信号检测装置以及信号检测方法
【技术领域】
[0001]本发明涉及一种用于检测信号的信号检测装置以及信号检测方法。
[0002]本申请基于2012年10月2日在日本申请的特愿2012-220427号主张优先权，并且在此援引其内容。
【背景技术】
[0003]在现有技术中，作为例如用于检测生物体信号的装置，已知例如心电图仪、脑电图仪等信号检测装置(专利文献I)。通常，在这种信号检测装置中，通过差动放大器来对安装在作为被检测体的生物体上的一对电极的信号的差分进行放大。通过取得信号之差，从而消除各个信号所包含的同相的噪声分量，获得SN比高的检测信号。
[0004]在先技术文献
[0005]专利文献
[0006]专利文献1:日本特开平6-197877号公报
【发明内容】
[0007]发明要解决的问题
[0008]但是，根据上述的现有技术，由于电极与差动放大器经由布线电缆连接，因此存在噪声混入布线电缆上的可能性，检测信号的SN比的改善有界限。此外，即使将电极与差动放大器一体化，若将这些被一体化的电极和差动放大器长时间埋入作为被检测体的生物体内，则生物体内的环境可能引起放大器等电路的故障或者误动作。另外，由于作为电极材料，使用缺乏挠性的金属等，因此很难在例如反复鼓动的心脏等生物体的表面组织安装电极。即使能够安装，由于缺乏挠性的电极等会阻碍心脏的跳动，因此很难高精度地检测心脏产生的生物体信号。
[0009]本发明鉴于上述情况而完成，其目的在于，提供一种能够改善检测信号的SN比，且不会阻碍被检测体的动作，并能够稳定地检测被检测体产生的信号的信号检测装置以及信号检测方法。
[0010]用于解决课题的手段
[0011]为了解决上述课题，本发明的一方式是一种信号检测装置，对从被检测体产生的信号进行检测，具备:第I电路层，形成有与所述被检测体相连的多个电极；第2电路层，形成有多个放大器，每个放大器具有与所述多个电极分别电容耦合的输入部；和第3电路层，形成有用于读取所述多个放大器的输出的多个晶体管，将所述第I电路层、所述第2电路层和所述第3电路层层叠，在形成于所述第I电路层的所述多个电极与所述第2电路层之间，形成有密封所述第2电路层的绝缘层，隔着该绝缘层，所述多个电极与所述多个放大器的输入部电容親合。
[0012]在上述信号检测装置的结构中，例如，所述电极由导电性材料构成，该导电性材料是被构成亲水性的离子液体的分子与水溶性高分子双重覆盖的碳纳米材料分散到水溶性高分子介质中且该水溶性高分子被交联而成的。
[0013]在上述信号检测装置的结构中，例如，布线被引出到与所述第2电路层所处的一面侧相反的一侧的所述第3电路层的另一面侧，该布线用于经由形成于所述第3电路层的多个晶体管来读取形成于所述第2电路层的多个放大器的输出信号。
[0014]在上述信号检测装置的结构中，例如，所述布线在所述第3电路层的外周区域被引出到所述第3电路层的另一面侧。
[0015]在上述信号检测装置的结构中，例如，在所述第I电路层，形成有将形成于该第I电路层的所述多个电极和形成于所述第2电路层的所述多个放大器的输出部电容耦合的多个电容器。
[0016]在上述信号检测装置的结构中，例如，所述第I电路层与所述第2电路层之间以及所述第2电路层与所述第3电路层之间分别经由各向异性导电性薄片而被电连接。
[0017]在上述信号检测装置的结构中，例如，构成所述第I电路层的部件形成密封所述第2电路层的密封层。
[0018]在上述信号检测装置的结构中，例如，所述第2电路层被所述第I电路层和所述第3电路层夹持着，由此层叠所述第I电路层、所述第2电路层和所述第3电路层，所述第I电路层和所述第3电路层具有相互相同的弯曲刚性。
[0019]为了解决上述课题，本发明的一方式是一种信号检测方法，使用上述信号检测装置来从所述被检测体检测信号，该信号检测方法包括:经由形成于所述第3电路层的多个晶体管，选择性地读取形成于所述第2电路层的多个放大器中的任一个的输出信号的阶段。
[0020]在上述信号检测方法的结构中，例如，选择性地读取形成于所述第2电路层的多个放大器中的任一个的输出信号的阶段包括:第I阶段，经由所述多个晶体管，对所述多个放大器的输出信号进行扫描并依次读取；第2阶段，生成在所述第I阶段读取的所述多个放大器的输出信号的强度分布；和第3阶段，同时读取基于所述强度分布的分析结果确定的所述多个放大器的I个或2个以上的输出信号。
[0021]发明效果
[0022]根据本发明的一方式，由于一体地构成电极与放大器，因此能够改善检测信号的SN比。此外，根据本发明的一方式，由于将电极与放大器的输入部电容耦合，因此能够从电极侧观察时密封放大器，能够抑制放置电极的环境对放大器动作的影响。另外，根据本发明的一方式，由于能够实现具有挠性出色的电极的信号检测装置，因此能够在不阻碍被检测体的动作的情况下，从被检测体检测信号。
【附图说明】
[0023]图1是表示本发明的实施方式的信号检测装置的电路结构的一个例子的图。
[0024]图2是表示本发明的实施方式的信号检测装置所具备的信号检测器的电路结构的一个例子的图。
[0025]图3是表示本发明的实施方式的信号检测装置所具备的信号检测器的静特性的一个例子的图。
[0026]图4是示意性表示本发明的实施方式的信号检测装置的设备结构(层叠结构)的图。
[0027]图5是示意性表示本发明的实施方式的信号检测装置的设备结构(剖面结构)的图。
[0028]图6是用于对本发明的实施方式的信号检测装置所具备的信号检测器的动作进行说明的波形图。
[0029]图7是用于对本发明的实施方式的信号检测装置的动作进行说明的图。
[0030]图8表示本发明的组成物或者导电性材料，(a)是表示被构成DEMEBF4的分子覆盖的碳纳米管(carbon nanotube)分散到聚轮烧(poly-rotaxane)中而形成的组成物的照片，(b)是对(a)所示的组成物进行光交联而得到的薄片的照片，(C)是对(a)所示的组成物进行光交联并将大约50 μπι左右线宽的微细结构图案化而得到的光学显微镜照片。
[0031]图9是高分辨率剖面透射电子显微镜像(TEM像)，(a)是能够在本发明中使用的碳纳米管的TEM像，(b)是在没有离子液体的情况下，将碳纳米管与聚轮烷在水中混合，通过喷射式粉碎机(jet mill)来进行细分化的同时进行搅拌而得到的被聚轮烷覆盖的碳纳米管的TEM像，(c)是在与图8(a)所示的组成物的制作条件相同的条件下得到的碳纳米材料或者组成物的TEM像。
[0032]图10是表示本发明的组成物(或者导电性材料)的面电阻与其碳纳米管含有量的依赖性的图表。
[0033]图11是表示本发明的(或者导电性材料)的电容量与其频率的依赖性的图表。
[0034]图12是用于对本发明的导电性材料的制造方法进行说明的流程图。
[0035]图13是表示本发明的导电性材料的制造方法的应用例的流程图。
[0036]图14是表示调查碳纳米管的分散性而得到的结果的照片，(A)表示将碳纳米管放入脱离子水中搅拌I周后的状态的照片，(B)是表示将碳纳米管与DEMEBF4放入脱离子水中并同样搅拌I周后的状态的照片，(C)是表示将碳纳米管放入脱离子水中并同样搅拌I周，然后通过喷射式粉碎机进行处理之后的状态的照片，(D)是表示将碳纳米管与DEMEBF460mg放入脱离子水中并同样搅拌I周，然后通过喷射式粉碎机进行处理之后的状态的照片，(E)是表示将碳纳米管、DEMEBF4和微纤化纤维素放入脱离子水中，并将同样搅拌I周而得到的浆料通过喷射式粉碎机进行处理后的状态的照片。
【具体实施方式】
[0037][结构的说明]
[0038]图1是表示本发明的实施方式的信号检测装置100的电路结构的一个例子的图。信号检测装置100是对从被检测体产生的信号进行检测的信号检测装置，具备:被排列成8行8列的矩阵状的多个(64个)信号检测器Fll?F88、信号传送用的多个晶体管Tll?T88、多个位线BLl?BL8和多个字线WLl?WL8。另外，在本实施方式中，将生物体假定成了被检测体，但是本实施方式的信号检测装置100并不限于生物体，能够将任意的对象物作为被检测体来检测信号。例如，信号检测装置100并不限于生物体信号，还能够对安装有电子部件的电路基板等工业产品的复杂表面的信号分布等进行检测。因此，作为本发明的信号检测装置100的被检测体的对象物是任意的。
[0039]在此，被排列成矩阵状的信号检测器Fll?F88中，属于第I列的信号检测器Fll?F81的各输出部经由信号传送用的晶体管Tll?T81而与位线BLl连接，属于第2列的信号检测器F12?F82的各输出部经由信号传送用的晶体管T12?T82而与位线BL2连接。以下，同样地，属于第8列的信号检测器F18?F88的各输出部经由信号传送用的晶体管T18?T88而与位线BL8连接。
[0040]此外，被排列成矩阵状的信号检测器Fll?F88中，设置在属于第I行的信号检测器Fll?F18的信号传送用的晶体管Tll?T18的各个栅极与字线WLl连接，设置在属于第2行的信号检测器F21?F28的信号传送用的晶体管T21?T28的各个栅极与字线WL2连接。以下，同样地，设置在属于第8行的信号检测器F81?F88的信号传送用的晶体管T81?T88的各个栅极与字线WL8连接。
[0041]这样，在本实施方式中，将64个信号检测器Fll?F88排列为矩阵状，通过字线WLl?WL8和位线BLl?BL8来选择信号传送用的晶体管Tll?T88，由此能够从各个信号检测器Fll?F88选择性地读取信号。另外，虽然在图1的例子中具备8行8列的共计64个信号检测器Fll?F88，但并不限于本例，信号检测器的个数是任意的。此外，与该信号检测器的个数相应地，信号传送用的晶体管、字线、位线的个数也是任意的。
[0042]图2是表示图1所示的信号检测器Fll?F88的电路结构的一个例子的图，所有信号检测器Fll?F88具有相同的结构。如图2所示，信号检测器Fll?F88分别具备电极101、电容器102和放大器103。电极101与被检测体(未图示)相连，从该被检测体向电极101施加生物体信号(电信号)。在本实施方式中，电极101也可以由凝胶状的导电性材料(导电凝胶)构成，该凝胶状的导电性材料是被构成亲水性的离子液体的分子和水溶性高分子双重覆盖的碳纳米材料分散到水溶性高分子介质中且该水溶性高分子被交联而成的。此时，电极101具有出色的挠性以及柔软性。将在后面进行详细叙述。
[0043]电容器102是用于去除来自被检测体的生物体信号所包含的直流分量的部件，连接在电极101与放大器103的输入部之间。也就是说，放大器103的输入部经由电容器102而与电极101电容耦合。电容器102例如具有大约670nF的电容值，也可以具有由自组装单分子膜(Self-AssembledMonolayer ；SAM)和氧化销(AlOx)构成的SAM/A10x结构。如后面所述，电容器102是使用薄膜来形成的，具有挠性。
[0044]放大器103由晶体管1031?1034和电阻元件1035构成。在本实施方式中，晶体管1031?1034是具有挠性的P型有机晶体管。构成放大器103的有机晶体管的栅极宽度例如为600 μ m，栅极长度例如为20 μ mo在本例中，确认到大约-100 μ A的漏极电流。但是，并不限于本例，也可以取代P型有机晶体管而使用η型有机晶体管。若考虑动作的稳定性和载体的移动性的不同，P型有机晶体管更能够稳定地获得比η型有机晶体管大的漏极电流，在这方面与η型有机晶体管相比更有利。另外，放大器103并不限于有机晶体管，也可以根据用途来使用任意的放大元件来构成。
[0045]构成放大器103的晶体管1031的漏极与电源节点VDD (高电位节点)连接，晶体管1031的栅极与放大器103的输入部连接。此外，晶体管1032的漏极与晶体管1031的源极连接，晶体管1032的源极与接地节点GND连接。此外，晶体管1033的漏极与电源节点VDD连接，晶体管1033的栅极与放大器103的输入部连接。
[0046]此外，晶体管1034的漏极及栅极与晶体管1032的栅极一起被连接