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インクジェット方式と押出し印刷方式の比較
バイオメディカル電極（Biomedical
Electrodes）は、生体刺激を電気信号に変換することによって、人体の内部情報/プロセスを評価する上で重要な役割を果たしています。これらの技術は、心電図（ECG/EKG）、筋電図（EMG）、脳波（EEG）などにおける測定手順に一般的に使用され、ほとんどの場合、回路電極として銀/塩化銀（Ag/AgCl）電極を使用しています。
ヨーク大学のYoland El-hajj氏らのInkjet and Extrusion Printed Silver Biomedical Tattoo
Electrodesによると、これらの銀/塩化銀の電極を使用する利点はあるが、被検者の体の動きによるブレが生じやすく、不快感も伴い、長期間の使用には適さないと、ヨーク大学のYoland
El-hajj氏らは報告しています。
対照的に、印刷されたタトゥー回路/電極は、生体活動をモニタリングするための有望な代替手段と言えます。El-hajj氏はVoltera社とのインタビューで、人体の信号を取得するための最善方法は、皮膚に装着可能な“固めな、がっちりしたセンサ”ではなく、身体に“シームレスにフィットするセンサ”を使用することだと述べました。
NOVAによる押出し印刷方式
El-hajj氏らは、Inkjet and Extrusion Printed Silver Biomedical Tattoo
Electrodesにおいて、銀インクを用いて電極を印刷する2つの一般的な方法（インクジェット印刷方式と押出し印刷方式）を比較しました。
この研究で銀ベースのインクを印刷媒体として選択した理由として他のインク(金、グラフェンなど)と比較して、高い導電性、機械的堅牢性、生体適合性、適度なコストであると述べています。
研究チームは、Voltera社製研究開発用電子回路プリンタNOVAを使用して、様々な形状の回路/電極を印刷し、作製されたサンプルの性能、信号テストを行いました。El-hajj氏は、タトゥー回路/電極は非常に薄いため、人工装具との統合など、多くの機能的目的に使用できると述べました。
「これは出発点です。特定のインクを様々な基板に印刷するための印刷パラメータを最適化することで、さらに先に進めることができます。例えば、歪みセンサなどを身体に密着、一体化させることができ、またエナジーハーベスティングの分野への探求にも繋がります。」
この研究でNOVAがどのように役立ったかをまとめると、El-hajj氏は、「NOVAは印刷工程をより効率的にし、材料の選択や校正、印刷パターニングがこれまで以上に簡単になった。」と述べました。NOVAは、インクジェット印刷方式を含む他の印刷方法と比べ、コスト効率が高く、基材にパターンを印刷するための所要時間を短縮できます。
結果：インクジェットと押出し印刷の比較
研究結果において、インクジェットにて印刷された回路/電極は曲げ歪みによく耐えるため、より激しい動きをする身体部位{筋電図（EMG）など}で信号を取得するのに最適であることが示されました。一方で、押出し印刷方式で作製した回路/電極は、シート抵抗とインピーダンスが低く、インクが紙に吸収されません（インクジェット印刷方式でのタトゥー回路/電極でよく見られる問題でもあります）。
インクジェットと押出し印刷のシート抵抗
- 押出し印刷での回路/電極：9.4mΩ/sq
- インクジェット印刷での回路/電極：25.1kΩ/sq
インクジェットと押出し印刷のインピーダンスの比較
結論
銀インクで印刷されたバイオメディカルタトゥー回路/電極は、生体情報モニタリングの技術における有望な躍進です。従来の電極に比べ、快適性、柔軟性、効率性が高く、さらにパーソナライズ可能、非侵襲的な性質があるため、ヘルスケアにおける革新的な進歩への道が開きつつあります。事実、El-hajiはバイオメディカル・プリンテッド・エレクトロニクスの研究を続け、Epictrode Healthという会社を設立しました。
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