ウェアラブルおよび埋め込み型デバイスは人間を動力源として利用します

2023 年 8 月 3 日 MDO Contributors Network より

MIT のブドウ糖ベースのバッテリーは、体内の糖を利用して電気を生成し、インプラントやセンサーに電力を供給できる可能性があります。 [画像提供：MIT]

ウェアラブル医療機器やインプラントは、バイオマーカーや医療診断を継続的に測定する健康監視機器や生物医学インプラントなど、幅広い用途でますます注目を集めています。 高齢者人口の増加とパンデミックから得られた洞察に基づいて、ウェアラブルやバイオセンサーの開発への移行により、リアルタイムの健康モニタリング、個別化医療、ポイントオブケア技術（POCT）の必要性が高まっています。

過去 10 年間にわたり、安価で容易に入手できる最新技術を使用して、次世代の医療用ウェアラブルとインプラントの開発が進歩しました。 医療施設での診断検査には通常何時間もかかっていましたが、現在はバイオセンサーを使用して遠隔から行うことができます。 より多くの医療サービスが個別化医療に移行するにつれて、これらのセンサーは Fitbits やスマートウォッチと同じくらい一般的なものになるでしょう。 Facts & Factors のレポートによると、ウェアラブル テクノロジー市場は 2028 年までに 3,800 億ドルを超え、年平均成長率は 18.5% になると予想されています。

では、ウェアラブル医療技術とは何でしょうか? 私たちのほとんどは、多数の健康上の重要事項や運動療法を監視および収集し、そのデータをリアルタイムで医療専門家に送信することもできるデバイスを見たり使用したりしたことがあります。 これらには、フィットネス トラッカーやスマートウォッチなどがありますが、ウェアラブル ECG モニターや血圧センサーなどはあまり一般的ではありません。 たとえば、Withing の Move ECG デバイスは心電図を測定し、心房細動も検出して、データをユーザーの医師に送信できます。

2019 年、オムロン ヘルスはウェアラブル オシロメトリック血圧計である HeartGuide を発売しました。 ウォッチは最大 100 件の測定値を収集して保存でき、レビュー、比較、治療の最適化のために HeartAdvisor モバイル アプリに転送できます。 バイオセンサーも入手しやすくなり、皮膚に装着したり、インプラントとして使用したり、スマートピルの形で使用したりすることもできます。 たとえば、フィリップスのウェアラブル バイオセンサーは、皮膚に装着する粘着パッチで、動き、心拍数、呼吸数、血圧などのいくつかの生体認証を提供します。

バイオセンサーは、リーランド クラークが心臓血管手術中に使用された酸素電極に基づいたグルコース センサーを設計した 1962 年にまで遡ることができます。 それ以来、新しい技術が利用可能になるにつれて、バイオセンサー分野では多くの進歩が見られました。 バイオセンサーは、生物学的反応または刺激を測定可能な信号に変換することによって、特定の定量的および半定量的な分析情報を提供する生物分析デバイスです。

これらのセンサーは、生物学的センシング コンポーネント、接続された検出器またはトランスデューサー コンポーネント、信号処理システムという 3 つの主要なコンポーネントで構成されています。 その生体構成要素は酵素、抗体、細胞、その他多くのものであり、トランスデューサーは電気化学的、光学的、音響的、または比色分析などの変換方法に基づいています。 生物医学の文脈では、バイオセンサーを内部で使用するには特定の要件が必要であり、その第一の要件は生体適合性です。 たとえば、皮膚統合アプリケーションのセンサーは、ユーザーの自然な屈曲や動きに適合するように、伸縮性、柔軟性、超薄型である必要があります。

そのために、医療用ウェアラブルやバイオセンサー、特に埋め込み型の開発には問題を引き起こす要因があります。 そのリストの最上位にあるのは電源です。内部で使用されるものでもバッテリーが必要です。長期間の使用を目的として設計されたセンサーの場合、バッテリーは大きくてかさばる傾向があります。 良いニュースは、科学者や研究者が環境発電技術を利用した電力システムの開発を開始しており、これによりバイオセンサーにほぼ永久に電力を供給できる可能性があるということです。