【電気工学】折り曲げても正常に作動する電源内蔵型ウエアラブル心臓センサー
Nature
折れ曲がっても安定的に作動する心臓用の電源内蔵型ウエアラブルセンサーについて報告する論文が、今週掲載される。
皮膚に装着できるフレキシブルな電源内蔵型電子機器は、さまざまな生理学的シグナル（例えば、心拍数）を継続的に測定するための生物医学デバイスの新しい世代の幕開けとなる可能性がある。ただし、堅固な電源や電線コネクターを使わずに、このデバイスの動力源を確保する方法を開発する必要がある。理想的な静止条件下で太陽電池によって作動するフレキシブルなデバイスが開発されているが、現在のデバイス構成では、着用者の皮膚の動きによる折り曲げに対する耐久性を要求された場合に、安定的に作動する電源が得られないことが分かっている。
今回、東京大学の染谷隆夫（そめや・たかお）たちの研究グループは、生体計測信号を正確に測定する、薄型で極めてフレキシブルな太陽電池式デバイスを開発した。このデバイスは、有機太陽電池と電気化学トランジスターを用いたセンサーが、厚さ1マイクロメートルの折り曲げ自在な表面に埋め込まれている。染谷たちは、この太陽電池をナノスケールの格子パターンに成形し、光吸収性を高めることで、高い電力変換効率を達成した。さらに、このデバイスが、ヒトの皮膚とラットの心臓表面上で心臓センサーとして機能することも実証された。
染谷たちは、このシステムが、他のさまざまなタイプのフレキシブルな電源内蔵型電子機器の開発におけるひな型になる可能性があるという結論を示している。
A wearable, self-powered cardiac sensor capable of stable operation when being flexed is reported in a study published in this week’s Nature.
Self-powered, flexible electronics that can be worn on the skin could open up a new generation of biomedical devices to track various physiological signals, such as heartbeats. There is a need, however, to develop methods of energizing these technologies that does not rely on rigid power sources or wire connectors. While devices run off of flexible solar power cells have been realized in idealized, static settings, existing setups have proved unable to deliver a consistent power supply when subjected to the kind of flexing that would need to be endured when worn on an individual’s moving skin.
Takao Someya and colleagues present a thin, ultra-flexible, solar-powered device capable of measuring biometric signals accurately. The device is made up of an organic solar cell and an electrochemical transistor sensor, embedded onto a one-micrometre-thick bendable surface. By moulding a nanoscale grating pattern into the solar cells to increase light absorption, the authors were able to achieve high power conversion efficiency. They demonstrate their device operating as a cardiac sensor both on human skin and on the surface of a rat’s heart.
The authors conclude that this system could provide a template for developing various other types of self-powered flexible electronics.
doi: 10.1038/s41586-018-0536-x
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