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Jun 03, 2023

グラフェンタトゥーで血圧を継続的に測定

La misurazione della pressione sanguigna non è cambiata molto dall’invenzione del misuratore di pressione sanguigna.

1881 年に膨張可能なカフを使用した血圧計が発明されて以来、血圧測定はあまり変わっていません。人々はこの装置を使用して 1 日に数回測定することができますが、心臓血管の健康状態を総合的に把握するには十分ではありません。

グラフェンで作られた新しい電子タトゥーは、数日間継続的に血圧を測定します。 超薄型の光センサーを使用すると、患者が日常生活を送りながら血圧を監視できるようになります。

「血圧は非常に重要なバイタルサインです」とテキサスA&M大学の電気・コンピュータ工学教授ルーズベ・ジャファリ氏は言う。 「ストレスは命を奪う可能性があります。ストレスは血圧の変化を引き起こしますが、それを測定したり理解したりする方法はありません。したがって、血圧を継続的に測定する技術があれば、それはゲームチェンジャーとなります。」

心血管疾患や高血圧のある人は、定期的に血圧を監視する必要があります。 それを目立たないようにするために、研究者たちは近年、カフを使わない方法を開発しました。 一部の製品は、組織を通過する超音波信号の変化を測定するウェアラブル音響センサーや、手首の血管の拡張を検出できる圧力センサーに依存しています。 これらはかさばるため、動き回って測定信号を歪ませる可能性があります。

フィットネス バンドやスマートウォッチに搭載されている光ベースのセンサーは、皮膚の毛細血管から心拍数を正確に測定できますが、光は血圧波を検出できるほど深く浸透しません。

新しい血圧センサーは、テキサス大学オースティン校の電気・コンピューター工学教授デジ・アキンワンデ氏が2017年に発明したグラフェン電子タトゥーセンサーを使用している。 Jafari と Akinwande は、新しいグラフェン血圧センサーで共同研究し、Nature Nanotechnology で報告しました。

タトゥーを作るために、研究者らは銅箔上にグラフェンを1層または2層成長させ、それを厚さ200ナノメートルの極薄アクリル層でコーティングし、それを市販の一時的なタトゥー紙に転写する。 アキンワンデ氏によると、グラフェンの原子レベルの厚さは、パッチが皮膚に非常によく適合することを意味し、接着剤を必要とせずに貼り付き、所定の位置に留まるという。 さらに、着用者はそれらを感じません。

連続血圧監視システムのプロトタイプ版では、銅箔のセグメントが手首にテープで貼り付けられています。 画像ラベルは、人の橈骨動脈と尺骨動脈、および低レベルの交流信号の「注入」（導入）の位置を識別します。 テキサス大学オースティン校/テキサスA&M大学/ネイチャー・ナノテクノロジー

血圧を測定するために、研究者らはグラフェンセンサーを使用して生体インピーダンス、つまり組織を流れる電流に対する電気インピーダンスを測定します。 彼らは、参加者の手首にそれぞれ6つのグラフェンタトゥーを2列に貼り付けます。 各列は、手首の 2 本の主要動脈の 1 本の真上に配置されます。 各列の最も外側のパッチはアームに小さな電流を送り、内側の 4 つのパッチは電圧変化を測定し、インピーダンスの計算に役立ちます。

ジャファリ氏によると、インピーダンスは動脈内の血液量の変化を反映するが、血圧に直接変換されるわけではないという。 そこでチームは、血液量の変化、2 つの部位間の圧パルスの通過時間、2 つの動脈へのパルスの到着時間の差、および動脈の弾性特性。

デモンストレーションとして、研究者らは 7 人の人間の参加者にグラフェン センサーを装着し、ボランティアが活発な運動を行っている間の血圧を測定しました。 精度を判断するために、彼らはその測定値を、ゴールドスタンダードの血圧計カフ法を使用して取得した定期的な測定値と比較しました。

参加者の中には、38℃の中で屋外で激しい散歩をしたり、腕立て伏せをしたりした参加者もいました。 タトゥーは、光や熱にさらされても、水や汗と接触しても劣化しませんでした。 研究者らは血圧を5時間継続的に監視することができた。 ジャファリ氏によると、タトゥーは7日間持続するため、長期の監視が容易に可能だという。

この第一世代のセンサーは有線です。 電圧データは、金属線を介してタトゥーから読み出し電子機器に送信されます。 しかし、アキンワンデ氏は、次はワイヤレスセンサーを開発する予定だと述べている。 「そのためには、データを無線で送信するチップを設計する必要があるでしょう」と彼は言う。