日本東京大學研究生院工學系研究科教授染谷隆夫領導的研究小組開發出了可直接貼在身上測量體征信息的薄膜狀傳感器。設想用于保健、醫療、體育、社會福利等領域，還計劃嵌入體內使用。

東京大學開發出了人體舒適性高的粘附性凝膠，可將在超薄高分子膜上制成的體征傳感器直接貼在皮膚表面。即使監測對象在不停活動，傳感器也不會發生位移、脫落及破損，可以穩定地監測體征信息。驗證實驗結果表明，該傳感器可以精確測量物理量(應變)和生理電信號(心電)。

“粘合劑”是關鍵

染谷領導的研究小組以前就利用有機晶體管技術開發出了設想貼在身上使用的質輕柔軟的薄膜傳感器。為了將這種傳感器貼在身上使用，這次開發出了“粘合劑”材料。

設計時重視了以下幾個方面：只用人體舒適性好的材料制造;對人體組織有粘附性;容易加工的形狀(制作布線圖案)。通過在聚輪烷凝膠中摻入粘合劑等使用的聚乙烯醇并添加光交聯劑，這些性質都得以實現。

制造傳感器的步驟如下：首先在僅1.4μm厚的超薄PET薄膜上呈格狀配置有機晶體管以及測量電信號用的電極和布線。傳感器面積為4.8cm×4.8cm，間隔4mm配置144(12×12)個測量點。

其次，在整個薄膜上旋涂這次開發的凝膠材料，利用曝光裝置只對電極部分照射激光。這時，只有涂在電極上的部分變成凝膠，其他部分的凝膠材料溶于水，脫落下來。在與監測對象保持接觸所需要的電極上“選擇性涂布‘水性漿糊''''”(染谷)，就可以制成具有粘附性的薄膜狀傳感器。

監測大鼠的心電

這次傳感器最大的特點是可以隨著監測對象的活動測量體征信息。即使外部施加應力等，超薄薄膜也會通過起皺來吸收應力，電極通過粘附性凝膠與監測對象保持良好的接觸。

實際將試制的傳感器貼到膨脹氣球的表面，抽出空氣并施加100%的壓縮應力，傳感器并未出現脫落和電氣特性改變。原來質地比較硬的傳感器受人體活動干擾，無法準確獲取體征信息，而這次的傳感器可以避免這一問題。

染谷等人將開發的傳感器貼在大鼠心臟表面，進行了監測心電的實驗。使用普通金屬電極的傳感器將接觸位置的位移作為噪聲重疊在心電波形上。而這次開發的使用粘附性凝膠的傳感器可以穩定且準確地測量心電，“還能夠獲取心電波形中典型的微小結構”。通過MRI還發現：貼在大鼠心臟表面的傳感器在 24個多小時內未發生位移。凝膠材料中的聚乙烯醇隨著時間流逝會溶化失去粘附性，因此監測完以后可輕松揭下來。

將傳感器貼在心臟表面進行多點監測的方法，可以監測到從體外很難看到的“心臟電信號分布”(染谷)。研發小組還成功監測到了堵塞冠動脈引起心絞痛的大鼠心臟信號的傳播。

還可監測手指的活動

此外，研究小組按照跟心電傳感器一樣的開發要領，開發出了根據布線的電阻值變化來測量應變量的傳感器。貼在人的手指表面，成功監測了手指的活動。據研究小組介紹，這次反復施加20%左右的應力進行了監測，結果都測到了應變量，傳感器沒有絲毫劣化。原來的應變傳感器“都在靈敏度等方面展開競爭，但實際上真正需要的是(這次開發的這種)不會損壞的應變傳感器”(染谷)。

這次開發的傳感器在實用化方面還有三大課題：(1)進一步提高人體舒適性，不能引發身體炎癥，(2)在有活動和溫度的人體環境下，提高可靠性和穩定性，(3)開發供電及無線通信等實現系統化的周邊技術。

本次成果是通過日本科學技術振興機構(JST)的戰略性創造研究推進業務統括實施型研究(ERATO)“人體親和電子項目”獲得的，已于 2014年12月19日(英國時間)在英國科學雜志《Nature Communications》上發表。論文題目是《A strain-absorbing design for tissue-machine interfaces using a tunable adhesive gel》。日經技術在線