バイオ模倣非接触汗センサーを開発~脱水・熱中症の早期予測、義手などへの応用に期待~

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2025-08-28 早稲田大学

早稲田大学の梅津信二郎教授らの研究チームは、バラの花びら表面の微細構造を模倣した非接触型汗センサーを開発しました。従来の発汗センサーは汗保持力が乏しく皮膚に直接貼り付ける必要があり、かぶれや測定誤差の問題がありました。本研究では、花びらのシワ・突起をイオン選択膜に転写し、水滴接触角を低減させることで汗保持力を従来比3倍に向上、さらに余剰水を自動排出する自己洗浄機構も実現しました。Na⁺検出感度は約1.2倍に改善し、2mm離れても1秒以内で安定測定可能です。カーボンナノチューブ電極と組み合わせた手首装着型試験では運動中でも安定した計測が確認されました。これにより、脱水や熱中症の早期予測、義手や外骨格とのヒューマンマシンインタフェース応用が期待されます。成果は Cyborg and Bionic Systems に2025年8月5日付で掲載されました。

バイオ模倣非接触汗センサーを開発~脱水・熱中症の早期予測、義手などへの応用に期待~
図1:イオン選択膜(ISM)電気化学センサーと参照電極は、カーボンナノチューブフォレスト(CNTF)スポンジ上に構築されています。水滴接触角の測定により、水との相互作用の違いが観察できます。CNTFは超疎水性を示し、Ag/AgCl対電極は中程度の接着性を示し、ISMは低い接着性を示しています。本研究では、ISMに微細構造を導入することで接着性の向上を目指しています。

<関連情報>

イオン選択性膜における汗付着性向上のための生体模倣マイクロテクスチャリング Bioinspired Microtexturing for Enhanced Sweat Adhesion in Ion-Selective Membranes

Marc Josep Montagut Marques, Takayuki Masuji, Mohamed Adel, Ahmed M. R. Fath El-Bab, […] , and Shinjiro Umezu
Cyborg and Bionic Systems  Published:5 Aug 2025
DOI:https://doi.org/10.34133/cbsystems.0337

Abstract

Advancements in health wearable technology hold the potential to prevent critical health issues such as hyponatremia and other hydration-related conditions often triggered by intense physical activities. Approaches to address this issue include the development of thin-film wearable sensors incorporating carbon nanotubes (CNTs), which offer scalability, lightweight design, and exceptional electrical properties. CNT paper serves as an ideal substrate for electrochemical sensors like ion-selective membranes (ISMs), enabling effective on-skin electrolyte monitoring. However, current on-skin devices often face limitations in maintaining performance during human motion. This study introduces a bioinspired surface texturing technique that mimics the microstructures of rose petals to enhance wettability, self-cleaning, and ISM sensitivity. By replicating the mechanical properties of the surface texture found on rose petals, the newly developed ISM achieves accurate measurements across a 2-mm air gap, offering an improved interfacing solution that promotes better sweat recirculation and comfort. This advancement overcomes the constraints of traditional sensors, paving the way for more reliable and effective noninvasive health monitoring in real-world conditions.

医療・健康
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