東京大學利用印刷工藝制造“柔性體溫計”

　導讀：日本東京大學研究生院工學系研究科特聘助教橫田知之和教授染谷隆夫的研究小組開發出了可使用印刷工藝制造的“柔性體溫計”。
　　
　　柔軟彎曲，可以像創可貼一樣貼在皮膚上使用……日本東京大學研究生院工學系研究科特聘助教橫田知之和教授染谷隆夫的研究小組開發出了可使用印刷工藝制造的“柔性體溫計”。這種用印刷工藝制造出的超薄柔軟塑料溫度計，貼在人體表面上，成功測量出了體表的溫度分布。該產品設想應用于監測嬰兒體溫等保健、醫療及介護領域等。
　　
　　此次開發出的柔性體溫計是利用印刷工藝在薄膜基板上制成的。厚度僅大約15μm，柔軟可彎曲。靈敏度高達0.02℃，響應速度也高達100ms。實驗證實即使反復測量接近2000次，也不會失去再現性。
　　
　　傳感器中尚未集成電源電路和讀取電路，不過如果使用研發小組以前開發的技術，原理上可以集成電源電路和讀取電路。今后，研究小組將進一步減小厚度，提高可反復測量的次數，爭取3年內實現商品化。
　　
　　超薄輕量、不易損壞
　　
　　作為用來實現柔性溫度傳感器的材料，隨著溫度升高、電阻增大的“聚合物PTC(Positive Temperature Coefficient：正溫度系數)”備受關注。不過，使用聚合物PTC，尚未實現響應溫度在體溫附近、可利用印刷工藝制造的溫度傳感器。
　　
　　此次在合成聚合物PTC時，采用改變兩種單體混合比例的方法，使得響應溫度可在體溫附近調整。具體就是，通過改變丙烯酸十八酯和丙烯酸丁酯這兩種單體的混合比例，使響應溫度可在25～50℃自由調整。原來調整聚合物PTC響應溫度的方法是改變分子量，因此響應溫度的控制性低。
　　
　　作為導電性物質添加了石墨。在體溫附近，溫度上升時，聚合物PTC膨脹，石墨顆粒間的物理距離變大，電阻升高。對于5℃的溫度變化，電阻會有5～6個數量級的改變。由于變化較大，因此不用復雜的讀取電路即可。
　　
　　可檢測溫度分布
　　
　　研究小組將此次開發的溫度傳感器貼在老鼠的肺表面，測量了伴隨呼吸運動的溫度變化。結果發現，盡管外界氣溫(25℃)與體溫(37℃)差距很大，老鼠的肺在呼氣和吸氣時的溫度差卻只有大約0.1℃。實驗表明：恒溫動物可精準地保持恒定體溫。
　　
　　研究小組還制作出了利用印刷工藝集成了有機晶體管有源矩陣的12點×12點的多點溫度計。并實時測量了表面溫度的分布。
　　
　　監測嬰兒和術后患處
　　
　　柔性體溫計的設想用途是監測嬰兒體溫以便及早發現身體異常、貼在手術后的患處監測炎癥導致的發熱、還可以用于測量運動中衣服內側的體溫，以便開發功能性運動服等。
　　
　　此次成果是在日本科學技術振興機構(JST)戰略性創造研究推進業務統括實施型研究(ERATO)“染谷人體親和電子項目”中，通過與美國德克薩斯大學達拉斯分校教授WalterVoit的研究小組合作研究獲得的。論文已于美國時間2015年11月9日發表在美國科學雜志《美國科學院院刊》(PNAS)”的在線速報版上。論文題目是“Ultraflexible,large-area,physiological temperature sensors for multipoint measurements”(用于多點測量的超薄大面積生理溫度傳感器)。