阪大,皮膚に安定して密着する生体ドライ電極を開発

大阪大学の研究グループは,伸縮性(最大16倍伸長)や透明性(可視光透過率85%以上)に優れ,皮膚に安定して密着する生体ドライ電極を開発した(ニュースリリース)。

従来の医療機器の装着で使われてきたゲル電極またはペースト状ウェット電極は,装着する手間やゲルの肌残りなどの課題があり,近年では,ワイヤレスの生体電位計測システムによる,皮膚の柔らかさを考慮した生体ドライ電極の利用が増えつつある。ただし,個体差(各体形)による電極の浮きや装着圧による痛みなど,長期使用での改善点がある。

さらに,ワイヤレスの生体電位計測システムが家庭で利用されるには,装着感や違和感が少なく,かつ高精度・低ノイズであることが望まれていた。

今回研究グループは,独自の高分子ネットワーク制御技術を用いて生体ドライ電極を開発し,それをゴムのように伸縮自在かつ透明な薄膜センサシートとして構築することで,感知しにくいワイヤレス生体電位計測システムを創出した。

この薄膜センサシートは,生体電位計測において,医療機器と同等の信号の質(0.1μVオーダー)を実現できる。生体ドライ電極については,透明なものを含めて多くの研究報告があるが,人体で最も小さな活動電位である脳波を精度高く計測できる電極例はなかった。

低ノイズな信号計測を実現するためには,有機材料と無機材料の融合によって得られた高い導電性が重要となる。具体的には,生体ドライ電極に利用している有機(高分子)材料は,極めて伸縮性の高いエラストマーと導電性高分子からなり,材料中でナノ〜マイクロメートルサイズの相分離構造を形成することが出来る。

この場合,形成された導電性高分子の凝集体が,厚み方向への特異的な導電性を発揮する。また,相分離構造は,エラストマーの2次元ネットワークを形成し,厚み方向の可視光透過性と粘着力,面方向の高い伸縮性を実現している。

さらに,薄膜センサシートでは,肉眼では見えないAg/Auコアシェルナノワイヤからなる無機(金属)材料を配線材料に利用しているため高導電。この配線のネットワークを強化する成膜技術を構築することで,従来報告されているものよりも耐伸縮性が高められているという。

この薄膜センサシートは,ターゲット部位の脳波,心電,筋電,脈波,血中酸素飽和度,血流などのリモート計測システムを構築できるという。研究グループは将来,人の動作を妨げずに,疾患を早期発見する遠隔システムの実現に期待がかかるとしている。

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