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柔軟彎曲，可以像創(chuàng)可貼一樣貼在皮膚上使用……日本東京大學(xué)研究生院工學(xué)系研究科特聘助教橫田知之和教授染谷隆夫的研究小組開(kāi)發(fā)出了可使用印刷工藝制造的“柔性體溫計(jì)”。這種用印刷工藝制造出的超薄柔軟塑料溫度計(jì)，貼在人體表面上，成功測(cè)量出了體表的溫度分布。該產(chǎn)品設(shè)想應(yīng)用于監(jiān)測(cè)嬰兒體溫等保健、醫(yī)療及介護(hù)領(lǐng)域等。
此次開(kāi)發(fā)出的柔性體溫計(jì)是利用印刷工藝在薄膜基板上制成的。厚度僅大約15μm，柔軟可彎曲。靈敏度高達(dá)0.02℃，響應(yīng)速度也高達(dá)100ms。實(shí)驗(yàn)證實(shí)即使反復(fù)測(cè)量接近2000次，也不會(huì)失去再現(xiàn)性。
傳感器中尚未集成電源電路和讀取電路，不過(guò)如果使用研發(fā)小組以前開(kāi)發(fā)的技術(shù)，原理上可以集成電源電路和讀取電路。今后，研究小組將進(jìn)一步減小厚度，提高可反復(fù)測(cè)量的次數(shù)，爭(zhēng)取3年內(nèi)實(shí)現(xiàn)商品化。
超薄輕量、不易損壞
作為用來(lái)實(shí)現(xiàn)柔性溫度傳感器的材料，隨著溫度升高、電阻增大的“聚合物PTC(Positive Temperature Coefficient：正溫度系數(shù))”備受關(guān)注。不過(guò)，使用聚合物PTC，尚未實(shí)現(xiàn)響應(yīng)溫度在體溫附近、可利用印刷工藝制造的溫度傳感器。
此次在合成聚合物PTC時(shí)，采用改變兩種單體混合比例的方法，使得響應(yīng)溫度可在體溫附近調(diào)整。具體就是，通過(guò)改變丙烯酸十八酯和丙烯酸丁酯這兩種單體的混合比例，使響應(yīng)溫度可在25～50℃自由調(diào)整。原來(lái)調(diào)整聚合物PTC響應(yīng)溫度的方法是改變分子量，因此響應(yīng)溫度的控制性低。
作為導(dǎo)電性物質(zhì)添加了石墨。在體溫附近，溫度上升時(shí)，聚合物PTC膨脹，石墨顆粒間的物理距離變大，電阻升高。對(duì)于5℃的溫度變化，電阻會(huì)有5～6個(gè)數(shù)量級(jí)的改變。由于變化較大，因此不用復(fù)雜的讀取電路即可。
可檢測(cè)溫度分布
研究小組將此次開(kāi)發(fā)的溫度傳感器貼在老鼠的肺表面，測(cè)量了伴隨呼吸運(yùn)動(dòng)的溫度變化。結(jié)果發(fā)現(xiàn)，盡管外界氣溫(25℃)與體溫(37℃)差距很大，老鼠的肺在呼氣和吸氣時(shí)的溫度差卻只有大約0.1℃。實(shí)驗(yàn)表明：恒溫動(dòng)物可精準(zhǔn)地保持恒定體溫。
研究小組還制作出了利用印刷工藝集成了有機(jī)晶體管有源矩陣的12點(diǎn)×12點(diǎn)的多點(diǎn)溫度計(jì)。并實(shí)時(shí)測(cè)量了表面溫度的分布。
監(jiān)測(cè)嬰兒和術(shù)后患處
柔性體溫計(jì)的設(shè)想用途是監(jiān)測(cè)嬰兒體溫以便及早發(fā)現(xiàn)身體異常、貼在手術(shù)后的患處監(jiān)測(cè)炎癥導(dǎo)致的發(fā)熱、還可以用于測(cè)量運(yùn)動(dòng)中衣服內(nèi)側(cè)的體溫，以便開(kāi)發(fā)功能性運(yùn)動(dòng)服等。
此次成果是在日本科學(xué)技術(shù)振興機(jī)構(gòu)(JST)戰(zhàn)略性創(chuàng)造研究推進(jìn)業(yè)務(wù)統(tǒng)括實(shí)施型研究(ERATO)“染谷人體親和電子項(xiàng)目”中，通過(guò)與美國(guó)德克薩斯大學(xué)達(dá)拉斯分校教授WalterVoit的研究小組合作研究獲得的。論文已于美國(guó)時(shí)間2015年11月9日發(fā)表在美國(guó)科學(xué)雜志《美國(guó)科學(xué)院院刊》 (PNAS)”的在線速報(bào)版上。論文題目是“Ultraflexible,large-area,physiological temperature sensors for multipoint measurements”(用于多點(diǎn)測(cè)量的超薄大面積生理溫度傳感器)。
