超フレキシブル有機圧電型発電/拍動検知デバイス開発と生体内駆動の検証

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本年度は、フレキシブル有機強誘電体フィルムの作製、強誘電/圧電特性の基礎評価に加え、心臓拍動のように臓器変形が伝搬していく複雑な臓器変形を検知するため、多素子センサを作製し、多点測定を試みた。PENフィルム上に、下部電極としてAl100 nmを真空蒸着した後、強誘電性高分子P(VDF/TrFE)をスピンコート成膜した。上部電極としてAl薄膜を真空蒸着し、キャパシタ型圧電センサーとした。上下電極はパターニングすることで、9つの圧電センサからなる拍動検出用センサー素子とした。デバイス保護、生体適合性のため、素子全面には気相重合法によりparylene Cを堆積してデバイス封止した。全センサー部をポーリング処理し、分極方向を一方向に揃え、かつ残留分極量Prを60mC/m2に揃えた。成人男性3D-X線CT画像から復元した心臓拍動モデルに、試作した多素子センサを貼り付け、正常拍動(60bpm)におけるセンサー出力を詳細解析した。すべての素子で、心臓モデル収縮時に負、膨張時に正の出力電圧が得られたが、センサ貼り付け位置によって出力電圧のピーク時間と電圧値には違いを観察した。「ピーク時間」の違いは拍動挙動（動き方）が場所によって異なることを、「電圧値の違い」は変位速度が異なること示差しており、心臓モデルの変形が右心室から左心室側へ伝搬していく複雑な心拍挙動の観測に成功した。また出力電圧の時間変化を圧電方程式に基づき応力変換することで、心臓モデル表面にかかる応力を計算した。心臓の電気的活動を体表電極で読み取る心電図と異なり、試作したフレキシブル圧電フィルムは心臓変形そのものをリアルタイム検出しており、かつ心臓表面にかかる応力（心筋力）が検出可能であることから、心膜炎等の心臓組織表面の疾患の早期発見が可能であると考えられる。また新規導入したマスクレス露光機の立ち上げ、及び条件出しも行った。