科學研究 - 大阪大學等開發出全球最輕薄、低噪音生物測量電路

日本大阪大學和產業技術綜合研究所（以下簡稱「產綜研」）組成的研究小組，成功開發出了全球最薄最輕的生物測量用差動放大電路。

保健和醫療用途的生物測量電路目前主要由以硅電晶體為代表的硬電子元件構成。但硬電子元件接觸到皮膚等生物組織容易引發發炎，因此在日常生活中很難長時間測量生物信號。

此次，研究小組通過在厚度僅1微米的柔軟塑料薄膜上整合有機電晶體這種柔軟的電子元件，開發出了毫無佩戴感的柔性生物測量電路。此次製作的是名為差動放大電路的一種信號處理電路。與以往的單端型放大電路相比，新開發的柔性差動放大電路不僅能放大微弱的生物電勢，還可以去除干擾噪音。通過實際用於人體，證明能以低噪音即時測量重要的生物信號——心電信號。

採用有機電晶體的柔性放大電路具有優異的佩戴性，目前正作為可隨時測量生物體微弱信號的感測器推進研發。不過，以往的有機放大電路主要採用單端型結構，無法區分想測量的生物信號和其他干擾噪音，難以進行低雜訊測量（圖1）。作為可以去除噪音成分的測量電路，常見的有差動放大電路，但由於有機電晶體與硅電晶體相比製造品質波動較大，一直未能實現可精確去除噪音的柔性差動放大電路。

圖1：柔性有機差動放大電路的心電信號測量結果

（A）以往的單端型放大電路。（B）本次研究的差動放大電路。（C）測量走路時的心電信號。利用以往的放大電路，心電波形在走路時會產生很大的噪音，但本次研發的電路去除了心電波形的噪音。

此次，研究小組通過開發將電路内的有機電晶體的電流波動降至2％以下的補償技術，成功開發出了具備除噪功能的柔性有機差動放大電路。電路在厚度僅1微米的聚對二甲苯塑料薄膜上製造，隨便捲起來也不會破裂，能舒適地貼合到人體肌膚上（圖2）。利用該柔性差動放大電路測量心電信號，可以把心電放大至25倍，同時將噪音降至七分之一以下。經驗證，能夠在測量心電的同時，去除外部電源等發出的噪音以及走路時伴隨身體運動產生的巨大噪音 (圖1)。