜材料（リン酸二水素コリンの濃度：６０重量％、水の濃度：４０重量％）を調製した。前述した図１に示す構造のケミカルセンサにおいて、調製したケミカルセンサ用液膜材料を液膜として用いた。
（比較例１）  
水にリン酸二水素コリンを加え、撹拌して、ケミカルセンサ用液膜材料（リン酸二水素コリンの濃度：７０重量％、水の濃度：３０重量％）を調製した。前述した図１に示す構造のケミカルセンサにおいて、調製したケミカルセンサ用液膜材料を液膜として用いた。
（比較例２）  
水にリン酸二水素コリンを加え、撹拌して、ケミカルセンサ用液膜材料（リン酸二水素コリンの濃度：４０重量％、水の濃度：６０重量％）を調製した。前述した図１に示す構造のケミカルセンサにおいて、調製したケミカルセンサ用液膜材料を液膜として用いた。
【００６４】
実施例１のケミカルセンサにおいて、組立て直後の、ゲート電圧（Ｖ  ｇａｔｅ［Ｖ］）を変えた時のドレイン電流（Ｉ  ｄｒａｉｎ［Ａ］）の変化、組立て後、５７分間経過後の同ドレイン電流の変化、及び組立て後、１０３８分間経過後の同ドレイン電流の変化、をそれぞれ測定した。
【００６５】
また、比較例１のケミカルセンサにおいて、組立て直後の、ゲート電圧を変えた時のドレイン電流の変化、組立て後、３５分間経過後の同ドレイン電流の変化、及び組立て後、４７分間経過後の同ドレイン電流の変化、をそれぞれ測定した。  
【００６６】
さらに、比較例２のケミカルセンサにおいて、組立て直後の、ゲート電圧を変えた時のドレイン電流の変化、組立て後、２分間経過後の同ドレイン電流の変化、及び組立て後、９分間経過後の同ドレイン電流の変化、をそれぞれ測定した。  
測定結果を図７に示す。
【００６７】
図７に示すように、比較例１のケミカルセンサは、組立て後、３５分間経過すると、電気的特性が大きく変化し、組立て後、４７分間経過すると、電気的特性がさらに大きく変化することが確認された。また、比較例２のケミカルセンサは、組立て後、２分間経過すると、電気的特性が大きく変化し、組立て後、９分間経過すると、電気的特性がさらに大きく変化することが確認された。言い換えると、比較例１、２のケミカルセンサは、ドレイン電流の最小値である電荷中性点が、組立て後、数分間乃至数十分間経過すると大きく変化した。この結果は、イオン液体の濃度が経時的に変化することを示す。そのため、ケミカルセンサによる気体試料中の標的物質の測定値の検出時において、変動要因として現れる。従って、比較例１、２のケミカルセンサは、気体試料中の標的物質を高精度に検出することが困難とある。
【００６８】
他方、実施例１のケミカルセンサは、組立て後、１０３８分間経過しても、電気的特性がほとんど変化していないことが確認された。言い換えると、実施例１のケミカルセンサは、ドレイン電流の最小値である電荷中性点が、組立て後、１０３８分間経過しても変化しなかった。この結果は、イオン液体の濃度が経時的に変化しないことを示す。そのため、ケミカルセンサによる気体試料中の標的物質の測定値の検出時において、変動要因として現れない。従って、実施例１のケミカルセンサは、気体試料中の標的物質を高精度に検出することができる。
【００６９】
本発明のいつかの実施形態を説明したが、これらの実施形態は、例として提示したものであり、発明の範囲を限定することは意図していない。これら新規な実施形態は、その他の種々の形態で実施されることが可能であり、発明の要旨を逸脱しない範囲で、種々の省略、置き換え、変更を行うことができる。これら実施形態やその変形は、発明の範囲や要旨に含まれるとともに、特許請求の範囲に記載された発明とその均等の範囲に含まれる。
【符号の説明】
【００７０】
１０、２０…ケミカルセンサ
１…基板
２、２Ａ、２Ｂ、２Ｃ、２Ｄ…感応膜
３…ソース電極
４…ドレイン電極
５…壁部
６、６Ａ、６Ｂ、６Ｃ、６Ｄ…受容体
７…液膜
８…標的物質
９…気体試料
１１…非標的物質
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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