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ワイヤレスで伸縮可能な埋め込み型バイオシステムを開発

Georgia Institute of Technologyの研究グループが、エアロゾルジェット法を用いてワイヤレスで伸縮可能な埋め込み型バイオシステムを開発しました。

この研究成果は、Advanced Scienceに掲載されています。


この記事は下記論文の紹介記事です。

論文:

Herbert, Robert, et al. "Fully Printed, Wireless, Stretchable Implantable Biosystem toward Batteryless, Real‐Time Monitoring of Cerebral Aneurysm Hemodynamics." Advanced Science (2019): 1901034.

https://onlinelibrary.wiley.com/doi/full/10.1002/advs.201901034



最近、微細加工技術の進歩により、多くの小型化された埋め込み型電子機器が可能になりました。

柔らかい素材と組み合わせて、バイオセンサーなど、フォームファクターの低い伸縮性のある柔軟なデバイスが開発されています。

これらのセンサーの実際の使用は、ワイヤレスモニタリング機能と製造の信頼性とスケーラビリティに大きく依存します。


最近、エアロゾルジェット印刷(AJP)は、従来の製造技術の問題に対処するために導入され始めています。

AJPは、従来のプロセスと比較して、直接印刷、デジタル設計、最適化された制御により、より高速で信頼性の高い製造とスケーラブルな製造を可能にします。ただし、これまで開発されたAJPベースの電子機器は、受動的な電気部品、トランジスターの開発、およびフレキシブル基板に限定されていました。伸縮性が高いデバイスとして、歪みセンサーおよび湿度センサーとして使用するための自立相互接続可能な導線を開発した研究例もありますが、ポリイミド(PI)と銀ナノ粒子(AgNP)の混合複合材料を用いて製造されたため、全体の配線厚さが30 µmに近いにもかかわらず、無線デバイスで使用するには抵抗が高すぎるという課題を有しています。このため、現在、AJPはワイヤレスで伸縮可能な電子機器の開発には適用されていません。


このような課題に対し、同グループは伸縮性のあるワイヤレス電子機器をエアロゾルジェット3D印刷を用いて実現するハイスループットで大規模な製造方法を開発しました。

ナノインクの準備とパラメーターの最適化に関する包括的な研究により、高性能の静電容量式流量センサーの薄型の多層印刷が可能になったとのことです。この研究成果は、AJPを用いたワイヤレスモニタリング用の伸縮可能な容量性システムを実現した最初の研究例であり、薄い多層デバイスを作製するAJPを用いたの最初の最適化とのことです。



本研究により報告されたアプローチは、従来の微細加工技術とは異なり、ソフトマテリアルとのシームレスな統合を可能にしつつ、完全に追加可能で、容易にスケーラブルな方法です。

エアロゾル材料のパラメトリック研究では、薄い多層電子印刷の重要な要素をまとめています。機械的研究では、センサーの伸縮性と柔軟性の高い設計が示されました。統合されたセンサーとステントシステムの展開は、既存の手順との互換性を示しました。

ワイヤレス検出方式を最適化すると、この受動的で埋め込み可能なセンサーを連続して読み取り、ワイヤレス脳動脈瘤のモニタリングと、反復的なドップラー測定および侵襲的な血管造影法の代替手段を提供します。実験的研究により、薄型のフローセンサーとワイヤレス尋問の性能が確認されています。


この研究により明らかにされた新しい製造方法と材料研究は、ワイヤレスおよび伸縮可能な電子機器の迅速な開発に広く適用できると期待されます。


#エアロゾルジェット #配線 #導線 #伸縮 #ウェアラブル

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