拍動する細胞にも追従可能な伸縮性センサに関する研究

前年度で得られた熱圧着によるメッシュ電極の電気抵抗値の減少に関してさらに研究を進めた。ウェアラブルセンサにおいて、皮膚の炎症や不快感を防ぎつつ、継続的に生体情報をモニタリングするには、センサ自体にガス透過性が求められる。ガス透過性をもつデバイスを達成するアプローチの1つとして、ポーラス構造を利用することがあげられる。しかしポーラス構造の電極は、電極同士の接触不良のためコンタクト抵抗が高く、結果として高い抵抗値を示してしまう。センサの配線において、エネルギーの損失を考えると導電性配線の抵抗を最小限にする必要がある。そのため、電極を相互接続することにより、ナノメッシュ導体の抵抗を低減することを試みた。ガス透過性をもつメッシュ電極は次のように作製した。エレクトロスピニング法でPVA（ポリビニルアルコール）のナノファイバーを作製し、真空蒸着法で金を蒸着、水でPVAを溶かすことで人工皮膚にメッシュ電極を貼り付けた。相互接続させたメッシュ電極を作製するために、金を蒸着する前に、ナノファイバーに熱圧着プロセスを導入した。PVAの融点に近い180℃で熱圧着を行うことで、電極同士がつながった形状に変化した。電気抵抗値は170℃以上の熱圧着を行うことで急激に減少した。これはPVAファイバーの融解が164℃から始まるからだと、熱分析からわかった。180℃で熱圧着を行うことで、配線の抵抗値は76%減少することがわかった。電極形状が相互接続された構造に変化したことにより、コンタクト抵抗が減少したからであると考えられる。さらに、相互接続された構造により、電極の伸縮に対するロバスト性が増加し、ナノメッシュ電極の伸縮性は25%から80％に向上した。つまり、本研究の熱圧着プロセスによる電極形状の変化により、低抵抗化だけでなく高伸長化も同時に実現できた。

前年度で得られた熱圧着によるメッシュ電極の電気抵抗値の減少に関してさらに研究を進めた。ウェアラブルセンサにおいて、皮膚の炎症や不快感を防ぎつつ、継続的に生体情報をモニタリングするには、センサ自体にガス透過性が求められる。ガス透過性をもつデバイスを達成するアプローチの1つとして、ポーラス構造を利用することがあげられる。しかしポーラス構造の電極は、電極同士の接触不良のためコンタクト抵抗が高く、結果として高い抵抗値を示してしまう。センサの配線において、エネルギーの損失を考えると導電性配線の抵抗を最小限にする必要がある。そのため、電極を相互接続することにより、ナノメッシュ導体の抵抗を低減することを試みた。ガス透過性をもつメッシュ電極は次のように作製した。エレクトロスピニング法でPVA（ポリビニルアルコール）のナノファイバーを作製し、真空蒸着法で金を蒸着、水でPVAを溶かすことで人工皮膚にメッシュ電極を貼り付けた。相互接続させたメッシュ電極を作製するために、金を蒸着する前に、ナノファイバーに熱圧着プロセスを導入した。PVAの融点に近い180℃で熱圧着を行うことで、電極同士がつながった形状に変化した。電気抵抗値は170℃以上の熱圧着を行うことで急激に減少した。これはPVAファイバーの融解が164℃から始まるからだと、熱分析からわかった。180℃で熱圧着を行うことで、配線の抵抗値は76%減少することがわかった。電極形状が相互接続された構造に変化したことにより、コンタクト抵抗が減少したからであると考えられる。さらに、相互接続された構造により、電極の伸縮に対するロバスト性が増加し、ナノメッシュ電極の伸縮性は25%から80％に向上した。つまり、本研究の熱圧着プロセスによる電極形状の変化により、低抵抗化だけでなく高伸長化も同時に実現できた。