日本東京大學(xué)研究生院工學(xué)系研究科教授染谷隆夫領(lǐng)導(dǎo)的研究小組開發(fā)出了可直接貼在身上測量體征信息的薄膜狀傳感器。設(shè)想用于保健、醫(yī)療、體育、社會福利等領(lǐng)域，還計劃嵌入體內(nèi)使用。

　　東京大學(xué)開發(fā)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(jiān)測對象在不�；顒�，傳感器也不會發(fā)生位移、脫落及破損，可以穩(wěn)定地監(jiān)測體征信息。驗證實驗結(jié)果表明，該傳感器可以精確測量物理量(應(yīng)變)和生理電信號(心電)。

　　“粘合劑”是關(guān)鍵

　　染谷領(lǐng)導(dǎo)的研究小組以前就利用有機晶體管技術(shù)開發(fā)出了設(shè)想貼在身上使用的質(zhì)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(fā)出了“粘合劑”材料。

　　設(shè)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(lián)劑，這些性質(zhì)都得以實現(xiàn)。

　　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(fā)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(jiān)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(jiān)測大鼠的心電

　　這次傳感器最大的特點是可以隨著監(jiān)測對象的活動測量體征信息。即使外部施加應(yīng)力等，超薄薄膜也會通過起皺來吸收應(yīng)力，電極通過粘附性凝膠與監(jiān)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(yīng)力，傳感器并未出現(xiàn)脫落和電氣特性改變。原來質(zhì)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(fā)的傳感器貼在大鼠心臟表面，進行了監(jiān)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(fā)的使用粘附性凝膠的傳感器可以穩(wěn)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(jié)構(gòu)”。通過MRI還發(fā)現(xiàn)：貼在大鼠心臟表面的傳感器在 24個多小時內(nèi)未發(fā)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(jiān)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(jiān)測的方法，可以監(jiān)測到從體外很難看到的“心臟電信號分布”(染谷)。研發(fā)小組還成功監(jiān)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(jiān)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(fā)要領(lǐng)，開發(fā)出了根據(jù)布線的電阻值變化來測量應(yīng)變量的傳感器。貼在人的手指表面，成功監(jiān)測了手指的活動。據(jù)研究小組介紹，這次反復(fù)施加20%左右的應(yīng)力進行了監(jiān)測，結(jié)果都測到了應(yīng)變量，傳感器沒有絲毫劣化。原來的應(yīng)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(fā)的這種)不會損壞的應(yīng)變傳感器”(染谷)。

　　這次開發(fā)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(fā)身體炎癥，(2)在有活動和溫度的人體環(huán)境下，提高可靠性和穩(wěn)定性，(3)開發(fā)供電及無線通信等實現(xiàn)系統(tǒng)化的周邊技術(shù)。

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