JP6424404B2 - 信号検出装置および信号検出方法 - Google Patents
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Description
本願は、2012年10月2日に、日本に出願された特願2012−220427号に基づき優先権を主張し、その内容をここに援用する。
上記信号検出装置の構成において、例えば、前記電極は、親水性のイオン液体を構成する分子と水溶性高分子とで二重に被覆されたカーボンナノ材料が水溶性高分子媒体中に分散され、その水溶性高分子が架橋されてなる導電性材料から構成されている。
上記信号検出装置の構成において、例えば、前記第2回路層に形成された複数の増幅器の出力信号を前記第3回路層に形成された複数のトランジスタを介して読み出すための配線が、前記第2回路層が位置する一面側とは反対側の前記第3回路層の他面側に引き出されている。
上記信号検出装置の構成において、例えば、前記配線が、前記第3回路層の外周領域において前記第3回路層の他面側に引き出されている。
上記信号検出装置の構成において、例えば、前記第1回路層には、その第1回路層に形成された前記複数の電極と前記第2回路層に形成された前記複数の増幅器の入力部とを容量結合する複数のコンデンサが形成されている。
上記信号検出装置の構成において、例えば、前記第1回路層と前記第2回路層との間、および、前記第2回路層と前記第3回路層との間は、それぞれ、異方性導電性シートを介して電気的に接続されている。
上記信号検出装置の構成において、例えば、前記第1回路層を構成する部材は、前記第2回路層を封止する封止層を形成する。
上記信号検出装置の構成において、例えば、前記第2回路層が前記第1回路層と前記第3回路層とにより挟まれて前記第1回路層と前記第2回路層と前記第3回路層とが積層され、前記第1回路層と前記第3回路層は、相互に同等の曲げ剛性を有する。
上記課題を解決するために、本発明の一態様は、上記信号検出装置を用いて前記被検体から信号を検出する信号検出方法であって、前記第3回路層に形成された複数のトランジスタを介して、前記第2回路層に形成された複数の増幅器の何れかの出力信号を選択的に読み出す段階を含む、信号検出方法の構成を有する。
上記信号検出方法の構成において、例えば、前記第2回路層に形成された複数の増幅器の何れかの出力信号を選択的に読み出す段階は、前記複数のトランジスタを介して前記複数の増幅器の出力信号を走査して順次的に読み出す第1段階と、前記第1段階で読み出された前記複数の増幅器の出力信号の強度分布を生成する第2段階と、前記強度分布の分析結果に基づいて特定された前記複数の増幅器の1または2以上の出力信号を同時に読み出す第3段階と、を含む。
図1は、本発明の実施形態による信号検出装置100の回路構成の一例を示す図である。信号検出装置100は、被検体から発生される信号を検出する信号検出装置であって、8行8列の行列状に配列された複数(64個)の信号検出器F11〜F88と、信号転送用の複数のトランジスタT11〜T88と、複数のビット線BL1〜BL8と、複数のワード線WL1〜WL8とを備える。なお、本実施形態では、被検体として生体を想定するが、本実施形態による信号検出装置100は、生体に限らず、任意の対象物を被検体として信号を検出することができる。例えば、信号検出装置100は、生体信号に限らず、電子部品を実装した回路基板等の工業製品の複雑な表面の信号分布等を検出することもできる。従って、本発明による信号検出装置100の被検体となる対象物は任意である。
また、増幅回路層202、転送回路層203の各膜厚は、パリレン層を含めて約4μmである。また、前述のように、導電層204,205の各膜厚は約10μmである。従って、導電ゲル層2015の膜厚を0.1mmとすれば、電極回路層201から転送回路層203までの膜厚の合計値は、約130μmにとどまる。よって、上述したデバイス構造を有する信号検出装置100は、全体として極めて薄い膜厚のシート状に形成され、高い可撓性を有している。また、電極回路層201に形成されたコンデンサや、増幅回路層202および転送回路層203にそれぞれ形成されたトランジスタ等の個々の回路素子も可撓性を有している。また、各回路層に形成された金属層は、例えばCVD法を用いて形成された薄膜であり、高い可撓性を有している。また、導電ゲル層2015(電極101)を構成する後述の導電ゲルはきわめて優れた生体適合性と可撓性を有している。更に、被検体に接する導電ゲル層2015から増幅回路層202を隔離するAlOx/SAM層2013は耐湿性に優れている。従って、上述の電極回路層201、増幅回路層202、転送回路層203、導電層204,205を積層して備えた信号検出装置100は、高い可撓性と耐湿性を有しており、生体環境における信号検出に適した特性を備えている。本発明者らによれば、信号検出装置100の可撓性に関する評価値として1kPa弱のヤング率が確認された。従って、本実施形態による信号検出装置100は、食品のプリンに匹敵する1kPa〜10kPaのヤング率を有すると言われている脳よりも柔らかい。よって、例えば、信号検出装置100を脳溝内に密着させることができ、脳が発生させる信号の多くを占める脳溝内の活動信号を有効に検出することも可能になる。
なお、図5では省略されているが、信号検出装置100の積層構造の側端部においても、電極回路層201が形成する封止層により増幅回路層202が封止された構造となっている。
次に、図6を参照して、前述の図2に示す信号検出器の基本動作を説明する。本実施形態では、被検体としてウサギの心臓を用い、図2の信号検出器を備えた図1の信号検出装置100がウサギの心臓の表面に取り付けられているものとする。また、図2の信号検出器を構成する増幅器103の動作点は、低電位ノードVSSの電位を調整することにより、所望のゲインが得られる動作領域に予め設定されているものとする。
同図(a)に示すように、生体信号Sはパルス信号であり、一種の交流信号である。この例では、生体信号Sのパルスの振幅は約1.2mVである。生体信号Sは交流信号の一種であるため、コンデンサ102を通過して増幅器103に電気信号Sinとして入力される。ここで、電極101と増幅器103はコンデンサ102により直流的に絶縁されているので、被検体の心臓の電位が増幅器103の動作点に影響を与えることはない。
上述のように信号検出装置100を被検体の心臓Hに装着した状態で、図示しない外部情報処理装置(例えばパソコン)を用いて、ワード線WL1〜WL8を選択することにより、トランジスタT11〜T88を介して信号検出器F11〜F88の出力信号を走査して順次的に読み出す。例えば、図7(a)に示すように、第1行目の信号検出器F11〜F18に接続された信号転送用のトランジスタT11〜T18をワード線WL1により選択すると、信号検出器F11〜F88の各出力信号Soutが信号転送用のトランジスタT11〜T18を介してビット線BL1〜BL8にそれぞれ出力される。ビット線BL1〜BL8に出力された信号は外部情報処理装置により読み取られる。これにより、第1行目の信号検出器F11〜F18が走査される。他の行についても同様に走査される。
この例では、信号検出器F53,F54,F63,F64が、異常な信号強度が検出された信号検出器に相当する。この場合、オペレータは、信号の強度分布を分析し、異常部位を特定し、その異常部位に配置された信号検出器F53,F54,F63,F64の出力信号を読み出す旨の指示を外部情報処理装置に入力する。この指示(信号の強度分布の分析結果)に基づいて、外部情報処理装置は、異常部位に配置された信号検出器F53,F54,F63,F64の出力信号を同時に選択して読み出すことにより、被検体の異常部位の生体信号を経時的にモニタする。そして、外部情報処理装置は、モニタにより得られた生体信号を、波形、グラフ、数値等として表示部に表示させる。
また、本実施形態による図1に示す信号検出装置100の回路構成によれば、複数の信号検出器F11〜F88を任意に選択することができる。よって、異常部位に限らず、目標とすべき部位を容易に特定して生体信号をモニタすることができ、信号検出器F11〜F88が位置する範囲内で任意の部位の生体信号を選択的に検出することができる。
次に、電極101(導電ゲル層2015)を構成する導電ゲルについて説明する。
本発明の一実施形態に係る電極101を構成する導電ゲルは、カーボンナノ材料を含む。このカーボンナノ材料は、親水性のイオン液体を構成する分子と、水溶性高分子とで、二重に被覆されているものである。
この二重被覆されたカーボンナノ材料を、例えば、紙に漉き込んで導電性の紙を作製することにより、カーボンナノ材料自体に直接触れることなく、この導電性の紙に触れることが可能となる。同様に、この二重被覆されたカーボンナノ材料を紙以外の物の材料に混ぜ込んでその物を作製することにより、カーボンナノ材料自体に直接触れることなく、その物に触れることが可能となる。
上記カーボンナノ材料はイオン液体を構成する分子の単分子膜で被覆されていることが好ましい。
親水性のイオン液体としては、従来から知られた各種のイオン液体のうち、親水性のイオン液体を使用することができ、例えば、N,N−ジエチル−N−メチル−N−(2−メトキシエチル)アンモニウム テトラフルオロボレート(DEMEBF4)を挙げることができる。
なお、細分化工程において用いるせん断力を付与する手段は特に限定されるものではなく、ボールミル、ローラーミル、振動ミルなどのせん断力を付与することができる湿式粉砕装置を使用することができる。
1.合成高分子
(1)イオン性
ポリマクリル酸(アニオン性)
ポリスチレンスルホン酸(アニオン性)
ポリエチレンイミン(カチオン性)
MPCポリマー(両性イオン)
(2)非イオン性
ポリビニルピロリドン(PVP)
ポリビニルアルコール(ポリ酢酸ビニル鹸化物)
ポリアクリルアミド(PAM)
ポリエチレンオキシド(PEO)
2.天然系高分子(多くは多糖類)
デンプン
ゼラチン
ヒアルロン酸
アルギン酸
デキストラン
タンパク質(例えば水溶性コラーゲンなど)
3.半合成高分子(例えばセルロースを可溶化したもの)
カルボキシメチルセルロース(CMC)
ヒドロキシプロピルセルロース(HPC)
メチルセルロース(MC)、等のセルロース誘導体
水溶性キトサン(「2.天然系高分子」に分類することもできる)
本発明の組成物又は導電性材料を用いて、微細な形状のパターンを形成するには、水溶性高分子が光架橋性であることが好ましい。
例えば、カーボンナノ材料としてカーボンナノチューブ、イオン液体としてN,N−ジエチル−N−メチル−N−(2−メトキシエチル)アンモニウム テトラフルオロボレート(DEMEBF4)を選択することにより、カーボンナノチューブを包み込むDEMEBF4の分子の層を単分子層とすることができる。さらに、水溶性高分子として例えば、ポリロタキサンを選択すると、DEMEBF4の単分子層の上に5nm程度の薄いポリロタキサンの層を形成することができる。こうして得られる組成物はカーボンナノチューブの分散濃度を高密度とすることができ、導電性の高い材料とすることができる。かかる導電性材料で作製した電極等の導電部材では、薄いDEMEBF4分子層及びポリロタキサン層を介してカーボンナノチューブ間を電子が移動して電流が流れる。
これにより、カーボンナノ材料のバンドル又は凝集がより解けた状態で親水性のイオン液体でカーボンナノ材料を覆うことができる。
カーボンナノ材料に結合していない前記イオン液体を構成する分子を除去するために濯ぎ工程をさらに備えてもよい。これにより、成形性や加工性が向上する。
この濯ぎ工程は例えば、生理食塩水、エタノール、ゲルを破壊しない液体によって行うことができる。この濯ぎ工程はいずれの段階で行ってもよい。
この組成物の作製は、市販のカーボンナノチューブ(MWNT、長さ10μm、径5nm)30mgと、親水性のイオン液体である、N,N−ジエチル−N−メチル−N−(2−メトキシエチル)アンモニウム テトラフルオロボレート(DEMEBF4)60mgと混合し、磁気スターラーを用いて700rpm以上の回転数で1週間、25℃で脱イオン水中で撹拌した。得られた懸濁液を、高圧ジェットミルホモジナイザー(60MPa;Nano−jet pal, JN10, Jokoh)によって処理して、黒い物質を得た。得られたCNTゲルを含む溶液を生理食塩水で濯いだ後に、光架橋剤(Irgacure2959、長瀬産業株式会社製)1mgと、ポリロタキサンゲル(「光架橋性環動ゲル」、アドバンストソフトマテリアルズ株式会社製)1000mgとを混合し、上記組成物を作製した。
得られたシートのヤング率は10kPaよりも低かった。シリコンのヤング率は100GPa程度であり、従来のプラスチックフィルムのヤング率は1〜5GPaであるから、非常に柔らかいことがわかる。また、脳のヤング率は1〜2kPaであり、心臓の筋肉細胞のヤング率は〜100kPaであるから、本発明の一実施形態の組成物又は導電性材料は、臓器と同程度あるいはそれ以上の高い柔らかさを有することがわかった。このため、臓器の表面に高い追従性を有し、臓器との間に極めて良好な界面を形成できる。
光架橋材料の種類を変えることで様々な波長で架橋できるので、架橋手段はUVには限定されない。
高分解断面透過電子顕微としては、HF−2000Cold−FE TEM(80kV、株式会社日立ハイテクノロジーズ製)を用いた。
図9(b)に示すように、単体のカーボンナノチューブにポリロタキサンが被覆しているが、その被覆層の層厚は不均一であることがわかる。これに対して、図9(c)に示すように、単体のカーボンナノチューブを被覆するポリロタキサン層の層厚が非常に均一であり、図9(b)に示すものとは明確に異なることわかる。
この被覆層の層厚の均一性の違いは、後者がカーボンナノチューブを覆っていた親水性イオン液体DEMEBF4の分子が剥がされて、ポリロタキサンがカーボンナノチューブを覆い直したのではなく、カーボンナノチューブを覆っていた親水性イオン液体DEMEBF4の分子の層の上にポリロタキサンが覆ったものであることを示している。カーボンナノチューブを覆っていた親水性イオン液体DEMEBF4の分子が剥がされて、ポリロタキサンがカーボンナノチューブを覆ったのであれば、図9(c)も図9(b)と同様に被覆層の層厚は不均一になるはずである。また、カーボンナノチューブとDEMEBF4の分子との結合が水素結合にも匹敵する高いカチオン-π相互作用で結合しているので、カーボンナノチューブを覆っていた親水性イオン液体DEMEBF4の分子は上記の工程では剥がされないと考えられる。
組成物(CNT−gel)は、図8(a)で示した組成物の作製条件と同じ条件で得られた組成物である。大きさは1cm角、厚みは1mmであった。
生理食塩水を主成分とするゲル(Saline−based gel)は、300mgのロタキサンゲルに1mgの光架橋剤を入れて、100mlの生理食塩水で溶かし、その後にUVにより光架橋することにより得た。大きさは1cm角、厚みは1mmであった。
図10に示すように、本発明の一実施形態である組成物の面抵抗は、従来の生理食塩水を主成分とするゲルに比べて、2桁〜3桁以上低いことがわかった。
組成物(CNT−rotaxane gel)は、図8(a)で示した組成物の作製条件と同じ条件で得られた組成物である。大きさは1cm角、厚みは1mmであった。
ポリアクリルアミドゲル(Poly−acrylamide gel)は、300mgのポリアクリルアミドに1mgの光架橋剤を入れて、100mlの脱イオン水で溶かし、その後にUVにより光架橋することにより得た。大きさは1cm角、厚みは1mmであった。
また、脱イオン水の代わりに生理食塩水100mlで溶かしてもよい。この場合、ゲルに含浸される水を生理食塩水で置換する手間を省いて生体に適用することができる。
生理食塩水含有ポリアクリルアミドゲル(Saline poly−acrylamide gelは、300mgのポリアクリルアミドに1mgの光架橋剤を入れて、100mlの生理食塩水で溶かし、その後にUVにより光架橋することにより得た。大きさは1cm角、厚みは1mmであった。
生理食塩水含有ロタキサンゲル(Saline−rotaxane gel)は、300mgのロタキサンゲルに1mgの光架橋剤を入れて、100mlの生理食塩水で溶かし、その後にUVにより光架橋することにより得た。大きさは1cm角、厚みは1mmであった。
図11に示すように、本発明の一実施形態である組成物の電気容量は、比較例のゲルよりも高いことがわかった。
また、本発明の組成物又は導電性材料は、カーボンナノ材料を含むものであり、カーボンナノ材料、特に、カーボンナノチューブは高い比表面積を有するものなので、この点からも高い信号検出能力を有するものである。また、本発明の組成物又は導電性材料を用いて作製した電極の導電率は、Au電極の導電率より低いが、信号を容量でとる場合には導電率ではなく、実効的な表面積が大きいことが重要である。
(1)第1の工程
まず、カーボンナノチューブとDEMEBF4と水とを混合し、撹拌して、イオン液体を構成する分子に覆われたカーボンナノチューブが分散する第1の分散系を得る。
第1の分散系を、生理食塩水、エタノール、ゲルを破壊しない液体等によって濯ぐ工程を行って、カーボンナノチューブに結合していないDEMEBF4を除去してもよい。
この分散系においては、イオン液体を構成する分子に覆われたカーボンナノチューブが水に分散されている。カーボンナノチューブとイオン液体の量に依存して、他に、イオン液体を構成する分子に十分に覆われていない又は全く覆われていないカーボンナノチューブ(バンドル化されているカーボンナノチューブも含む)やイオン液体を構成する分子が含有されている場合がある。
この工程において、ジェットミル等により、カーボンナノチューブにせん断力を加えて細分化するのが好ましい。この工程により、カーボンナノチューブは、ファンデルワールス力でバンドル化していた1本1本のカーボンナノチューブが解けて、バンドル化(凝集)の程度が低減し、1本1本のカーボンナノチューブにまで解くことも可能となるからである。
次に、上記第1の分散系とポリロタキサン(「光架橋性環動ゲル」、アドバンストソフトマテリアルズ株式会社製)と水とを混合し、撹拌して、イオン液体を構成する分子に覆われたカーボンナノ材料と水溶性高分子とが分散する第2の分散系を得る。
第2の分散系を、生理食塩水、エタノール、ゲルを破壊しない液体等によって濯ぐ工程を行って、カーボンナノチューブに結合していないDEMEBF4を除去してもよい。
なお、図12に示すように、得られた組成物を架橋する場合には架橋剤も混合することができる。これによって、得られた第2の分散系は図12に示すようなゲル状の物質である。
次に、ポリロタキサンを架橋して、DEMEBF4を構成する分子に覆われたカーボンナノチューブがポリロタキサン媒体中に分散され、そのポリロタキサンが架橋されてなる組成物(導電性材料)を得る。
得られた組成物(導電性材料)を生理食塩水、エタノール、ゲルを破壊しない液体等によって濯ぐ工程を行って、カーボンナノチューブに結合していないDEMEBF4を除去してもよい。
例えば、上述の実施形態では、信号検出器F11〜F88を行列状に均等に配列したが、被検体の形状に応じて不均等に配列してもよい。また、増幅器103の出力信号Soutを電圧信号として取り出すものとしているが、この例に限定されず、出力信号Soutを電流信号として取り出してもよい。
Claims (10)
- 被検体から発生される信号を検出する信号検出装置であって、
前記被検体と接する複数の電極が形成された第1回路層と、
前記複数の電極のそれぞれと容量結合された入力部を有する複数の増幅器が形成された第2回路層と、
前記複数の増幅器の出力を読み出すための複数のトランジスタが形成された第3回路層と、
を積層して備え、
前記第1回路層内において、前記複数の電極の前記第2回路層側に、前記第2回路層を封止する絶縁層が形成され、その絶縁層を介して前記複数の電極と前記複数の増幅器の入力部とが容量結合され、
前記第1回路層と前記第2回路層との間、および、前記第2回路層と前記第3回路層との間が、それぞれ、導電性を有するシートを介して電気的に接続された、信号検出装置。 - 前記電極は、親水性のイオン液体を構成する分子と水溶性高分子とで二重に被覆されたカーボンナノ材料が水溶性高分子媒体中に分散され、その水溶性高分子が架橋されてなる導電性材料から構成されたことを特徴とする請求項1に記載の信号検出装置。
- 前記第2回路層に形成された複数の増幅器の出力信号を前記第3回路層に形成された複数のトランジスタを介して読み出すための配線が、前記第2回路層が位置する一面側とは反対側の前記第3回路層の他面側に引き出された、請求項1または2に記載の信号検出装置。
- 前記配線が、前記第3回路層の外周領域において前記第3回路層の他面側に引き出された、請求項3に記載の信号検出装置。
- 前記第1回路層には、その第1回路層に形成された前記複数の電極と前記第2回路層に形成された前記複数の増幅器の出力部とを容量結合する複数のコンデンサが形成された、請求項1から4のいずれか一項に記載の信号検出装置。
- 前記第1回路層と前記第2回路層との間、および、前記第2回路層と前記第3回路層との間は、それぞれ、異方性導電性シートを介して電気的に接続された、請求項1から5のいずれか一項に記載の信号検出装置。
- 前記第1回路層を構成する部材は、前記第2回路層を封止する封止層を形成する、請求項1から6の何れか1項に記載の信号検出装置。
- 前記第2回路層が前記第1回路層と前記第3回路層とにより挟まれて前記第1回路層と前記第2回路層と前記第3回路層とが積層され、
前記第1回路層と前記第3回路層は、相互に同等の曲げ剛性を有する、請求項1から7の何れか1項に記載の信号検出装置。 - 請求項1から8の何れか1項に記載された信号検出装置を用いて前記被検体から信号を検出する信号検出方法であって、
前記第3回路層に形成された複数のトランジスタを介して、前記第2回路層に形成された複数の増幅器の何れかの出力信号を選択的に読み出す段階を含む、信号検出方法。 - 前記第2回路層に形成された複数の増幅器の何れかの出力信号を選択的に読み出す段階は、
前記複数のトランジスタを介して前記複数の増幅器の出力信号を走査して順次的に読み出す第1段階と、
前記第1段階で読み出された前記複数の増幅器の出力信号の強度分布を生成する第2段階と、
前記強度分布の分析結果に基づいて特定された前記複数の増幅器の1または2以上の出力信号を同時に読み出す第3段階と、
を含む請求項9に記載の信号検出方法。
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Family Cites Families (43)
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---|---|---|---|---|
US4274420A (en) * | 1975-11-25 | 1981-06-23 | Lectec Corporation | Monitoring and stimulation electrode |
US4125110A (en) | 1975-11-25 | 1978-11-14 | Hymes Alan C | Monitoring and stimulation electrode |
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TW311949B (ja) | 1995-11-29 | 1997-08-01 | Toray Industries | |
JPH09271466A (ja) * | 1996-04-05 | 1997-10-21 | Nippon Syst House Kk | 生体情報収集装置及び生体情報処理システム |
US6514610B2 (en) | 1999-12-13 | 2003-02-04 | Fuji Spinning Co., Ltd. | Method for manufacturing improved regenerated cellulose fiber |
JP2001164419A (ja) | 1999-12-13 | 2001-06-19 | Fuji Spinning Co Ltd | 改質セルロース再生繊維の製造方法 |
EP1332259A2 (en) | 2000-11-10 | 2003-08-06 | BKI Holding Corporation | Crosslinked cellulose fibers |
US6666821B2 (en) * | 2001-01-08 | 2003-12-23 | Medtronic, Inc. | Sensor system |
JP3676337B2 (ja) | 2002-10-23 | 2005-07-27 | 独立行政法人科学技術振興機構 | カーボンナノチューブとイオン性液体とから成るゲル状組成物とその製造方法 |
JP4134306B2 (ja) | 2003-02-25 | 2008-08-20 | 独立行政法人科学技術振興機構 | カーボンナノチューブ/ポリマー複合体及びその製法 |
JP2004349513A (ja) | 2003-05-22 | 2004-12-09 | Seiko Epson Corp | 薄膜回路装置及びその製造方法、並びに電気光学装置、電子機器 |
JP4038685B2 (ja) | 2003-12-08 | 2008-01-30 | 独立行政法人科学技術振興機構 | アクチュエータ素子 |
JP4443944B2 (ja) * | 2004-01-20 | 2010-03-31 | 独立行政法人科学技術振興機構 | トランジスタとその製造方法 |
KR100938866B1 (ko) | 2004-02-25 | 2010-01-27 | 에스.오.아이. 테크 실리콘 온 인슐레이터 테크놀로지스 | 광검출장치 |
US20060129056A1 (en) * | 2004-12-10 | 2006-06-15 | Washington University | Electrocorticography telemitter |
JP4873453B2 (ja) | 2005-03-31 | 2012-02-08 | 独立行政法人産業技術総合研究所 | 導電性薄膜、アクチュエータ素子及びその製造方法 |
JP2006320484A (ja) * | 2005-05-18 | 2006-11-30 | Alps Electric Co Ltd | 感圧部材、それを用いた感圧式指紋センサおよび指紋センサモジュール |
JP4482888B2 (ja) * | 2005-06-09 | 2010-06-16 | ノーリツ鋼機株式会社 | 画像処理方法 |
DE102006008501B3 (de) * | 2006-02-23 | 2007-10-25 | Albert-Ludwigs-Universität Freiburg | Sonde und Verfahren zur Datenübertragung zwischen einem Gehirn und einer Datenverarbeitungsvorrichtung |
WO2008016990A2 (en) | 2006-08-02 | 2008-02-07 | Ada Technologies, Inc. | High performance ultracapacitors with carbon nanomaterials and ionic liquids |
EP2074168A2 (en) | 2006-10-11 | 2009-07-01 | University of Florida Research Foundation, Incorporated | Electroactive polymers containing pendant pi-interacting/binding substituents, their carbon nanotube composites, and processes to form the same |
JP2010512298A (ja) | 2006-12-14 | 2010-04-22 | ユニバーシティー オブ ウロンゴング | ナノチューブとカーボン層とのナノ構造複合体 |
JP2008162899A (ja) | 2006-12-27 | 2008-07-17 | Tokyo Univ Of Agriculture & Technology | 生体関連化合物からなるイオン液体 |
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JP2009035619A (ja) | 2007-08-01 | 2009-02-19 | Konica Minolta Holdings Inc | 導電性組成物及び導電性膜 |
JP5612311B2 (ja) | 2007-11-27 | 2014-10-22 | アドバンスト・ソフトマテリアルズ株式会社 | ポリロタキサン又は架橋ポリロタキサン及び多成分分散媒体を含有する組成物 |
JP5660595B2 (ja) | 2008-02-11 | 2015-01-28 | 国立大学法人 東京大学 | 導電紙とその製造方法、導電性セルロース組成物とその製造方法、物品、電子デバイス |
WO2009102077A1 (ja) | 2008-02-11 | 2009-08-20 | The University Of Tokyo | カーボンナノチューブゴム組成物、配線、導電性ペースト、電子回路およびその製造方法 |
EP2265171B1 (en) | 2008-03-12 | 2016-03-09 | The Trustees of the University of Pennsylvania | Flexible and scalable sensor arrays for recording and modulating physiologic activity |
US20100145176A1 (en) * | 2008-12-04 | 2010-06-10 | Himes David M | Universal Electrode Array for Monitoring Brain Activity |
US9061134B2 (en) * | 2009-09-23 | 2015-06-23 | Ripple Llc | Systems and methods for flexible electrodes |
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US9419235B2 (en) | 2009-11-06 | 2016-08-16 | Shibaura Institute Of Technology | Method for producing gel containing nano-carbon material |
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US10441185B2 (en) * | 2009-12-16 | 2019-10-15 | The Board Of Trustees Of The University Of Illinois | Flexible and stretchable electronic systems for epidermal electronics |
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