(57)【要約】ケミレジスタセンサ用のセンシングエレメント、およびそのようなセンシングエレメントを作製する方法が開示される。センシングエレメントは、各々が第１のタイプのケミレジスタ粒子を含む、１つまたは複数の第１のタイプの３Ｄ要素と、各々が第２のタイプのケミレジスタ粒子を含む、１つまたは複数の第２のタイプの３Ｄ要素と、を含み得る。１つまたは複数の第１のタイプの３Ｄ要素のうちの少なくとも１つ、および１つまたは複数の第２のタイプの３Ｄ要素のうちの少なくとも１つは、１つまたは複数の接合面を有し得る。第１のタイプのケミレジスタ粒子と、第２のタイプのケミレジスタ粒子とは、ナノ粒子コアのタイプ、および各ナノ粒子コアに結合された有機リガンドのタイプ、の少なくとも１つによって異なり得る。【選択図】図３Ｂ
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
ケミレジスタセンサ用のセンシングエレメントであって、
各々が第１のタイプのケミレジスタ粒子を含む、１つまたは複数の第１のタイプの３Ｄ要素と、
各々が第２のタイプのケミレジスタ粒子を含む、１つまたは複数の第２のタイプの３Ｄ要素と、を含み、
１つまたは複数の第１のタイプの３Ｄ要素のうちの少なくとも１つ、および１つまたは複数の第２のタイプの３Ｄ要素のうちの少なくとも１つは、１つまたは複数の接合面を有し、
第１のタイプのケミレジスタ粒子と、第２のタイプのケミレジスタ粒子とは、ナノ粒子コアのタイプ、および各ナノ粒子コアに結合された有機リガンドのタイプ、の少なくとも１つによって異なる、センシングエレメント。
【請求項２】
１つまたは複数の第１のタイプの３Ｄ要素、および１つまたは複数の第２のタイプの３Ｄ要素は、多層３Ｄ構造を形成する、請求項１に記載のセンシングエレメント。
【請求項３】
多層３Ｄ構造は、各々が第１または第２のタイプのケミレジスタ粒子のいずれかを含む交互の層を含む、請求項２に記載のセンシングエレメント。
【請求項４】
多層３Ｄ構造の少なくとも１つの層は、各々が第１のタイプのケミレジスタ粒子または第２のタイプのケミレジスタ粒子のいずれかを含む交互の立方体形状の３Ｄ要素から作製されたチェス盤のような構造を含む、請求項１に記載のセンシングエレメント。
【請求項５】
第１のタイプの３Ｄ要素の第１のナノ粒子コアと、第２のタイプの３Ｄ要素の第２のナノ粒子コアとは、導電性材料のタイプ、コア粒子のサイズおよびコア粒子の形状、の少なくとも１つによって異なる、請求項１〜４のいずれか１項に記載のセンシングエレメント。
【請求項６】
第１のタイプのケミレジスタ粒子は第１のタイプの有機リガンドを含み、第２のタイプのケミレジスタ粒子は第２のタイプの有機リガンドを含む、請求項１〜５のいずれか１項に記載のセンシングエレメント。
【請求項７】
第１のタイプの有機リガンドと、第２のタイプの有機リガンドとは、各タイプの有機リガンドに含まれる官能基のタイプによって異なる、請求項６に記載のセンシングエレメント。
【請求項８】
第３のタイプのケミレジスタ粒子を含む１つまたは複数の第３のタイプの３Ｄ要素をさらに含み、
１つまたは複数の第３のタイプの３Ｄ要素は、１つまたは複数の第１のタイプの３Ｄ要素、および１つまたは複数の第２のタイプの３Ｄ要素のうちの少なくとも１つとの１つまたは複数の接合面を有し、
第３のタイプのケミレジスタ粒子と、第１および第２のタイプのケミレジスタ粒子とは、ナノ粒子コア、および各ナノ粒子コアに結合した有機リガンド、のうちの少なくとも１つによって異なる、請求項１〜７のいずれか１項に記載のセンシングエレメント。
【請求項９】
第１のタイプのケミレジスタ粒子は、少なくとも１つの第１の主要なタイプの揮発性化合物（ＶＣ）と相互作用するように選択され、第２のタイプのケミレジスタ粒子は、少なくとも１つの第２の主要なタイプのＶＣと相互作用するように選択される、請求項１〜８のいずれか１項に記載のセンシングエレメント。
【請求項１０】
第１のタイプの３Ｄ要素と、第２のタイプの３Ｄ要素とは、各タイプの３Ｄ要素に含まれるケミレジスタ粒子間の気孔率によって異なる、請求項１〜９のいずれか１項に記載のセンシングエレメント。
【請求項１１】
ケミレジスタセンサであって、
２つの電極と、
センシングエレメントであって、
各々が第１のタイプのケミレジスタ粒子を含む、１つまたは複数の第１のタイプの３Ｄ要素と、
各々が第２のタイプのケミレジスタ粒子を含む、１つまたは複数の第２のタイプの３Ｄ要素と、を含み、
１つまたは複数の第１のタイプの３Ｄ要素のうちの少なくとも１つ、および１つまたは複数の第２のタイプの３Ｄ要素のうちの少なくとも１つは、１つまたは複数の接合面を有し、
第１のタイプのケミレジスタ粒子と、第２のタイプのケミレジスタ粒子とは、ナノ粒子コアのタイプ、および各ナノ粒子コアに結合された有機リガンドのタイプ、の少なくとも１つによって異なる、
センシングエレメントと、
を含む、ケミレジスタセンサ。
【請求項１２】
第１の電極は、１つまたは複数の第１のタイプの３Ｄ要素のうちの少なくとも１つ、および１つまたは複数の第２のタイプの３Ｄ要素のうちの少なくとも１つ、の両方との少なくとも１つの第１の接合面を有し、
第２の電極は、１つまたは複数の第１のタイプの３Ｄ要素のうちの少なくとも１つ、および１つまたは複数の第２のタイプの３Ｄ要素のうちの少なくとも１つ、の両方との少なくとも１つの第２の接合面を有する、請求項１１に記載のケミレジスタセンサ。
【請求項１３】
第１の電極は、１つまたは複数の第１のタイプの３Ｄ要素のうちの少なくとも１つとの接合面であるが、１つまたは複数の第２のタイプの３Ｄ要素のうちのいずれか１つとは接合しない、少なくとも１つの第１の接合面を有し、
第２の電極は、１つまたは複数の第１のタイプの３Ｄ要素のうちの少なくとも１つとの接合面であるが、１つまたは複数の第２のタイプの３Ｄ要素のうちのいずれか１つとは接合しない、少なくとも１つの第２の接合面を有する、請求項１１に記載のケミレジスタセンサ。
【請求項１４】
ケミレジスタセンサ用のセンシングエレメントを作製する方法であって、
１つまたは複数の接合面を有する、１つまたは複数の第１のタイプの３Ｄ要素および１つまたは複数の第２のタイプの３Ｄ要素を含む、３Ｄモデルを受け取ることと、
１つまたは複数の第１のタイプの３Ｄ要素を形成するための第１のインク、および１つまたは複数の第２のタイプの３Ｄ要素を形成するための第２のインクを使用して、基板上に、受け取った３Ｄモデルによる３Ｄ構造を層ごとに堆積することと、を含み、
第１のインクは、第１の溶媒および複数の第１のタイプのケミレジスタ粒子を含み、第２のインクは、第２の溶媒および複数の第２のタイプのケミレジスタ粒子を含み、
第１のタイプのケミレジスタ粒子と、第２のタイプのケミレジスタ粒子とは、ナノ粒子コア、および各ナノ粒子コアに結合した有機リガンドのうちの少なくとも１つによって異なる、方法。
【請求項１５】
堆積することは、コンピュータ化されたプリンタによるものである、請求項１４に記載の方法。
【請求項１６】
３Ｄモデルを受け取ることは、
少なくとも２つの定義された揮発性化合物（ＶＣ）を区別する要求を受け取ることと、
受け取った要求により第１のタイプの３Ｄ要素および第２のタイプの３Ｄ要素を決定することと、
を含む、請求項１４または１５に記載の方法。
【請求項１７】
決定することは、第１の定義された主要なタイプのＶＣと相互作用するように構成される第１のタイプのケミレジスタ粒子、および第２の定義された主要なタイプのＶＣと相互作用するように構成される第２のタイプのケミレジスタ粒子を選択することを含む、請求項１６に記載の方法。
【請求項１８】
１つまたは複数の第１のタイプの３Ｄ要素のうちの少なくとも１つ、および１つまたは複数の第２のタイプの３Ｄ要素のうちの少なくとも１つ、の両方との少なくとも１つの第１の接合面を有する第１の電極を追加することと、
１つまたは複数の第１のタイプの３Ｄ要素のうちの少なくとも１つ、および１つまたは複数の第２のタイプの３Ｄ要素のうちの少なくとも１つ、の両方との少なくとも１つの第２の接合面を有する第２の電極を追加することと、
をさらに含む、請求項１６に記載の方法。
【請求項１９】
１つまたは複数の第１のタイプの３Ｄ要素のうちの少なくとも１つとの接合面であるが、１つまたは複数の第２のタイプの３Ｄ要素のうちのいずれか１つとは接合しない、少なくとも１つの第１の接合面を有する第１の電極を追加することと、
１つまたは複数の第１のタイプの３Ｄ要素のうちの少なくとも１つとの接合面であるが、１つまたは複数の第２のタイプの３Ｄ要のうちのいずれか１つとは接合しない、少なくとも１つの第２の接合面を有する第２の電極を追加することと、
をさらに含む、請求項１６に記載の方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、一般に、ケミレジスタセンサに関する。より具体的には、本発明は、ケミレジスタセンサ用のセンシングエレメントおよびそのようなセンシングエレメントを作製する方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
ケミレジスタセンサは、揮発性化合物（ＶＣ）の存在を検出できるセンサである。ケミレジスタセンサには、例えば、ＶＣの存在に起因した付近の化学環境の変化に応じて電気抵抗が変化する材料または構造が含まれている。ＶＣを感知するための市販のケミレジスタセンサは、カーボンナノチューブ、グラフェン、カーボンナノ粒子などのうちの１つから作られたセンシングエレメントを含む。別のオプションのセンサは、有機リガンドでコーティングされた金属ナノ粒子コアから作られたセンシングエレメントを含む。有機リガンドは、一方の端で金属コアの表面に結合し、もう一方の端でＶＣに弱く結合する（例えば、相互作用する）ように構成される。最も適切で広く使用されているコアは、Ａｕ、Ｐｔ、Ｐｄ、Ａｇのナノ粒子であり、さらにＮｉ、Ｃｏ、Ｃｕ、Ａｌ、Ａｕ／Ａｇ、Ａｕ／Ｃｕ、Ａｕ／Ａｇ／Ｃｕ、Ａｕ／Ｐｔ、Ａｕ／Ｐｄ、Ａｕ／Ａｇ／Ｃｕ／Ｐｄ、Ｐｔ／Ｒｈ、Ｎｉ／Ｃｏ、およびＰｔ／Ｎｉ／Ｆｅからなる合金である。
【０００３】
上記の金属コアの１つを有する金属粒子の表面と結合できる最も一般的なタイプの有機リガンドは、チオール（硫化物）である。チオールは、Ｃ３−Ｃ２４鎖を有するアルキルチオール、ｗ−官能化アルカンチオレート、アレーンチオレート、（ｇ−メルカプトプロピル）トリ−メチルオキシシラン、ジアルキルジスルフィド、キサントゲン酸塩、オリゴヌクレオチド、ポリヌクレオチド、ペプチド、タンパク質、酵素、多糖類、およびリン脂質、などの官能基を介して金属コアと結合できる。
【０００４】
ケミレジスタセンサの各粒子は、複数のタイプのＶＣと相互作用し得る。ただし、各粒子の特定の化学的物理的性質、特に有機リガンドの官能基により、各粒子は、主要な（例えば好ましい）タイプのＶＣと多数の弱い結合を形成することができる。ただし、他のＶＣもリガンドに弱く結合し得る。ＶＣは、ナノ粒子のいくつかの部位、例えば、コア表面、結合基、官能基などにおいて相互作用または吸収し得る。当技術分野で知られているセンシングエレメントは、通常、単一のタイプの粒子を含む。そのような場合、各センシングエレメントは、単一のタイプのＶＣに敏感であり得るかまたはそれを検出し得るか、あるいは２つのタイプのＶＣを検出し得るが、２つのタイプの粒子を同時にかつリアルタイムに分離する能力がない。
【０００５】
したがって、相互の影響または妨害を回避しながら、単一のセンシングエレメントで２つ以上のＶＣを同時にかつリアルタイムで制御可能に検出することを可能にし得るケミレジスタセンサ用のセンシングエレメントが必要である。
【発明の概要】
【課題を解決するための手段】
【０００６】
本発明のいくつかの態様は、ケミレジスタセンサ用のセンシングエレメントに関し得る。いくつかの実施形態では、センシングエレメントは、各々が第１のタイプのケミレジスタ粒子を含む、１つまたは複数の第１のタイプの３Ｄ要素と、各々が第２のタイプのケミレジスタ粒子を含む、１つまたは複数の第２のタイプの３Ｄ要素と、を含み得る。いくつかの実施形態では、１つまたは複数の第１のタイプの３Ｄ要素のうちの少なくとも１つ、および１つまたは複数の第２のタイプの３Ｄ要素のうちの少なくとも１つは、１つまたは複数の接合面を有し得る。いくつかの実施形態では、第１のタイプのケミレジスタ粒子と、第２のタイプのケミレジスタ粒子とは、ナノ粒子コアのタイプ、および各ナノ粒子コアに結合された有機リガンドのタイプ、の少なくとも１つによって異なり得る。
【０００７】
いくつかの実施形態では、１つまたは複数の第１のタイプの３Ｄ要素、および１つまたは複数の第２のタイプの３Ｄ要素は、多層３Ｄ構造を形成し得る。いくつかの実施形態では、多層３Ｄ構造は、各々が第１または第２のタイプのケミレジスタ粒子のいずれかを含む交互の層を含み得る。いくつかの実施形態では、多層３Ｄ構造の少なくとも１つの層は、各々が第１のタイプのケミレジスタ粒子または第２のタイプのケミレジスタ粒子のいずれかを含む交互の立方体形状の３Ｄ要素から作製されたチェス盤のような構造を含む。
【０００８】
いくつかの実施形態では、第１のタイプの３Ｄ要素の第１のナノ粒子コアと、第２のタイプの３Ｄ要素の第２のナノ粒子コアとは、導電性材料のタイプ、コア粒子のサイズおよびコア粒子の形状、の少なくとも１つによって異なる。いくつかの実施形態では、第１のタイプのケミレジスタ粒子は第１のタイプの有機リガンドを含み得、第２のタイプのケミレジスタ粒子は第２のタイプの有機リガンドを含む。いくつかの実施形態では、第１のタイプの有機リガンドと、第２のタイプの有機リガンドとは、各タイプの有機リガンドに含まれる官能基のタイプによって異なり得る。
【０００９】
いくつかの実施形態では、センシングエレメントは、第３のタイプのケミレジスタ粒子を含む１つまたは複数の第３のタイプの３Ｄ要素をさらに含み得る。いくつかの実施形態では、１つまたは複数の第３のタイプの３Ｄ要素は、１つまたは複数の第１および第２のタイプの３Ｄ要素のうちの少なくとも１つとの１つまたは複数の接合面を有し得る。いくつかの実施形態では、第３のタイプのケミレジスタ粒子と、第１および第２のタイプのケミレジスタ粒子とは、ナノ粒子コア、および各ナノ粒子コアに結合した有機リガンド、のうちの少なくとも１つによって異なり得る。
【００１０】
いくつかの実施形態では、第１のタイプのケミレジスタ粒子は、少なくとも１つの第１の主要なタイプの揮発性化合物（ＶＣ）と相互作用するように選択され得、第２のタイプのケミレジスタ粒子は、少なくとも１つの第２の主要なタイプのＶＣと相互作用するように選択され得る。いくつかの実施形態では、第１のタイプの３Ｄ要素と、第２のタイプの３Ｄ要素とは、各タイプの３Ｄ要素に含まれるケミレジスタ粒子間の気孔率によって異なり得る。
【００１１】
本発明のいくつかの態様は、２つの電極と、センシングエレメントとを含むケミレジスタセンサに関し得る。いくつかの実施形態では、センシングエレメントは、各々が第１のタイプのケミレジスタ粒子を含む、１つまたは複数の第１のタイプの３Ｄ要素と、各々が第２のタイプのケミレジスタ粒子を含む、１つまたは複数の第２のタイプの３Ｄ要素と、を含み得る。いくつかの実施形態では、１つまたは複数の第１のタイプの３Ｄ要素のうちの少なくとも１つ、および１つまたは複数の第２のタイプの３Ｄ要素のうちの少なくとも１つは、１つまたは複数の接合面を有し得る。いくつかの実施形態では、第１のタイプのケミレジスタ粒子と、第２のタイプのケミレジスタ粒子とは、ナノ粒子コアのタイプ、および各ナノ粒子コアに結合された有機リガンドのタイプ、の少なくとも１つによって異なり得る。
【００１２】
いくつかの実施形態では、第１の電極は、１つまたは複数の第１のタイプの３Ｄ要素のうちの少なくとも１つ、および１つまたは複数の第２のタイプの３Ｄ要素のうちの少なくとも１つ、の両方との少なくとも１つの第１の接合面を有し得、第２の電極は、１つまたは複数の第１のタイプの３Ｄ要素のうちの少なくとも１つ、および１つまたは複数の第２のタイプの３Ｄ要素のうちの少なくとも１つ、の両方との少なくとも１つの第２の接合面を有し得る。
【００１３】
いくつかの実施形態では、第１の電極は、１つまたは複数の第１のタイプの３Ｄ要素のうちの少なくとも１つとの接合面であるが、１つまたは複数の第２のタイプの３Ｄ要素のうちのいずれか１つとは接合しない、少なくとも１つの第１の接合面を有し得、第２の電極は、１つまたは複数の第１のタイプの３Ｄ要素のうちの少なくとも１つとの接合面であるが、１つまたは複数の第２のタイプの３Ｄ要素のうちのいずれか１つとは接合しない、少なくとも１つの第２の接合面を有し得る。
【００１４】
本発明のいくつかの追加の態様は、ケミレジスタセンサ用のセンシングエレメントを作製する方法に関し得る。いくつかの実施形態では、この方法は、１つまたは複数の接合面を有する、１つまたは複数の第１のタイプの３Ｄ要素および１つまたは複数の第２のタイプの３Ｄ要素を含む、３Ｄモデルを受信することと、１つまたは複数の第１のタイプの３Ｄ要素を形成するための第１のインク、および１つまたは複数の第２のタイプの３Ｄ要素を形成するための第２のインクを使用して、基板上に、受信した３Ｄモデルによる３Ｄ構造を層ごとに堆積することと、を含み得る。いくつかの実施形態では、第１のインクは、第１の溶媒および複数の第１のタイプのケミレジスタ粒子を含み得、第２のインクは、第２の溶媒および複数の第２のタイプのケミレジスタ粒子を含み得る。いくつかの実施形態では、第１のタイプのケミレジスタ粒子と、第２のタイプのケミレジスタ粒子とは、ナノ粒子コア、および各ナノ粒子コアに結合した有機リガンドのうちの少なくとも１つによって異なり得る。
【００１５】
いくつかの実施形態では、堆積することは、コンピュータ化されたプリンタによって行われ得る。いくつかの実施形態では、３Ｄモデルを受信することは、少なくとも２つの定義された揮発性化合物（ＶＣ）を区別する要求を受信することと、受信した要求により第１のタイプの３Ｄ要素および第２のタイプの３Ｄ要素を決定することと、を含み得る。いくつかの実施形態では、決定することは、第１の定義された主要なタイプのＶＣと相互作用するように構成される第１のタイプのケミレジスタ粒子、および第２の定義された主要なタイプのＶＣと相互作用するように構成される第２のタイプのケミレジスタ粒子を選択することを含み得る。
【００１６】
いくつかの実施形態では、この方法は、１つまたは複数の第１のタイプの３Ｄ要素のうちの少なくとも１つ、および１つまたは複数の第２のタイプの３Ｄ要素のうちの少なくとも１つ、の両方との少なくとも１つの第１の接合面を有する第１の電極を追加することと、１つまたは複数の第１のタイプの３Ｄ要素のうちの少なくとも１つ、および１つまたは複数の第２のタイプの３Ｄ要素のうちの少なくとも１つ、の両方との少なくとも１つの第２の接合面を有する第２の電極を追加することと、をさらに含み得る。
【００１７】
いくつかの実施形態では、この方法は、１つまたは複数の第１のタイプの３Ｄ要素のうちの少なくとも１つとの接合面であるが、１つまたは複数の第２のタイプの３Ｄ要素のうちのいずれか１つとは接合しない、少なくとも１つの第１の接合面を有する第１の電極を追加することと、１つまたは複数の第１のタイプの３Ｄ要素のうちの少なくとも１つとの接合面であるが、１つまたは複数の第２のタイプの３Ｄ要のうちのいずれか１つとは接合しない、少なくとも１つの第２の接合面を有する第２の電極を追加することと、をさらに含み得る。
【００１８】
本発明とみなされる主題は、明細書の結論部分で特に指摘され、明確に主張されている。しかしながら、本発明は、その目的、特徴、および利点とともに、構成および操作方法の両方に関して、添付図面とともに読まれるとき、以下の詳細な説明を参照することによって最もよく理解され得る。
【図面の簡単な説明】
【００１９】
【図１Ａ】図１Ａは、本発明の実施形態によるケミレジスタセンサ用の粒子の図である。
【図１Ｂ】図１Ｂは、本発明の実施形態によるケミレジスタセンサ用の粒子の図である。
【図１Ｃ】図１Ｃは、本発明の実施形態によるケミレジスタセンサ用の粒子の図である。
【図１Ｄ】図１Ｄは、本発明の実施形態によるケミレジスタセンサ用の粒子の図である。
【図２】図２は、本発明の実施形態による任意のリガンドを示す表である。
【図３Ａ】図３Ａは、本発明の実施形態によるケミレジスタセンサの図である。
【図３Ｂ】図３Ｂは、本発明の実施形態によるケミレジスタセンサの図である。
【図４Ａ】図４Ａは、本発明の実施形態によるセンシングエレメントの図である。
【図４Ｂ】図４Ｂは、本発明の実施形態によるセンシングエレメントの図である。
【図４Ｃ】図４Ｃは、本発明の実施形態によるセンシングエレメントの図である。
【図５】図５は、本発明のいくつかの実施形態による、ケミレジスタセンサ用のセンシングエレメントを作製する方法のフローチャートである。
【発明を実施するための形態】
【００２０】
例示を単純かつ明確にするために、図に示されている要素は必ずしも一定の縮尺で描かれていないことが理解されよう。例えば、いくつかの要素の寸法は、明確にするために他の要素に比べて誇張されている場合がある。さらに、適切であると考えられる場合、対応するまたは類似の要素を示すために、参照番号が図の間で繰り返される場合がある。
【００２１】
以下の詳細な説明では、本発明の完全な理解を提供するために、多くの特定の詳細が示されている。しかしながら、本発明は、これらの特定の詳細なしで実施され得ることが当業者によって理解されるであろう。他の例では、本発明を曖昧にしないように、周知の方法、手順、および構成要素、モジュール、ユニット、および／または回路は詳細に説明されていない。一実施形態に関して記載されたいくつかの特徴または要素は、他の実施形態に関して記載された特徴または要素と組み合わされ得る。明確にするために、同じまたは類似の機能または要素の説明は、繰り返されない。
【００２２】
本発明の態様は、例えば、水などの他のＶＣからの望ましくない影響を回避しながら、少なくとも２つの異なるＶＣと相互作用することができるケミレジスタセンサ用のセンシングエレメントに向けられ得る。本発明の実施形態によるＶＣは、室温で（ある程度まで）蒸発するように構成され得る有機または無機の任意の化合物を含み得る。例えば、ＶＣは、水（例えば、湿度）、アンモニア、尿素、芳香族化合物、アセトンなどを含み得る。
【００２３】
本発明の実施形態によるセンシングエレメントは、少なくとも２つの異なるタイプの感知粒子を含み得る。各タイプの感知粒子は、１つの主要なタイプのＶＣと（しかし、少量の他のＶＣとも）相互作用するように構成され得る。本明細書で使用される場合、主要なタイプのＶＣは、特定の化合物（例えば、アンモニア）または化合物のファミリー（例えば、アルコール、ケトン、アミン、無水物、エステル、アルデヒド、エーテル、軽質ガス、芳香族など）を含み得る。いくつかの実施形態では、ケミレジスタ粒子のタイプは、ナノ粒子コアのタイプおよび各ナノ粒子コアに結合された有機リガンドのタイプのうちの少なくとも１つとは互いに異なる場合がある。いくつかの実施形態では、各タイプのセンシングエレメントは、異なる１つまたは複数の３Ｄ要素に含まれ得る。したがって、本発明の実施形態によるセンシングエレメントは、各３Ｄ要素が異なるタイプのケミレジスタ粒子を含む少なくとも２つの異なる３Ｄ要素を含み得る３Ｄ構造を含み得る。
【００２４】
本発明の実施形態によるケミレジスタ粒子は、任意の適切な金属、合金、または導電性酸化物を含み得る新規の導電性材料から作製されたナノ粒子コアを含み得る。本明細書で使用される場合、合金は、金属または非金属のいずれかの追加の元素と混合された主成分（例えば、重量％）である一次金属元素（例えば、ＩｒおよびＲｕ）を含む金属として定義され得る。例えば、Ｉｒ合金は、主成分であるＩｒと、Ｐｄ、Ｒｕ、Ａｕ、Ｐｔ、Ａｇなどとの混合物を含み得る。いくつかの実施形態では、各ナノ粒子コアは、有機リガンド、例えば、チオールでコーティングされ得る。各ナノ粒子コアがさらに少なくとも部分的に酸化物層、例えば、ＩｒＯｘおよびＲｕＯｘのうちの少なくとも１つでコーティングされ得る場合、他の有機リガンドを使用し得る。いくつかの実施形態では、そのような酸化物層は、ジアゾニウム、シラン、カルボン酸、トリクロロ、メトキシ、エトキシ、トリヒドロキシド、ジクロロ、クロロなどのような追加の有機リガンドの結合を可能にし得る。いくつかの実施形態では、これらの有機リガンドは、当技術分野で知られているナノ粒子コアのいずれかでチオールが形成する結合よりも、ナノ粒子コアの酸化物層とはるかに強い結合を形成し得る。いくつかの実施形態では、酸化物層は、コアナノ粒子のさらなる酸化を防止し得、コアナノ粒子を空気中で（例えば、酸素の存在下で）安定にすることができる。
【００２５】
いくつかの実施形態では、各有機リガンドは、水素、ファンデルワールス（ＶＤＷ）結合、Ｐｉ−Ｐｉ軌道相互作用（芳香族の場合）、双極子−双極子相互作用（極性の場合）、立体障害（ｓｔｅｒｉｃ  ｉｎｔｅｒｆｅｒｅｎｃｅ）、電荷間相互作用、配位結合などを介してＶＣと相互作用するように構成された１つまたは複数の官能基をさらに含み得る。例えば、有機リガンドは、水と相互作用するように構成されたＯＨ基またはＮ基を含み得る。別の例では、有機リガンドは、芳香族ＶＣと相互作用するように構成されたベンゼン環を含み得る。さらに別の例では、有機リガンドは、酸（例えば、クエン酸など）などのイオン性ＶＣと相互作用するように構成されたイオン性または荷電官能基を含み得る。
【００２６】
ここで、図１Ａ、図１Ｂ、図１Ｃ、図１Ｄを参照する。これらは、本発明のいくつかの実施形態によるケミレジスタセンサのセンシングエレメントのための粒子の図である。いくつかの実施形態では、粒子１０、２０、３０、４０の各１つは、それぞれ、ナノ粒子コア１２、２２、３２、４２を含み得る。ナノ粒子コア１２、２２、３２、４２は、Ｉｒ、Ｉｒ合金、ＩｒＯｘ、Ｒｕ、Ｒｕ合金、ＲｕＯｘ、Ａｕ、Ｐｔ、Ｐｄ、Ａｇ、Ｎｉ、Ｃｏ、Ｃｕ、Ａｌ、Ａｕ／Ａｇ、Ａｕ／Ｃｕ、Ａｕ／Ａｇ／Ｃｕ、Ａｕ／Ｐｔ、Ａｕ／Ｐｄ、Ａｕ／Ａｇ／Ｃｕ／Ｐｄ、Ｐｔ／Ｒｈ、Ｎｉ／Ｃｏ、Ｐｔ／Ｎｉ／Ｆｅおよびそれらの任意の組み合わせからなる群から選択される導電性材料から作製され得る。いくつかの実施形態では、ナノ粒子コア１２、２２、３２、４２は、任意の導電性金属酸化物から作製され得る。いくつかの実施形態では、ナノ粒子コア１２、２２、３２、４２の平均直径は、最大で１００ｎｍ、例えば、５０ｎｍ、２０ｎｍ、１０ｎｍ、５ｎｍ、および１ｎｍであり得る。
【００２７】
いくつかの実施形態では、ナノ粒子コア１２は、単一の金属または合金を含み得、結晶構造を有し得る。いくつかの実施形態では、ナノ粒子コア２２は、単一の金属または合金を含み得、アモルファス構造を有し得る。いくつかの実施形態では、ナノ粒子コア３２および４２は、複数の金属または合金を含み得、例えば、ナノ粒子コア３２および４２は、それぞれ、第１の材料（例えば、ＲｕＯｘ、ＩｒＯｘなどの導電性酸化物）を形成するマトリックス３３および４３、ならびに第２の材料（例えば、Ｒｕ合金、Ｒｕ、Ｉｒ合金、Ｉｒ）からの１つまたは複数の沈殿物３４および４４を含み得る。いくつかの実施形態では、マトリックス３３は結晶構造を有し得、マトリックス４３はアモルファス構造を有し得る。
【００２８】
いくつかの実施形態では、粒子１０、２０、３０、４０各１つは、例えば、共有結合を介して一方の側から金属コアに結合され、ＶＣと相互作用することができる複数の有機リガンド１６、２６、３６、４６をそれぞれさらに含み得る。いくつかの実施形態では、有機リガンドは、チオール、ジアゾニウム、シラン、カルボン酸、トリクロロ、メトキシ、エトキシ、トリヒドロキシド、ジクロロ、クロロなどからなる群から選択される。いくつかの実施形態では、複数のタイプの有機リガンドが、コア１０、２０、３０、４０のうちの１つと結合され得る。例えば、結晶性ＲｕＯｘを含むコア１０は、メトキシシランおよびトリクロロシランの有機リガンド１６でコーティングされ得る。本発明のいくつかの実施形態による有機リガンドのいくつかの例は、図２の表に示されている。図２に示される有機リガンドは、一方の側、例えば、クロロシラン基を含む結合基を含む側から、コア１０、２０、３０、４０の表面と結合することができ、例えば、ＶＣで（Ｘとしてマークされる）他方の側から、特定の官能基は、特定のＶＣを標的とする（例えば、相互作用する）ように構成されたリガンド鎖に付加され得る。いくつかの実施形態では、ＶＣは、例えば、ＶＤＷ結合、水素結合、Ｐｉ−Ｐｉ軌道相互作用（芳香族の場合）、双極子−双極子相互作用（極性の場合）、立体障害、電荷間相互作用、配位結合などを介して、有機リガンドの分岐と相互作用し得る。
【００２９】
いくつかの実施形態では、ナノ粒子コア１０、２０、３０、４０は、それぞれ、ＩｒＯｘおよびＲｕＯｘまたは他の導電性酸化物のうちの少なくとも１つを含む導電性酸化物層１８、２８、３８、４８でそれぞれ少なくとも部分的に覆われ得る。いくつかの実施形態では、ナノ粒子コア１０、２０、３０、４０が結晶性またはアモルファスのＩｒ、Ｉｒ合金、ＲｕおよびＲｕ合金を含む場合、薄い酸化層がナノ粒子コア１０、２０、３０、４０の表面の少なくとも一部に形成され得る。薄い酸化層は、ナノ粒子コアが空気または酸素にさらされるために形成される可能性がある。酸化層の厚さは、数ナノメートル、例えば、１〜２ｎｍの自然酸化物層であり得る。いくつかの実施形態では、そのような酸化層は、有機リガンド１６、２６、３６、４６とコア１０、２０、３０、４０の表面との間のより強い結合を可能にし得る。
【００３０】
ここで、図３Ａを参照する。これは、本発明のいくつかの実施形態によるケミレジスタセンサの図である。ケミレジスタセンサ１００は、２つの電極１１０および１２０と、センシングエレメント１３０とを含み得る。センシングエレメント１３０は、１つまたは複数の第１のタイプの３Ｄ要素１３２を含み得、各々は、第１のタイプのケミレジスタ粒子、例えば、粒子１０または３０を含む。センシングエレメント１３０は、１つまたは複数の第２のタイプの３Ｄ要素１３４をさらに含み得、各々は、第２のタイプのケミレジスタ粒子、例えば、粒子３０または４０を含む。いくつかの実施形態では、１つまたは複数の第１のタイプの３Ｄ要素１３２の少なくとも１つ、および１つまたは複数の第２のタイプの３Ｄ要素１３４の少なくとも１つは、１つまたは複数の接合面１３６を有し得る。本明細書で使用される場合、接合面は、第１のタイプの３Ｄ要素からの第１のタイプの粒子が、第２のタイプの３Ｄ要素からの第２のタイプの粒子と物理的に接触するか、または電極の外面に含まれる原子と物理的に接触する表面である。いくつかの実施形態では、第１のタイプの３Ｄ要素１３２は、各タイプの要素に含まれるケミレジスタ粒子間の気孔率（ｐｏｒｏｓｉｔｙ）によって、第２のタイプの３Ｄ要素１３４とは異なる。気孔率レベルの違いは、有機リガンド（例えば、Ｃ３−Ｃ２４）の長さの違い、コア粒子のサイズ、リガンドに付加された官能基などのために起こり得る。さらに、気孔率レベルの違いは、（例えば、インクジェットプリンタを使用して）３Ｄ要素を形成するインクの堆積パラメータの選択、例えば、溶媒粘度、溶媒選択、乾燥プロセスなどにより生じ得、これは、センシングエレメントの形態である差異をもたらす可能性がある。
【００３１】
いくつかの実施形態では、１つまたは複数の３Ｄ要素１３２に含まれる粒子１０または３０などの粒子は、コアおよびリガンドの種類のうちの少なくとも１つによって、１つまたは複数の３Ｄ要素１３２に含まれる粒子２０または４０などの粒子と異なり得る。いくつかの実施形態では、粒子は、コアの材料（例えば、金属、合金または導電性酸化物のタイプ）、コアの構造（例えば、結晶性またはアモルファス）、コアのサイズ、コアの形状（例えば、球体、キューブなど）において異なり得る。いくつかの実施形態では、粒子は、本明細書上に列挙されるようなリガンドのタイプにおいて異なり得る。いくつかの実施形態では、有機リガンドのタイプは、各タイプの有機リガンドに含まれる官能基のタイプによって異なり得る。例えば、１つまたは複数の３Ｄ要素１３２は、シランリガンドでコーティングされたＲｕ合金コアを有する粒子を含み得、そして１つまたは複数の３Ｄ要素１３４は、チオールリガンドでコーティングされたＰｔ合金コアを有する粒子を含み得る。
【００３２】
いくつかの実施形態では、少なくとも１つの他のタイプの主要なＶＣからの信号の受信を回避（例えば、フィルタリング）しながら、第１の主要なタイプのＶＣのみを感知することが必要とされ得る。本明細書で使用される場合、主要なタイプのＶＣは、ケミレジスタ粒子が特定の化学的−物理的性質（例えば、有機リガンドの官能基）を有するように設計された化学構造を有するＶＣであり、これにより粒子は、主要な（例えば、有利な）ＶＣとの多数の弱い結合を形成可能になる。そのような目的のために、センシングエレメント１３０の構成を有するセンシングエレメントを使用し得る。そのようなセンシングエレメント１３０は、望ましくない主要なタイプのＶＣ（例えば、水）と相互作用するように構成された１つまたは複数の３Ｄ要素１３２と、所望の主要なタイプのＶＣ（例えば、アンモニア）と相互作用するように構成された１つまたは複数の３Ｄ要素１３４とを有し得る。したがって、水分子は捕捉され、主に１つまたは複数の３Ｄ要素１３２と相互作用し得、アンモニア分子は捕捉され、主に１つまたは複数の３Ｄ要素１３４と相互作用し得る。センサ１００が水分子の存在を検出するのを防ぐために、電極１１０と１２０との間を流れる電流は、１つまたは複数の３Ｄ要素１３２を通過してはならない。電流は、電極１１０と１２０との間の可能な限り最短の通路を通過することができ、したがって、センサ１００の構成において、電極１１０および１２０が、１つまたは複数の３Ｄ要素１３４とそれぞれ接合面１１６および１２６を有する場合、電流は、１つまたは複数の３Ｄ要素１３２を介さず、１つまたは複数の３Ｄ要素１３４を介して、通過することができる。したがって、ＶＣ分子と有機リガンドとの相互作用に起因して生じた伝導／抵抗のいかなる変化も、１つまたは複数の３Ｄ要素１３４で検出され得る一方、１つまたは複数の３Ｄ要素１３２は、例えば、水分子のフィルタとして機能する。別の例では、１つまたは複数の３Ｄ要素１３２は、主にアセトンと相互作用するように構成され得、１つまたは複数の３Ｄ要素１３４は、主に尿素と相互作用するように構成され得る。したがって、センサ１００は、アセトンの影響をフィルタリングしながら、主に尿素の存在を検出するように構成され得る。
【００３３】
したがって、いくつかの実施形態では、第１の電極１１０は、１つのタイプの１つまたは複数の３Ｄ要１３４をするが、別のタイプの１つまたは複数の３Ｄ要１３２のうちのいずれか１つを有さない、少なくとも１つの第１の接合面１１６を有し得る。いくつかの実施形態では、第２の電極１２０は、１つまたは複数のタイプの３Ｄ要素１３４のうちの少なくとも１つを有するが、１つまたは複数の３Ｄ要素１３２のうちのいずれか１つを有さない、少なくとも１つの第２の接合面１２６を有し得る。
【００３４】
ここで、図３Ｂを参照する。これは、本発明のいくつかの実施形態によるケミレジスタセンサの図である。ケミレジスタセンサ１０５は、２つの電極１１５および１２５と、センシングエレメント１３０とを含み得る。センシングエレメント１３０は、センサ１００および図３Ａに関して開示されたセンシングエレメント１３０と実質的に同じ構造を有し得る。
【００３５】
いくつかの実施形態では、２つの特定の主要なタイプのＶＣを感知することが必要とされる場合がある。そのような目的のために、センシングエレメント１３０の構成を有するセンシングエレメントは、第１の主要なタイプのＶＣ（例えば、尿素）と相互作用するように構成された１つまたは複数の３Ｄ要素１３２と、第２の主要なタイプのＶＣ（例えば、アンモニア）と相互作用するように構成された１つまたは複数の３Ｄ要素１３４とを含み得る。したがって、例えば、尿素分子は、捕捉され得、および／または主に１つまたは複数の３Ｄ要素１３２と相互作用し得、例えば、アンモニア分子は、捕捉され得、および／または主に１つまたは複数の３Ｄ要素１３４と相互作用し得る。
【００３６】
いくつかの実施形態では、１つまたは複数の３Ｄ要素１３２および１３４の両方から信号を受信するために、電流は両方の要素を通過することができ、したがって、電極１１５および１２５は、１つまたは複数の３Ｄ要素１３２からの少なくとも１つの要素との、および１つまたは複数の３Ｄ要素１３４からの少なくとも１つの要素との、接合面を有し得る。いくつかの実施形態では、第１の電極１１５は、１つまたは複数の３Ｄ要素１３２の少なくとも１つ、および１つまたは複数の３Ｄ要素１３４の少なくとも１つ、の両方を有する少なくとも１つの第１の接合面１１７を有し得る。いくつかの実施形態では、第２の電極１２５は、１つまたは複数の３Ｄ要素１３２の少なくとも１つ、および１つまたは複数の３Ｄ要素１３４の少なくとも１つ、の両方を有する少なくとも１つの第２の接合面１２７を有し得る。
【００３７】
当業者によって理解されるべきであるように、図３Ａおよび図３Ｂに示される、１つの接合面１３６を有する２つの３Ｄ要素１３２および１３４は、例としてのみ示されている。複数の３Ｄ要素１３２および複数の３Ｄ要素１３４、したがって複数の接合面１３６を有する他の構成が、図１および図２に関して図示および説明されている、図４Ａ、図４Ｂおよび図４Ｃもまた、本発明の範囲内である。
【００３８】
ここで、図４Ａ、図４Ｂおよび図４Ｃを参照する。これらは、本発明のいくつかの実施形態によるセンシングエレメントの図である。センシングエレメント１３０Ａ、１３０Ｂおよび１３０Ｃは、複数の要素１３２および複数の要素１３４、したがって複数の接合面１３６を有する、異なる幾何学的構成の例を含み得る。当業者によって理解されるべきであるように、センシングエレメント１３０Ａ、１３０Ｂおよび１３０Ｃは、例としてのみ与えられ、本発明は、これらの特定の幾何学的構成に限定されない。いくつかの実施形態では、センシングエレメント１３０Ａは、多層３Ｄ構造を含み得る。いくつかの実施形態では、多層３Ｄ構造は、各々が第１または第２のタイプのケミレジスタ粒子のいずれかを含む交互の層（例えば、３Ｄ要素１３２および１３４）を含み得る。３Ｄ要素１３２および１３４は、上記で論じたセンシングエレメント１３０の３Ｄ要素１３２および１３４と実質的に同じ微細構造を有し得る。そのような構成では、センシングエレメント１３０Ａは、相互作用するように構成され得、したがって、第１の主要なタイプのＶＣおよび第２の主要なタイプのＶＣを感知する。最高量のＶＣは、環境により近い２つの層（例えば、要素の外層）で捕捉および検出される場合がある。
【００３９】
いくつかの実施形態では、センシングエレメント（例えば、センシングエレメント１３０Ａ）は、第３のタイプのケミレジスタ粒子を含む１つまたは複数の第３のタイプの３Ｄ要素１３８を含み得る。いくつかの実施形態では、１つまたは複数の第３のタイプの３Ｄ要素１３８は、１つまたは複数の第１および第２のタイプの３Ｄ要素のうちの少なくとも１つを有する１つまたは複数の接合面１３９を有し得る。いくつかの実施形態では、第３のタイプのケミレジスタ粒子は、ナノ粒子コアおよび各ナノ粒子コアに結合した有機リガンドのうちの少なくとも１つによって、第１および第２のタイプのケミレジスタ粒子とは異なり得る。
【００４０】
いくつかの実施形態では、センシングエレメント１３０Ｂは、同じ層内に２つの異なる３Ｄ要素１３２および１３４を有する多層３Ｄ構造を含み得る。したがって、各層において、層の第１の部分は、第１のタイプの主要なＶＣを感知するように構成され得、層の第２の部分は、第２のタイプの主要なＶＣを感知するように構成され得る。
【００４１】
いくつかの実施形態では、センシングエレメント１３０Ｃは、各々が第１のタイプのケミレジスタ粒子または第２のタイプのケミレジスタ粒子のいずれかを含む、交互の立方体形状の３Ｄ要素１３２および１３４から作製されたチェス盤様構造を有する少なくとも１つの層を含み得る。
【００４２】
いくつかの実施形態では、センシングエレメント１３０、１３０Ａ〜１３０Ｃの各々は、最大５ｍｍ×５ｍｍ×１００ミクロンの寸法を有し得る。例えば、センシングエレメント１３０、１３０Ａ〜１３０Ｃの厚さは、１〜１００ミクロンの間、例えば、最大５０ミクロン、１０ミクロン、５ミクロン以下であり得る。いくつかの実施形態では、センシングエレメント１３０、１３０Ａ〜１３０Ｃの厚さは、１ミクロン未満であり得る。いくつかの実施形態では、センシングエレメント１３０、１３０Ａ〜１３０Ｃの厚さは、１ｎｍを超え得る。
【００４３】
いくつかの実施形態では、センシングエレメントは、インクジェットプリンタなどの３Ｄ堆積システムによって製造され得る。
【００４４】
ここで、ケミレジスタセンサ用のセンシングエレメントを作製する方法のフローチャートである図５を参照する。図５の方法は、任意のコンピュータ化された３Ｄ堆積システム、例えば、コンピュータ化された３Ｄインクジェットプリンタ、シルクプリンタ、ダイコーティング、ドクターベールなどによって実施され得る。コンピュータ化された３Ｄプリンタは、３Ｄモデルにしたがって少なくとも２つのタイプのインクを堆積するように構成された任意の３Ｄプリンタであり得る。ステップ５１０において、３Ｄモデルは、例えば、３Ｄ堆積システムに含まれるプロセッサによって受信され得る。３Ｄモデルは、１つまたは複数の第１のタイプの３Ｄ要素（例えば、要素１３２）と、１つまたは複数の接合面（例えば、面１３６）を有する１つまたは複数の第２のタイプの３Ｄ要素（例えば、要素１３４）と、を含み得る。いくつかの実施形態では、３Ｄモデルは、第１および第２のタイプの３Ｄ要素の各３Ｄ要素の堆積層への分割を含み得る。各堆積層は、単一の液滴の厚さを有し得る。いくつかの実施形態では、各堆積層は、図４Ａおよび図４Ｂに示されるように、２つの異なる３Ｄ要素を形成するための少なくとも２つの異なるインクの部分を含み得る。いくつかの実施形態では、各堆積層は、図３Ａ、図３Ｂおよび図４Ａに示されるように、単一のタイプの要素を形成するための単一のタイプのインクを含み得る。
【００４５】
いくつかの実施形態では、２つ以上の異なるタイプのインクからの第１のインクは、第１の溶媒および第１のタイプの複数のケミレジスタ粒子を含み得、２つ以上の異なるタイプのインクからの第２のインクは、第２の溶媒および第２のタイプの複数のケミレジスタ粒子を含み得る。例えば、第１のタイプの溶媒および第２のタイプの溶媒は、トルエン、エタノール、メタノール、エチルベンゼン、ジクロロベンゼン、酢酸ヘキシル、アニソール、ホロン、クロロベンゼン、アセトン、ジアセトンアルコール、ペンタノン、酢酸エチル、乳酸ブチル、シクロヘキサノン、クロロホルム、水、グリコールファミリーなどのうちの１つであり得る。いくつかの実施形態では、第１の溶媒は、第２の溶媒とは異なり得る。いくつかの実施形態では、第１および第２のタイプのケミレジスタ粒子は、上記に開示されたケミレジスタ粒子のうちのいずれか１つ、例えば、粒子１０、２０、３０および４０であり得る。
【００４６】
いくつかの実施形態では、第１のタイプのケミレジスタ粒子は、図１Ａ、図１Ｂ、図１Ｃ、図１Ｄおよび図３Ａに関して広く議論されるように、ナノ粒子コアおよび各ナノ粒子コアに結合された有機リガンドのうちの少なくとも１つによって第２のタイプのケミレジスタ粒子と異なり得る。いくつかの実施形態では、第１および／または第２のインクは、ラウリル硫酸ナトリウム、４−（１，１，３，３−テトラメチルブチル）フェニル−ポリエチレングリコール、ｔ−オクチルフェノキシポリエトキシエタノール、ポリエチレングリコールｔｅｒｔ−オクチルフェニルエーテルなどの添加剤をさらに含み得る。
【００４７】
いくつかの実施形態では、粒子１０、２０、３０および４０は、導電性コアを有機リガンドと一緒に結合するいくつかの既知の当技術分野の方法を使用して作製され得る。例えば、導電性材料の酸化物から作製されたナノ粒子コア（例えば、コア１２、２２、３２および４２）が得られ得る。いくつかの実施形態では、ナノ粒子コアは、結晶性、アモルファス、および／または合金のいずれかとして、購入のために市販され得る。いくつかの実施形態では、ナノ粒子コアは、例えば、共分散によって、および／またはボールミルなどによって調製され得る。
【００４８】
ＲｕまたはＲｕＯｘを調製するための例として、酢酸ナトリウム、ナトリウムまたは他の水素化ホウ素、ヒドラジンなどの適切な還元剤、または任意の利用可能な既知の還元剤を使用することにより、コア粒子は、例えば、ＲｕＣｌ３．ｘＨ２Ｏまたは同様のもののような、必要な金属の塩の還元、を含み得る。マイクロ波または他の直接放射による加熱により、材料を水溶液に保持し得、還流条件または熱水条件下で加熱し得る。これらの例では、選択したプロセスに応じて、金属塩と還元剤を事前に混合するか、目的の温度に加熱した後に混合することができる。おそらく加熱／冷却などの追加の処理を伴う還元剤と金属塩との混合は、反応混合物中のナノ粒子に時間とともに発達する有核金属クラスターの形成につながり得る。これらの粒子の成長は、リガンドのタイプ、反応時間、温度、粒子の成長を緩和するための界面活性剤（界面活性剤）または他の添加剤の存在などのうちの１つまたは複数によって制御され得る。
【００４９】
いくつかの実施形態では、反応の速度および温度は、結晶性またはアモルファス構造が得られるべきかどうかを決定し得る。例えば、遅い速度（例えば、反応への還元剤の挿入）と０〜２５℃の範囲の温度を使用すると、アモルファス構造が生じる可能性がある一方、高い反応速度と低い温度（例えば、０℃未満）を使用すると、結晶構造をもたらす可能性がある。
【００５０】
いくつかの実施形態では、少なくとも２つのタイプの材料を有するコア（例えば、コア３２および４２）は、両方の材料の塩が反応混合物中に存在する単一のステップで調製され得る。このような１ステッププロセス（例えば、異なる金属の塩を一緒に混合する）は、さまざまな粒子の合金、ある種と別の種の別々の粒子、またはそれらの混合物のいずれかにつながる可能性がある。
【００５１】
いくつかの実施形態では、複数の有機リガンド（例えば、有機リガンド１６、２６、３６および４６）は、コアナノ粒子の表面と結合（例えば、共有結合）され得る。例えば、乾燥粉末コアナノ粒子は、溶媒および有機リガンド（例えば、チオール、シランなど）と混合され得、所定の時間（例えば、０．５〜２時間）の間、所定の温度（例えば、１０、２０、３０および４０℃）で一緒にかき混ぜられ得る。いくつかの実施形態では、溶媒は、酢酸ナトリウム、水素化ホウ素ナトリウムまたはヒドラジンからなる群、または任意の他の適切な溶媒から選択され得る。いくつかの実施形態では、乾燥コアナノ粒子を分散させるために、超音波処理、超音波法、均質化攪拌法（例えば、ブレードを使用する）などの方法が用いられる。
【００５２】
ステップ５２０において、３Ｄ構造は、１つまたは複数の第１のタイプの３Ｄ要素を形成するための第１のインク、および１つまたは複数の第２のタイプの３Ｄ要を形成するための第２のインクを使用して、受け取った３Ｄモデルにしたがって、層ごとに基板（例えば、シリコン）上に堆積され得る。例えば、図４Ａに示される要素１３０Ａのインクジェット印刷の場合、各々第１のインクからの液滴を含む１つまたは複数の層は、第１の３Ｄ要素１３２を形成するために堆積することができ、各々第２のインクからの液滴を含む１つまたは複数の層は、第２の３Ｄ要素１３４を形成するために堆積することができ、要素１３０の３Ｄ構造が堆積され得るまでこのプロセスを交互に繰り返す。さらに別の例では、図４Ｂおよび図４Ｃに示されるセンシングエレメント１３０Ｂおよび１３０Ｃを形成するために、２つの異なるインクを同じ層に堆積することができる。プリンタに含まれるプリントヘッドは、同じ層に２種類のインクを堆積するように構成し得る。例えば、センシングエレメント１３０Ｂに含まれる層の第１の部分にある第１のタイプのインク、およびセンシングエレメント１３０Ｂに含まれる層の第２の部分にある第２のタイプのインク。センシングエレメント１３０Ｂに含まれる要素１３２および１３４の各々は、１つまたは複数の層を使用して堆積され得る。
【００５３】
いくつかの実施形態では、３Ｄモデルは、１つまたは複数の主要なタイプのＶＣを検出する要求に基づいて決定し得る。いくつかの実施形態では、３Ｄモデルを受信することは、少なくとも２つの定義された揮発性化合物（ＶＣ）を区別するための要求を受信することを含み得る。そして、受信した要求に応じて、第１のタイプの３Ｄ要素および第２のタイプの３Ｄ要素を決定し得る。例えば、要求は、第１の定義された主要なタイプのＶＣと相互作用するように構成される第１のタイプのケミレジスタ粒子と、第２の定義された主要なタイプのＶＣと相互作用するように構成される第２のタイプのケミレジスタ粒子とを選択することを含み得る。
【００５４】
いくつかの実施形態では、この方法は、印刷された３Ｄ構造から溶媒を蒸発させることをさらに含み得る。いくつかの実施形態では、蒸発は、各層の堆積後、いくつかの層の堆積後、またはセンシングエレメント全体の堆積後に実施し得る。蒸発は、伝導加熱、ＵＶランプを使用した加熱、Ｎ２または他のガスの流れ、自然に周囲環境、真空またはそれらの任意の組み合わせのいずれかによって実施し得る。
【００５５】
いくつかの実施形態では、堆積されたセンシングエレメントに電極を追加して、ケミレジスタセンサを形成することができる。いくつかの実施形態では、電極は、最初に（例えば、リソグラフィプロセスによって、プリンティングエレクトロニクスプロセスなどによって）製造され、続いて、電極間にセンシングエレメント（例えば、要素１３０、１３０〜１３０Ｃ）が堆積され得る。あるいは、電極は、すでに堆積されたセンシングエレメントに追加される（例えば、取り付けられる）ことができる。いくつかの実施形態では、この方法は、少なくとも１つの第１の接合面（例えば、表面１１７）を有する第１の電極（例えば、電極１１５）を、１つまたは複数の第１のタイプの３Ｄ要素（例えば、要素１３２）のうちの少なくとも１つ、および１つまたは複数の第２のタイプの３Ｄ要素（例えば、要素１３２）のうちの少なくとも１つ、の両方と共に追加すること、ならびに、少なくとも１つの第２の接合面（例えば、表面１２７）を有する第２の電極（例えば、電極１２５）を、１つまたは複数の第１のタイプの３Ｄ要のうちの少なくとも１つ、および１つまたは複数の第２のタイプの３Ｄ要素のうちの少なくとも１つ、の両方と共に追加すること、を含み得る。いくつかの実施形態では、電極は、第１の接合面が第２の接合面とは異なるように追加され得る。
【００５６】
いくつかの実施形態では、この方法は、少なくとも１つの第１の接合面（例えば、表面１１６）を有する第１の電極（例えば、電極１１０）を、１つまたは複数の第１のタイプの３Ｄ要素（例えば、要素１３４）のうちの少なくとも１つであるが、１つまたは複数の第２のタイプの３Ｄ要素（例えば、要素１３２）のうちのいずれか１つではない、３Ｄ要素と共に追加すること、ならびに、少なくとも１つの第２の接合面（例えば、表面１２６）を有する第２の電極（例えば、電極１２０）を、１つまたは複数の第１のタイプの３Ｄ要素（例えば、要素１３４）のうちの少なくとも１つであるが、１つまたは複数の第２のタイプの３Ｄ要素（例えば、要素１３２）のうちのいずれか１つではない、３Ｄ要素と共に追加すること、を含み得る。
【００５７】
本発明の特定の特徴が本明細書に例示および記載されているが、多くの修正、置換、変更、および同等物が当業者に起こり得る。したがって、添付の特許請求の範囲は、本発明の真の精神の範囲内にあるようなすべてのそのような修正および変更を網羅することを意図していることを理解されたい。
【００５８】
さまざまな実施形態が提示された。これらの実施形態の各々は、もちろん、提示された他の実施形態からの特徴を含み得、具体的に記載されていない実施形態は、本明細書に記載されたさまざまな特徴を含み得る。
【図１Ａ】
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【図１Ｂ】
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【図１Ｃ】
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【図１Ｄ】
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【図２】
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【図３Ａ】
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【図３Ｂ】
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【図４Ａ】
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【図４Ｂ】
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【図４Ｃ】
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【図５】
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【国際調査報告】
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