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2022 Fiscal Year Annual Research Report

Research and development of bio-interfacial materials capable of interaction by light and electricity

Research Project

Project/Area Number 22H00588
Research InstitutionOsaka University

Principal Investigator

関谷 毅  大阪大学, 産業科学研究所, 教授 (80372407)

Co-Investigator(Kenkyū-buntansha) 荒木 徹平  大阪大学, 産業科学研究所, 准教授 (10749518)
植村 隆文  大阪大学, 産業科学研究所, 特任准教授(常勤) (30448097)
鶴田 修一  大阪大学, 産業科学研究所, 助教 (70876789)
Project Period (FY) 2022-04-01 – 2025-03-31
Keywordsフレキシブルエレクトロニクス / バイオエレクトロニクス / 生体適合性材料
Outline of Annual Research Achievements

本研究開発では、関谷らの研究グループが世界に先駆けて実現してきた「生体適合性有機材料」と「ナノ導電材料」の融合から成る柔軟電子/光材料技術を用いて“生体密着・生体融合可能で、長期間にわたり光と電気により生体組織へ相互作用が可能な生体界面材料「Interactive oadhesive」”を実現する取り組みである。本材料の特徴は、生体組織上にて長期間安定的に密着性を保ちつつ、光や電気による神経刺激機能と微弱生体計測機能を有し、最後は体内に吸収される新規の生体界面材料を実現する。このような生体界面技術を実現することで、生体拒絶反応を抑え、長期間にわたり生体内に留置できる光・電子デバイスの応用が可能になるとともに、新しい生体埋め込み型医療機器や生体計測機器の開発に貢献する。生体組織特有の体液や個体差の影響を受けることのない生体界面材料を、ナノ材料学的、構造学的、生体組織学的視点から包括的に取り組む研究はその難しさから、これまで皆無であったが、ここでは生体適合性デバイスを長年研究して、複数の医療機器を実現してきた関谷らの実績をフルに活用する。

初年度の目標は、目指す生体界面材料の基本要素技術と定めた「Bio-Interactive層」、「Bio-Adhesive層」をそれぞれ開発し、これを融合することであったが、その取り組みを着実に進めることができた。実際に、電気的および光学的特性評価の結果、目標として定めた数値と比較しても、同等以上の高い導電性と高い光透過性を得るとともに、第三者機関による生体適合性試験を実施することができた。さらに、それを融合させたネットワーク薄膜構造の形成の取り組みにも着手することができた。一連の成果は、複数の学術論文誌に掲載されるとともに、世界最高峰の学術論文誌ScienceやAdvanced Materialsにも掲載される予定である。

Current Status of Research Progress
Current Status of Research Progress

1: Research has progressed more than it was originally planned.

Reason

初年度の目標であった「Bio-Interactive層」、「Bio-Adhesive層」の要素技術と、それを融合させたダブルネットワーク(DN)薄膜構造の形成に成功した。電気的および光学的特性評価の結果、高い導電性、光透過性を得るとともに、生体適合性試験を予定通り実施することができた。一連の成果は、多くの学術論文誌に掲載されているほか、世界最高峰の学術論文誌であるScienceやAdvanced Materials誌にも掲載される予定である。

Strategy for Future Research Activity

一年目の成果を基に、二年目は、上記のInteractive Bio-Adhesiveを搭載した高機能ゲル電極の試作と評価へと取り掛かる。 具体的には、電気的特性、光特性、生体適合性を損なうことなく、生体へ密着可能な材料形状の最適化とその作製プロセス開発に主眼を置く。特に今年度内に実現させるのは、Interactive Bio-Adhesive技術によるゲル電極の作製とこれを用いた実際の生体計測である。手順としては、まず初めに、印刷技術を用いてInteractive Bio-Adhesiveを塗布することで、生体適合性、密着性、光と電気機能を同時に搭載した高機能柔軟性電極を完成させる。改めて、生体計測に必要とされる電気的特性、光特性、生体適合性を1年目と同様の手法により評価する。実験室レベルでの特性評価後は、このゲル電極を、生体電位計測器などの先端に搭載し、動物実験などにより生体内外から実際の生体情報を取得する。計測対象としては、生体電位の中で最も小さい信号である脳波(約1マイクロボルト程度)の計測を行い、ゲル電極の電気的特性、
特にノイズ耐性を検証する。また、光学的特性を生体内で検証できる実験系を組み上げ、光学特性についても評価を進める。生体適合性試験については、外部委託機関を活用するとともに、大阪大学脳外科の医師らと緊密に連携する。

  • Research Products

    (25 results)

All 2022 Other

All Journal Article (6 results) (of which Int'l Joint Research: 2 results,  Peer Reviewed: 6 results,  Open Access: 6 results) Presentation (18 results) (of which Int'l Joint Research: 15 results,  Invited: 9 results) Remarks (1 results)

  • [Journal Article] Stretchable printed circuit board integrated with Ag-nanowire-based electrodes and organic transistors toward imperceptible electrophysiological sensing2022

    • Author(s)
      Kawabata Rei、Araki Teppei、Akiyama Mihoko、Uemura Takafumi、Wu Tianxu、Koga Hirotaka、Okabe Yusuke、Noda Yuki、Tsuruta Shuichi、Izumi Shintaro、Nogi Masaya、Suganuma Katsuaki、Sekitani Tsuyoshi
    • Journal Title

      Flexible and Printed Electronics

      Volume: 7 Pages: 044002~044002

    • DOI

      10.1088/2058-8585/ac968c

    • Peer Reviewed / Open Access
  • [Journal Article] Fully Transparent, Ultrathin Flexible Organic Electrochemical Transistors with Additive Integration for Bioelectronic Applications2022

    • Author(s)
      Takemoto Ashuya、Araki Teppei、Nishimura Kazuya、Akiyama Mihoko、Uemura Takafumi、Kiriyama Kazuki、Koot Johan M.、Kasai Yuko、Kurihira Naoko、Osaki Shuto、Wakida Shin‐ichi、den Toonder Jaap M.J.、Sekitani Tsuyoshi
    • Journal Title

      Advanced Science

      Volume: 10 Pages: 2204746~2204746

    • DOI

      10.1002/advs.202204746

    • Peer Reviewed / Open Access / Int'l Joint Research
  • [Journal Article] Skin‐Like Transparent Sensor Sheet for Remote Healthcare Using Electroencephalography and Photoplethysmography2022

    • Author(s)
      Araki Teppei、Yoshimoto Shusuke、Uemura Takafumi、Miyazaki Aiko、Kurihira Naoko、Kasai Yuko、Harada Yoshiko、Nezu Toshikazu、Iida Hirokazu、Sandbrook Junko、Izumi Shintaro、Sekitani Tsuyoshi
    • Journal Title

      Advanced Materials Technologies

      Volume: 7 Pages: 2200362~2200362

    • DOI

      10.1002/admt.202200362

    • Peer Reviewed / Open Access
  • [Journal Article] Gold nanowire electrodes for flexible organic thin-film transistors2022

    • Author(s)
      Takane Satoshi、Noda Yuki、Toyoshima Naomi、Uemura Takafumi、Bando Yuki、Sekitani Tsuyoshi
    • Journal Title

      Applied Physics Express

      Volume: 15 Pages: 096501~096501

    • DOI

      10.35848/1882-0786/ac896a

    • Peer Reviewed / Open Access
  • [Journal Article] Fine-Tuning the Performance of Ultraflexible Organic Complementary Circuits on a Single Substrate via a Nanoscale Interfacial Photochemical Reaction2022

    • Author(s)
      Taguchi Koki、Uemura Takafumi、Petritz Andreas、Namba Naoko、Akiyama Mihoko、Sugiyama Masahiro、Araki Teppei、Stadlober Barbara、Sekitani Tsuyoshi
    • Journal Title

      ACS Applied Electronic Materials

      Volume: 4 Pages: 6308~6321

    • DOI

      10.1021/acsaelm.2c01444

    • Peer Reviewed / Open Access / Int'l Joint Research
  • [Journal Article] Stretchable broadband photo-sensor sheets for nonsampling, source-free, and label-free chemical monitoring by simple deformable wrapping2022

    • Author(s)
      Li Kou、Araki Teppei、Utaki Ryogo、Tokumoto Yu、Sun Meiling、Yasui Satsuki、Kurihira Naoko、Kasai Yuko、Suzuki Daichi、Marteijn Ruben、den Toonder Jaap M.J.、Sekitani Tsuyoshi、Kawano Yukio
    • Journal Title

      Science Advances

      Volume: 8 Pages: S1-S30

    • DOI

      10.1126/sciadv.abm4349

    • Peer Reviewed / Open Access
  • [Presentation] Ultra Flexible Elastic Integrated Circuit System for Comprehensively Monitoring Brain Activity2022

    • Author(s)
      Tsuyoshi Sekitani
    • Organizer
      IEEE FLEPS2022
    • Int'l Joint Research / Invited
  • [Presentation] Ultra-Thin and Lightweight Organic Amplifier Enabling Bio-Signal Monitoring with Reduced Noise Levels2022

    • Author(s)
      Tsuyoshi Sekitani
    • Organizer
      ENGE 2022
    • Int'l Joint Research / Invited
  • [Presentation] High Mobility and Low Noise Organic Transistors Using Self-Assembled Nanomaterials2022

    • Author(s)
      Tsuyoshi Sekitani
    • Organizer
      AsiaNANO 2022
    • Int'l Joint Research / Invited
  • [Presentation] Ultraflexible Organic Circuits for Low Noise Wearable Sensors2022

    • Author(s)
      Takafumi Uemura and Tsuyoshi Sekitani
    • Organizer
      12th International Conference on Flexible and Printed Electronics (ICFPE2022)
    • Int'l Joint Research / Invited
  • [Presentation] Ultra-Thin Organic Integrated Circuits Enabling Bio-Signal Monitoring2022

    • Author(s)
      Tsuyoshi Sekitani
    • Organizer
      the 241st ECS Meeting
    • Int'l Joint Research / Invited
  • [Presentation] Introduction to Ultraflexible and Stretchable Electronics2022

    • Author(s)
      Tsuyoshi Sekitani
    • Organizer
      The Display Week Seminars
    • Int'l Joint Research / Invited
  • [Presentation] Stretchable Printed Circuit Board and Organic Circuit for Ultra-Flexible Biosignal Sensor2022

    • Author(s)
      Rei Kawabata, Teppei Araki, Mihoko Akiyama, Tianxu Wu, Yusuke Okabe, Hirotaka Koga, Takafumi Uemura, Masaya Nogi, Katsuaki Suganuma, and Tsuyoshi Sekitani
    • Organizer
      2022 MRS Fall Meeting & Exhibit
    • Int'l Joint Research
  • [Presentation] Stretchable Printed Circuit Board for Wireless Light-Sensing System2022

    • Author(s)
      Teppei Araki, Kou Li, Naoko Kurihira, Yuko Kasai, Daichi Suzuki, Satsuki Yasui, Yukio Kawano, and Tsuyoshi Sekitani
    • Organizer
      International Conference on Electronics Packaging
    • Int'l Joint Research
  • [Presentation] Ultra-Stretchable and Transparent Biocompatible Electrodes Toward Remote Acquisition of Multimodal Physiological Signals2022

    • Author(s)
      Teppei Araki, Shusuke Yoshimoto, Takafumi Uemura, Naoko Kurihira, Yuko Kasai, Toshikazu Nezu, Hirokazu Iida, Junko Sandbrook, Shintaro Izumi, and Tsuyoshi Sekitani
    • Organizer
      2022 Materials Research Society (MRS) spring meeting & exhibit
    • Int'l Joint Research
  • [Presentation] Gold Nanowire Network Electrodes for Flexible Organic Thin-Film Transistors Toward Practical Use2022

    • Author(s)
      Satoshi Takane, Yuki Noda, Naomi Toyoshima, Takafumi Uemura, Yuki Bando and Tsuyoshi Sekitani
    • Organizer
      2023 MRS Spring Meeting & Exhibit
    • Int'l Joint Research
  • [Presentation] Organic Electrochemical Devices with Sub-1v Operation for Electrophysiological Monitoring2022

    • Author(s)
      Shohya MATSUDA, Teppei ARAKI, Kazuki KIRIYAMA, Mihoko AKIYAMA, Takafumi UEMURA, Naoko KURIHIRA, Yumi HIROSE, and Tsuyoshi SEKITANI
    • Organizer
      The 26th SANKEN International Symposium
    • Int'l Joint Research
  • [Presentation] Thin-Film Organic Amplifiers for Stretchable Light Sensor Sheet," The 26th SANKEN International Symposium2022

    • Author(s)
      Rei KAWABATA, Teppei ARAKI, Mihoko AKIYAMA, Kou LI, Norika TAKAHASHI, Naoko KURIHIRA, Takafumi UEMURA, Yukio KAWANO, and Tsuyoshi SEKITANI
    • Organizer
      The 26th SANKEN International Symposium
    • Int'l Joint Research
  • [Presentation] Environmentally Friendly Flexible-Sensor System with Organic Thin-Film Transistors2022

    • Author(s)
      Mihoko AKIYAMA, Takafumi UEMURA, Teppei ARAKI, Shusuke YOSHIMOTO, Naoko NAMBA, Yuko KASAI, Toshikazu NEZU, and Tsuyoshi SEKITANI
    • Organizer
      The 26th SANKEN International Symposium
    • Int'l Joint Research
  • [Presentation] Macromesh-Shaped Gold Nanowire Network Electrodes with Low Resistance under Tensile Strain2022

    • Author(s)
      Satoshi Takane, Yuki Noda, Naomi Toyoshima, and Tsuyoshi Sekitani
    • Organizer
      2022 MRS Spring Meeting & Exhibit
    • Int'l Joint Research
  • [Presentation] Imperceptible Strain Sensors Based on Ultraflexible Or Stretchable Ferroelectric Polymer Transducers2022

    • Author(s)
      Barbara Stadlober, Andreas Petritz, Philipp Scheffner, Krzysztof Krawzcyk, Esther Karner-Petritz, Jonas Groten, Markus Selig, Manfred Adler, Takafumi Uemura, Teppei Araki, Tsuyoshi Sekitani, Sandra Schlogl
    • Organizer
      Materials Research Society Spring Meeting and Exhibit
    • Int'l Joint Research
  • [Presentation] フレキシブルデバイスを用いた微小生体活動電位センサの研究開発2022

    • Author(s)
      関谷 毅
    • Organizer
      2023年電子情報通信学会総合大会
    • Invited
  • [Presentation] DX時代の脳波AI解析ツール2022

    • Author(s)
      関谷 毅
    • Organizer
      CBI学会2022年大会
    • Invited
  • [Presentation] 伸縮自在なエレクトロニクスで創る「脳波AI解析ツール」2022

    • Author(s)
      関谷 毅
    • Organizer
      JPCA Show/電子機器トータルソリューション展
    • Invited
  • [Remarks]

    • URL

      https://www.sanken.osaka-u.ac.jp/labs/aed/japanese/

URL: 

Published: 2023-12-25  

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