理化学研究所と東京大学の研究グループ

皮膚貼り付け型心電計測デバイスを開発

　理化学研究所（理研）創発物性科学研究センター創発ソフトシステム研究チームの福田憲二郎専任研究員、染谷隆夫チームリーダー（東京大学大学院工学系研究科教授）、創発機能高分子研究チームの�m馬敬介チームリーダーらの共同研究グループは、「超薄型有機太陽電池」で駆動し、心電波形を計測する「皮膚貼付け型心電計測デバイス」の開発に成功した（写真）。

　この研究成果は、生体情報の常時モニタリングなど、次世代の自立駆動型センサーデバイスの実現につながると期待できる。

背　　景

　伸縮性のある薄型有機太陽電池は、ウエアラブルなセンサーを長時間安定に駆動する電源としての応用が期待されることから、近年、皮膚や布地に密着させて、より高精度な生体信号を計測する次世代センサー用の電源として注目を集めている。「皮膚貼りつけ可能なセンサー」がバッテリ交換などの電源問題から開放され、長時間安定的に生体情報をモニターし続けることができれば、健康管理を常時行う「もののインターネット（ＩｏＴ）社会」における生体センシングが実現可能になる。

研究手法と成果

　今回、共同研究グループは、フレキシブルな超薄型有機太陽電池の開発に取り組んだ。その結果、作製した太陽電池のエネルギー変換効率（太陽光エネルギーを電力に変換する効率）は１０.５％に達し、これまでのフレキシブル有機太陽電池の世界最高効率（１０.０％）を更新した。また同時に、光入射角度依存性を低減することにも成功した。

　成功のポイントは、ナノスケールの規則正しい線状の凹凸パターンである、「ナノグレーティング構造」を超薄型基板上に形成する技術を確立したこと。厚み１μｍの超薄型基板上の太陽電池の「電子注入層と半導体ポリマー層の両方に」高さ数１０ｎｍ、周期約７００ｎｍのナノパターンを形成した。この周期的なナノグレーティング構造が、光の屈折率を調整して太陽電池表面での光の反射を低減させ、同時に薄膜内部での光散乱の増強と金属電極での表面プラズモン共鳴効果を起こすことで、より効率的に入射光を発電に利用することが可能になった。その結果、エネルギー変換効率の大幅な向上と、環境光発電に有利となる光の入射角度に対する効率変化の抑制につながった。

　次に、この超薄型有機太陽電池を、共同研究グループで開発を進めている有機電気化学トランジスタを利用した皮膚貼付け型の超薄型センサーと集積化することで、心電波形を計測する「皮膚貼付け型心電計測デバイス」を作製した。これを人体の皮膚に貼り付けたところ、外部電源なしに心電計測デバイスが駆動し、信号対雑音比（Ｓ／Ｎ比）２５．９ｄＢという高い精度での信号取得に成功した。

今後の期待

　本研究により、電力の消費や人体への負荷を気にせずに、連続的に生体情報を取得するための要素技術が実現した。

　今回開発した超薄型有機太陽電池で駆動する皮膚貼付け型心電計測デバイスを発展させることで、無意識的に心電や心拍、他の生体情報を取得するセンサーデバイスを実現できる。今後は、取得した生体情報を処理する回路や無線伝送システムと統合することにより、次世代の自立駆動型センサーシステムの基盤技術を提供するものと期待できる。

＜資料提供：東京大学＞