東北大学は2022年8月22日、酸素タンクを内蔵することで水中でも発電能力が低下しにくいバイオ発電パッチを開発したと発表した。
経皮マイクロ電流を発生させる皮膚パッチは、傷の治療促進や鎮痛、薬剤浸透などの目的で研究されている。糖（グルコース）と酸素から発電する酵素バイオ電池を電源として搭載することで、有機物のみで構成される使い切りのバイオ充電パッチが実現する。しかし、従来のバイオ発電パッチのカソードは酸素ガスを含む大気に露出しており、水に溶けた低濃度酸素が反応してしまうことで発電能力が低下していた。
同大学では糖と酸素で発電する酵素電池を搭載した、オール有機物のバイオ発電パッチ（BIPP）を2020年に開発し、これまで実用化に向けたモニタリングなどを進めてきた。今回の開発では、バイオ発電パッチの酸素還元カソードに酸素タンクとして微小スペース（O2タンク）を形成し、水中でも発電が維持できるようにした。
糖（グルコース）と酸素ガス（O2）から発電するオール有機物の経皮通電パッチBIPP（サンアローと共同開発）の発電メカニズム
具体的には酸素還元カソードの表面に、酸素透過性が高いシリコーンゴム（PDMS、ポリジメチルシロキサン）の薄膜を接合。接着にもPDMSを用い、その塗布量を最適化することで微小スペースのアレイを接合部に形成することができた。この接合構造は、皮膚貼付時の変位に追従する柔軟性と強度を持つ。微小スペースの面積は約0.4mm2で、200個/cm2程度の密度で配列。電極面積1cm2当たりのスペース体積は、〜10μLと見積もられている。
微小スペースが酸素タンクとして働くことで、水中での発電量が従来の10倍以上に増加。タンクの酸素が尽きても、水から取り出すことで数10秒で酸素が再充填され発電能力が回復する。
今回開発したカソードを実装することで、水仕事や入浴中でもバイオ発電パッチを使用できるようになることが期待される。また、口腔内や体内で使用できるバイオ発電デバイスの開発につながることも期待できるという。
