Development of Bio-Adhesive Device for Digital Transformation of Health Information

开发用于健康信息数字化转型的生物粘合装置

• 批准号: 21H03815
• 负责人: 藤枝 俊宣
• 金额: $ 10.98万
• 依托单位: Tokyo Institute of Technology
• 依托单位国家: 日本
• 项目类别: Grant-in-Aid for Scientific Research (B)
• 财政年份: 2021
• 资助国家: 日本
• 起止时间: 2021-04-01 至 2025-03-31
• 项目状态: 未结题
• 来源: https://kaken.nii.ac.jp/en/grant/KAKENHI-PROJECT-21H03815/
• 关键词: エラストマー; 導電性インク; 生体計測; 機械学習; デジタルトランスフォーメーション; 薄膜状デバイス; フェニルボロン酸; ハイドロゲル; 血糖値; ネットワークアナライザ; 共振周波数; 近距離無線通信; グルコース; インクジェット印刷; 櫛型キャパシタ; インピーダンス; 高分子ナノ薄膜; 無線通信

本研究では、異種次元の材料と造形技術の融合を進めることで、電池不要で作動可能な無線通信式の生体貼付型バイオセンサの開発を目的とし、機械学習による周波数解析を通じて健康情報のデジタルトランスフォーメーション(DX)化を目指す。令和4年度の成果は以下のとおりである。グルコース添加時のフェニルボロン酸ハイドロゲル内部での静電容量の変化を評価するために、ネットワークアナライザを用いて、高血糖時のグルコース濃度条件下（216 mg/dL）における静電容量の変化率を測定した。その結果、グルコース添加後10分間で静電容量は約9%の変化を示した。続いて、本デバイスを用いた高血糖状態の即時的な検出とパッシブ型無線通信への応用可能性を検証するために、異なるグルコース濃度に対する共振周波数の応答をネットワークアナライザを用いて測定した。この時、近距離無線通信(NFC)用の読み取り機への情報伝送を想定し、初期の共振周波数をNFCの規格帯域である13.56 MHz周辺に設定した。PBS溶液中のグルコース濃度を0 mg/dLから高血糖状態における216 mg/dLへと変化させたところ、共振周波数が5分間で約-3%の変化を示した。また、グルコース濃度が高血糖時の濃度帯域に向かって上昇していくにつれて、共振周波数の変化率も大きくなることが明らかとなった。両者の関係を示す標準曲線が得られたことから、本デバイスが高血糖時のグルコース濃度を共振周波数の変化率に基づいて検出・定量可能であることが示唆された。さらに、高血糖状態のマウスから採取した血清を添加した際には、共振周波数が5分間で約-60%の変化を示した一方で、通常血糖状態・低血糖状態の血清に対してはほとんど応答しなかった。これらの結果より、本デバイスが高血糖状態を5分以内に検出するとともに、パッシブ型無線通信による信号伝送が可能であることが明らかとなった。

这项研究旨在开发一种无线生物粘的生物传感器，该生物传感器可以通过融合不同维度和建模技术的材料而无需电池操作，并旨在通过使用机器学习来通过频率分析来数字地转换健康信息（DX）。 2022财政年度的结果如下。为了评估添加葡萄糖后苯基硼酸水凝胶内电容的变化，在高血糖症（216 mg/dl）处的葡萄糖浓度条件下，电容的变化速率是在葡萄糖中的变化。结果，葡萄糖后10分钟内的电容变化了约9％。随后，为了使用该设备及其应用于被动无线电通信的直接检测高血糖条件，使用网络分析仪测量了共振频率对不同葡萄糖浓度的响应。目前，在假设信息传输到近场无线通信（NFC）的读取器的假设中，将初始谐振频率设置为13.56 MHz的区域，这是NFC的标准频段。当PBS溶液中的葡萄糖浓度从高血糖中的0 mg/dL更改为216 mg/dl时，在5分钟内将共振频率更改约-3％。还已经表明，随着葡萄糖浓度在高血糖期间向浓度带升高，共振频率的变化速率也会增加。获得了显示两者之间关系的标准曲线，表明该设备可以根据共振频率的变化率在高血糖期间检测和量化葡萄糖浓度。此外，当添加从高血糖的血清时，共振频率在5分钟内改变了约-60％，但共振频率几乎对血清通常不反应，而血清通常在血糖或低血糖中。这些结果表明，该设备在5分钟内检测到高血糖，并且能够通过被动无线电通信传递信号。

项目成果

ナノシートエレクトロニクスの医療・ヘルスケア応用

纳米片电子器件的医疗和保健应用

• 发表时间: 2021
• 期刊: 野口研究所時報
• 作者: Araki Haruka;Hagiwara Shota;Shinomiya Ryosuke;Momotake Atsuya;Kotani Hiroaki;Kojima Takahiko;Ochiai Takuro;Shimada Naohiko;Maruyama Atsushi;Yamamoto Yasuhiko;藤枝 俊宣
• 通讯作者: 藤枝 俊宣

薄膜状発光デバイスを用いた超局所的光線力学療法

使用薄膜发光装置的超局部光动力治疗

• 发表时间: 2022
• 作者: 齋藤 優人;野本 貴大;横式 康史;徳田 崇;藤枝 俊宣
• 通讯作者: 藤枝 俊宣

導電性流体とエラストマー製チューブからなるひずみゲージの開発と手指の動作解析への応用

开发由导电流体和弹性体管制成的应变计及其在手指运动分析中的应用

• 发表时间: 2022
• 作者: 稲田 洲;藤田 創;堀井 辰衛;永見 智行;藤枝 俊宣
• 通讯作者: 藤枝 俊宣

生体接合型エレクトロニクスに向けたバイオセンシング素子の開発

生物共轭电子学生物传感元件的开发

• 发表时间: 2022
• 作者: 藤枝 俊宣;藤田 創
• 通讯作者: 藤田 創

Design and fabrication of a flexible glucose sensing platform toward rapid battery-free detection of hyperglycaemia

• DOI: 10.1039/d1tc00667c
• 发表时间: 2021-06
• 期刊: Journal of Materials Chemistry C
• 影响因子: 6.4
• 作者: Hajime Fujita;K. Yamagishi;Wenshen Zhou;Yu-ki Tahara;S. Huang;Michinao Hashimoto;T. Fujie