Soft, skin-interfaced microfluidic systems with wireless, battery-free electronics for digital, real-time tracking of sweat loss and electrolyte composition

汗や電解質をリアルタイム検出するワイヤレスかつバッテリーフリーなソフトで皮膚密着型マイクロ流路システム

Kim, S. B.*; Lee, K.-H.*; Raj, M. S.*; Reeder, J. T.*; Koo, J.*; Hourlier-Fargette, A.*; Bandodkar, A. J.*; Won, S. M.*; 関根 由莉奈   ; Choi, J.*; Zhang, Y.*; Yoon, J.*; Kim, B. H.*; Yun, Y.*; Lee, S.*; Shin, J.*; Kim, J.*; Ghaffari, R.*; Rogers, J. A.*

Kim, S. B.*; Lee, K.-H.*; Raj, M. S.*; Reeder, J. T.*; Koo, J.*; Hourlier-Fargette, A.*; Bandodkar, A. J.*; Won, S. M.*; Sekine, Yurina; Choi, J.*; Zhang, Y.*; Yoon, J.*; Kim, B. H.*; Yun, Y.*; Lee, S.*; Shin, J.*; Kim, J.*; Ghaffari, R.*; Rogers, J. A.*

エクリン腺からの汗の排泄は、身体の位置,活動レベル,環境要因および健康状態によって変化する動的な生理学的プロセスである。発汗量と化学物質に組み込まれた情報内容は、健康状態と運動能力を評価するために利用することができる。本論文では、薄型で小型化されたスキンインターフェイスのマイクロ流体システムを提案する。本技術は、汗の伝導率および速度を測定するための、再利用可能なバッテリーフリーの近距離通信機能(NFC)を備える。具体的には、NFCプロトコルを活用できる回路への測定インターフェイスとして、マイクロ流路に設計かつ集積された超薄型電極の開発に成功した。開発した複合的なマイクロ流路および電子デバイスシステムを用いて実際の汗を用いて実験を行なったところ、スマートフォン等で汗の速度や電解質の濃度をリアルタイムで測定することに成功した。

Excretion of sweat from eccrine glands is a dynamic physiological process that varies with body position, activity level, and health status. Information content embodied in sweat rate and chemistry can be used to assess health status and athletic performance. This paper presents a thin, miniaturized, skin-interfaced microfluidic technology that includes a reusable, battery-free electronics module for measuring sweat conductivity and rate in real-time using wireless power from and data communication with capabilities in near field communications (NFC). Systematic studies of these combined microfluidic/electronic systems, accurate correlations of measurements performed with them to those of laboratory standard instrumentation, and field tests on human subjects establish the key operational features and their utility in sweat analytics.