公立大学法人大阪府立大学

絆創膏のような装着型ウェアラブル健康パッチに一歩前進―高感度でやわらかいpHセンサーを開発(電荷結合素子・転送・蓄積技術を応用)―

更新日:2018年11月13日

研究成果のポイント

  • 電荷結合素子(CCD)・転送・蓄積構造(解説1)を世界で初めてフレキシブルフィルム上に実現したことにより、通常の4倍以上の感度のpHセンサー(解説2)を薄く柔らかく作ることに成功
  • 温度センサーとの集積により、皮膚温度および汗のpH値のリアルタイム計測を実証。次世代健康管理パッチの開発に期待
  • 糖尿病の予防および診断、熱中症予防など予防医学や健康管理のためのデジタルヘルスのツールへの展開が期待でき、医療費削減、孤独死予防、医師・看護師の負担軽減など、さまざまな社会問題の解決につながる可能性

研究内容

開発したCCD型高感度フレキシブルpHセンサパッチと測定結果の図

大阪府立大学 大学院 工学研究科 竹井 邦晴 准教授の研究グループは、JST戦略的創造研究推進事業等の研究において、世界で初めてフレキシブルフィルム上にCCD構造を作製することに成功しました。またこれを用いて、汗のpH値(水素イオン濃度)を高感度に計測できる、柔らかいウェアラブルデバイスのプロトタイプを開発しました。人の健康状態の指標となる汗のpH値と皮膚温度を計測することが可能になり、日常健康管理ツールへの展開が期待されます。

電荷転送・蓄積技術を用いることで、非常に高感度なフレキシブルpHセンサ-を世界で初めて実現しました。また同時に安定なフレキシブル温度センサーも集積しました。

これによって、市販されているpHセンサーと比べ感度が4倍以上と高くなり、また柔らかいセンサ-構造により絆創膏のように皮膚に貼ることで汗中のpH値を常時計測することが可能になりました。この技術は、将来、汗中に含まれる低濃度の化学物質(例えば、糖成分やナトリウムイオン、カリウムイオン及びそれらに起因する化学物質)または皮膚ガスに含まれるにおい物質などの濃度変化の計測を実現するための基礎技術ともなります。

本研究成果は、2018年11月13日 午前1時(日本時間)に、英国科学誌「Nature Electronics」のオンライン速報版で公開されました。

論文タイトル「A wearable pH sensor with high sensitivity based on a flexible charge-coupled device 」

用語解説

解説1 電荷結合素子(CCD)・転送・蓄積構造

電極に印加された電圧により絶縁体を挟んだ半導体中に電荷が発生し、その電荷を入力から出力へ連続的に転送する技術。またその転送された電荷をコンデンサに蓄積することで出力電圧が電荷転送回数に応じて変化するデバイス構造を意味する。

解説2 pHセンサー

pHとは溶液の酸性・中性・アルカリ性の強さを表した指標であり、それを測定するセンサーを一般的にpHセンサーと呼ぶ。

研究助成資金等

本研究の一部は科学技術振興機構(JST)戦略的創造研究推進事業 さきがけ(JPMJPR17J5)、科学研究費助成事業(科研費)若手研究A(JP17H04926)、東電記念財団研究助成(基礎研究)からの支援を受けて行われました。

関連リンク

お問い合わせ

大阪府立大学 大学院 工学研究科

准教授 竹井 邦晴

Tel 072-254-9497 Eメール takei[at]pe.osakafu-u.ac.jp[at]の部分を@と変えてください。