抗付着性の生体センサー用高分子材料を開発 ―高分子の設計が膜構造と「汚れにくさ」を左右―

2026-08-20 京都大学

京都大学の研究グループは、生体センサーに用いる有機電気化学トランジスタ(OECT)の高性能化と動作安定化を目指し、導電性高分子PEDOT:PSSに双性イオン部位を持つ高分子を混合した材料を開発した。繰り返し単位の種類や配列が異なる高分子を比較した結果、PEDOT:PSSの基本構造を維持しながら、高分子設計によって薄膜内部の構造が変化し、電荷輸送性や信号増幅性能が左右されることを明らかにした。さらに薄膜構造の違いは、タンパク質の付着量と、付着後のデバイス動作の安定性にも影響した。分子設計から膜構造、電気的特性、抗付着性までの関係を体系的に示したことで、生体環境でも「汚れにくく」安定して作動する高性能バイオセンサー材料の設計指針を提示した。

抗付着性の生体センサー用高分子材料を開発 ―高分子の設計が膜構造と「汚れにくさ」を左右―
図1 高分子の配列設計が薄膜の構造と素子特性の動作安定性に与える影響

<関連情報>

有機電気化学トランジスタの電荷輸送と安定性を向上させる双性イオン高分子/PEDOT:PSSブレンド膜の高分子配列設計 Polymer Sequence Design of Zwitterionic Polymer/PEDOT:PSS Blend Films for Improved Charge Transport and Stability in Organic Electrochemical Transistors

Wakana Takahashi, Aki Kashiwazaki, Masaya Mitsuishi, Shunsuke Yamamoto
Advanced Electronic Materials  Published: 13 August 2026
DOI:https://doi.org/10.1002/aelm.70502

ABSTRACT

Organic electrochemical transistors (OECTs) require antifouling channel materials to operate stably in biological environments. Here, we demonstrate a simple strategy to introduce antifouling functionality into PEDOT:PSS-based OECTs using zwitterionic polymers. Homo-, random-, and block-type zwitterionic polymers are synthesized and mixed with PEDOT:PSS via solution processing, enabling the fabrication of blend films without additional steps. Structural and spectroscopic analyses show that the zwitterionic polymers are retained within the films, maintaining the doping state and crystalline structure of PEDOT:PSS. Instead, differences in polymer architecture produce distinct structural features within the preserved core–shell PEDOT:PSS framework, including variations in the apparent shell thickness and, for zwitterionic (co)monomer components, the formation of an outer polymer-rich region. These structural differences directly influence charge transport. Electrochemical and OECT measurements reveal reductions in volumetric capacitance and transconductance, mainly due to decreased apparent mobility. Protein adsorption studies further show reduced device degradation upon exposure to two proteins: bovine serum albumin and fibronectin. This blending strategy provides a practical route to antifouling, solution-processable OECT materials for bioelectronic interfaces.

0403電子応用
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