通过柔性有机电子掌握生物信息:开发可弯曲和可伸缩的生物传感器和设备

关谷实验室正在开发充分利用有机材料的柔性电子设备。Araki教授和其他实验室成员正在寻求通过跨多个领域的跨学科合作创造新的电子形式，包括材料开发、物理性能评估和电路设计。该实验室正在开发用于检测生物信号的柔性传感器材料，比如来自人体某些部位的生物信号。

传感器正在迅速地从测量物体扩展到测量人。为了测量来自人体的生理信息，重要的是设计和制造佩戴时不会打扰你的设备，也就是说，佩戴舒适。188bet怎么注册到目前为止，医用传感器都是由刚性电子材料制成的，这些材料与人体相容性差，会引起刺激、炎症或轻微伤害。研究和开发的目标是利用柔性材料创造出与人体更加兼容的电子产品。

电子电器行业和其他电子领域已经使用“无机”，如硅半导体。这些无机材料在使用过程中很容易破碎，这阻碍了它们变得更薄更轻。

目前，有机电致发光(EL)显示器和可弯曲薄有机太阳能电池的发展不断取得进展。同时，利用有机材料的柔韧性开发出更多的生物相容性导电和半导体材料。材料表现出更好的兼容性，即不刺激或炎症人体，将有助于扩大在医疗保健和医学的应用。它们提供了多种可能性，包括:

• 当穿戴在身上时，测量诸如心跳和心率等生理信号的设备;
• 用于测量手术中和术后进展的器官嵌入装置;
• 188金宝搏的网址装有化学传感器的隐形眼镜;和
• 测量脑电波的脑机接口(BMIs)。

当电流流过电子电路时，电子设备就工作了。为了操作这样的装置，我们用接线把有源元件连接起来来控制它们。有些元素是主动的，有些是被动的。有源信号能够影响电信号的波形和频率等特征，并最终影响信号的性质。

晶体管是开发柔性电子器件必不可少的有源元件之一。另一方面，线路和其他类似的元件都是被动元件。一个关键的问题是，传统的无源和有源元件的性能往往会由于机械变形而恶化。因此，只有当它们的电子电路能够通过扩张和收缩来改变形状，允许生物体自由地、不受阻碍地移动，而不损失性能时，这些设备才能具有高度的生物相容性。

银纳米线是非常小的线，尺寸在微观和纳米尺度上。长约40µm，直径约90 nm。银本身的物理特性意味着金属丝具有很高的透明度、导电性、柔韧性和弹性。它们正被用于可大规模生产的透明导电薄膜，并有望应用于智能手机和平板电脑等设备的触控面板。Araki教授描述了光学显微镜如何让他们观察银纳米线形成网络的程度。“银纳米线倾向于形成一个随机的网络，但通过施加一定的控制来确定它们的方向是可能的。”这些控制使我们能够制造高度透明的导体和表面光滑的电极。通过增加纳米线的长径比，可以获得更高水平的透光性、导电性和更大的弹性。”

生物信号传感器需要测量来自脑电波和眼睛、肌肉和心脏的电活动的微小电压。特别是脑电波比其他形式的生物产生的信号的电势要低，其值约为100µV。迄今为止使用的脑电图(EEGs)非常准确，但由于头部的刚性电极紧密贴合，使其佩戴不舒服。另一方面，Sekitani实验室开发的生物传感器，只要将其连接到前额，就能像脑电图仪一样精确地测量电势。随着脑电波测量变得越来越简单，对睡眠障碍和痴呆等健康问题的早期检测和诊断也将增加。目前，五分之一的人患有潜在的睡眠障碍，经济损失估计约为3万亿日元(265亿美元)。这与痴呆症非常相似。荒木教授说，“我不认为我们距离人们能够轻松地自我检查的时代还很远。”

在另一项实验中，Sekitani实验室一直在开发一种技术，可以从大脑表面绘制脑电波，并将其传递给机器人。这项技术可以通过机器人的表情可视化一个人的精神状态，比如他们是否感到放松。

Araki教授提到:“有机物和显微镜可能不是什么相互关联的东西，但我们充分利用了一系列的光学显微镜，从冶金显微镜到数字显微镜再到立体显微镜，用于实验室操作。我们使用金相显微镜来检查银纳米线的排列，并测量它们的长度，因为它们的电导率会随其变化。我们利用偏振来观察晶体的外观来进行粒度分析。我们也进行差分干涉对比(迪拜国际资本)和暗场观测，以确定在此过程中形成的细粒子的光散射，并确定粗糙度。徕卡金相显微镜的亮度和对比度保持不变，不需要调整，即使我们改变观察方法，这使得它非常容易使用。”

Sekitani实验室使用立体显微镜执行任务，例如在数百µm的顺序上形成图案和形成尺寸为几毫米的电接触，这是生物设备制造所需要的。188金宝搏的网址“这些工作离不开显微镜，也需要细致的触摸，但徕卡立体显微镜有很大的焦深(景深)，这让它很容易工作，”荒木教授说。

他进一步评论道:“我们有比保鲜膜更薄的有机半导体样品，只有几μm厚，而且它们非常柔软，当制成独立薄膜时，会形成许多褶皱。我们需要一个景深良好的显微镜，以获得清晰的显微图像，这些胶片与正确的焦点。数字显微镜使我们能够简单而干净地获得良好的景深，这使生活变得轻松。”

图1和图2显示了银纳米线网络的2D和3D图像。两张照片都是用徕卡数码显微镜拍摄的。

此外，荒木教授补充说，“我在欧洲学习时使用过徕卡显微镜。在高清晰度下，你甚至可以清楚地看到细节，焦距也很好，所以它们成为了我的最爱。当我回到日本后，我必须要有一个，所以我立即打电话询问。显微镜可能是一种常规工具，但对我们的研究来说，它也是一个非常重要的合作伙伴。”

Araki教授与他的同事Yoshimoto教授和Uemura教授在Sekitani实验室的照片见图3和图4。在实验室的显微镜中有一台DMS1000数码显微镜．

大多数人倾向于认为医疗设备是硬的和无机的。188bet怎么注册这次对关谷实验室的参观给人的印象是，我们将会更多地看到灵活、可拉伸的电子设备。特别是因为它们显示了自我护理和监测病人和老年人健康的价值。以情感量化为目标，它的平台甚至可能超越健康和医疗保健，进入艺术文化世界和预测市场。188bet怎么注册

• 日语原版:http://xlab.leica-microsystems.com/database/id11
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