通気性のある皮肤贴り付け型センサーで长期健康管理への応用に期待 新たなナノメッシュ构造で皮肤呼吸が可能、炎症を防ぐ
手の甲に装着したナノメッシュ电极
このナノメッシュ电极は皮肤に贴り付けると手の甲にぴったりと贴りつきます。この伸缩性のあるナノメッシュ电极により、皮肤は自然と呼吸ができ、また装着者が装着していることを忘れるほど薄く軽量です。
© 2018 Someya Laboratory.
东京大学大学院工学系研究科の染谷隆夫教授らの研究グループは、不快感なく1週间皮肤に贴り続けることができ、また装着していることを忘れるほどとても薄く軽い低刺激性の电子センサーを开発しました。ナノサイズのメッシュから构成される伸缩性のあるこの电极は、人の健康を长期にわたり継続的に计测することができる非侵袭的な皮肤装着电子机器の开発につながると期待されます。
心拍数やその他の生体信号を计测するウェアラブル电子机器は、より高感度で正确に测定するため皮肤に直接贴り付ける、軽量で伸缩性の高い材料を利用した新世代の装置など、近年进化を遂げています。しかし、このような装置に使用される薄いフィルムやゴムシートは、皮肤にうまく付着し适合しますが、通気性が低いために长期间の使用については安全でないと悬念されています。皮肤科学上の実験により、これらの微细で伸缩可能な素材は、発汗を阻害し皮肤周辺の空気の流れを止め、最终的には生理的および精神的影响につながり得るかぶれや炎症反応を起こすことが示されています。
本研究グループは、これまでも血中酸素濃度を測定する皮膚パッチを開発してきました。今回の研究成果のきっかけについて、染谷教授は以下に述べています。 「医療やスポーツの分野での応用においては、1週間以上にわたる継続的な計測のために装着できるデバイスが必要であるとわかりました。」
本研究では、安全で生体适合性が高いとされる材料の水溶性高分子、ポリビニルアルコール（笔痴础）および金の层を含む、ナノサイズのメッシュから构成される电极を开発しました。この装置は、少量の水を吹きかけるだけで简単に皮肤に贴り付けることができます。水により笔痴础ナノファイバーが溶解し、汗腺や人差し指の指纹の沟など、人间の皮肤の曲线的な表面にも追従します。
次に研究者グループは、20名の被験者に皮肤パッチテスト（かぶれと皮肤アレルギー试験）を実施したところ、このナノメッシュ电极を1週间装着した后も、被験者に炎症反応は认められませんでした。グループはまた、薄膜フィルムや薄いゴムシートのような他の基材とともにナノメッシュ电极の水蒸気透过性の评価を行いましたが、その多孔性のメッシュ构造により、他の材料に比べ遥かに高いガス透过性を示しました。
さらに研究グループは、人差し指に装着した电极の屈曲を1万回以上繰り返して、この电极の机械的耐久性も証明しました。また、筋肉が収缩する际に発生する电気信号である筋电位の计测のための电极として试したところ、これまでのゲル电极を用いて取得したものと匹敌する特性で、その信頼性を実証しました。
「ストレスや不快感なく患者の生体信号を计测することができるようになります」と、本研究の将来性について染谷教授は话します。この新たなデバイスは、医疗や介护への応用に加え、スポーツ选手の生体情报や身体动作を、トレーニングや运动に影响を与えることなく、継続的かつ正确に计测できるようになることが期待されます。
论文情报
, "Inflammation-free, gas-permeable, lightweight, stretchable on-skin electronics with nanomeshes", Nature Nanotechnology Online Edition: 2017/07/18 (Japan time), doi:10.1038/nnano.2017.125.
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