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东京大学利用印刷工艺制造创可贴式“柔性体温计”

日期:2015-11-17

柔软弯曲,可以像创可贴一样贴在皮肤上使用……日本东京大学研究生院工学系研究科特聘助教横田知之和教授染谷隆夫的研究小组开发出了可使用印刷工艺制造的“柔性体温计”。这种用印刷工艺制造出的超薄柔软塑料温度计,贴在人体表面上,成功测量出了体表的温度分布。该产品设想应用于监测婴儿体温等保健、医疗及介护领域等。

 

在厚1μm的薄膜基板上制作

此次开发出的柔性体温计是利用印刷工艺在薄膜基板上制成的。厚度仅大约15μm,柔软可弯曲。灵敏度高达0.02℃,响应速度也高达100ms。实验证实即使反复测量接近2000次,也不会失去再现性。

传感器中尚未集成电源电路和读取电路,不过如果使用研发小组以前开发的技术,原理上可以集成电源电路和读取电路。今后,研究小组将进一步减小厚度,提高可反复测量的次数,争取3年内实现商品化。

超薄轻量、不易损坏

作为用来实现柔性温度传感器的材料,随着温度升高、电阻增大的“聚合物PTC(Positive Temperature Coefficient:正温度系数)”备受关注。不过,使用聚合物PTC,尚未实现响应温度在体温附近、可利用印刷工艺制造的温度传感器。

此次在合成聚合物PTC时,采用改变两种单体混合比例的方法,使得响应温度可在体温附近调整。具体就是,通过改变丙烯酸十八酯和丙烯酸丁酯这两种单体的混合比例,使响应温度可在2550℃自由调整。原来调整聚合物PTC响应温度的方法是改变分子量,因此响应温度的控制性低。

 

在掩模板上涂布聚合物PTC膏制成温度传感器

作为导电性物质添加了石墨。在体温附近,温度上升时,聚合物PTC膨胀,石墨颗粒间的物理距离变大,电阻升高。对于5℃的温度变化,电阻会有56个数量级的改变。由于变化较大,因此不用复杂的读取电路即可。

可检测温度分布

 

利用印刷工艺制作12点×12点的多点温度传感器

研究小组将此次开发的温度传感器贴在老鼠的肺表面,测量了伴随呼吸运动的温度变化。结果发现,尽管外界气温(25)与体温(37)差距很大,老鼠的肺在呼气和吸气时的温度差却只有大约0.1℃。实验表明:恒温动物可精准地保持恒定体温。

研究小组还制作出了利用印刷工艺集成了有机晶体管有源矩阵的12点×12点的多点温度计。并实时测量了表面温度的分布。

监测婴儿和术后患处

柔性体温计的设想用途是监测婴儿体温以便及早发现身体异常、贴在手术后的患处监测炎症导致的发热、还可以用于测量运动中衣服内侧的体温,以便开发功能性运动服等。

 

可像创可贴一样贴在皮肤上使用

此次成果是在日本科学技术振兴机构(JST)战略性创造研究推进业务统括实施型研究(ERATO)“染谷人体亲和电子项目”中,通过与美国德克萨斯大学达拉斯分校教授WalterVoit的研究小组合作研究获得的。论文已于美国时间2015119日发表在美国科学杂志《美国科学院院刊》(PNAS)”的在线速报版上。论文题目是“Ultraflexible,large-area,physiological temperature sensors for multipoint measurements(用于多点测量的超薄大面积生理温度传感器)。(日经技术在线)

http://china.nikkeibp.com.cn/news/medi/76084-201511111439.html

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