JP7380098B2 - 動態解析システム - Google Patents
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Description
本発明は動態解析システムに関し、特に酵素電池を用いた動態解析システムに関する。
現在、開発が進められている酵素電池は、糖やアルコール、有機酸等の有機物を燃料にして、酵素反応により生成した電気エネルギーを利用する発電デバイスである。近年では、酵素電池から取り出した電気エネルギーを電源として使う以外にも、酵素が持つ基質選択性を利用し、糖やアルコール等の有機物をセンシングするための自己発電型センサーとして利用する方法も提案されており、新たなセンサーデバイス等への展開等が期待されている（特許文献１～２）。
上述のように、近年では酵素電池を用いた有機物をセンシングするためのセンサーとして期待されるが、センシングした情報等を有効活用するためには、センサーの技術向上によるデータの信頼性向上だけでなく、取得したデータ解析も課題である。
汗などの生体から出る有機物をセンシングし、データ解析するシステムを導入することが出来れば、生体の動態を解析することができるようになる。
上記課題に鑑み本発明の目的は、汗の状態を解析することが可能な動態解析システムを提供することである。
本発明の一態様にかかる動態解析システムは、汗が接触することで発電する酵素電池と、前記酵素電池の発電出力に基づいて動態を解析する解析部と、を備える。
本発明により、汗の状態を正確に解析することが可能な動態解析システムを提供することができる。
以下、図面を参照して本発明の実施の形態について説明する。
まず、図１を用いて、本実施の形態にかかる動態解析システムが備える酵素電池について説明する。
まず、図１を用いて、本実施の形態にかかる動態解析システムが備える酵素電池について説明する。
＜酵素電池＞
図１に示すように、酵素電池１０は、負極（アノード）２１、正極（カソード）２２、及びセパレータ２３を備える。酵素電池１０は、糖、アルコール、有機酸等の有機物（燃料）を酵素が分解（酸化）することで発電可能な発電デバイスである。換言すると、酵素電池１０は、酵素反応を利用した発電デバイスである。
図１に示すように、酵素電池１０は、負極（アノード）２１、正極（カソード）２２、及びセパレータ２３を備える。酵素電池１０は、糖、アルコール、有機酸等の有機物（燃料）を酵素が分解（酸化）することで発電可能な発電デバイスである。換言すると、酵素電池１０は、酵素反応を利用した発電デバイスである。
負極２１は、酵素が有機物（燃料）を酸化することで生成された電子（ｅ－）を集電して正極２２に供給する。酵素が有機物（燃料）を酸化する際、プロトン（Ｈ＋）も生成される。プロトン（Ｈ＋）は、イオン伝導体（電解質）を介して正極２２へと移動する。
例えば、負極２１は、基材である導電性支持体をそのまま用いたり、導電性支持体に導電性炭素材料のペーストを塗布して乾燥させたりすることで形成することができる。導電性支持体の材料には、紙やＰＥＴなどの非導電基材に導電性炭素材料のペーストを塗布した導電層、カーボンペーパー、カーボンクロス、金属箔、金属メッシュ等を用いることができる。導電性炭素材料のペーストは、黒鉛、カーボンブラック、グラフェン系材料等の導電性炭素材料、溶剤、及びバインダーを混合して混練することで形成することができる。
また、負極２１には酵素が担持されている。このとき使用する酵素としては、有機物（燃料）との反応により電子を授受することができる酵素であれば特に限定されることはなく、供給する燃料やコスト、デバイスの種類等に応じて適宜選択することができる。例えば、燃料が糖や有機酸である場合は、糖や有機酸などのオキシダーゼやデヒドロゲナーゼなどを酵素として利用することができる。特に、乳酸は汗などの生体試料に含まれていることから、乳酸を燃料にできる乳酸オキシダーゼなどを酵素として用いることが好ましい。
正極２２は、負極２１で生成された電子を受け取り、当該電子を用いた還元反応が起こることで当該電子を消費する。具体的には、正極２２には、負極２１で生成された電子（ｅ－）とプロトン（Ｈ＋）が供給され、これらが正極２２付近の酸素と下記の反応をすることで、水（Ｈ２Ｏ）が生成される。
Ｏ２＋４Ｈ＋＋４ｅ－→２Ｈ２Ｏ
正極２２においてこのような反応が起こることで、負極２１から供給された電子が消費される。
Ｏ２＋４Ｈ＋＋４ｅ－→２Ｈ２Ｏ
正極２２においてこのような反応が起こることで、負極２１から供給された電子が消費される。
例えば、正極２２は、触媒を含む組成物のペーストを、基材である導電性支持体に塗布して乾燥させることで形成することができる。導電性支持体の材料には、紙やＰＥＴなどの非導電基材に導電性炭素材料のペーストを塗布した導電層、カーボンペーパー、カーボンクロス、金属箔、金属メッシュ等を用いることができる。触媒を含む組成物としては、無機化合物を用いた組成物や酵素を用いた組成物を用いることができる。
例えば、無機化合物を用いる場合は、貴金属触媒、卑金属触媒、炭素触媒等を用いることができる。
貴金属触媒には、例えば、ルテニウム、ロジウム、パラジウム、銀、オスミウム、イリジウム、白金、金から選択される元素を一種以上含む材料を用いることができる。
卑金属触媒には、例えば、ジルコニウム、タンタル、チタン、ニオブ、バナジウム、鉄、マンガン、コバルト、ニッケル、銅、亜鉛、クロム、タングステン、及びモリブデンからなる群より選択された少なくとも１種の卑金属元素を含む酸化物を使用することができ、より好ましくはこれら卑金属元素の炭窒化物や、これら卑金属元素の炭窒酸化物を使用することができる。
炭素触媒は、炭素元素を基本骨格とした炭素材料からなり、それらの構成単位間に物理的・化学的な相互作用（結合）を有し、異種元素、たとえばＮ、Ｂ、Ｐなどのヘテロ原子を含み、更に場合によって卑金属元素が含まれ酸素還元活性を有する触媒材料である。ここでいう卑金属元素とは、遷移金属元素のうち貴金属元素（ルテニウム、ロジウム、パラジウム、銀、オスミウム、イリジウム、白金、金）を除く金属元素である。卑金属元素としては、コバルト、鉄、ニッケル、マンガン、銅、チタン、バナジウム、クロム、亜鉛、およびスズからなる群より選ばれる一種以上を含有することが好ましい。ヘテロ元素と卑金属元素を含有することは、酸素還元活性を有する上で重要な意味をなす。
また、酵素を触媒として用いる場合は、正極２２において電子を消費できる酵素を用いる。例えば、ビリルビンオキシダーゼ、ラッカーゼ、アスコルビン酸オキシダーゼなどの還元酵素を用いることができる。これらは分子状の酸素を還元する酸素還元酵素として機能する。
負極２１および正極２２にはメディエータが担持されていてもよい。酵素の中には、電極に直接電子を伝達できる直接電子移動型（ＤＥＴ型）酵素と、直接電子を伝達できない酵素が存在する。ＤＥＴ型以外の酵素は、燃料の酸化によって生じた電子を酵素から負極２１（アノード）に伝達する、または、負極２１（アノード）から受け取った電子を正極２２（カソード）から酵素に伝達する役割を担うメディエータと併用することが好ましい。メディエータとしては、電極と電子の授受ができる酸化還元物質であれば特に制限はなく、従来公知のものを使用できる。
メディエータの使用方法としては、電極（負極、正極）に担持させる方法や電解液に溶解させて使用する方法等がある。メディエータとしては、テトラチアフルバレン、ハイドロキノンや１，４‐ナフトキノン等のキノン類、フェロセン、フェリシアン化物、オスミウム錯体、及びこれら化合物を修飾したポリマー等が例示できる。分別、廃棄の観点から非金属化合物が好ましい。
負極２１と正極２２との間にはセパレータ２３が配置されている。セパレータ２３は、負極２１と正極２２とを電気的に分離している。セパレータ２３には、例えば、ポリエチレン繊維、ポリプロピレン繊維、ガラス繊維、樹脂不織布、ガラス不織布、フェルト、濾紙、和紙等を用いることができる。なお、負極２１と正極２２との間の距離が十分に保つことができ、接触による短絡が防止できる構造である場合は、セパレータ２３を省略してもよい。
また、負極２１と正極２２との間には、イオン伝導体が設けられている。イオン伝導体は、負極２１で生成されたプロトン（Ｈ＋）を正極２２に伝導する。イオン伝導体としては、例えば、リン酸塩やナトリウム塩などの電解質が溶けている電解液や、固体のポリマー電解質などを用いてもよい。例えば、予め酵素電池に電解質を内蔵してもよいし、汗中に含まれる電解質を利用してもよい。汗中に含まれる電解質を利用する場合は、例えば、発汗時にセパレータ２３に汗が染みこむことで、セパレータ２３中をプロトン（Ｈ＋）が伝導することができる。なお、本実施の形態において、イオン伝導体の構成は上記構成に限定されることはなく、負極２１と正極２２との間においてイオンを伝導性することができる構成であればどのような構成であってもよい。
また、本実施の形態にかかる動態解析システムでは、酵素電池１０に予め燃料を内蔵しておいてもよい。例えば、燃料には、Ｄ－グルコース等の単糖類、デンプン等の多糖類、乳酸等の有機酸類などの有機物等を用いることができる。なお、本実施の形態で使用する燃料はこれらの材料に限定されることはなく、負極２１の酵素で分解できる有機物であればどのような材料を用いてもよい。また、燃料を内蔵する場所は酵素電池１０に限定されることはなく、例えば、生体の皮膚へ貼り付けるための貼り付け型パッチなどの中に酵素電池１０を内蔵する構成にしておいて、貼り付け型パッチ内に予め燃料を内蔵するようにしてもよい。すなわち、酵素電池１０及び貼り付け型パッチの少なくとも一方に予め燃料を内蔵しておいてもよい。
本実施の形態にかかる動態解析システムでは、酵素電池１０をセンサーとして用いている。すなわち、酵素電池１０が汗と接触すると、酵素電池１０で電力が生成される。本実施の形態にかかる動態解析システムでは、このとき酵素電池１０で発電された発電出力に基づいて動態を解析している。
例えば、予め酵素電池１０に燃料が内蔵されている場合は、発汗の際に汗中に燃料の有機物が溶出して拡散する。このとき溶出・拡散した有機物が負極２１に供給されることで、負極２１において有機物が酵素で分解されて電力が生成される。このとき燃料を内蔵する場所は、酵素電池１０のセパレータ２３が好ましいが、上述のように、酵素電池１０ではなく貼り付け型パッチに予め燃料を内蔵しておいてもよい。貼り付け型パッチに燃料を内蔵した場合は、発汗の際に貼り付け型パッチから汗中に燃料が溶出して負極２１に燃料が拡散する。これにより、燃料が負極２１に供給されて電力が生成される。
一方、予め酵素電池１０に燃料を内蔵しない場合は、汗中に含まれる有機物（例えば、乳酸など）が燃料となる。この場合は、汗中に含まれる有機物が負極２１の酵素で分解されて電力が生成されるので、汗中の乳酸などの量をセンシングすることができる。
なお、上記で説明した酵素電池１０の構成は一例であり、本実施の形態では、汗が供給されることで発電する酵素電池であればどのような構成であってもよい。
＜動態解析システム＞
次に、本実施の形態にかかる動態解析システムについて説明する。図２は、本実施の形態にかかる動態解析システムを示すブロック図である。図２に示すように、動態解析システム１は、酵素電池１０、解析部１１、及び報知部１２を備える。本実施の形態にかかる動態解析システム１は、動態解析システム１を装着している生体（人以外にも動物を含む）の汗の状態を解析することに好適に用いることができる。また、本発明において、汗をたくさん吸収できるように吸収体を備えた酵素電池を好適に用いることが出来る。ここで、吸収体は特に限定されることはなく、ガーゼ、綿類、不織布（フェルト、吸収紙など）などが含まれる。
次に、本実施の形態にかかる動態解析システムについて説明する。図２は、本実施の形態にかかる動態解析システムを示すブロック図である。図２に示すように、動態解析システム１は、酵素電池１０、解析部１１、及び報知部１２を備える。本実施の形態にかかる動態解析システム１は、動態解析システム１を装着している生体（人以外にも動物を含む）の汗の状態を解析することに好適に用いることができる。また、本発明において、汗をたくさん吸収できるように吸収体を備えた酵素電池を好適に用いることが出来る。ここで、吸収体は特に限定されることはなく、ガーゼ、綿類、不織布（フェルト、吸収紙など）などが含まれる。
特に、本実施の形態にかかる動態解析システム１は、典型的には貼り付け型パッチに実装され、動態解析システム１が実装された貼り付け型パッチを装着している生体の汗の状態を解析することに好適に用いることができる。これにより、対象となる生体の汗の状態を解析することができ、適切なタイミングで対象となる生体の動態を解析することができる。具体的には、対象者の汗の量、状態を解析することで、対象者の体調を管理することができ、体調不良や脱水症状、熱中症、体温異常、疲労状態、運動の負荷状態などの指標として活用することができる。さらに、対象者が行動する際に発汗して発電し、位置情報を検知出来る電子機器を駆動させることができるため、施設等では管理者が対象者の居場所の特定や見守りなどの対象者の動態を管理するために用いることも出来るし、対象者が自分の動態を確認するために用いることも出来るし。以下では、動態を解析する場合について説明するが、本実施の形態にかかる動態解析システムはこれに限定されることはない。
図２に示す酵素電池１０は、図１に示した酵素電池１０であり、酵素電池１０は、汗が接触することで発電する。
解析部１１は、酵素電池１０の発電出力に基づいて動態を解析する。このとき、酵素電池１０は、酵素電池１０で発電された電力の電圧値および電流値の少なくとも一方を用いて動態を解析してもよい。ここで、対象者の動態は、例えば、位置情報、発汗の有無、及び体調などである。解析部１１は、パーソナルコンピュータやマイクロコンピュータ等を用いて構成することができる。すなわち、解析用のプログラムをコンピュータ等で実行することで、解析処理を実施することができる。
また、解析部１１は、酵素電池１０の発電出力（電圧値および電流値）を検出するための検出回路（例えば、電圧計、電流計）を内蔵していてもよい。この検出回路は、酵素電池１０に内蔵されていてもよい。
報知部１２は、解析部１１における解析結果に応じて動態の情報を表示したり、動態の情報に応じた警告を報知したりする機能を備える。例えば、報知部１２は、スピーカーやディスプレイなどを用いて構成することができる。報知部１２をスピーカーで構成した場合、動態が異常を示すと、報知部１２はスピーカーから警告音を発することで対象者および管理者に異常を通知することができる。また、報知部１２をディスプレイで構成した場合、報知部１２はディスプレイに警告メッセージを表示することで対象者および管理者に異常を通知することができる。また、例えば、報知部１２を警告灯で構成した場合、報知部１２は異常時に警告灯を点灯させることで対象者および管理者に異常を通知することができる。
＜動態解析システムを用いた解析例＞
次に、本実施の形態にかかる動態解析システムを用いた解析例について説明する。
図３は、本実施の形態にかかる動態解析システムにおける解析例を説明するためのグラフである。図３（ａ）および図３（ｂ）に示す解析例は、酵素電池１０に予め燃料（有機物）を内蔵した場合の酵素電池１０の発電出力の挙動を示している。図３（ａ）および図３（ｂ）に示す解析例では、酵素電池１０に人工汗である生理食塩水を添加していった場合の経過時間と酵素電池１０の発電出力を測定した結果を示している。
次に、本実施の形態にかかる動態解析システムを用いた解析例について説明する。
図３は、本実施の形態にかかる動態解析システムにおける解析例を説明するためのグラフである。図３（ａ）および図３（ｂ）に示す解析例は、酵素電池１０に予め燃料（有機物）を内蔵した場合の酵素電池１０の発電出力の挙動を示している。図３（ａ）および図３（ｂ）に示す解析例では、酵素電池１０に人工汗である生理食塩水を添加していった場合の経過時間と酵素電池１０の発電出力を測定した結果を示している。
例えば、図３（ａ）に示すように、タイミングｔ１で人工汗が酵素電池１０に投入されると、酵素電池１０で電力の生成が開始される。その後、徐々に人工汗を酵素電池１０に投入していくと、電流が増加していく。また、タイミングｔ２で人工汗の投入を止めると、電流の増加する割合が小さくなっていく。その後、タイミングｔ３で再び人工汗をこれまでより多めに投入すると、電流の増加する割合も大きくなる。従って、汗の量に応じて発電量が増加することがわかる。この発電量が所定の閾値よりも大きい場合は、体調異常の疑いがあると判断することが出来る。
また、図３（ｂ）に示すように、タイミングｔ１で人工汗が酵素電池１０に投入されると、酵素電池１０で電力の生成が開始される。その後、徐々に人工汗を酵素電池１０に投入していくと、電流が増加していき、積算電流量は増加していく。また、タイミングｔ２で人工汗の投入を止めると、電流の増加する割合が小さくなっていくが、積算電流量は増加していく。その後、タイミングｔ３で再び人工汗を投入すると、再び電流が増加していき、積算電流量も大きくなる。従って、汗の量に応じて積算電流量が増加することがわかる。この積算電流量が所定の閾値よりも大きい場合は、体調異常の疑いがあると判定することが出来る。
また、解析部１１は、酵素電池１０の発電量を用いて発汗量を解析してもよい。具体的には、解析部１１は、酵素電池１０で発電された電力（電圧値×電流値）を時間積分した値（電力量）を用いて、発汗量を求めてもよい。図３（ａ）に示す例では、解析部１１は、経過時間ｔ１～ｔ３における発電量を積分することで発汗量を求めることが出来るし、経過時間ｔ１～ｔ２、ｔ２～ｔ３における発電量を積分することで、それぞれの経過時間あたりの発汗量を求めることもできる。
本実施の形態にかかる動態解析システムでは、酵素電池１０を配置する場所や燃料を内蔵する場所によって、発電出力の挙動が異なってくる。このため、酵素電池１０を配置する場所と発電出力との関係のデータ、また、燃料を内蔵する場所と発電出力との関係のデータを予め求めておき、これらのデータを用いて汗の状態を解析するようにしてもよい。
上述の解析例では、酵素電池１０に予め燃料（有機物）を内蔵した場合について説明したが、本実施の形態にかかる動態解析システムでは、酵素電池１０に予め燃料を内蔵しない構成としてもよい。この場合は、汗中に含まれる有機物（例えば、乳酸など）が酵素電池１０の燃料となるので、本実施の形態にかかる動態解析システムを乳酸のモニタ装置として用いることができる。図３（ｃ）、および図３（ｄ）に示す解析例では、酵素電池１０を人間の肌に粘着テープで貼り付け、人間の汗が酵素電池１０に浸透した場合の経過時間と酵素電池１０の発電出力を測定した結果を示している。
例えば、図３（ｃ）に示すように、タイミングｔ１で人が走り初めてから汗が酵素電池１０に浸透されると、酵素電池１０で電力の生成が開始される。その後、走り続けると汗が酵素電池１０に浸透し続け、電圧が増加していく。従って、汗の乳酸の量に応じて発電量が増加することがわかる。この発電量の傾きが所定の値となった場合（タイミングｔ２）は、対象者に疲労状態の疑いがあると判定することが出来る。
また、図３（ｄ）に示すように、タイミングｔ１で人が走り初めてから汗が酵素電池１０に浸透されると、酵素電池１０で電力の生成が開始される。その後、走り続けると汗が酵素電池１０に浸透し続け、積算電流量が増加していく。従って、汗の乳酸の量に応じて積算電流量が増加することがわかる。この積算電流量が所定の閾値よりも大きい場合（タイミングｔ２）は、対象者に疲労状態の疑いがあると判定することが出来る。
次に、予め燃料を（有機物）を内蔵した酵素電池１０と、予め燃料を内蔵しない酵素電池１０’を組み合わせた動態解析システムの例を説明する。酵素電池１０は、汗中の主に水分により発電し、酵素電池１０’は、汗中の乳酸により発電する。図３（ｅ）に示す解析例では、酵素電池１０、酵素電池１０’を人の肌に粘着テープで貼り付け、人間の汗が酵素電池１０、酵素電池１０’に浸透した場合の経過時間と酵素電池１０、酵素電池１０’の発電出力を測定した結果を示している。
例えば、図３（ｅ）に示すように、タイミングｔ１で人が猛暑の中で作業を開始する場合、汗が酵素電池１０、酵素電池１０’に浸透されると、酵素電池１０、酵素電池１０’で電力の生成が開始される。その後、作業を続けると汗が酵素電池１０、酵素電池１０’に浸透し続け、積算電流が増加していく。従って、汗の量や汗の乳酸の量に応じて発電量が増加することがわかる。酵素電池１０、酵素電池１０’の発電量がそれぞれの所定の閾値よりも先に上回った場合（タイミングｔ２）に、体調異常の疑いがあると判定することが出来る。また、酵素電池１０または酵素電池１０’のどちらの閾値を先に上回ったのか、経過時間がどのくらいかかったのかを解析することで、対象者にかかっていた負担の大きさを解析することもできる。このように複数の酵素電池のセンシングを用いることにより、データの信頼性や情報量を向上させることもできる。
以上、本実施の形態にかかる動態解析システムの解析例について説明したが、本実施の形態では上述の解析例に限定されることはなく、酵素電池の発電出力に基づいて動態を解析することができるのであれば、これら以外の解析手法を用いてもよい。
＜動態解析システムを利用したデータの活用例＞
次に、動態解析システム１を用いて取得したデータの活用例について説明する。動態解析システム１を用いて取得したデータは、例えば、対象者の体調管理などに活用することができる。
次に、動態解析システム１を用いて取得したデータの活用例について説明する。動態解析システム１を用いて取得したデータは、例えば、対象者の体調管理などに活用することができる。
発汗のタイミングや量のデータ（履歴）を蓄積し、個人毎の発汗パターンを把握することで体調管理ができる。さらに、発汗パターンから疲労度や熱中症などの体調変化の予兆を察知することもできる。そのため、在宅に限らず、介護施設などの複数の対象者の同時管理などへの応用例も考えられる。
また、個人毎の発汗履歴を健康状態の管理に活用し、急な体調変化の有無や、医者の健康診断の判断材料の一つとして利用することができる。これらのデータは介護施設や在宅でその場で利用しても良いし、必要なデータを病院などに送信して利用してもよい。なお、データを無線送信する構成については後述する。
＜動態解析システムの他の構成例＞
次に、本実施の形態にかかる動態解析システムの他の構成例について説明する。図４は、本実施の形態にかかる動態解析システムの他の構成例を示すブロック図である。図４に示す動態解析システム２は、図２に示した動態解析システム１と比べて、送信部１３および受信部１４を備える点が異なる。これ以外の構成については、図２に示した動態解析システム１と同様であるので重複した説明は省略する。
次に、本実施の形態にかかる動態解析システムの他の構成例について説明する。図４は、本実施の形態にかかる動態解析システムの他の構成例を示すブロック図である。図４に示す動態解析システム２は、図２に示した動態解析システム１と比べて、送信部１３および受信部１４を備える点が異なる。これ以外の構成については、図２に示した動態解析システム１と同様であるので重複した説明は省略する。
図４に示す動態解析システム２において、送信部１３は、酵素電池１０の発電出力に関する情報を無線送信する。ここで、酵素電池１０の発電出力に関する情報とは、酵素電池１０で発電された発電出力の電圧値および電流値である。例えば、送信部１３は、酵素電池１０から供給された発電出力に関する情報（電圧値および電流値）をそれぞれデジタルデータに変換するＡＤコンバータを備えており、酵素電池１０から供給された発電出力に関する情報はデジタルデータに変換された後、受信部１４に無線送信される。
例えば、送信部１３および受信部１４は、無線ＬＡＮやアクティブＲＦＩＤ、Ｂｌｕｅｔｏｏｔｈ(登録商標)、ＥｎＯｃｅａｎ、３Ｇ、４Ｇ等の携帯電話網等を用いて無線通信することができる。使用するネットワーク網は、送信部１３および受信部１４の距離等に応じて適宜選択することができる。
受信部１４は、送信部１３から無線送信された発電出力に関する情報を受信する。受信部１４で受信された発電出力に関する情報は、解析部１１に供給される。解析部１１は、受信部１４で受信された発電出力に関する情報を用いて動態を解析する。なお、解析部１１における動態の解析については、上述した場合と同様であるので重複した説明は省略する。
図４に示す動態解析システム２では、送信部１３および受信部１４を設け、酵素電池１０の発電出力に関する情報を送信部１３から受信部１４に無線送信している。よって、酵素電池を装着している対象者の動態を離れた場所でもモニタすることができる。
複数の対象者の動態を一括で管理（モニタ）する場合は、各々の対象者が装着している酵素電池１０と送信部１３を設ける。そして、各々の酵素電池１０の発電出力に関する情報を各々の送信部１３を用いて無線送信する。受信部１４は、各々の送信部１３から送信された発電出力に関する情報を受信して、解析部１１に供給する。解析部１１は、複数の対象者に設けられた酵素電池１０の発電出力を解析する。対象者の動態のデータを活用することで、画像診断などを用いずに対象者のプライバシーにも配慮しながら対象者の位置データを確認することが出来る。また、予め複数の対象者の動態のデータを解析することで、対象者の見守りをすることができる。これにより、複数の対象者の動態を一括で管理（モニタ）することができる。そのため、介護施設などにおける複数の対象者の同時管理などへの応用例も考えられる。
例えば、各々の送信部１３は、各々の酵素電池１０（つまり、各々の被介護者に対応）を識別するための識別情報（送信元情報）を送信データに含めてもよい。このように送信データに識別情報を含めることで、受信部１４（解析部１１）において各々の酵素電池１０の発電出力に関する情報と各々の対象者とを対応付けることができる。このような動態解析システムを用いることで、各々の対象者の動態を一括で管理することができる。したがって、複数の対象者のうち、直ちに急な体調変化が起こった対象者を特定することができるので、管理者は効率よく対象者にかけつけることができる。また、管理者は対象者の急な体調変化に早期に気づけるようになるため、対象者および管理者の負担を軽減することができる。
図５は、本実施の形態にかかる動態解析システムの他の構成例を示すブロック図である。図５に示す動態解析システム３は、図４に示した動態解析システム２と比べて、送信部１６が解析部１１の解析結果を無線送信している点が異なる。これ以外の構成については、図２、図４に示した動態解析システム１、２と同様であるので重複した説明は省略する。
図５に示す動態解析システム３において、送信部１６は、解析部１１で解析された動態に関する情報を無線送信する。例えば、送信部１６は、解析部１１から供給された動態に関する情報をデジタルデータに変換するＡＤコンバータを備えており、解析部１１から供給された動態に関する情報はデジタルデータに変換された後、受信部１７に無線送信される。
受信部１７は、送信部１６から無線送信された動態に関する情報を受信する。受信部１７で受信された動態に関する情報は、報知部１２に供給される。
図５に示す動態解析システム３では、送信部１６の前段に解析部１１が設けられている。例えば、動態解析システム３を貼り付け型パッチに実装する際は、解析部１１も貼り付け型パッチに実装されることになる。したがって、図５に示す動態解析システム３では、例えば、小型のマイクロコンピュータを用いて解析部１１を構成することが好ましい。また、図５に示す動態解析システム３では、解析部１１と送信部１６とが一体化された半導体チップを用いてもよい。これにより、解析部１１と送信部１６とを含む電子回路を小型化することができ、貼り付け型パッチへの実装を容易にすることができる。
図６は、本実施の形態にかかる動態解析システムの他の構成例を示すブロック図である。図６に示す動態解析システム４では、図５に示した動態解析システム３の受信部１７の後段に解析部１８を設けている。つまり、図６に示す動態解析システム４では、送信部１６側と受信部１７側の各々に解析部１１、１８をそれぞれ設けている。
例えば、図６に示す動態解析システム４を用いて複数の対象者の動態を一括で管理（モニタ）する場合、各々の対象者が装着している貼り付け型パッチに酵素電池１０、解析部１１、及び送信部１６を設ける。そして、各々の貼り付け型パッチに実装されている各々の送信部１６は、各々の解析部１１で解析された動態に関する情報を無線送信する。受信部１７は、各々の送信部１６から送信された動態に関する情報を受信して、解析部１８に供給する。解析部１８は、受信した動態に関する情報を用いて、複数の対象者の動態を一括で管理（モニタ）することができる。
＜動態解析システムを貼り付け型パッチに実装した場合の説明＞
次に、本実施の形態にかかる動態解析システムを貼り付け型パッチに実装する場合について説明する。図７は、本実施の形態にかかる動態解析システムを貼り付け型パッチに実装した状態を示す上面図である。図８は、貼り付け型パッチに酵素電池を配置した状態を示す断面図である。
次に、本実施の形態にかかる動態解析システムを貼り付け型パッチに実装する場合について説明する。図７は、本実施の形態にかかる動態解析システムを貼り付け型パッチに実装した状態を示す上面図である。図８は、貼り付け型パッチに酵素電池を配置した状態を示す断面図である。
図７に示すように、酵素電池１０は貼り付け型パッチ３０の内部に実装されている。また、酵素電池１０以外の電子回路２６は、酵素電池１０から離間した位置に配置されている。酵素電池１０と電子回路２６は、配線２５を用いて電気的に接続されている。図２に示した動態解析システム１の場合、電子回路２６には解析部１１および報知部１２が含まれている。図４に示した動態解析システム２の場合、電子回路２６には送信部１３が含まれている。図５、図６に示した動態解析システム３、４の場合、電子回路２６には解析部１１および送信部１６が含まれている。また、貼り付け型パッチ３０を肌に貼り付けるために、粘着剤３１が塗布された基材３４が配置されている。基材３４は、酵素電池１０に汗が流入するように汗を吸収できる材料であるか、基材３４中に穴やスリットなどが設けてあるものを使用することができる。
本実施の形態にかかる動態解析システムでは、例えば、酵素電池１０を使い捨ての部品とし、電子回路２６を再利用する部品としてもよい。この場合は、酵素電池１０が実装された貼り付け型パッチ３０を使い捨ての製品として販売することができる。ユーザは、酵素電池１０が実装された貼り付け型パッチ３０を取り替える際に、古い貼り付け型パッチ３０から電子回路２６を取り外す。そして、新しい貼り付け型パッチ３０に電子回路２６を実装し、新しい貼り付け型パッチ３０の酵素電池１０と電子回路２６とを配線２５を用いて電気的に接続する。このようにすることで、貼り付け型パッチ３０と酵素電池１０を使い捨てにしつつ、電子回路２６を再利用することができる。
図８Ａに示すように、貼り付け型パッチ３０は、例えば、装着時に人体側に配置される粘着剤３１が塗布されている基材３４と、外側に配置される酵素電池１０と、を少なくとも備える。また、多くの汗の量を解析するために必要に応じて、粘着剤３１と酵素電池１０との間に吸収体３２を配置することも出来る。吸収体３２は、基材の役割を兼ねたものであっても良い。また、図８Ｂに示すように、雨などの肌からの汗以外の水分が酵素電池１０に流入しないように、必要に応じてトップシート３３を配置することも出来る。
粘着剤３１は、ゴム系粘着剤、アクリル系粘着剤、シリコーン系粘着剤などを用いて構成されている。肌に直接接し、貼り付け型パッチの最も内側（人体側）を構成する部分であり、基材３４や吸収体３２、酵素電池１０を肌に張り付けるための機能を備える。また、吸収体３２は、綿状パルプ、高分子吸水剤、給水紙などを用いて構成されており、肌から流入した汗を吸水、保水する機能を有する。また、トップシート３３は、不織布（ポリプロピレン、ポリエチレン、ポリエステル、レーヨンなど）や綿などを用いて構成することができるが、水滴を吸収せずに、空気を透過出来る材料が好ましい。また、基材３４は、不織布（ポリプロピレン、ポリエチレン、ポリエステル、レーヨンなど）や綿、紙、樹脂フィルムなどを用いることができる。
以上で説明した本実施の形態にかかる発明により、動態を正確に解析することが可能な動態解析システムを提供することができる。また、本実施の形態にかかる動態解析システムでは、酵素電池１０を用いて汗を検出している。このため、酵素電池１０で発電された電力を用いて動態解析システムを駆動することができる。なお、酵素電池１０で発電される電力のみでは動態解析システムを駆動することができない場合は、別途外部電源を設けてもよい。また、酵素電池１０で発電された電力を一時的に蓄える蓄電池を設けてもよい
以上、本発明を上記実施の形態に即して説明したが、本発明は上記実施の形態の構成にのみ限定されるものではなく、本願特許請求の範囲の請求項の発明の範囲内で当業者であればなし得る各種変形、修正、組み合わせを含むことは勿論である。
１、２、３、４ 動態解析システム
１０ 酵素電池
１１、１８ 解析部
１２ 報知部
１３、１６ 送信部
１４、１７ 受信部
２１ 負極（アノード）
２２ 正極（カソード）
２３ セパレータ
２５ 配線
２６ 電子回路
３０ 貼り付け型パッチ
３１ 粘着剤
３２ 吸収体
３３ トップシート
３４ 基材
１０ 酵素電池
１１、１８ 解析部
１２ 報知部
１３、１６ 送信部
１４、１７ 受信部
２１ 負極（アノード）
２２ 正極（カソード）
２３ セパレータ
２５ 配線
２６ 電子回路
３０ 貼り付け型パッチ
３１ 粘着剤
３２ 吸収体
３３ トップシート
３４ 基材
Claims (6)
- 汗が接触することで発電する酵素電池と、
前記酵素電池の発電出力に基づいて発汗する生体の動態を解析する解析部と、を備える、
動態解析システムであって、
前記解析部は、汗中の水分により発電された前記酵素電池の発電出力と、汗中の乳酸により発電された前記酵素電池の発電出力と、を組み合わせて前記動態を解析する、動態解析システム。 - 前記解析部は、前記酵素電池で発電された電力の電圧値および電流値の少なくとも一方を用いて前記動態を解析する、請求項１に記載の動態解析システム。
- 前記解析部は、前記酵素電池で発電された電力の積算電流値および積算電力量の少なくとも一方を用いて前記動態を解析する、請求項１に記載の動態解析システム。
- 前記解析部は、前記酵素電池で発電された電力の電圧値および電流値の少なくとも一方の時間に対する変化量を用いて前記動態を解析する、請求項１に記載の動態解析システム。
- 前記酵素電池の発電出力に関する情報を無線送信する送信部と、
前記送信部から無線送信された前記発電出力に関する情報を受信する受信部と、
前記解析部で解析された前記動態を示す報知部と、をさらに備え、
前記解析部は、前記受信部で受信した前記発電出力に関する情報を用いて前記動態を解析する、請求項１～４のいずれか一項に記載の動態解析システム。 - 前記解析部の解析結果に基づき警告を知らせる警告部をさらに備える請求項１～５のいずれか一項に記載の動態解析システム。
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|---|---|---|---|---|
| JP2007252803A (ja) | 2006-03-24 | 2007-10-04 | Konica Minolta Holdings Inc | データ解析装置及びデータ解析方法 |
| JP2016015996A (ja) | 2014-07-04 | 2016-02-01 | ライフケア技研株式会社 | 発汗監視装置及び発汗監視方法 |
| WO2018062419A1 (ja) | 2016-09-30 | 2018-04-05 | 学校法人東京理科大学 | 発電デバイス、発電方法及び濃度測定方法 |
-
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- 2019-11-08 JP JP2019202870A patent/JP7380098B2/ja active Active
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