ウエアラブルヘルスモニタリングセンサ

August, 29, 2023, West Lafayette--パデュー大学の研究者が開発した特許申請中の方法により、装着者の快適性に影響を与えないウエアラブルエレクトロニクスを備えた衣服へ一歩近づく。その方法は、製造プロセスを簡素化し、センシング機能を高める。

血圧、体温や呼吸パタンなどの生体情報をモニタするウエアラブルエレクトロニクスは、研究で人目を引くようになっている。しかし、従来のウエアラブルデバイス、ヘルスモニタリングシステムは、固くて柔軟性がなく、長期間の装着が難しい。

さらに、Sunghwan Leeによると、ウエアラブルセンサを衣服上に作製することには、様々な一連の問題がある。同氏は、パデュー大学ポリテクニーク研究所、工学技術、准教授。従来のセンサには、生地の通気性がない、つまり内部から外部への空気の循環がない。通気性は、蒸気を発散させ、これにより人は過熱を防ぎ、快適性を維持できる。

「センサが、特に、このようなエレクトロニクスを長期に装着する必要がある軍あるいは医療支援リハビリテーションアプリケーションの場合は、重要である。リハビリセッション、あるいは軍事演習中にそれらを交換することは、不便である」(Lee)。

「こうした制約は、衣類にセンサを実装する従来法が原因である。それは、脆く、柔軟性がない無機材料のいずれかに依存している。それらは、長期の安定性がなく、液相処理できない。したがって、布に共形コーティングができず、必要な通気性の確保が難しい」。

研究チームは、酸化化学気相成長法(oCVD)という技術を利用して、生地の全ての糸にコンフォーマリーにコーティングした高導電性、機械的に柔軟なポリマフィルムを形成した。それは、PEDOTと言うポリマ層の厚さを制御し､同時に生地の通気性と柔軟性を維持する。

研究チームは、市販の使い捨てグラブやマスクにPEDOT層を直接成長させ、パタン化し、血圧モニタリング、呼吸数モニタリングセンサを作製することでその方法を実証した。チームは、様々な厚さのフィルムでコーティングしたファブリックサンプルを繰り返し折り曲げ、様々な温度でテストして、共形的に蒸着印刷されたPEDOT層の機械的柔軟性を確認した。

「サンプルは、ファブリックで高い応力と歪を作るように180°曲げられた。その電気伝導性は、サイクル毎に計測された。堆積層は、100以上の折り曲げサイクルでその導電性性能を一貫して維持することが示された。これは、ウエアラブルファブリックが受ける、機械的柔軟性と曲げ耐性および歪耐性が優れていることを示している」(Lee)。

通気性テストは、ファブリックの通気性が被覆されたPEDOTフィルムに侵害されなかったことを決定づけた。ありのままのファブリックとoCVD PEDOTコートファブリックの間の通気性の差は取るに足りないものであった。様々な厚さのoCVD PEDOTコートファブリックの間に明確な差はなかった。

「この一貫した高い通気性は、ウエアラブルデバイス向けoCVD PEDOTの強化された多様性を示している。フィルムの厚さは、通気性に対する影響を考慮する必要な時間に対しに、アプリケーション毎に調整可能である」とLeeは話している。

研究チームの次のステップは、医療専門家の支援なしで日常の活動中、Bluetoothでワイヤレスに健康状態をモニタするために、そのプロセスのパッケージングとペアリング開発である。