AIST-大阪大学先进光子学和生物传感开放创新实验室 (PhotoBIO-OIL) 是由国立先进产业技术研究所和大阪大学产业技术研究所特聘副教授上村贵文（全职）（也是国立先进产业技术研究所指定研究员）领导的研究小组在大阪大学内建立的，创建了全球最薄、最轻的生物传感开放创新实验室。差分放大电路(*1)。
医疗保健和医疗应用的生物仪器电路传统上由硅晶体管等硬电子元件组成。然而，当硬电子元件与皮肤等软活组织接触时，它们往往会引起炎症，使得在日常生活中长时间测量生物信号变得困难。
这个研究小组是有机晶体管(*2)的柔性电子元件集成在厚度为1微米（微米：百万分之一）的薄软塑料薄膜上，我们开发了一种柔性生物仪器电路，感觉不到它正在被磨损。我们创建的电路是一种称为差分放大器电路的信号处理电路。传统的单端放大电路(*3) 与8817_8868|(*3)相比，本研究的灵活差分放大电路不仅能够放大微弱的生物电势，干扰噪音(*4) 可以删除。通过实际将其用于人体生物测量，我们展示了对心电信号（重要的生物信号）的实时、低噪声测量。
这一结果预计不仅可以准确监测心电信号，还可以准确监测日常生活中的各种微弱生物信号（例如脑电波和胎儿心电图），而无需感觉佩戴设备。
这项研究结果将于 2019 年 8 月 16 日星期五午夜（日本时间）在线发表在英国科学杂志《自然电子》上。
在少子化、人口老龄化的当今世界，有机晶体管等柔性电子产品在医疗保健领域得到积极应用和发展。通过利用有机材料的柔软性，可以制造与皮肤和器官等生物体高度兼容的传感器和电子电路。
其中，正在研究和开发使用有机晶体管的柔性放大器电路，作为不断测量微弱生物信号的传感器，因为它们易于磨损。然而，传统的有机放大器电路主要采用单端配置，很难区分待测量的生物信号和其他干扰噪声，从而导致低噪声测量变得困难（图1）。差分放大器电路通常被称为可以去除噪声成分的测量电路，但由于有机晶体管的制造偏差比硅晶体管大，因此目前还没有实现精确噪声去除的灵活差分放大器电路的报道。
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| 图1 采用柔性有机差分放大电路的心电信号测量结果 |
| (A) 传统的单端放大器电路。 (B) 本研究的差分放大器电路。 (C) 步行时心电图信号测量。传统放大电路产生的心电图波形具有与步行相关的较大噪声，但在本研究的心电图波形中消除了这种噪声。 |
该研究小组通过开发补偿技术，将电路中有机晶体管的电流变化降低到2%以下，成功开发出具有噪声消除功能的柔性有机差分放大器电路。该电路采用 1 微米厚的聚对二甲苯塑料薄膜制成，该薄膜在被压皱时不会破裂，并且可以贴在人体皮肤上而不会引起任何不适（图 2）。当使用这种软差分放大电路测量心电图信号时，可以将心电图放大25倍，同时将噪声消除到七分之一以下。例如，我们证明可以消除外部电源发出的噪声以及执行心电图测量时与行走相关的较大身体运动噪声（图 1）。
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| 图2 贴在人胸部的柔性有机差分放大器电路 |
| 它极其轻薄，因此可以舒适地佩戴在柔软的皮肤上。预计日常生活中的生物识别测量将变得更加简单和舒适。 |
智能手表等可在日常生活中测量心电图和其他生物信号的可穿戴设备已经上市。然而，根据这项研究的结果，具有出色耐磨性和准确性的柔性生物测量电路有望使所有情况下的生物测量比以往任何时候都更加容易和舒适。例如，测量电路的耐磨性和附着力的改进使得在涉及剧烈身体运动的情况下（例如运动期间）执行生物测量成为可能。预计利用以这种方式获得的实时和长期生物识别数据将有助于疾病的早期发现、更有效的治疗、老年人和患者的监测以及运动负荷的监测。人们还相信，这将有助于解决老龄化社会的各种问题，例如降低医疗费用、提高人们的QOL（生活质量）。
这项研究结果将于 2019 年 8 月 16 日星期五午夜（日本时间）在线发表在英国科学杂志《自然电子》上。
[标题] 用于记录心电图的超灵活有机差分放大器
[作者]
杉山正宏1,2,3，植村贵文1,3，近藤雅也1,2,3，秋山美穗子1，难波直子1,3，吉本修介1，野田由纪1，荒木彻平1,2,3和关谷刚1,2,3*
1大阪大学科学与工业研究所 (ISIR)，日本大阪茨城县
2大阪大学工程研究生院，日本大阪吹田
3先进光子学和生物传感开放创新实验室，国家先进工业科学技术研究所 (AIST)，日本大阪吹田
[DOI] 101038/s41928-019-0283-5
这项研发的一部分是作为 AIST-大阪大学先进光子学和生物传感开放创新实验室（PhotoBIO-OIL，实验室主任：大阪大学工程研究生院 Eiichi Tamiya 教授）研发的一部分进行的。 PhotoBIO-OIL正在研究和开发通过采用先进的基础光子分析技术来测量各种生物分子的下一代生物传感系统，目的是通过结合拥有处理分析目标的独特技术的国立先进工业技术研究所和作为测量技术基础的大阪大学出色的尖端光子技术，开发创新的先进药物发现和诊断技术。