皮膚に描き込むセンサー〜日経サイエンス2021年1月号より

安価なウエアラブル健康モニターをペンとインクで皮膚にお絵描き

数枚の型紙と3本のペンというと，子供のお絵描き用具に思える。だが，最近の研究者はそうした道具を使って，人間の皮膚に実用的な健康センサーを直接描き込んでいる。

様々な健康指標をチェックする装着型のセンサーは以前のかさばる装置から，近年ではタトゥーシールのように皮膚に貼りつける柔軟なパッチに進化した。ただし，そうした既製のセンサーは値が張るほか，皮膚の立体的カーブにぴったりとは追随しない場合があり，装着者の動きによってダメージを受けやすい。これに対しNature Communications誌に発表された皮膚に描く新たな電子システムは，これらの問題をともに解決できるだろう。

導電性インクを改造ボールペンに装填

ヒューストン大学の医用生体工学者エルシャド（Faheem Ershad）が率いるチームはまず，人間の皮膚に安全に使用できる導電性インクを開発した。ポリマー溶液に細かな銀の薄片を分散させたものだ。改造ボールペンにこのインクを装填し，テープとフィルムで作った型紙を被験者の皮膚に当てて，型をたどって必要な電気回路を描いた。「図形の描き方を習っている幼稚園児みたいに」とエルシャドはいう。「実に簡単だ」。5分以内にインクが乾き，実際に機能するセンサーができあがる。その後，電力供給とデータ出力用に，標準的な導線をテープで留めた。

同チームはこのタイプのインクだけを使って，皮膚の水分量と，心筋および骨格筋の電気的活動を測定した。このセンサーは皮膚に完全に密着して変形するので，装着者が歩き回ってもセンサーが傷むことはなく，データの質も損なわれない。このインクは汗や摩擦に強いが，石鹸水を含んだペーパータオルで拭けば簡単に取り除くことができた。「丈夫なうえ，身体のどの部分にも簡単につけられる」と，ウエアラブル生体電子機器を研究しているテキサス大学オースティン校のキレーエフ（Dmitry Kireev，この研究には加わっていない）はいう。「見事な解決策だ」。

エルシャドのチームはより複雑なセンサーを作るため，さらに2種類のインクを追加した。1つは半導体となり，もう1つは誘電体（絶縁体の一種）として機能する。皮膚を模したシリコーンのシート上にそれぞれのインクで異なる層を描き，体温センサーと応力センサーを作り上げた。（続く）

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