タンペレ大学の研究者は、ペイゾエレクトリック技術に基づき、動脈脈波の計測を可能にする、非常に目立たない低コストなウェアラブルe-tatooを開発しました。この技術は、2022年12月2日に開催されるTechBlick conference on wearable sensors, e-textiles and printed electronicsで発表される予定です。このイベントは、400人以上の参加者とネットワークを構築し、40以上のブースを訪問することができるオンライン無料イベントです。 ご興味のある方は、アジェンダをご覧になり、こちらからお申し込みください。www.TechBlick.com/wearables
スライド1：心血管疾患（CVD）は、世界で最も一般的な死因であり、2016年の全死亡者の約30％（〜1790万人）を占めています。そこから外挿すると、致死的なCVDを発症する危険性のあるリスクグループの規模は、世界中で数億人に上ります（2010年の調査では、米国だけでもCVD患者数は8,260万人と推定されています）。この膨大なリスク群をモニターするために、動脈脈波連続モニタが最近提案されています。しかし、現時点では、これらのデバイスの費用対効果の高い製造、控えめさ、正確さを兼ね備えたソリューションは存在しません。
スライド2：私たちの研究では、電子タトゥー（e-tattoo）タイプのPWセンサーのためのスケーラブルでコスト効率の良い印刷ベースの製造方法を開発し、参照デバイスと複数の研究対象を使ってその精度を詳細に調査しました。このデバイスは、インクジェット印刷されたGOPS架橋PEDOT:PSSの下部/上部電極に挟まれたバーコートP(VDF-TrFE)圧電層に基づいている。選択した材料は生体適合性があり、透明で、パリレンC基板を含むデバイス全体の厚さはわずか4.2μmであり、ユーザーにとって非常に控えめなデバイスとなっています。また、この薄い形状により、pw測定時にP(VDF-TrFE)の高い曲げモード感度にアクセスすることができます。さらに、圧電変換の原理を利用することで、エネルギー効率の向上が期待できます。
スライド3：GOPS架橋PEDOT:PSSを用いて超薄型P(VDF-TrFE)層の強誘電体/圧電体性能を最適化しました。プリスティンのPEDOT:PSSと比較して、残留分極値は約70%増加し、保磁力線は約34%減少しています。この改善の原因は、架橋PEDOT:PSS電極を使用した際にリーク電流が減少し、ポーリング工程の効率が改善されたためと考えられます。リーク電流の減少は、架橋PEDOT:PSSの化学的安定性が向上し、電極材料がP(VDF-TrFE)層に浸出するのを防ぐことに関係していると思われます。初期のリーク電流分析では、架橋PEDOT:PSS電極を用いたサンプルでは、プール-フランクル型伝導（P(VD-TrFE)の内部トラップ状態に関連する）がないことが確認されています。
スライド4：デバイスの超薄型化により、pw測定においてP(VDF-TrFE)の高い屈曲モード感度にアクセスすることが可能になりました。この目的のために、センサーはPET上での一軸曲げと、様々なヤング率ソフトエラストマー（PDMS）上での多軸曲げで特性評価を行いました。前者の特性評価設定は、カフなしで動脈の上の皮膚でe-tattooセンサーが自由に変形する状況に対応し、後者の設定は、カフ付きのPW測定に対応しています。両者とも、測定された最大感度は1700pC/Nであり、従来のアプラナシオン眼圧計（センサーを硬いバックプレートに取り付け、動脈に押し当てる）で有効なP（VDF-TrFE）の通常モード感度の約50倍であった。この結果を検証するために、FEモデルを作成しました。
スライド6 e-tattooセンサーを用いて、カフなし、ソフトエラストマーカフ付きの脈波測定を実施。n=7の被験者による基準装置との比較では、脈波波形から臨床的に重要な橈骨増大指数を導き出すには、中程度のヤング率を持つ軟質エラストマーカフ（1：10 PDMS）が最も適合する（被験者全員でのp=0.22、問題なく測定できた5名でのp=0.81）。また、e-tattooセンサーでは、センサーの機械的結合の問題やセンサー間の出力インピーダンスのばらつきにより、実験間のばらつきが大きいものの、カフレス測定が可能である。それでも、最良のケースでは、カフレス測定により、センサーと基準機器の間で非常に良好な一致が得られます。
この技術は、2022年12月2日に開催されるTechBlick conference on wearable sensors, e-textiles and printed electronicsで発表される予定です。このイベントはオンラインで無料で参加でき、400人以上の参加者とネットワークを築き、40以上のブースを訪問することができます。ご興味のある方は、アジェンダをご覧になり、こちらからお申し込みください。www.TechBlick.com/wearables
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