(57)【要約】【課題】高速および高感度で測定可能な検出素子およびその簡便な製造方法を提供すること。【解決手段】本発明の検出素子は、気体または液体と接触して物理量または化学量を検出する検出素子である。この検出素子は、２つの主表面を有する基材と、基材の主表面の少なくとも１つに形成され、繊維で構成された検出部とを有する。好ましくは、繊維は、１ｎｍ〜９９９ｎｍの直径を有し、実質的に円形または楕円形の断面を有する。【選択図】図１
2008083041.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
気体または液体と接触して物理量または化学量を検出する検出素子であって、
２つの主表面を有する基材と、該基材の該主表面の少なくとも１つに形成され、繊維で構成された検出部とを有する、検出素子。
【請求項２】
前記繊維が１ｎｍ〜９９９ｎｍの直径を有する、請求項１に記載の検出素子。
【請求項３】
前記繊維が、実質的に円形または楕円形の断面を有する、請求項１または２に記載の検出素子。
【請求項４】
前記検出部が、前記繊維に担持された触媒および／または吸着体を含む、請求項１から３のいずれかに記載の検出素子。
【請求項５】
前記繊維を形成する材料が、検出すべき物質と特異的に反応し、および／または、検出すべき物質を特異的に吸着する、請求項１から４のいずれかに記載の検出素子。
【請求項６】
前記繊維を構成する材料が、ポリビニルアルコール、その共重合体、高分子多糖類およびその誘導体から選択される少なくとも１つである、請求項１から５のいずれかに記載の検出素子。
【請求項７】
前記繊維を構成する材料が、酸化チタン、酸化亜鉛および酸化スズから選択される少なくとも１つの金属酸化物である、請求項１から５のいずれかに記載の検出素子。
【請求項８】
前記基材の共振周波数が、１０ｋＨｚ〜２００ＭＨｚである、請求項１から７のいずれかに記載の検出素子。
【請求項９】
前記検出される物理量または化学量が、重量変化である、請求項１から８のいずれかに記載の検出素子。
【請求項１０】
前記検出される物理量または化学量が、インピーダンス変化である、請求項１から８のいずれかに記載の検出素子。
【請求項１１】
前記基材がシリコン、水晶またはセラミックである、請求項１から１０のいずれかに記載の検出素子。
【請求項１２】
繊維形成材料を含む溶液を電界下で射出することにより繊維を形成すること、および
該繊維を該電界の作用によって基板まで輸送し、さらに該基板に付着させて検出部を形成すること
を含む、検出素子の製造方法。
【請求項１３】
前記溶液が触媒および／または吸着体をさらに含む、請求項１２に記載の製造方法。
【請求項１４】
前記繊維を前記基板に選択的に付着させて、パターン化された検出部を形成することを含む、請求項１２または１３に記載の製造方法。
【請求項１５】
請求項１から１４のいずれかに記載の検出素子を含む、検出装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、検出素子およびその製造方法、ならびに検出装置に関する。より詳細には、本発明は、高速および高感度で測定可能な検出素子およびその簡便な製造方法、ならびにそのような検出素子を用いた検出装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
物理量または化学量を検出する検出装置は、化学やバイオテクノロジーの分野における微量分析技術として活用されてきた。例えば、シリコン（Ｓｉ）の微細加工技術により、片持ち梁構造のカンチレバーへの物質付着による共振周波数の変化を検出することにより、ピコグラム程度の感度で重量変化を検出することが、可能になっている。より具体的には、測定すべき化学物質を特異的に吸着する特異的吸着膜を塗布したカンチレバーが知られている（特許文献１参照）。
【０００３】
近年、環境ホルモン、バイオテロなどの問題が深刻に議論されるようになり、より高精度・高感度で、かつ、より高速の測定分析技術の開発が望まれている。しかし、上記のような技術では、測定分析技術の高感度化および高速化への要求を満足するには不十分である。
【特許文献１】特表２００４−５０６８７２号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
本発明は、上記従来の課題を解決するためになされたものであり、その目的とするところは、高速および高感度で測定可能な検出素子およびその簡便な製造方法、ならびにそのような検出素子を用いた検出装置を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００５】
本発明の検出素子は、気体または液体と接触して物理量または化学量を検出する検出素子である。この検出素子は、２つの主表面を有する基材と、該基材の該主表面の少なくとも１つに形成され、繊維で構成された検出部とを有する。
【０００６】
好ましい実施形態においては、上記繊維は１ｎｍ〜９９９ｎｍの直径を有する。好ましい実施形態においては、上記繊維は、実質的に円形または楕円形の断面を有する。
【０００７】
好ましい実施形態においては、上記検出部は、上記繊維に担持された触媒および／または吸着体を含む。
【０００８】
好ましい実施形態においては、上記繊維を形成する材料は、検出すべき物質と特異的に反応し、および／または、検出すべき物質を特異的に吸着する。好ましい実施形態においては、上記繊維を構成する材料は、ポリビニルアルコール、その共重合体、高分子多糖類およびその誘導体から選択される少なくとも１つである。別の実施形態においては、上記繊維を構成する材料は、酸化チタン、酸化亜鉛および酸化スズから選択される少なくとも１つの金属酸化物である。
【０００９】
好ましい実施形態においては、上記基材の共振周波数は、１０ｋＨｚ〜２００ＭＨｚである。好ましい実施形態においては、上記基材はシリコン、水晶またはセラミックである。
【００１０】
別の実施形態においては、上記検出される物理量または化学量は、重量変化である。別の実施形態においては、上記検出される物理量または化学量は、インピーダンス変化である。
【００１１】
本発明の別の局面によれば、検出素子の製造方法が提供される。この製造方法は、繊維形成材料を含む溶液を電界下で射出することにより繊維を形成すること、および、該繊維を該電界の作用によって基板まで輸送し、さらに該基板に付着させて検出部を形成することを含む。
【００１２】
好ましい実施形態においては、上記溶液は触媒および／または吸着体をさらに含む。好ましい実施形態においては、上記方法は、上記繊維を上記基板に選択的に付着させて、パターン化された検出部を形成することを含む。
【００１３】
本発明の別の局面によれば、検出装置が提供される。この検出装置は、上記検出素子を含む。
【発明の効果】
【００１４】
本発明によれば、検出素子の検出部を繊維（好ましくは、ナノ繊維の不織布層）で構成することにより、従来のような塗布膜の検出部と比較して比表面積が格段に増大する。その結果、測定すべき物質を含む流体（気体または液体）との接触面積が非常に大きくなるので、検出感度・応答速度が顕著に増大し、かつ、きわめて短時間での検出（測定）が可能となる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１５】
Ａ．検出素子
図１は、本発明の好ましい実施形態による検出素子の概略断面図である。検出素子１０は、基材１１と検出部１２とを有する。基材１１は、２つの主表面（図示例では、正面１４および裏面１５）を有する。検出部１２は、基材１１の正面１４および裏面１５の少なくとも１つに形成されている。したがって、検出部１２は、正面１４および裏面１５の両方に形成されてもよく、いずれか一方のみに形成されてもよい。また、検出部１２は、正面１４および／または裏面１５の全面に形成されてもよく、一部に形成されてもよい。１つの実施形態においては、検出部１２は、所定のパターンで形成され得る。
【００１６】
検出部１２は、繊維で構成されている。図２（ａ）および（ｂ）は、検出部１２の構成を説明する模式図である。図２（ａ）は、検出部を正面から見た模式図であり、図２（ｂ）は、検出部のIIｂ−IIｂ断面の模式図である。図２（ａ）および（ｂ）に示すように、検出部は、代表的には、繊維が絡まり合って構成されている。すなわち、検出部は、実質的には不織布層である。このような構成を有することにより、塗布膜と比較して比表面積が格段に増大する。その結果、測定すべき物質を含む流体（気体または液体）との接触面積が非常に大きくなるので、検出感度・応答速度が顕著に増大し、かつ、きわめて短時間での検出（測定）が可能となる。
【００１７】
上記繊維の直径は、好ましくは１ｎｍ〜９９９ｎｍ、さらに好ましくは１０ｎｍ〜６００ｎｍ、最も好ましくは５０ｎｍ〜４００ｎｍである。繊維の直径がこのような範囲であれば、測定試料との接触面積がさらに大きくなるので、検出感度・応答速度がさらに増大し、検出時間もさらに短縮され得る。例えば、厚み１ｍｍの塗布膜の表面積を１とした場合、直径１００ｎｍの繊維で厚み１ｍｍの不織布層を形成すると、その表面積は約２万倍となる。好ましくは、上記繊維は、実質的に円形または楕円形の断面を有する。後述する製造方法により、繊維形成材料を含む溶液を電界下で射出すると、表面張力の作用により、および／または、表面エネルギー的に安定なことにより円形に近い断面が形成され得る。１つの実施形態においては、繊維表面にボイドが形成されていてもよく、繊維が多孔質であってもよい。このような構成によれば、測定試料との接触面積がさらに大きくなる。
【００１８】
上記繊維を形成する材料としては、繊維形成能を有するものであれば、目的、検出すべき物質等に応じて任意の適切な材料が採用され得る。例えば、繊維形成材料は、有機材料であってもよく、無機材料であってもよく、有機−無機ハイブリッド材料であってもよい。好ましくは、繊維を形成する材料は、検出すべき物質と特異的に反応し、および／または、検出すべき物質を特異的に吸着する。このような材料を用いることにより、上記の繊維が絡み合った構造と相俟って、非常に優れた検出感度・応答速度を有する検出素子が得られ得る。例えば、本発明の検出素子を匂いセンサーとして用いる場合には、検出すべき物質または匂いとしては、生活臭モニタリングにおいては、アンモニア、メチルメルカプタン、ホルムアルデヒド；火災臭モニタリングにおいては、一酸化炭素、水素、アルデヒド、フラン；鮮度モニタリングにおいてはトリメチルアミン；初期診断用途においては、腫瘍臭、口臭；危険物等の探知または環境計測用途においては、ＶＯＣ、ダイオキシンが挙げられる。これらの物質と特異的に反応し、および／または、これらの物質を特異的に吸着する材料が好適に選択され得る。また例えば、本発明の検出素子を湿度センサーとして用いる場合には、適度な吸湿性を有し、かつ、吸湿により素子のインピーダンスが適度に変化し得る材料が好適に選択され得る。加えて、好ましくは、上記繊維を構成する材料は、基材に対して優れた密着力を有する。
【００１９】
１つの実施形態においては、上記のような材料の具体例としては、有機材料が挙げられる。有機材料の具体例としては、ポリマー、オリゴマーが挙げられる。ポリマーの具体例としては、ポリビニルアルコール、高分子多糖類、その誘導体、ポリ乳酸、ポリアクリロニトリル、ポリエチレンオキサイド、絹、ナイロン、ポリエチレンテレフタレート、液晶ポリマー（例えば、アラミド）、ならびに、これらの共重合体および誘導体が挙げられる。ポリビニルアルコール、その共重合体、高分子多糖類、およびその誘導体が好ましい。別の実施形態においては、上記のような材料の具体例としては、無機材料が挙げられる。無機材料の具体例としては、金属酸化物が挙げられる。金属酸化物の具体例としては、酸化チタン（ＴｉＯ２）、酸化亜鉛（ＺｎＯ）、酸化スズ（ＳｎＯ２）、酸化ケイ素（ＳｉＯ２）が挙げられる。このような無機材料は、有機材料とともに繊維化してもよい。さらに別の実施形態においては、上記のような材料の具体例としては、有機−無機ハイブリッド材料が挙げられる。有機−無機ハイブリッド材料の具体例としては、無機粒子充填ポリマー（例えば、ＳｉＯ２粒子充填のポリビニルアルコール）、有機−無機ハイブリッドポリマー（例えば、ポリシランとアクリルのコポリマー）が挙げられる。繊維形成材料は、単独で用いてもよく、２種以上を組み合わせて用いてもよい。
【００２０】
１つの実施形態においては、検出部１２は、上記繊維に担持された触媒および／または吸着体を含む。このような実施形態によれば、繊維自体が測定物質に対する反応性や吸着能力を有さない場合であっても、検出すべき物質と特異的に反応したり、検出すべき物質を特異的に吸着したりすることができる。また、触媒や吸着体が繊維形成能を有さない場合であっても、優れた特性を有する検出部を構成することができる。触媒としては、検出すべき物質との反応を促進するものであれば任意の適切な物質が採用され得る。したがって、本明細書における用語「触媒」は、通常の意味での触媒のみならず酵素も包含する。触媒の具体例としては、水素に対してパラジウム、白金、アルミナ；一酸化炭素に対して金；グルコースまたは尿素に対してグルコースオキシダーゼ；アミノ酸に対してAA.oxygenaseが挙げられる。吸着体としては、検出すべき物質を特異的に吸着するものであれば任意の適切な物質が採用され得る。吸着は、物理的であってもよく、化学的であってもよく、生物学的であってもよい。したがって、本明細書における用語「吸着体」は、多孔質粒子のような物理的吸着体のみならず、抗原、抗体、分子インプリント粒子、特異的吸着粒子などを包含する。吸着体の具体例としては、ホルムアルデヒドに対するカテキン類；揮発性有機化合物（ＶＯＣ）に対するポリスチレン（ＰＳ）、ポリカプロラクトン（ＰＣＬ）、シクロオレフィンポリマー（例えば、商品名ゼオネックス）；各種抗原に対する抗体（例えば、ＩｇＧ）；資化糖または生物化学的酸素要求量（ＢＯＤ）に対する微生物；各種化学物質に対して、当該化学物質に対して特異的な分子インプリンティング粒子が挙げられる。吸着体の形状も特に限定されない。
【００２１】
基材１１は、１つの実施形態においては、例えばカンチレバーに使用され得る任意の適切な材料で構成される。基材の共振周波数は、好ましくは１０ｋＨｚ〜２００ＭＨｚ、さらに好ましくは１００ｋＨｚ〜１００ＭＨｚ、最も好ましくは１ＭＨｚ〜３０ＭＨｚである。基材がこのような非常に高い共振周波数を有することにより、極微量の物質の付着も検出可能となる。このような基材と上記検出部との相乗効果により、きわめて優れた検出感度・応答速度を有する検出素子が得られ得る。より具体的には、基材のバネ定数をＫ、有効質量をＭとすると、共振周波数はｆ＝（１／２π）＊√（Ｋ／Ｍ）で求められる。さらに、基材の質量をｍとすると、重量変化はΔｆ＝−２（ｍ／ｆ）＊Δｆで求められる。したがって、基材の共振周波数が上記の範囲であれば、フェムトグラムオーダーの物質の付着を検出することができる。
【００２２】
上記のような特性を有する基材構成材料の具体例としては、シリコン、ガリウムヒ素、窒化ケイ素などの半導体；および水晶が挙げられる。このような材料は、半導体微細加工プロセスにより基材に形成され得るので、製造効率および形状の制御性に優れる。特にシリコンが好ましい。入手および加工がいずれも容易であり、励振によるヒステリシスが少なく、かつ、耐久性に優れるからである。
【００２３】
上記のように、基材は、代表的には半導体微細加工プロセスにより形成される。例えば、基材は、シリコンウェハーの一部をエッチング除去することにより形成される。このシリコンウェハーは、代表的には（１００）または（１１１）配向である。１つの実施形態においては、（１００）配向シリコンは、エチル・ジアミン・ピロカテコールまたはＫＯＨ溶液を用いて、ウェットエッチングを施される。（１００）配向シリコンは、（１１１）プレーンで非常に低いエッチング速度を示し、（１１１）軸に沿って、良好なエッチング停止がもたらされ、その結果、（１００）から５４．７°で、明確なエッチング・プレーンが生成される。別の実施形態においては、反応性イオンビームエッチング（ＲＩＥ）、化学励起イオンビームエッチング、マイクロ波励起プラズマエッチング、誘導結合プラズマエッチングなどのドライエッチング技術が使用される。加工条件を調整することにより、深い異方性または等方性構造が得られ、優れた寸法制御が達成され得る。さらに別の実施形態においては、基材は、集束イオンビームミリング技術を用いて形成または形状変更されてもよい。このような微細加工技術を用いることにより、非常に小型の基材（最終的には検出素子）を作製することができる。その結果、共振周波数を非常に大きくできるので、応答速度・検出感度を非常に大きくすることができる。例えば、シリコンを用いた両持ち梁構造の５０×３００×１００（μｍ）の基材の共振周波数は、６１ＭＨｚとなる。
【００２４】
基材１１は、別の実施形態においては、セラミックで構成される。セラミックの具体例としては、アルミナ、ジルコニアが挙げられる。セラミックは、耐熱性に優れるので、高温測定を必要とする検出装置に用いる場合に有用であり、また、適度な絶縁性を有するので、インピーダンス変化を用いて検出を行う場合に有用である。
【００２５】
基材１１の形状は特に限定されない。重量変化を検出する１つの実施形態においては、基材を正面１４方向から見た形状は矩形である。このような形状であれば、検出装置においてアレイ化が容易である。基材が片持ち梁構造である場合には、１つの実施形態においては、基材を正面方向から見た形状は、固定端に近い部分が太く自由端に近い部分が細い形状を有する。基材の長手方向に垂直な断面形状は、例えば、矩形、円形、楕円形または多角形などである。インピーダンス変化を検出する別の実施形態においては、基材は板状であってもよい。この場合、所定の形状にパターニングされた電極を基材上に形成し、電極基板とすることができる。
【００２６】
Ｂ．検出素子の製造方法
本発明の検出素子の製造方法は、繊維形成材料を含む溶液を電界下で射出することにより繊維を形成すること、および、該繊維を該電界の作用によって基板まで輸送し、さらに該基板に付着させて検出部を形成することを含む。以下、製造方法の好ましい一例について具体的に説明する。
【００２７】
図３は、本発明の製造方法の好ましい一例を説明する模式図である。まず、繊維形成材料を含む溶液３１を調製する。繊維形成材料は、上記Ａ項で説明したとおりである。溶媒は、繊維形成材料の種類に応じて適切な溶媒が使用され得る。したがって、溶媒は、水系溶媒であってもよく、有機溶媒であってもよい。溶液の濃度は、溶液の粘度、溶液の表面張力、印加する電界Ｅの強さ、電極間距離Ｄ、繊維形成材料の分子量等に応じて変化し得る。１つの実施形態においては、溶液濃度は、好ましくは０．３〜１５重量％であり；溶液の粘度は、好ましくは１０〜４００ｃｐである。例えば、繊維形成材料がポリビニルアルコール（ＰＶＡ）である場合には、分子量（ここでは、重合度）は、好ましくは１０００〜３０００である。この場合の溶液濃度は、好ましくは３〜１０重量％である。あるいは、繊維形成材料が高分子多糖類である場合には、分子量は、好ましくは１５０万〜２００万である。この場合の溶液濃度は、好ましくは０．３〜２重量％である。
【００２８】
好ましくは、上記溶液は触媒および／または吸着体をさらに含む。触媒および吸着体は、上記Ａ項で説明したとおりである。触媒および／または吸着体の含有量は、目的、触媒能、吸着能等に応じて変化し得る。触媒および／または吸着体を含有させることにより、触媒および／または吸着体が繊維に担持された検出部を形成することができる。上記溶液は、必要に応じて任意の適切な添加剤をさらに含有し得る。添加剤の具体例としては、界面活性剤、導電性付与剤（例えば、塩化リチウム）が挙げられる。
【００２９】
次に、上記溶液３１を射出デバイス（図示例ではシリンジポンプ）３２に入れて、射出する。射出速度（ポンプを押す速度）は、溶液の粘度、溶液の表面張力、ノズル径、印加する電界の強さ等に応じて変化し得る。１つの実施形態においては、射出速度は、好ましくは５〜４０μｌ／分であり、ノズル径は、好ましくは０．５〜１．５ｍｍである。射出速度、溶液の粘度、溶液の表面張力、ノズル径、印加する電界の強さ、電極間距離、周囲温度等を適切に組み合わせて調整することにより、繊維が良好に形成される。これらの条件設定が不適切な場合には、粒子が形成され繊維が形成されない場合や、繊維が形成されても基板に到達しない場合がある。
【００３０】
上記溶液３１の射出は、電界Ｅが印加された状態で行われる。１つの実施形態においては、電界Ｅの強さ（印加電圧）は、好ましくは５〜３０ｋＶであり、電極間距離Ｄは、好ましくは３〜１５ｃｍである。射出速度、溶液の粘度、溶液の表面張力、ノズル径、印加する電界の強さ、電極間距離、周囲温度等を適切に組み合わせて調整することにより、正に帯電した溶液が射出されると、電界によって延伸され繊維３３が形成される。当該延伸により、直径が非常に小さい繊維（いわゆるナノ繊維）が形成され得る。このようにして形成された繊維３３はそのまま、電界の作用によって基板１１まで輸送され、負に帯電した基板１１に付着する。繊維形成材料および添加剤を適切に選択することにより、特別な接着操作を行うことなく（例えば、接着剤を用いることなく）繊維を基板に付着させることができる。例えば、繊維形成材料としてポリビニルアルコール（重合度１１７０）を用いる場合には、溶媒を水、溶液濃度を８重量％、ノズル径を０．８ｍｍ、電界の強さ（印加電圧）を１０ｋＶ、電極間距離Ｄを９ｃｍ、周囲温度を２４℃に設定すると、基板１１上に検出部（不織布層）１２が良好に形成され得る。この場合、繊維の直径は２００ｎｍであり、不織布層の厚みは３０μｍである。
【００３１】
１つの実施形態においては、上記繊維３３を基板１１に選択的に付着させて、パターン化された検出部１２を形成してもよい。具体的には、所定のパターンを有し剥離可能なマスクを基板に貼り付けた状態で、繊維の形成、輸送および付着を行えばよい。
【００３２】
上記シリンジポンプ３２のノズルは、単一の射出孔を有していてもよく、複数の射出孔を有していてもよい。単一の射出孔を有する場合には、繊維の形状制御が容易であり、複数の射出孔を有する場合には、生産性に優れる。
【００３３】
Ｃ．検出装置
図４Ａは、本発明の好ましい実施形態による検出装置の概略斜視図である。検出装置１００は、検出素子１０を含む。検出素子は、上記Ａ項およびＢ項で説明したとおりである。検出素子は単一であってもよく、図示例のように複数の検出素子でアレイを構成してもよい。また、図示例では検出素子が片持ち梁構造である場合を説明しているが、検出素子は両持ち梁構造であってもよい。検出装置１００は、検出素子１０を励振させるための電極および検出素子１０の共振周波数の変化を検出する検出器ユニットをさらに含む（いずれも図示せず）。
【００３４】
検出素子１０が測定すべき物質を含む流体（気体または液体）と接触すると、測定すべき物質が検出部１２と反応し、および／または、検出部１２に付着する。その結果、検出素子の共振周波数が変化し、当該周波数変化が検出器ユニット（図示せず）で検出され、流体（検査試料）において測定すべき物質の存在が確認される。上記Ａ項で説明したように、検出素子１０の検出部１２の比表面積は非常に大きいので、測定すべき物質は検出部１２ときわめて良好に特異的に反応し、および／または、検出部１２にきわめて良好に特異的に付着する。したがって、非常に高精度・高感度での測定・検出が可能となる。
【００３５】
図４Ｂは、本発明の別の好ましい実施形態による検出装置の概略斜視図である。この検出装置２００においては、板状の基材１１上にパターン化された電極（図示例では、櫛歯状電極）が形成され、電極基板とされている。電極は、検出器ユニット（図示せず）に接続されている。当該電極上に検出部１２が形成され、検出素子が構成されている。検出部１２は、上記Ａ項およびＢ項で説明したとおりである。本実施形態の検出装置によれば、検出素子１０が測定すべき物質を含む流体と接触すると、検出素子のインピーダンスが変化し、当該インピーダンス変化が検出器ユニット（図示せず）で検出され、流体（検査試料）において測定すべき物質の存在が確認される。本実施形態においても、上記実施形態と同様に、非常に高精度・高感度での測定・検出が可能となる。
【００３６】
以下、本発明を実施例により具体的に説明するが、本発明はこれら実施例には限定されない。
【実施例１】
【００３７】
市販のポリビニルアルコール（重合度２０００、ナカライテスク社製、商品名ポリビニルアルコール２００）を用いて、５重量％のＰＶＡ水溶液を調製した。この溶液の粘度は７５ｃｐであった。この溶液を、電源の正極に接続したシリンジポンプに入れた。一方、ターゲットとして電源の負極に接続したシリコンウェハーを配置した。シリンジポンプ先端とシリコンウェハーとの距離は９ｃｍに設定した。１０ｋＶの電圧を印加した状態で、シリンジポンプを押して溶液を射出した。その結果、繊維が形成され、かつ、当該繊維は電界によってシリコンウェハーまで到達し付着し、繊維層（不織布層）が形成された。繊維層の厚みは２２μｍであった。
【実施例２】
【００３８】
ＰＶＡ水溶液の濃度を８重量％としたこと以外は実施例１と同様にして繊維を形成した。なお、この溶液の粘度は３５７ｃｐであった。形成された繊維は、電界によってシリコンウェハーまで到達し付着し、繊維層（不織布層）が形成された。繊維層の厚みは３０μｍであった。繊維層の電子顕微鏡写真を図５に示す。
【実施例３】
【００３９】
エタノール８０部にポリビニルピロリドン（ＰＶＰ）（ISP TECHNOLOGIES, INC.社製、商品名Ｋ−９０、分子量３６万）１０部を溶解し、ここに酢酸３１部を加えた。この溶液に、チタンイソプロポキシド１５部を混合し、３０分以上攪拌して、ＰＶＰ−ＴｉＯ２ゾル溶液を調製した。このゾル溶液を、電源の正極に接続したシリンジポンプに入れた。一方、ターゲットとして電源の負極に接続したシリコンウェハーを配置した。シリンジポンプ先端とシリコンウェハーとの距離は１０ｃｍに設定した。１０ｋＶの電圧を印加した状態で、シリンジポンプを押して溶液を射出した。射出速度は８．３μｌ／分であった。その結果、繊維が形成され、かつ、当該繊維は電界によってシリコンウェハーまで到達し付着し、繊維層（不織布層）が形成された。繊維層の厚みは２０μｍであった。得られた繊維層を５００℃で３時間、空気中雰囲気にて焼成し、結晶化した（アナターゼ相）ＴｉＯ２ナノファイバー不織布層を得た。結晶化前後の繊維層の電子顕微鏡写真を図６に示す。
【実施例４】
【００４０】
蒸留水４部に酢酸亜鉛・二水和物２部を溶解し、１時間攪拌した。この溶液に、２０重量％のＰＶＡ水溶液６部を徐々に加え、添加後３時間以上攪拌した。さらに、この溶液を５０℃に加熱し、６時間攪拌して、ＰＶＡ−ＺｎＯ前駆体溶液を調製した。この前駆体溶液を、電源の正極に接続したシリンジポンプに入れた。一方、ターゲットとして電源の負極に接続したシリコンウェハーを配置した。シリンジポンプ先端とシリコンウェハーとの距離は５ｃｍに設定した。１８ｋＶの電圧を印加した状態で、シリンジポンプを押して溶液を射出した。その結果、繊維が形成され、かつ、当該繊維は電界によってシリコンウェハーまで到達し付着し、繊維層（不織布層）が形成された。得られた繊維層を４００℃で３時間、空気中雰囲気にて焼成し、ＰＶＡ−ＺｎＯナノファイバー不織布層を得た。結晶化後の繊維層の電子顕微鏡写真を図７に示す。
【実施例５】
【００４１】
ポリアクリロニトリル（Aldrich社製、商品名）の８重量％ＤＭＦ溶液１０部と二酢酸セルロース（ダイセル化学社製、商品名ＣＡＬ２０）の１０重量％ＤＭＦ溶液８部を混合して溶液を調製した。一方、１０ｍｍ×１０ｍｍのアルミナセラミック基板にスパッター法にてチタンを３０ｎｍの厚みで櫛歯状に成膜し、その上にプラチナを５０ｎｍの厚みで成膜して、櫛歯状電極を形成した。このようにして、インピーダンス測定用電極基板を作製した。上記溶液を、電源の正極に接続したシリンジポンプに入れた。一方、ターゲットとして電源の負極に接続した電極基板を配置した。シリンジポンプ先端と電極基板との距離は７ｃｍに設定した。１７ｋＶの電圧を印加した状態で、シリンジポンプを押して溶液を射出した。その結果、繊維が形成され、かつ、当該繊維は電界によって電極基板まで到達し付着し、櫛歯状電極上に繊維層（不織布層）が形成された。繊維層の厚みは１０μｍであった。このようにして、検出素子（湿度センサー）を作製した。
【００４２】
上記で作製した湿度センサーを用いて、周波数１ｋＨｚ、印加電圧１Ｖ、温度２５℃で、湿度を８５％から２０％に変化させたときのインピーダンス変化を測定した。結果を、後述の比較例１の結果と併せて図８に示す。図８に示すグラフの曲線から飽和時間を求め、これを応答速度とした。応答速度は８分であった。
【００４３】
（比較例１）
実施例５の溶液を用いて実施例５の電極基板の櫛歯状電極上にキャスト膜（厚み：１０μｍ）を形成したこと以外は実施例５と同様にして、検出素子（湿度センサー）を作製した。得られた湿度センサーについて、実施例５と同様にしてインピーダンス変化を測定した。結果を図８に示す。図８に示すグラフの曲線から飽和時間を求め、これを応答速度とした。応答速度は３２分であった。
【００４４】
実施例５と比較例１の結果を比較すると明らかなように、本発明の不織布層を用いた検出素子は、従来の塗布膜を用いた検出素子に比べて応答速度が４倍速いことがわかる。
【産業上の利用可能性】
【００４５】
本発明の検出素子は、各種センサーに好適に利用され得る。例えば、生活臭モニタリング、火災臭モニタリング、鮮度モニタリング、初期診断、危険物等の探知および環境計測用の匂いセンサー、水素ガスセンサー、血糖値測定用のグルコース酵素センサー、ＢＯＤ測定用の微生物センサー、湿度センサーとして好適に利用され得る。
【図面の簡単な説明】
【００４６】
【図１】本発明の好ましい実施形態による検出素子の概略断面図である。
【図２】（ａ）および（ｂ）はそれぞれ、本発明の検出素子における検出部の構成を説明する模式図である。
【図３】本発明の検出素子の製造方法の好ましい一例を説明する模式図である。
【図４Ａ】本発明の好ましい実施形態による検出装置の概略斜視図である。
【図４Ｂ】本発明の別の好ましい実施形態による検出装置の概略斜視図である。
【図５】本発明の実施例で形成された繊維層の電子顕微鏡写真である。
【図６】本発明の別の実施例で形成された繊維層の電子顕微鏡写真である。
【図７】本発明のさらに別の実施例で形成された繊維層の電子顕微鏡写真である。
【図８】本発明の実施例の検出素子と比較例の検出素子のインピーダンス変化を比較して示すグラフである。
【符号の説明】
【００４７】
１０  検出素子
１１  基材
１２  検出部
１００  検出装置
２００  検出装置
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４Ａ】
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【図４Ｂ】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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