サボテンの棘にヒントを得た「汗採取パッチ」を開発
サボテンの棘にヒントを得た「汗採取パッチ」を開発 / Credit: Pohang University of Science & Technology(POSTECH) – Sweat-Collecting Patch Inspired by Cactus Spines(2021)
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サボテンの棘にヒントを得た「汗採取パッチ」を開発

2021.11.10 Wednesday

Cactus Spine-Inspired Sweat Collection Technology https://www.medgadget.com/2021/11/cactus-spine-inspired-sweat-collection-technology.html Sweat-Collecting Patch Inspired by Cactus Spines https://postech.ac.kr/eng/sweat-collecting-patch-inspired-by-cactus-spines/?pageds=1&k=&c=
Cactus-Spine-Inspired Sweat-Collecting Patch for Fast and Continuous Monitoring of Sweat https://onlinelibrary.wiley.com/doi/10.1002/adma.202102740

汗には、尿素やグルコースといった様々な化学物質が含まれており、健康状態をモニタリングするにはもってこいです。

一方で、汗の分泌量や速度が不規則であるため、サンプリングが困難という問題があります。

しかし、浦項(ポハン)工科大学校(Pohang University of Science & Technology・韓)の研究チームはこのほど、サボテンの棘(とげ)にインスパイアされた新たな「汗採取パッチ」の開発に成功したと発表しました。

パッチは、繰り返し採血しなければならない糖尿病患者の血糖値チェックや、日常的な健康管理のウェアラブルデバイスとして使用できるとのことです。

研究は、8月15日付けで学術誌『Advanced Materials』に掲載されています。

 

電力の要らない「汗採取パッチ」の開発に成功!

サボテンの棘の「吸水法」を利用
サボテンの棘の「吸水法」を利用 / Credit: jp.depositphotos

開発に当たってベースとした考えは、皮膚に貼り付けるパッチが、非侵襲的(生体を傷つけることなく)かつ効率的に汗を集め、化学物質を分析するというものです。

しかし、汗は身体活動を必要とするため、血液や尿のように適量を効率よく採取し、すばやく分析する方法が確立されていません。

そこで研究チームは、パッチによる汗の採取効率を高めるべく、「自然」の中にアイデアを求めました。

それがサボテンの棘です。

サボテンの巧みな給水戦略

サボテンの大部分は乾燥地に分布しているため、わずかな水分も逃さないようにしなければなりません。

その秘密の一つが、棘に隠されています。

サボテンの棘は、円錐状に先細りしており、尖った先端部で少量の水滴をとらえます。

この時、水滴表面が曲率を持つことで、液体の内外に圧力差が生じ、水滴が先端部からゆっくりと基部(棘の根元)に向かって移動し始めるのです。

これを「ラブラス圧」と呼びます。

こうした棘の仕組みのおかげで、サボテンは少量の水分を効率的に吸収し、乾燥地でも生き抜いていけるのです。

チームは、このメカニズムをパッチに応用することにしました。

パッチ上に「ラブラス圧」を再現

ラプラス圧を再現するためにチームは、パッチ内に水をはじく「疎水性エリア」と、水を取り込む「親水性エリア」からなる楔(くさび)形のパターンを作成しました。

下図のオレンジ色の部分が疎水性で、黄色の部分が親水性となっています。

そして、親水性エリアが楔形になっていることでラプラス圧が発生し、水滴を移動させられるのです。

サボテンの棘の仕組みを再現
サボテンの棘の仕組みを再現 / Credit: Pohang University of Science & Technology(POSTECH) – Sweat-Collecting Patch Inspired by Cactus Spines(2021)

この楔形パターンを放射状に配置することで、採取した汗がパッチの中央に集まります。

もちろん、圧力差を利用しているだけなので、パッチを動かすための電力も要りません。

放射状に配置して、汗を中央に集める
放射状に配置して、汗を中央に集める / Credit: Pohang University of Science & Technology(POSTECH) – Sweat-Collecting Patch Inspired by Cactus Spines(2021)

研究チームはこれまでのところ、このパッチが、微細加工されたチャネルに液体を通す従来のマイクロ流体デバイスよりも、すばやく効率的な汗の採取に成功していると報告しています。

これにより、汗を継続的にモニタリングできる可能性があります。

開発リーダーの一人であるKilwon Cho氏は、次のように述べています。

「これまでは、汗を集めることの難しさが、ウェアラブル医療機器における汗の使用を妨げていました。

しかし、新たに開発されたパッチは、この問題を解決し、多様なウェアラブル医療デバイスの実用化を可能にするでしょう」

このパッチにより、注射針による血糖値チェックの必要性がなくなるかもしれません。

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