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この小さなパッチはウェアラブル技術の未来となるかもしれない

この小さなパッチはウェアラブル技術の未来となるかもしれない

ここ数年、スマートウォッチやフィットネスバンドといったウェアラブルデバイスは、新しいバイオセンシング機能の搭載において停滞しているように見受けられます。確かに、小型化された形状のエンジニアリングは容易ではありませんが、同時に、ウェアラブルデバイスをターゲットとした驚くべき進歩もいくつか見られてきました。

最新の研究は、シンガポールの南洋理工大学の専門家によるものです。チームは、絆創膏のような形状の絆創膏を開発しました。この絆創膏は、汗を分析し、バイオマーカーを検出できます。マイクロ流体工学の分野では、汗は健康センシングデータの宝庫であり、ウェアラブル技術の新たな大きな可能性を秘めていると期待されています。

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学術誌「Analytical Chemistry」に掲載された研究論文で、研究チームは、汗中の乳酸、尿素、グルコース濃度を特定するための、独立した化学物質収容部を備えたハイドロゲルベースのフィルムについて説明しています。この方法は完全に非侵襲的であり、あらゆる運動後に皮膚に現れる汗からすべてのデータを分析します。

汗分析用のスマートバンドエイドの概略図。
NTUシンガポール

この包帯には、センサーの心臓部となる小さなレーザーが組み込まれています。このレーザーは、レーザーの作用を制御するための小さな液晶の液滴で包まれています。レーザーを充填したこの液滴は、ハイドロゲルと呼ばれる柔らかいゼリー状の素材の上に載せられており、これによりパッチは柔軟で快適な装着感を実現しています。

研究チームによると、これは汗に含まれる様々な化学物質を驚異的な精度で検知・測定できる初のウェアラブルセンサーだという。このセンサーの特別な点は、ごく微量から高濃度まで、幅広い化学物質を検知できる点だ。

皮膚に貼付すると、レーザー光を用いて体内の特定の化学物質や物質を検出・測定します。この場合、バイオマーカーは尿素、グルコース、乳酸です。このパッチの最大の利点は、わずか数分で分析結果が出ることです。これにより、ユーザーはクリニックに通ったり、かさばる機器を扱ったりする手間が省けます。

このスマートな「バンドエイド」は指を刺さずに健康状態をモニタリングできるかもしれない

そして、ここが最大のポイントです。絆創膏に光を当てるだけで、スマートフォンが分析を行います。研究チームは、光の変化データを読み取り、解釈するためにアプリを活用しました。「実際の実験では、この絆創膏は汗中のグルコース、乳酸、尿素濃度の0.001ミリメートル(mm)単位の微細な変化を捉えることに成功しました。これは、既存の同様の技術の100倍の精度です」と研究チームは述べています。

「私たちのイノベーションは、糖尿病患者が非侵襲的で迅速かつ効果的に健康状態をモニタリングできる方法を提供します。マイクロレーザーとソフトハイドロゲルフィルムを組み合わせることで、患者にとってより快適な健康モニタリング体験を提供するウェアラブルレーザーの実現可能性を実証しました」と、同大学電気電子工学部(EEE)の陳宇成教授は説明します。

上記のバイオマーカーのうち、血糖値は現在、AppleやSamsungといった巨大企業にとって注目のターゲットです。しかし、どちらの企業もスマートウォッチベースの血糖値分析技術をまだ完成させておらず、市場に登場するまでにはしばらく時間がかかるかもしれません。競争は熾烈ですが、それは当然のことです。

汗分析チームの背後にあるNTUチーム。
NTUシンガポール

現時点では、自宅で血糖値を分析するには、皮膚に針を刺して血糖値を採取し、化学分析を行う必要があります。これは侵襲性が高く、誰もが抵抗を感じるわけではありません。だからこそ、複数のチームが、スマートウォッチのバイオセンサーに見られるようなLEDを用いて血糖値を分析する方法を研究しているのです。

NTUのチームが開発した柔軟な皮膚は、正しい方向への一歩です。低コストで使い捨て可能なソリューションであり、研究論文によると、「汗中に分泌される薬物や病理学的化学物質など、検出可能な生体分子の範囲を拡大できる」とのことです。

スマートウォッチが同様の機能を実現しているという点から見ると、これはどちらかといえば一時的な解決策と言えるでしょう。バイオセンシングパッチの開発チームに問い合わせたところ、スマートウォッチやフィットネスバンドのフォームファクターには組み込めないとのことでした。これは主に、搭載されているセンシングモデルに関係しています。

スマートバンドエイドの仕組み。
NTUシンガポール

「開発されたセンサーは現時点では再利用できないため、特に化学物質を使用する技術であるため、スマートウォッチへの装着には適していません。ウェアラブルデバイスは、主に心拍数や血圧などの物理的な信号を測定するのに適しています。これらの信号は測定に液体を必要としないからです」と、NTUの専門家はDigital Trendsに語った。

しかし、このパッチをスマートウォッチに統合できるかどうかに関わらず、ここには大きな可能性があります。独自の製品として捉えてみてはいかがでしょうか? Ultrahuman をはじめとする複数のブランドが、スマートフォンに接続しながら健康状態をモニタリングできるセンサー搭載の皮膚パッチを既に提供しています。

さらに、汎用性も優れています。NTUチームが開発したスマートパッチは、既に乳酸と尿素という2種類の生体分子を検出できます。さらに、ハイドロゲルフィルム内のコレステリック液晶(CLC)液滴を変更することで、さらに多くの生体分子を検出できるようになります。

テーブルの上に 2 つの Samsung Galaxy Watch 7 スマートウォッチが並んで置かれています。
ジョー・マリング / デジタルトレンド

例えば、尿素を考えてみましょう。汗中の尿素濃度は糖尿病関連の問題と強い相関関係があり、腎臓の問題の兆候でもあります。興味深いことに、Physiological Measurement誌に掲載された論文では、スマートウォッチのような光センサーを用いて汗中の尿素濃度を測定する方法が詳しく説明されています。

次に、乳酸値についてです。汗に含まれるこの化学物質は、トレーニングの強度やスポーツパフォーマンスの測定に用いられるため、乳酸値の分析はアスリートにとってまさに天の恵みとなる可能性があります。興味深いことに、Scientific Reports誌に掲載されたこの論文で詳述されているように、カスタムバイオセンサーを用いることで、汗中の乳酸値を非侵襲的に連続的に分析することが可能です。

表皮や電極をベースとした非侵襲性パッチも開発されています。多くの研究が、ウェアラブルバイオセンシングが新たな飛躍の瀬戸際に立っていることを裏付けています。

私たちに必要なのは、新しい製品カテゴリーに挑戦したり、スマートウォッチやスマートバンドに関するエンジニアリング領域の研究成果を活かそうとするブランドだけです。そしてもちろん、Apple Watchの発売禁止につながった特許取得済みのウェアラブル技術をめぐるAppleとMasimoの醜悪な訴訟とは異なり、倫理的な対応も必要です。

Forbano
Forbano is a contributing author, focusing on sharing the latest news and deep content.