Direct Measurement and Control of Biological Physiological Responses and Behavior Using Printed Electronics Technology

2023 Fiscal Year Final Research Report

• Project/Area Number: 20H04264
• Research Category: Grant-in-Aid for Scientific Research (B)
• Allocation Type: Single-year Grants
• Section: 一般
• Review Section: Basic Section 61050:Intelligent robotics-related
• Research Institution: Nagahama Institute of Bio-Science and Technology (2022-2023); Osaka University (2020-2021)
• Principal Investigator: Shimizu Masahiro 長浜バイオ大学, バイオサイエンス学部, 教授 (50447140)
• Co-Investigator(Kenkyū-buntansha): 細田 耕 京都大学, 工学研究科, 教授 (10252610) ; 志垣 俊介 国立情報学研究所, 情報学プリンシプル研究系, 助教 (50825289)
• Project Period (FY): 2020-04-01 – 2023-03-31
• Keywords: プリンテッドエレクトロニクス / 生物の生理応答と行動 / 計測と制御

Outline of Final Research Achievements

This study utilized printed electronics for direct measurement of biological entities, maintaining low invasiveness that does not hinder the organisms' behavior while simultaneously measuring physiological responses and behavior. Even when printed on the skin of an organism that stretches, an electronic circuit can be formed and maintained on the surface. Additionally, printed electronics technology allowed direct observation of local feedback from the environment. Specifically, muscle cells were cultured on collagen sheets, and it was confirmed that more cells adhered to damaged areas of the collagen sheet structure. It was also confirmed that when the structure of the collagen sheet, which serves as the environment from the perspective of the cells, changes, the structure of the cell group also changes.

Free Research Field

バイオソフトロボティクス

Academic Significance and Societal Importance of the Research Achievements

学術的意義は、生物の行動を阻害しない程度に低侵襲性を維持しつつ、生理応答と行動を同時に計測できることにある。リーフパウダーAgをプリンテッドエレクトロニクスのための導電性塗料として採用することが、本研究の新奇な着眼点である。銀ナノ粒子インク等のプリンテッドエレクトロニクスで用いられる他の導電性マテリアルとの違いは、粒子がフレーク状の形状をしていることである。プリント対象の物体が伸縮したとしても、フレーク状粒子の重なりにより導電性が維持される。このため、表皮が伸縮する生物身体にプリントしても表面上に電子回路を形成・維持できることが期待される。