韓国の浦項工科大学（POSTECH）の科学者たちは、サボテンのトゲが水を引き寄せる仕組みに基づき、汗を集めるパッチを開発しました。このパッチは、汗に含まれる生化学物質に素早く反応し、着用者の血液中の化学物質の変化に応じて汗の生化学物質の変化を継続的に監視することができるため、採血を繰り返す必要がある糖尿病患者を助けるとともに、日々の健康状態を監視するウェアラブル機器への応用も期待されます。
汗センサーは、今後の非侵襲的なヘルスケアモニタリングのための有効なウェアラブルデバイスとして期待されています。汗の分泌物を捕らえることができれば、採血の必要なく体内の生体成分を分析することができますが、汗の分泌量が不規則で少ないことが妨げになる場合があります。しかし、Advanced Materials誌で報告されたこの新しい研究[Son et al. Adv. Mater. (2021) DOI: 10.1002/adma.202102740] では、サボテン棘の原理を真似て、皮膚に貼り付けて素早く汗を集めるパッチが開発されています。
サボテンは乾燥した環境で生育するため、トゲの先端にできた水滴を根元まで運び、生存を助ける必要がある。その際、水滴の曲面の内側と外側に働く圧力の差によって水滴が移動する、ラプラス圧力と呼ばれる現象が発生する。
この原理を利用して、超疎水性／超親水性の表面を持つくさび形の濡れ性パターンでサボテンの背骨の構造を模倣すると、くさびパターンの表面についた汗の水滴が、くさびパターンの広い方の端に自発的に移動することがわかった。これは、液滴の表と裏のラプラス圧力差が最大になるためであった。この楔パターン流路は、マイクロ流路の傾斜に関係なく、汗を素早く自発的に集めることができ、追加の力を必要としない。
また、ウェッジパターンのチャネルは、チャネル内に多くを残すことなく、ほぼすべての汗の液滴をセンシングエリアに運ぶため、有用な集汗効率を示す。つまり、従来のマイクロ流体チャンネルよりもはるかに速く汗を集め、生体分析物を連続的にモニターすることができる。このパッチは、汗を集める効率がよく、汗を運ぶことによってセンシングエリアを満たすのに必要な時間を短縮することができる。
チームリーダーのKilwon Cho氏は、「汗の採取が困難なため、ウェアラブルヘルスケア機器への利用が妨げられてきました。今回開発したパッチは、汗を素早く収集することでその問題を解決し、血糖値モニタリングを含む様々なウェアラブルヘルスケア機器への利用を容易にします。"と述べています。
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