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

超柔性有机压电发电/脉动检测装置开发及体内驱动验证

• 批准号: 21H04655
• 负责人: 石田 謙司
• 金额: $ 26.87万
• 依托单位: Kyushu University (2023)Kobe University (2021-2022)
• 依托单位国家: 日本
• 项目类别: Grant-in-Aid for Scientific Research (A)
• 财政年份: 2021
• 资助国家: 日本
• 起止时间: 2021-04-05 至 2024-03-31
• 项目状态: 已结题
• 来源: https://kaken.nii.ac.jp/en/grant/KAKENHI-PROJECT-21H04655/
• 关键词: 有機圧電膜; 超フレキシブル; 拍動センシング; 心臓発電; インプランタブル; 有機圧電薄膜; 心臓拍動; フレキシブル圧電薄膜; 心筋力; インプランタブルデバイス; センシング; 有機強誘電体; 拍動検知

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。

This year's production of the organic strong dielectric Fukuro, basic evaluation of strong dielectric/voltage characteristics, and heart-beating materialsうに蓓器剉shapedが伝movable していく 雑な蓓器剉shaped を検知するため, 多素子センサを产し, multi-point measurement をtrialみた. After the upper and lower electrodes of PEN are vacuum evaporated with Al100 nm, the highly electrostatic polymer P(VDF/TrFE) is film-formed. The upper electrode consists of a vacuum evaporated Al film and a キャパシタ-type high-pressure electrolyte vaporizer. The upper and lower electrodes are はパターニングすることで, and the 9つのvoltage electric センサからなる flaps the 検出用 センサー真子とした.デバイスprotection, biocompatibility のため, element comprehensive には気 overlap method によりparylene C を stacking してデバイス sealing した. All センサーをポーリング treatmentし, polarization directionをone directionに揃え,かつresidual polarization amountPrを60mC/m2に揃えた. 3D-X-ray CT image of an adult male, the recovery of the heart, the beating of the heart, and the trial work of Ta Motokoにおけるセンサー出力をDetailed analysis of the normal beat (60bpm).すべての真子で、心蓓モデル Negative when contracting, Positive when expanding のOutput electric pressure られたが, The location of the センサ post is the time of the electric pressure and the time of the electric pressure is the same. 「ピークTime」のviolationいはbeating挙动(movingきsquare)がplaceによってdifferentなることを、「电妧値のviolationい」は変 bit speedがdifferentなることDisplay differenceしており、心臓モデルの変shapedがRight ventricleからLeft ventricular sideへ伝movingしていくFu雑なcardiac beat and moveの観measurementにsuccessfulした. The time change of the output electric pressure and the pressure electric equation are the basis of the electric force and the calculation of the electric force of the surface. The activity of the electrocardiogram and the electrocardiogram of the body surface electrodesしており, かつ心臓 surface にかかる応力 (heart muscle force) が検出possible であることから, Diseases on the surface of cardiac tissue, such as carditis, may not appear early. The introduction of new regulations is the introduction of the light machine, and the conditions are out.

项目成果

ジパラキシリレンの真空中での蒸発挙動に関する研究

二对二甲苯真空蒸发行为研究

• 发表时间: 2021
• 作者: Kenta Higashida;Iori Sugimoto;Yasuko koshiba;and Kenji Ishida;石田謙司
• 通讯作者: 石田謙司

生体模倣ゴムに包埋した有機圧電薄膜デバイスの多軸応力解析

仿生橡胶中嵌入的有机压电薄膜器件的多轴应力分析

• 发表时间: 2022
• 作者: 田中雅人;小柴康子;堀家匠平;石田謙司
• 通讯作者: 石田謙司

真空下熱重量測定による鎖状アルカン蒸発挙動の鎖長依存性評価

真空下热重分析评价链烷烃蒸发行为的链长依赖性

• 发表时间: 2022
• 作者: 髙橋大樹，堀家匠平;小柴康子;石田謙司
• 通讯作者: 石田謙司

分極制御したフレキシブル有機強誘電体薄膜のセンサー・創エネ機能

偏振控制柔性有机铁电薄膜的传感器和能量产生功能

• 发表时间: 2021
• 作者: Fukui Takato;Matsuda Yoshinobu;Matsukura Makoto;Kojima Takahiro;Funato Mitsuru;Kawakami Yoichi;坪井優樹，阪井優太，鈴木佐俊，後藤正幸;石田謙司
• 通讯作者: 石田謙司

Multipoint detection of structural deformation of pulsating 3D heart model using flexible organic piezoelectric-sensor array

使用柔性有机压电传感器阵列多点检测脉动 3D 心脏模型的结构变形

• DOI: 10.35848/1347-4065/ac5a04
• 发表时间: 2022
• 期刊: Japanese Journal of Applied Physics
• 影响因子: 1.5
• 作者: Yusaku Nagayama;Yuya Kondo;Yasuko Koshiba;Shohei Horike;Kazuto Takashima ;Kenji Ishida
• 通讯作者: Kenji Ishida