皮膚に電子を描く革新的なタトゥー

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(The new tattoo: Drawing electronics on skin)

2020/7/13 アメリカ合衆国・ミズーリ大学

・ ミズーリ大学が、紙と鉛筆をベースとした、低コストでシンプルなオン・スキン電子デバイスを開発。
・ 市販のコピー用紙のフレキシブルな基板に、導電性のグラファイトを含有する鉛筆でパターンを描くこと、バイオフィジカル・バイオケミカルセンサーや、エネハベ(環境発電)デバイス等を作製できる。紙は約 1 週間で分解される。
・ 商用のオン・スキンバイオ電子デバイスは、トラッキングコンポーネントとフレキシブルな材料(プラスチック等)より構成され、製造が複雑で高コスト。
・ グラファイトを 90%超含有する鉛筆では、絵を描いたり文字を書いたりする際の鉛筆と紙の間の摩擦
で起こる多量のエネルギーを伝導できることを発見。
・ 特にグラファイトを 93%を含有する鉛筆が、紙に描いたオン・スキンバイオ電子デバイスの作製に最適であることを確認した。紙と皮膚の接着性を向上させる生体適合性のスプレー接着剤の利用も可能。
・ 個人の睡眠レベルのモニタリングを支援するバイオ医療デバイスの作製や、紙と鉛筆を使用したウェアラブルデバイス作製をが学習計画に取り入れたり、研究者による家庭でのリモート研究活動にも役立てられると考える。
・ 本研究は、ミズーリ大学のスタートアップファンドと、米国科学財団(NSF)、米国空軍研究所(AFOSR)および米国立衛生研究所(NIH)のグラントにより実施された。
URL: https://news.missouri.edu/2020/the-new-tattoo-drawing-electronics-on-skin/

<NEDO海外技術情報より>

(関連情報)

米国科学アカデミー紀要(PNAS)掲載論文(アブストラクトのみ:全文は有料)
Pencil–paper on-skin electronics
URL: https://www.pnas.org/content/early/2020/07/09/2008422117

Abstract

Pencils and papers are ubiquitous in our society and have been widely used for writing and drawing, because they are easy to use, low-cost, widely accessible, and disposable. However, their applications in emerging skin-interfaced health monitoring and interventions are still not well explored. Herein, we report a variety of pencil–paper-based on-skin electronic devices, including biophysical (temperature, biopotential) sensors, sweat biochemical (pH, uric acid, glucose) sensors, thermal stimulators, and humidity energy harvesters. Among these devices, pencil-drawn graphite patterns (or combined with other compounds) serve as conductive traces and sensing electrodes, and office-copy papers work as flexible supporting substrates. The enabled devices can perform real-time, continuous, and high-fidelity monitoring of a range of vital biophysical and biochemical signals from human bodies, including skin temperatures, electrocardiograms, electromyograms, alpha, beta, and theta rhythms, instantaneous heart rates, respiratory rates, and sweat pH, uric acid, and glucose, as well as deliver programmed thermal stimulations. Notably, the qualities of recorded signals are comparable to those measured with conventional methods. Moreover, humidity energy harvesters are prepared by creating a gradient distribution of oxygen-containing groups on office-copy papers between pencil-drawn electrodes. One single-unit device (0.87 cm2) can generate a sustained voltage of up to 480 mV for over 2 h from ambient humidity. Furthermore, a self-powered on-skin iontophoretic transdermal drug-delivery system is developed as an on-skin chemical intervention example. In addition, pencil–paper-based antennas, two-dimensional (2D) and three-dimensional (3D) circuits with light-emitting diodes (LEDs) and batteries, reconfigurable assembly and biodegradable electronics (based on water-soluble papers) are explored.

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