JP7466857B2 - バイオ電池及びこれを用いた通電パッチ - Google Patents
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Description
本発明は、バイオ電池及びこれを用いた通電パッチに関する。
皮膚を通した微小電流が引き起こすイオントフォレシスは、皮膚下への水分や薬剤の輸送を促進する効果を有する。このため、イオントフォレシスは、病院や美容・育毛クリニックなどにおいて、リドカインなどの鎮痛剤をはじめとする各種薬剤の経皮投与や、美白成分や育毛成分の浸透などに広く利用されてきた。このような経皮輸送の促進効果以外にも、経皮通電には、しわ取り、制汗、疼痛の緩和、眼精疲労の緩和、さらに、広くマッサージ効果が認められ始めている。このため、経皮通電は、イオンシステムである生体への効果的なアプローチ技術として期待が高まっている。
さらに、これまでの経皮通電治療は、外部電源が必要であるために通院やベットサイドでの利用に限られていた。しかし、小型・軽量な電池の搭載によって携帯型さらにパッチ型の経皮通電治療装置が提案され、湿布などのように日常生活の中で用いるパーソナルツールとして多様な分野で普及が進み始めようとしている（例えば、非特許文献１、２参照）。非特許文献２には、ヒト及び無毛マウスの皮膚に通電すると、組織液に含まれるカチオンの電気浸透流がアノードからカソードに向かって生じることが記載されている。組織液の分析は、健康検査に利用することができる。
今回の発明は、電池を搭載した経皮通電パッチ、特に酵素を電極触媒に用いるバイオ電池が組み込まれたパッチへの「給水による起動」に関するものである。バイオ電池については、例えば、非特許文献３に記載されている。バイオ電池は、有機物のみで構成される安全な使い捨てパッチを実現すると期待されている（例えば、非特許文献４参照）。しかし、バイオ電池は、湿った状態では酵素が劣化し易いため、乾燥状態で保管（販売）され、使用時に水分を供給して起動する必要がある（例えば、特許文献１参照）。なお、非特許文献５には、酵素電極の作製方法が記載されている。特許文献２及び非特許文献６には、多孔質（ポーラス）マイクロニードルの作製方法が記載されている。
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電池を搭載した通電パッチは、貼付性能を確保するために柔軟な薄いシート形状である。このため、通電パッチの内部構造が複雑になる傾向がある。特に、高電圧化のための直列繋ぎを通電パッチ上で実現する際などには、３次元の給水経路が通電パッチの内部に形成される。通電パッチの複雑な内部構造・３次元構造の隅々まで水分を行き渡らせる給水は容易でない。
本発明は、上記事情に鑑みてなされたものであり、通電パッチの内部に吸水経路を容易に形成することが可能な吸水体及びこれを用いた通電パッチを提供することを課題とする。
本発明の通電パッチは、タンクを構成する吸水体の吸水性によって、バイオ電池への給水が速やかに行われる。例えば、バイオ電池の内部で電解質（緩衝剤）と燃料を含む均一な水溶液のタンクが形成されることによって、簡便な操作で速やかに起動する。
通電パッチに使用される吸水体は、乾燥状態で長期間安定に保管することができ、使用直前にユーザーによって給水される。通電パッチは、内部の３次元構造の給水経路の隅々まで速やかに行き渡る水によって、予め給水材に複合化してある電解質（緩衝剤）と燃料を含む水溶液に満たされたタンクが形成される。このため、通電パッチの速やかな起動が可能である。給水方法は、吸水体に水滴を垂らす、もしくは吸水体を皿などに溜めた水に曝す、などユーザーが気楽に実行できる簡便な操作である。給水が完了して通電の準備が整ったことが感水紙の色で容易に判断することができる。
本発明の第１の態様は、気泡を有するスポンジと、電解質からなる緩衝剤とを有し、前記気泡の内壁面に前記緩衝剤の固体が露出されていることを特徴とする吸水体である。
前記吸水体が、バイオ電池の燃料となる有機物を含有する構成としてもよい。
前記スポンジがポリウレタンスポンジである構成としてもよい。
前記吸水体が、バイオ電池の燃料となる有機物を含有する構成としてもよい。
前記スポンジがポリウレタンスポンジである構成としてもよい。
本発明の第２の態様は、前記吸水体を通して給水されることを特徴とする通電パッチである。
前記通電パッチは、酵素電極を１種類以上利用するバイオ電池で駆動される構成としてもよい。
前記バイオ電池は、前記吸水体への給水によって通電が開始する構成としてもよい。
前記吸水体にポーラスマイクロニードルが接合されている構成としてもよい。
前記通電パッチは、給水完了が感水紙の変色により確認される構成としてもよい。
前記通電パッチは、酵素電極を１種類以上利用するバイオ電池で駆動される構成としてもよい。
前記バイオ電池は、前記吸水体への給水によって通電が開始する構成としてもよい。
前記吸水体にポーラスマイクロニードルが接合されている構成としてもよい。
前記通電パッチは、給水完了が感水紙の変色により確認される構成としてもよい。
本発明によれば、通電パッチの内部に吸水経路を容易に形成することが可能な吸水体及びこれを用いた通電パッチを提供することができる。
以下、好適な実施形態に基づき、図面を参照して本発明を説明する。図１に通電パッチ１０を皮膚１００に貼り付けた状態を例示する。図２に通電パッチ１０を構成する部材を示す。図３に通電パッチ１０の外観を示す。図４に通電パッチ１０の内部構造を示す。
通電パッチ１０は、バイオ電池１０１の電極であるアノード１１及びカソード１２の間をリード１３で接続し、吸水体１４を配置した構造を有する。吸水体１４が皮膚１００に接する側に、複数のポーラスマイクロニードル１７を有するマイクロニードルアレイ１６が配置されている。以下の説明では、アノード１１及びカソード１２を総称して、電極１１，１２という場合がある。
電極１１，１２及びリード１３の素材としては、カーボンナノチューブ、ケッチェンブラック（登録商標）、グラッシーカーボン（登録商標）、グラフェン、フラーレン、カーボンファイバ、カーボンファブリック、カーボンエアロゲル等の炭素材料；ポリアニリン、ポリアセチレン、ポリピロール、ポリ（ｐ－フェニレンビニレン）、ポリチオフェン、ポリ（ｐ－フェニレンスルフィド）等の導電性ポリマー；シリコーン、ゲルマニウム、酸化インジウムスズ（ＩＴＯ）、酸化チタン、酸化銅、酸化銀等の半導体；金、白金、チタン、アルミニウム、タングステン、銅、鉄、パラジウム等の金属等が挙げられる。特に、柔軟性や電気化学的な安定性等の観点から、カーボンファブリック、カーボンナノチューブ等の炭素材料が好ましい。特に、電極に酵素を高い密度で固定する場合には、カーボンファブリックにカーボンナノチューブを修飾したものが好ましい。
アノード１１には、酸化反応を触媒する触媒が担持される。このような触媒としては、例えば、グルコースオキシダーゼ、グルコースデヒドロゲナーゼ（Ｇｌｕｃｏｓｅ Ｄｅｈｙｄｒｏｇｅｎａｓｅ，ＧＤＨ）、フルクトースデヒドロゲナーゼ（Ｄ－Ｆｒｕｃｔｏｓｅ Ｄｅｈｙｄｒｏｇｅｎａｓｅ，ＦＤＨ）、アルコールオキシダーゼ、アルコールデヒドロゲナーゼ、乳酸オキシダーゼ、乳酸デヒドロゲナーゼ等の酸化還元酵素が挙げられる。
カソード１２には、還元反応を触媒する触媒が担持される。このような触媒としては、例えば、ビルリビンオキシダーゼ（Ｂｉｌｉｒｕｂｉｎ Ｏｘｉｄａｓｅ、ＢＯＤ）、ラッカーゼ、Ｃｕ ｅｆｆｌｕｘ ｏｘｉｄａｓｅ（Ｃｕｅｏ）、アスコルビン酸オキシダーゼ等の酵素；鉄（ＩＩ）フタロシアニン等の遷移金属錯体等が挙げられる。
吸水体１４は、各電極１１，１２に接して配置されている。吸水体１４は、スポンジ１５の内部に乾燥した燃料又は電解質を内包した構造を有する。アノード１１に接する吸水体１４Ａには、アノード１１で酸化反応を起こす有機物等の燃料が含まれる。燃料としては、グルコース、フルクトース、アスコルビン酸（ビタミンＣ）、アルコール、乳酸等が挙げられる。説明を分かりやすくするために、アノード１１側の吸水体１４Ａと、カソード１２側の吸水体１４Ｃの符号を区別する場合がある。
吸水体１４には、電解質として、緩衝剤が内包されている。緩衝剤は、水溶液としたときに緩衝液となる電解質である。緩衝剤としては、弱酸、弱塩基等の塩類が挙げられる。吸水体１４は、緩衝剤以外の電解質、例えば強酸と強塩基との塩を含有してもよく、又はこれを含有しなくてもよい。緩衝剤を構成する電解質としては、リン酸、酢酸、クエン酸、酒石酸等の弱酸；これら弱酸のナトリウム塩、カリウム塩等；有機アミンなどの弱塩基、これらの塩類などが挙げられる。緩衝剤は、２以上の電解質から構成されてもよい。
通電パッチ１０を製造した後、使用する前までの吸水体１４は、乾燥状態にある。通電パッチ１０を使用する際に、通電パッチ１０に給水することにより、吸水体１４が水を吸収し、吸水体１４の内部に電解質を含む電解液が内包される。これにより、皮膚１００と電極１１，１２との間が電解液を通じて電気的に接続され、電極１１，１２、吸水体１４、皮膚１００を含むイオンの移動経路が形成される。例えば、水素イオン、ナトリウムイオン等のカチオンは、アノード１１からカソード１２へ向かって輸送される。
吸水体１４において、緩衝剤は、気泡を有するスポンジ１５に内包されている。スポンジ１５の材質としては、ポリウレタン、ポリビニルアルコール等の合成樹脂；セルロース等の天然高分子、これらの誘導体などが挙げられる。スポンジ１５の内部には、微細な連続気泡が形成されている。このため、電解質の水溶液からなる電解液をスポンジ１５に吸収させた後で乾燥させることにより、スポンジ１５中で溶質の電解質が乾燥状態となる。電解質の少なくとも一部は、スポンジ１５の材質中に取り込まれることなく、気泡の内壁面に固体状態で露出されると考えられる。スポンジ１５は、電解質の他にも、バイオ電池１０１の燃料、生体に作用し得る薬剤、その他の添加剤等を含有することができる。
スポンジ１５は、毛管現象、表面張力、親水性などにより、吸水性に優れるため、下面等の一部を水に浸しておくだけで、迅速に吸水する。さらに、スポンジ１５の気泡の内部空間で電解質等の溶質が水に溶解し、電解液が調製される。スポンジ１５の吸水力により、電解液が均一に混合されると共に、吸水体１４全体に行き渡り、電極１１，１２と皮膚１００との間を電解液で接続することができる。スポンジ１５を用いて構成された吸水体１４は、重力に逆らう方向、３次元形状等の複雑な形状であっても、水分を移動させることが可能である。
スポンジ１５としては、気孔径が例えば１０～５００μｍが挙げられる。気孔径の具体例としては、１０μｍ、２０μｍ、２５μｍ、３０μｍ、５０μｍ、８０μｍ、１００μｍ、１５０μｍ、２００μｍ、３００μｍ、５００μｍ等、又はこれらの中間の値、近傍の値などが挙げられるが、これらに限定されるものではない。スポンジ１５の気孔率としては、例えば、６０～９５％が挙げられる。
スポンジ１５は、乾燥状態でも柔軟性を有することが好ましい。例えば、スポンジ１５のＣ硬度として、０．１～２０程度が挙げられる。スポンジ１５の見かけ密度としては、０．１～０．５ｇ／ｃｍ３程度が挙げられる。スポンジ１５の保水性としては、１００～５００％程度が挙げられる。スポンジ１５の耐熱性としては、５０～１５０℃程度が挙げられる。スポンジ１５としては、ポリウレタンスポンジが好ましいが、これと同様に吸水性等の性能が優れるスポンジも好適に使用可能である。
実施形態の吸水体１４は、吸水性に優れるため、通電パッチ１０等のバイオ電池１０１に給水する用途に好適である。バイオ電池１０１は、アノード１１又はカソード１２に酵素電極を１種類以上利用することができる。吸水体１４が吸水すると、バイオ電池１０１の通電が開始され、通電パッチ１０がバイオ電池１０１で駆動される。吸水体１４は、タンクのように電解液を保持しつつ、電極１１，１２又は皮膚１００との間で、イオン、燃料等の物質移動を可能にする。
吸水体１４には、ポーラスマイクロニードル１７が接合されていてもよい。ポーラスマイクロニードル１７は、スポンジ、ハイドロゲル、キセロゲル、樹脂、金属などから構成することができる。複数のポーラスマイクロニードル１７を一体化して、マイクロニードルアレイ１６が構成されてもよい。ポーラスマイクロニードル１７は、皮膚１００等の生体組織に刺し入れることが可能である。
マイクロニードルアレイ１６又はポーラスマイクロニードル１７と吸水体１４とを接合するには、スポンジ１５に物理的な接合部（例えば、図１９（ａ）のはめ込み穴１８）を形成する構成、スポンジ１５に化学的な接合部（例えば、図２６の接着層１９）を形成する構成が挙げられる。また、マイクロニードルアレイ１６をスポンジ１５に向けて押さえ込む等して、機械的に接合する構成をフレーム２１、シェル２３等に設けてもよい。
アノード１１に接する吸水体１４Ａと、カソード１２に接する吸水体１４Ｃとの間は、フレーム２１によりイオン絶縁が保持されている。フレーム２１の下には、通電パッチ１０を皮膚１００に貼るための粘着層２２を設けることができる。フレーム２１及び粘着層２２には電気絶縁性の材料が用いられる。
通電パッチ１０は、電極１１，１２及び吸水体１４を覆うようにシェル２３で保護されている。カソード１２に対して酸素を供給するため、シェル２３のカソード１２に対応する位置には、酸素供給窓２４が形成されている。カソード１２の露出を避けるため、酸素供給窓２４には、酸素を透過可能な材質である綿２５等を用いてカソード１２が保護される。図３及び図５（ａ）では内部を確認しやすいようにシェル２３を透明としたが、シェル２３を不透明にしてもよい。
電極１１，１２又は吸水体１４が湿潤状態になったことを検知するため、シェル２３には吸水完了チェック窓２６が形成されている。吸水完了チェック窓２６には、感水により変色する感水紙２７が配置されている。通電パッチ１０の給水完了は、感水紙２７の変色により確認することができる。
実施形態の通電パッチ１０の場合は、吸水体１４Ａに燃料が内包されるアノード１１まで湿潤状態になることが好ましいことから、アノード１１に接して感水紙２７が配置されている。また、空気中の酸素（Ｏ２）と反応するカソード１２は、疎水性に構成されていることから、吸水体１４Ｃがカソード１２に接する箇所の近傍に感水紙２７が配置されている。
通電パッチ１０は、体液の採取（サンプリング）、薬剤の用途等に用いることができる。実施形態の通電パッチ１０は、電極１１，１２及び吸水体１４を含んで構成されるバイオ電池１０１がフレーム２１とシェル２３との間に内蔵されているため、ユーザーが施術者等の事業者に限らず、消費者であっても、取り扱いが容易である。通電パッチ１０を皮膚１００に貼り付けて使用した後は、通電パッチ１０から皮膚１００から剥がすだけで、使用を完了することができる。合成樹脂、カーボンなどの可燃物から通電パッチ１０を構成することにより、廃棄後の処理も容易になる。
実施形態では、通電パッチ１０を皮膚１００に貼り付ける場合を例示したが、ヒトの各部に限らず、動植物等の各部に通電パッチ１０を適用することも可能である。実施形態の吸水体１４は、通電パッチ１０、バイオ電池１０１等に限らず、生体組織に通電する用途、発電する用途などの各種装置に用いることができる。
以上、本発明を好適な実施形態に基づいて説明してきたが、本発明は上述の実施形態に限定されず、本発明の要旨を逸脱しない範囲で種々の改変が可能である。改変としては、構成要素の追加、置換、省略、その他の変更が挙げられる。
実施形態の通電パッチ１０は、１個のバイオ電池１０１を有するが、２個以上のバイオ電池を直列繋ぎ又は並列繋ぎにすることも可能である。詳しくは後述の実施例に示すように、スポンジ１５は吸水性、加工性に優れることから、高さ方向及び水平方向に給水経路を有する３次元形状の吸水体１４を構成することが可能である。
例えば、図１８に示す通電パッチ２０において、バイオ電池１０１が生体組織等に接する電池、バイオ電池１０２がバイオ電池１０１のアノード１１とカソード１２との間に直列繋ぎにされる電池である。バイオ電池１０２が生体組織等に接しにくいよう、バイオ電池１０２の吸水体１４の下面が、バイオ電池１０１の吸水体１４Ａ，１４Ｃの下面より少し高くされている。この場合でも、各吸水体１４，１４Ａ，１４Ｃに給水させることが可能である。
以下、実施例をもって本発明を具体的に説明するが、本発明は、これらの実施例に限定されるものではない。
Ａ．試薬、材料
・グルコースデヒドロゲナーゼ（ＧＬＵＣＤＨ Ａｍａｎｏ ８、天野エンザイム株式会社）
・鉄（ＩＩ）フタロシアニン（Ｉｒｏｎ（ＩＩ）Ｐｈｔｈａｌｏｃｙａｎｉｎｅ、ＦｅＰｃ、製品コード：Ｐ０７７４、東京化成工業株式会社）
・カーボンファブリック（Ｃａｒｂｏｎ ｆａｂｒｉｃ、ＣＦ、ＴＣＣ－３２５０、Ｔｏｈｏ Ｔｅｎａｘ社）
・カーボンナノチューブ（Ｃａｒｂｏｎ ｎａｎｏｔｕｂｅ、Ｃ７０Ｐ、Ｂａｙｅｒ Ｍａｔｅｒｉａｌ Ｓｃｉｅｎｃｅ社）
・グルコースデヒドロゲナーゼ（ＧＬＵＣＤＨ Ａｍａｎｏ ８、天野エンザイム株式会社）
・鉄（ＩＩ）フタロシアニン（Ｉｒｏｎ（ＩＩ）Ｐｈｔｈａｌｏｃｙａｎｉｎｅ、ＦｅＰｃ、製品コード：Ｐ０７７４、東京化成工業株式会社）
・カーボンファブリック（Ｃａｒｂｏｎ ｆａｂｒｉｃ、ＣＦ、ＴＣＣ－３２５０、Ｔｏｈｏ Ｔｅｎａｘ社）
・カーボンナノチューブ（Ｃａｒｂｏｎ ｎａｎｏｔｕｂｅ、Ｃ７０Ｐ、Ｂａｙｅｒ Ｍａｔｅｒｉａｌ Ｓｃｉｅｎｃｅ社）
・エタノール（Ｃ２Ｈ５ＯＨ／Ｅｔｈａｎｏｌ、Ｍｗ：４６．０７、製品コード：０５６－０６６６３、Ｗａｋｏ社）
・メタノール（Ｍｅｔｈａｎｏｌ、Ｍｗ：３２．０４、製品コード：１３７－０１８２３、Ｗａｋｏ社）
・イソプロパノール（Ｃ３Ｈ８Ｏ／Ｉｓｏｐｒｏｐｙｌ ａｌｃｏｈｏｌ、Ｍｗ：６０．１０、製品コード：１６６－０４８３１、Ｗａｋｏ社）
・Ｎ、Ｎ－ジメチルホルムアミド（ＤＭＦ、Ｎ、Ｎ－Ｄｉｍｅｔｈｙｌｆｏｒｍａｍｉｄｅ、Ｍｗ：７３．０９、ＣＡＳ番号：６８－１２－２、ＳｉｇｍａＡｌｄｒｉｃｈ社）
・メタノール（Ｍｅｔｈａｎｏｌ、Ｍｗ：３２．０４、製品コード：１３７－０１８２３、Ｗａｋｏ社）
・イソプロパノール（Ｃ３Ｈ８Ｏ／Ｉｓｏｐｒｏｐｙｌ ａｌｃｏｈｏｌ、Ｍｗ：６０．１０、製品コード：１６６－０４８３１、Ｗａｋｏ社）
・Ｎ、Ｎ－ジメチルホルムアミド（ＤＭＦ、Ｎ、Ｎ－Ｄｉｍｅｔｈｙｌｆｏｒｍａｍｉｄｅ、Ｍｗ：７３．０９、ＣＡＳ番号：６８－１２－２、ＳｉｇｍａＡｌｄｒｉｃｈ社）
・リン酸水素二ナトリウム（Ｎａ２ＨＰＯ４／Ｄｉｓｏｄｉｕｍ ｈｙｄｒｏｇｅｎ ｐｈｏｓｐｈａｔｅ、Ｍｗ：１４１．９６、Ｗａｋｏ社）
・クエン酸（Ｃ６Ｈ８Ｏ７／Ｃｉｔｒｉｃ ａｃｉｄ、Ｍｗ：１９２．１３、Ｗａｋｏ社）
・Ｄ－フルクトース（Ｄ（＋）－ｆｒｕｃｔｏｓｅ、Ｍｗ：１８０．１６、Ｗａｋｏ社）
・Ｄ－グルコース（Ｄ（＋）－ｇｌｕｃｏｓｅ、Ｍｗ：１８０．１６、製品コード：０４９－３１１６５、Ｗａｋｏ社）
・クエン酸（Ｃ６Ｈ８Ｏ７／Ｃｉｔｒｉｃ ａｃｉｄ、Ｍｗ：１９２．１３、Ｗａｋｏ社）
・Ｄ－フルクトース（Ｄ（＋）－ｆｒｕｃｔｏｓｅ、Ｍｗ：１８０．１６、Ｗａｋｏ社）
・Ｄ－グルコース（Ｄ（＋）－ｇｌｕｃｏｓｅ、Ｍｗ：１８０．１６、製品コード：０４９－３１１６５、Ｗａｋｏ社）
・Ｔｒｉｔｏｎ（登録商標） Ｘ－１００（ポリエチレングリコールモノ－ｐ－イソオクチルフェニルエーテル、商品コード：１２９６７－４５、ナカライテスク株式会社）
・硝酸（Ｍｗ：６３．００、製品コード：１４３－０１３２６、Ｗａｋｏ社）
・硫酸（Ｍｗ：９８．０８、製品コード：１９４－１５７６１、Ｗａｋｏ社）
・ポリ（テトラフルオロエチレン）（Ｐｏｌｙｔｅｔｒａｆｌｕｏｒｏｅｔｈｙｌｅｎｅ、ＰＴＦＥ、ＭＷ５０００～２００００、製品コード：１６５－１３４１２、Ｗａｋｏ社）
・硝酸（Ｍｗ：６３．００、製品コード：１４３－０１３２６、Ｗａｋｏ社）
・硫酸（Ｍｗ：９８．０８、製品コード：１９４－１５７６１、Ｗａｋｏ社）
・ポリ（テトラフルオロエチレン）（Ｐｏｌｙｔｅｔｒａｆｌｕｏｒｏｅｔｈｙｌｅｎｅ、ＰＴＦＥ、ＭＷ５０００～２００００、製品コード：１６５－１３４１２、Ｗａｋｏ社）
・リン酸二水素カリウム（ＫＨ２ＰＯ４／Ｐｏｔａｓｓｉｕｍ ｄｉｈｙｄｒｏｇｅｎ ｐｈｏｓｐｈａｔｅ、Ｍｗ：１３６．０９、製品コード１６９－０４２４５、Ｗａｋｏ社）
・リン酸水素二カリウム（Ｋ２ＨＰＯ４／Ｄｉｐｏｔａｓｓｉｕｍ ｈｙｄｒｏｇｅｎ ｐｈｏｓｐｈａｔｅ、Ｍｗ：１７４．２、製品コード：１６４－０４３１５、Ｗａｋｏ社）
・１－ピレン酪酸Ｎ－ヒドロキシスクシンアミドエステル（Ｐｙｒｅｎｅｂｕｔａｎｏｉｃ Ａｃｉｄ Ｓｕｃｃｉｎｉｍｉｄｙｌ Ｅｓｔｅｒ（ＰＢＳＥ）、Ｍｗ：３８５．４１、ＣＡＳ番号：１１４９３２－６０－４、ＳｉｇｍａＡｌｄｒｉｃｈ社）
・Ｎ－イソプロピル－Ｎ’－フェニル－ｐ－フェニレンジアミン（Ｎ－Ｉｓｏｐｒｏｐｙｌ－Ｎ’－ｐｈｅｎｙｌ－ｐ－ｐｈｅｎｙｌｅｎｅｄｉａｍｉｎｅ（ＩＰＰＤ）、Ｍｗ：２２６．３２、ＣＡＳ番号：１０１－７２－４）
・リン酸水素二カリウム（Ｋ２ＨＰＯ４／Ｄｉｐｏｔａｓｓｉｕｍ ｈｙｄｒｏｇｅｎ ｐｈｏｓｐｈａｔｅ、Ｍｗ：１７４．２、製品コード：１６４－０４３１５、Ｗａｋｏ社）
・１－ピレン酪酸Ｎ－ヒドロキシスクシンアミドエステル（Ｐｙｒｅｎｅｂｕｔａｎｏｉｃ Ａｃｉｄ Ｓｕｃｃｉｎｉｍｉｄｙｌ Ｅｓｔｅｒ（ＰＢＳＥ）、Ｍｗ：３８５．４１、ＣＡＳ番号：１１４９３２－６０－４、ＳｉｇｍａＡｌｄｒｉｃｈ社）
・Ｎ－イソプロピル－Ｎ’－フェニル－ｐ－フェニレンジアミン（Ｎ－Ｉｓｏｐｒｏｐｙｌ－Ｎ’－ｐｈｅｎｙｌ－ｐ－ｐｈｅｎｙｌｅｎｅｄｉａｍｉｎｅ（ＩＰＰＤ）、Ｍｗ：２２６．３２、ＣＡＳ番号：１０１－７２－４）
・ポリウレタンスポンジ（ソフラス（登録商標）Ｎ、アイオン株式会社）
・ポリビニルアルコール（ＰＶＡ）スポンジ（ベルイーター（登録商標）Ｄ（Ｄ）及びベルイーター（登録商標）Ｄ（Ａ）、アイオン株式会社）
・ポリウレタン－シリコーン粘着層（ポリビニルアルコール接着剤、人肌（登録商標）ゲルＨ０－１００、株式会社エクシール）
・シリコーンゴム（ポリジメチルシロキサン、Ｅｃｏｆｌｅｘ、Ｓｍｏｏｔｈ－Ｏｎ社）
・綿（ＢＥＭＣＯＴ（登録商標）、旭化成株式会社）
・ポリビニルアルコール（ＰＶＡ）スポンジ（ベルイーター（登録商標）Ｄ（Ｄ）及びベルイーター（登録商標）Ｄ（Ａ）、アイオン株式会社）
・ポリウレタン－シリコーン粘着層（ポリビニルアルコール接着剤、人肌（登録商標）ゲルＨ０－１００、株式会社エクシール）
・シリコーンゴム（ポリジメチルシロキサン、Ｅｃｏｆｌｅｘ、Ｓｍｏｏｔｈ－Ｏｎ社）
・綿（ＢＥＭＣＯＴ（登録商標）、旭化成株式会社）
・グリシジルメタクリレート（Ｇｌｙｃｉｄｙｌ Ｍｅｔｈａｃｒｙｌａｔｅ（ＧＭＡ）、Ｗａｋｏ社）
・トリエチレングリコールジメタクリレート（Ｔｒｉｅｔｈｙｌｅｎｅ Ｇｌｙｃｏｌ Ｄｉｍｅｔｈａｃｒｙｌａｔｅ（ＴＥＧＤＭＡ）、Ｗａｋｏ社）
・トリメチロールプロパントリメタクリレート（Ｔｒｉｍｅｔｈｙｌｏｌｐｒｏｐａｎｅ ｔｒｉｍｅｔｈａｃｒｙｌａｔｅ（Ｔｒｉｍ）、ＳｉｇｍａＡｌｄｒｉｃｈ社）
・ポリ（エチレングリコール）（Ｐｏｌｙ（ｅｔｈｙｌｅｎｅ ｇｌｙｃｏｌ）（ＰＥＧ）、ＳｉｇｍａＡｌｄｒｉｃｈ社）
・２－メトキシエタノール（２－Ｍｅｔｈｏｘｙｅｔｈａｎｏｌ、Ｗａｋｏ社）
・Ｉｒｇａｃｕｒｅ（登録商標）１８４（ＢＡＳＦ社）
・トリエチレングリコールジメタクリレート（Ｔｒｉｅｔｈｙｌｅｎｅ Ｇｌｙｃｏｌ Ｄｉｍｅｔｈａｃｒｙｌａｔｅ（ＴＥＧＤＭＡ）、Ｗａｋｏ社）
・トリメチロールプロパントリメタクリレート（Ｔｒｉｍｅｔｈｙｌｏｌｐｒｏｐａｎｅ ｔｒｉｍｅｔｈａｃｒｙｌａｔｅ（Ｔｒｉｍ）、ＳｉｇｍａＡｌｄｒｉｃｈ社）
・ポリ（エチレングリコール）（Ｐｏｌｙ（ｅｔｈｙｌｅｎｅ ｇｌｙｃｏｌ）（ＰＥＧ）、ＳｉｇｍａＡｌｄｒｉｃｈ社）
・２－メトキシエタノール（２－Ｍｅｔｈｏｘｙｅｔｈａｎｏｌ、Ｗａｋｏ社）
・Ｉｒｇａｃｕｒｅ（登録商標）１８４（ＢＡＳＦ社）
なお、Ｗａｋｏ社（旧和光純薬株式会社）は、現在、富士フイルム和光純薬株式会社となっている。Ｔｏｈｏ Ｔｅｎａｘ社（旧東邦テナックス株式会社）のカーボン繊維は、現在、帝人株式会社からテナックス（登録商標）ブランドにて販売されている。
Ｂ．通電パッチ
図２に通電パッチ１０を構成する部材を示す。図３及び図４に通電パッチ１０を示す。図５に通電パッチ１０の写真を示す。図５（ａ）は通電パッチ１０の表面、図５（ｂ）は、通電パッチ１０の裏面である。
図２に通電パッチ１０を構成する部材を示す。図３及び図４に通電パッチ１０を示す。図５に通電パッチ１０の写真を示す。図５（ａ）は通電パッチ１０の表面、図５（ｂ）は、通電パッチ１０の裏面である。
シリコーンゴムを成型して作製したシェル２３、綿２５、感水紙２７、アノード１１、カソード１２、リード１３、タンクを構成する吸水体１４、シリコーンゴム製のフレーム２１、粘着層２２を一体化することで通電パッチ１０を構築した。
アノード１１は、非特許文献５に記載の方法で作製したフルクトース酸化用の酵素電極を用いたが、グルコース、ビタミンＣ、乳酸などを酸化する酵素電極もアノードになり得る。カソード１２には、非特許文献５に記載の方法で作製する酸素還元用の酵素電極、もしくは非酵素触媒であるＦｅフタロシアニン（ＦｅＰｃ）を修飾したカーボンファブリック電極が用いられる。
シェル２３には、カソード１２に対して酸素を供給するための酸素供給窓２４と、吸水体１４の湿潤による発電開始を検知するための吸水完了チェック窓２６を設けた。カソード１２が直接通電パッチ１０の外に露出することを避けるため、カソード１２と酸素供給窓２４との間に綿２５を設けた。カソード１２側の感水紙２７は、カソード１２裏面の吸水体１４Ｃが湿潤状態になったことを検知するため吸水体１４Ｃ上に触れるように設置した。アノード１１側の感水紙２７は、アノード１１全体が十分に湿潤状態になったことを検知できるようにアノード１１上に配置した。
アノード１１とカソード１２とをイオン的に絶縁しながら電子的に導通させることを実現する構造として、リード１３はカソード１２と同じ工程で撥水処理を施した。アノード１１とカソード１２とは別々に、燃料であるグルコース及び緩衝作用を持つ電解質をスポンジ１５の内部に保持した吸水体１４上に接触させた。
吸水体１４に水が供給されたとき、吸水体１４中で燃料及び電解質が溶けて溶液となることにより、アノード１１上で酵素反応が開始される。また、酵素はｐＨ変化によって失活してしまうため、そのｐＨ変化を低減するために緩衝作用を持つ電解質を乾燥状態で吸水体１４に保持させた。これらの燃料と電解質は、一度溶液としたものをスポンジ１５に充填したのちに、乾燥させることで吸水体１４に担持させた。
アノード１１とカソード１２との間をイオン的に絶縁する仕組みの一つとして、シリコーンゴム製のフレーム２１内に別々に吸水体１４Ａ及び吸水体１４Ｃを保持させた。このフレーム２１の下に粘着層２２を設けることにより、通電パッチ１０を皮膚に貼れるようにした。粘着層２２の接着層は、シリコーン／ポリウレタンの絶縁性材料とすることで、アノード１１とカソード１２との間の絶縁性を担保した。
後述のように、吸水体１４にポーラスマイクロニードル１７を有するマイクロニードルアレイ１６を接合する場合もある。ポーラスニードルの作製は、特許文献２及び非特許文献６に従った。
本構造の通電パッチ１０によって、図１に示すように、通電パッチ１０を皮膚１００に貼り付けた際に、皮膚１００とポーラスマイクロニードル１７と吸水体１４Ａとアノード１１との間、及び皮膚１００とポーラスマイクロニードル１７と吸水体１４Ｃとカソード１２との間が、それぞれ別々にイオン的に導通される。かつ吸水体１４の上部では、アノード１１とカソード１２との間がリード１３を通じて電子的に導通することで、発電が生じる。その結果、電流が安定して皮膚１００内を導通する効果が得られる。
Ｃ．吸水性材料の検討
ポリウレタンスポンジ（ソフラス（登録商標）Ｎ）、吸水性ＰＶＡスポンジ（ベルイーター（登録商標）Ｄ（Ｄ））、通常のＰＶＡスポンジ（ベルイーター（登録商標）Ｄ（Ａ））について、幅１ｃｍ、奥行き１ｃｍ、厚み１ｍｍのサイズのものを比較した。吸水・保持が可能な水分量は総ての素材で同等で１４０μｌ程度であった。柔軟性はポリウレタンスポンジ、吸水性ＰＶＡスポンジ、通常のＰＶＡスポンジの順で高かった。
ポリウレタンスポンジ（ソフラス（登録商標）Ｎ）、吸水性ＰＶＡスポンジ（ベルイーター（登録商標）Ｄ（Ｄ））、通常のＰＶＡスポンジ（ベルイーター（登録商標）Ｄ（Ａ））について、幅１ｃｍ、奥行き１ｃｍ、厚み１ｍｍのサイズのものを比較した。吸水・保持が可能な水分量は総ての素材で同等で１４０μｌ程度であった。柔軟性はポリウレタンスポンジ、吸水性ＰＶＡスポンジ、通常のＰＶＡスポンジの順で高かった。
次に、感水紙を用いて、スポンジの吸水速度を比較した。図６（ａ）はスポンジに吸水させる状態、図６（ｂ）はスポンジに吸水させた後の状態を示す。写真としては、図７（ａ）に吸水させる水、図７（ｂ）に吸水前のスポンジ、図７（ｃ）に吸水後のスポンジを示す。図６（ａ）及び図７（ｂ）に示すように、各スポンジ１５上に感水紙２７を置き、スポンジ１５の下面に１００μｌの水を接触させて、感水紙２７が反応するまでの時間を比べた。図６（ｂ）及び図７（ｃ）に示すように、給水されたスポンジ３０上で感水した感水紙２７Ａが変色することにより、吸水完了の時間を判定した。
その結果、ＰＶＡスポンジ（ベルイーター（登録商標）Ｄ（Ａ））は２分３０秒、吸水性ＰＶＡスポンジ（ベルイーター（登録商標）Ｄ（Ｄ））は１５秒かかった一方で、ポリウレタンスポンジ（ソフラス（登録商標）Ｎ）は１秒以下で吸水を完了することがわかった。このポリウレタンスポンジと感水紙を導入した図２から図４に示す通電パッチ１０を構築して、下面に水を接触させたところ、タンクのポリウレタンスポンジが水を吸い、図８（ａ）及び図８（ｂ）に示すように、１秒以内でシェル２３上部の吸水完了チェック窓２６で給水完了をチェックすることが可能であった。
対比として、ＰＶＡハイドロゲル、アガロースハイドロゲルを２５℃、４８ｈ自然乾燥して得られた幅１ｃｍ、奥行き１ｃｍ、厚み１ｍｍのサイズの乾燥ゲルについても、スポンジと同様にして、吸水速度を確認した。乾燥ゲルも、吸水・保持が可能な水分量はスポンジと同等で１４０μｌ程度であった。しかし、下面に水を接触させてから上面の感水紙が反応するまでの時間は、ＰＶＡハイドロゲルの乾燥ゲルでは１０ｍｉｎ、アガロースハイドロゲルの乾燥ゲルでは６０ｍｉｎと時間がかかった。
Ｄ．乾燥電解質及び乾燥燃料を内包するドライタンクの吸水性能
タンクを構成する吸水体１４の製造方法及び使用方法として、図９（ａ）にスポンジ１５、図９（ｂ）に溶液を湿潤させたスポンジ３１、図９（ｃ）に乾燥させた吸水体１４、図９（ｄ）に給水された吸水体３２を示す。スポンジに、２００ｍＭのＭｃＩｌｖａｉｎｅ緩衝液（１．０Ｍのクエン酸溶液２４２．５ｍｌと２．０ＭのＮａ２ＨＰＯ４溶液２５７．５ｍｌとの混合溶液）と燃料溶液（２００ｍＭのグルコース溶液）を合計１００μｌ（すなわち１００ｍｍ３）となる割合で含ませ、それを乾燥させることで、乾燥電解質と乾燥燃料を内部に保持する吸水体からなるドライタンクを作製した。
タンクを構成する吸水体１４の製造方法及び使用方法として、図９（ａ）にスポンジ１５、図９（ｂ）に溶液を湿潤させたスポンジ３１、図９（ｃ）に乾燥させた吸水体１４、図９（ｄ）に給水された吸水体３２を示す。スポンジに、２００ｍＭのＭｃＩｌｖａｉｎｅ緩衝液（１．０Ｍのクエン酸溶液２４２．５ｍｌと２．０ＭのＮａ２ＨＰＯ４溶液２５７．５ｍｌとの混合溶液）と燃料溶液（２００ｍＭのグルコース溶液）を合計１００μｌ（すなわち１００ｍｍ３）となる割合で含ませ、それを乾燥させることで、乾燥電解質と乾燥燃料を内部に保持する吸水体からなるドライタンクを作製した。
図１０（ａ）にはスポンジからなるタンク、図１０（ｂ）には吸水体からなるドライタンクの写真を示す。図１０（ｃ）に示すように、ドライタンクの吸水性能を調べた。ドライタンクの寸法は、幅２ｍｍ、長さ１４０ｍｍ、厚み１ｍｍとした。ドライタンクの端から１００μｌ（すなわち１００ｍｍ３）となるように水を導入した際の、水の移動速度を計測した。
結果として、電解質及び燃料を含有しないスポンジの吸水速度は１．５ｍｍ／ｓ、乾燥電解質及び乾燥燃料を含有するドライタンクの吸水速度は１．１ｍｍ／ｓであった。これにより、タンクの厚みが０．１ｍｍ～１ｍｍ程度であれば１ｓ程度で吸水が完了することが示唆された。また、ドライタンク内部に乾燥電解質及び乾燥燃料が存在しても十分速い吸水速度を有することが示された。
Ｅ．給水による通電パッチの起動特性
図２から図４に示す通電パッチ１０の下面から給水した際に、発電が開始するまでの時間（起動時間）を調べた。図１１（ａ）には、吸水体１４Ａ，１４Ｃを用いたバイオ電池を示す。図１１（ｂ）には、模擬皮膚３３を通して吸水体１４Ａ，１４Ｃに給水した状態を示す。図１１（ｃ）には、給水された吸水体３２Ａ，３２Ｃを通してアノード１１とカソード１２との間に電流が流れ、バイオ電池が起動した状態を示す。
図２から図４に示す通電パッチ１０の下面から給水した際に、発電が開始するまでの時間（起動時間）を調べた。図１１（ａ）には、吸水体１４Ａ，１４Ｃを用いたバイオ電池を示す。図１１（ｂ）には、模擬皮膚３３を通して吸水体１４Ａ，１４Ｃに給水した状態を示す。図１１（ｃ）には、給水された吸水体３２Ａ，３２Ｃを通してアノード１１とカソード１２との間に電流が流れ、バイオ電池が起動した状態を示す。
アノードには、グルコースデヒドロゲナーゼ（ＧＤＨ）を有する電極（１５ｍｍ×１０ｍｍ）を用いた。カソードには、鉄（ＩＩ）フタロシアニン（ＦｅＰｃ）を有する電極（６ｍｍ×１０ｍｍ）を用いた。アノード直下の吸水体（ポリウレタンスポンジ）には、３００μｍｏｌのグルコースと、６０μｍｏｌのＭｃＩｌｖａｉｎｅ緩衝液を構成する電解質を注入・乾燥した。カソード直下の吸水体（ポリウレタンスポンジ）には、６０μｍｏｌのＭｃＩｌｖａｉｎｅ緩衝液を構成する電解質のみを注入・乾燥した。
皮膚の電気抵抗を模擬した外部抵抗１０ｋΩをアノードとカソードとの間に配置した。模擬皮膚（コットン）を通して６００μｌの水を供給した際に、各電極（アノード、カソード）直下の吸水体内で燃料と電解質が溶けて溶液となり、各電極に接することで発電が始まるまでの時間を計測した。アノードとカソードとの間を流れる電流値を、並列に接続した電流計によって経時的に読み取った。
図１２に、起動特性を測定した結果のグラフを示す。結果として、水を給水するまでは発電はなかったが、給水してから１０～３０秒程度で安定して発電することがわかった。タンクを構成する吸水体自体の吸水完了が約１秒であることから、１０～３０秒はタンク内の燃料と電解質が溶け、安定して電極に供給されるまでにかかる時間だと考えられる。したがって、本構造を用いれば、通電パッチの下面に水を供給するだけで、高速に発電が開始され、皮膚通電が起動することが示された。
Ｆ．通電パッチの出力の安定性と持続時間
通電パッチが給水による発電を開始した後、電流出力がどの程度安定するか、またどの程度出力が持続するかを調べた。ドライタンク内に保持するグルコース燃料の量について、それぞれ量を１５μｍｏｌ、６０μｍｏｌ、１５０μｍｏｌのように変えて調べた。その結果、図１３に示すグラフが得られた。緩衝液の電解質の量は１５μｍｏｌで固定した。グルコース燃料の量は６０μｍｏｌの場合に、１２時間以上、安定して電流出力が得られることが分かった。燃料が少ないと発電持続時間が短く、また多くてもイオン強度が高いことによる酵素の失活に起因すると思われる発電量の低下が見られた。
通電パッチが給水による発電を開始した後、電流出力がどの程度安定するか、またどの程度出力が持続するかを調べた。ドライタンク内に保持するグルコース燃料の量について、それぞれ量を１５μｍｏｌ、６０μｍｏｌ、１５０μｍｏｌのように変えて調べた。その結果、図１３に示すグラフが得られた。緩衝液の電解質の量は１５μｍｏｌで固定した。グルコース燃料の量は６０μｍｏｌの場合に、１２時間以上、安定して電流出力が得られることが分かった。燃料が少ないと発電持続時間が短く、また多くてもイオン強度が高いことによる酵素の失活に起因すると思われる発電量の低下が見られた。
次に、燃料の量を６０μｍｏｌで固定して、緩衝液の電解質（バッファ電解質）の量を１５μｍｏｌ、６０μｍｏｌ、１５０μｍｏｌのように変えて調べた。その結果、図１４に示すグラフが得られた。緩衝液の電解質の量も６０μｍｏｌの場合に１２時間以上安定した出力が得られることが分かった。緩衝液の量の変化は、燃料の量の変化ほど電流出力に大きな差を及ぼさなかった、６０μｍｏｌが至適量であることが示唆された。以上より、構築した通電パッチは、使い捨て用途のパッチとして十分な半日程度の発電安定性及び持続性を有することが分かった。
Ｇ．３次元形状タンクの吸水性能
ポリウレタンスポンジは加工性が高いため、３次元形状に成型可能である。このため、ポリウレタンスポンジをタンクに利用することで、３次元形状に沿った給水が可能になる。このことを確認するため、図１５（ａ）及び図１６に示すように、絶縁層４１，４２の間にスポンジ１５を配置して、皮膚に接する下面と電極に接触する上面、及び周囲のイオン絶縁性シリコーンフレームを模擬した構造を構築した。スポンジ１５の上面では吸水を検知するために感水紙２７を設置した。図１５（ｂ）に示すように、給水されたスポンジ３０の上面まで水が到達すると、感水した感水紙２７Ａが変色する。
ポリウレタンスポンジは加工性が高いため、３次元形状に成型可能である。このため、ポリウレタンスポンジをタンクに利用することで、３次元形状に沿った給水が可能になる。このことを確認するため、図１５（ａ）及び図１６に示すように、絶縁層４１，４２の間にスポンジ１５を配置して、皮膚に接する下面と電極に接触する上面、及び周囲のイオン絶縁性シリコーンフレームを模擬した構造を構築した。スポンジ１５の上面では吸水を検知するために感水紙２７を設置した。図１５（ｂ）に示すように、給水されたスポンジ３０の上面まで水が到達すると、感水した感水紙２７Ａが変色する。
３次元形状タンクの下面から給水した結果を図１７の（ａ）～（ｄ）に示す。結果として、３次元形状の下面から上面まで、前述の１ｍｍあたり１秒程度の速度で吸水ができることが分かった。この３次元形状タンクにより、皮膚又はニードルに接する面と、通電パッチ内部で電極と接触する面を、それぞれ別の形状に設計することができる。すなわち、電極の形状と、皮膚に電流が作用する領域の形状を別個に設計可能であり、通電パッチの貼付場所や用途に合わせたパッチ形状・サイズの自由なカスタマイズが可能になる。
図１８に、高電圧化のため２個のバイオ電池１０１，１０２を通電パッチ２０内で直列繋ぎした構造の設計図を示す。フレーム２１とシェル２３との間において、異なるバイオ電池１０１，１０２を構成する電極１１，１２又はタンクの吸水体１４Ａ，１４Ｃの間を絶縁するため、電気絶縁性の隔壁２８が配置される。２個の電池を直列繋ぎすることにより、通電パッチ２０から皮膚に通電される電圧が２倍となる。バイオ電池１０１，１０２の直列繋ぎを実現する際などには、３次元の給水経路が通電パッチ２０の内部に形成される。このような通電パッチ２０内部の３次元構造の隅々まで水分を行き渡らせる給水が、ポリウレタンスポンジによるドライタンクの加工によって可能であると考えられる。
Ｈ．通電パッチへのポーラスマイクロニードルの接合
通電パッチのタンクにポーラスマイクロニードルを接合する方法として、タンクにはめ込み穴を設けることで物理的に接合する方法、マイクロニードルの周辺とタンクを接着する方法をそれぞれ実現した。
通電パッチのタンクにポーラスマイクロニードルを接合する方法として、タンクにはめ込み穴を設けることで物理的に接合する方法、マイクロニードルの周辺とタンクを接着する方法をそれぞれ実現した。
物理的に接合する方法では、図１９（ａ）に、吸水体１４のはめ込み穴１８にマイクロニードルアレイ１６をはめ込む前の状態、図１９（ｂ）に、吸水体１４のはめ込み穴１８にマイクロニードルアレイ１６をはめ込んだ通電パッチ１０Ａの内部構造を例示する。はめ込み穴をマイクロニードルアレイより０．５ｍｍ程度小さく設計することにより、マイクロニードルアレイを柔軟なスポンジからなるタンクのはめ込み穴に押し込み、物理的に保持されるようにした。
図２０には、はめ込み穴を形成した吸水体からなるタンクの写真を示す。図２１には、吸水体にはめ込んだマイクロニードルアレイの写真を示す。図２２には、マイクロニードルアレイの側面を示す。図２３には、マイクロニードルアレイをはめ込んだ吸水体の写真を示す。この構造により、マイクロニードルは脱離なく安定してタンクに接合することが可能であった。
図２４（ａ）及び図２５（ａ）に示すように、マイクロニードルを物理的に接合したタンクの裏面に感水紙を配置し、マイクロニードルから給水した。その結果、図２４（ｂ）及び図２５（ｂ）に示すように、水がマイクロニードル、タンクまで吸水されることが分かった。
次に、接着剤を用いて接合する方法では、図２６に、接着層１９を用いて、吸水体１４にマイクロニードルアレイ１６を接着した通電パッチ１０Ｂの内部構造を例示する。ポリビニルアルコール（ＰＶＡ）を接着剤に用いることによってもマイクロニードルを接合することが可能であった。
図２７には、接着層を形成した吸水体の写真を示す。図２８には、吸水体に接着したマイクロニードルアレイの写真を示す。図２９には、マイクロニードルアレイを接着した吸水体の側面を示す。マイクロニードルアレイとタンクの接触部の周囲０．５ｍｍ程度に接着剤が存在し、水の導通が中央部で起こる構造とした。
図３０（ａ）に示すように、マイクロニードルを接着したタンクの裏面に感水紙を配置し、マイクロニードルから給水した。その結果、水がマイクロニードル、タンクまで吸水されることが分かった。その結果、図３０（ｂ）に示すように、水がマイクロニードル、タンクまで吸水されることが分かった。従って、接着剤を用いて接合する方法を用いても、タンクとマイクロニードルを安定して接合することが可能であり、またマイクロニードルを介したタンクへの吸水が可能であった。
本発明によれば、通電パッチの内部に吸水経路を容易に形成することが可能な吸水体及びこれを用いた通電パッチを提供することができる。
１０，１０Ａ，１０Ｂ，２０ 通電パッチ
１１ アノード
１２ カソード
１３ リード
１４，１４Ａ，１４Ｃ 吸水体
１５ スポンジ
１６ マイクロニードルアレイ
１７ ポーラスマイクロニードル
２１ フレーム
２２ 粘着層
２３ シェル
２４ 酸素供給窓
２５ 綿
２６ 吸水完了チェック窓
２７ 感水紙
１００ 皮膚
１０１，１０２ バイオ電池
１１ アノード
１２ カソード
１３ リード
１４，１４Ａ，１４Ｃ 吸水体
１５ スポンジ
１６ マイクロニードルアレイ
１７ ポーラスマイクロニードル
２１ フレーム
２２ 粘着層
２３ シェル
２４ 酸素供給窓
２５ 綿
２６ 吸水完了チェック窓
２７ 感水紙
１００ 皮膚
１０１，１０２ バイオ電池
Claims (6)
- 電極であるアノードと、
電極であるカソードと、
前記アノードに接して配置された第１の吸水体と、
前記カソードに接して配置された第２の吸水体と、
を含んで構成されたバイオ電池であって、
前記第１の吸水体は、気泡を有するスポンジと、電解質からなる緩衝剤と、前記バイオ電池の燃料となる有機物とを有し、前記気泡の内壁面に前記緩衝剤の固体が露出されており、
前記第２の吸水体は、気泡を有するスポンジと、電解質からなる緩衝剤とを有し、前記気泡の内壁面に前記緩衝剤の固体が露出されており、
前記第１の吸水体が吸水して前記電解質が水に溶解して第１の電解液を生じ、かつ、前記第２の吸水体が吸水して前記電解質が水に溶解して第２の電解液を生じ、かつ、前記第１の吸水体と前記第２の吸水体とを含むイオン移動経路が形成されると、通電を開始することを特徴とする バイオ電池。 - 前記スポンジがポリウレタンスポンジであることを特徴とする請求項１に記載のバイオ電池。
- 前記アノードが前記有機物の酸化反応を触媒する酵素を担持し、
前記カソードが還元反応を触媒する酵素を担持することを特徴とする請求項１又は２に記載のバイオ電池。 - 生体組織に通電する通電パッチであって、
請求項１～３のいずれか１項に記載のバイオ電池を備え、前記バイオ電池により前記生体組織に通電することを特徴とする通電パッチ。 - 前記吸水体に接合されているポーラスマイクロニードルを備えることを特徴とする請求項４に記載の通電パッチ。
- 前記アノードに接して配置された感水紙を備え、前記感水紙は、前記第１の吸水体が吸水して湿潤状態になったことを前記感水紙の変色により示すことを特徴とする請求項４又は５に記載の通電パッチ。
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| WO2024085667A1 (ko) * | 2022-10-18 | 2024-04-25 | 서울대학교산학협력단 | 전기변색 유닛을 포함하는 미세 전류 이온 패치 |
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| 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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- 2020-01-28 JP JP2020012024A patent/JP7466857B2/ja active Active
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