Nat:日本贴在皮肤上的有机硅光电自供电心脏监测器

邓文龙

Nature：开发出一种贴在皮肤上的自供电心脏监测器

2018-09-28 21:31

2018年9月28日/生物谷BIOON/---在一项新的研究中，来自日本理化学研究所和东京大学的研究人员开发出一种人性化的超柔韧的由太阳光驱动的有机传感器，这种传感器可起着自供电心脏监护器的作用。在此之前，他们已开发出一种灵活的能够整合到纺织品中的光伏电池。在这项研究中，他们直接将一种被称为有机电化学晶体管（organic electrochemical transistor）的传感器件---一种可用于测量各种生物功能的电子设备---集成到柔性的有机太阳能电池中。利用这种有机传感器，他们能够在明亮的光线条件下测量大鼠和人类的心跳。相关研究结果发表在2018年9月27日的Nature期刊上，论文标题为“Self-powered ultra-flexible electronics via nano-grating-patterned organic photovoltaics”。

图片来自Nature, doi:10.1038/s41586-018-0536-x。

能够直接贴在人类皮肤或组织上的自供电设备具有很大的医疗应用潜力。它们可能用作实时监测人体内的心脏或大脑功能的生理传感器。然而，鉴于电池的体积大和供电不足，或者电源的噪声干扰，影响着一致性和长期运行，现实中做到这一点是不切实际的。

这种自供电设备的关键要求是稳定和充足的电能供应。这项研究取得的一个关键进展是在太阳能电池的光吸收器上使用纳米光栅表面（nano-grating surface），从而允许较高的光转换效率（photo-conversion efficiency, PCE）和光角独立性。由于这一点，这些研究人员能够实现10.5％的光转换效率和比较高的11.46瓦/ g的功率重量比（power-per-weight ratio），接近15％的“魔术数字（magic number）”，从而使得有机光伏产品与硅基光伏产品有得一拼。他们证实在重复的压缩测试（900次循环）下，光转换效率仅下降25％（从9.82％降至7.33％），而且相比于60度光角下的非光栅器件，光转换效率增加了45％。

为了展示实际应用，这些研究人员将有机电化学晶体管与超薄基板上的有机太阳能电池集成在一起，从而允许在大鼠的皮肤上自我供电地检测心跳或者在大鼠的心脏上直接记录心电图（ECG）信号。他们发现这种自供电有机传感器在10000勒克斯（相当于在阳光明媚的晴天里在阴凉处看到的光）的照明水平下工作良好，而且相比于与电池连接在一起的类似设备，经历更小的噪音，这很可能是因为没有电线。

根据日本理化学研究所紧急物质科学中心的Kenjiro Fukuda的说法，“这是朝寻求制造出能够放置在人体组织上的自供电医疗监测设备的目标上迈出了很好的一步。还要完成一些其他的重要任务，比如开发灵活的电力存储设备，而且我们将继续与其他的研究团队合作构建出实用的设备。重要的是，在当前的实验中，我们研究了我们的设备的模拟部分，它为这种设备供电并进行测量。还有硅基数字部分，用于传输数据。该领域的进一步研究也将有助于让这些设备变得实用。”（生物谷 Bioon.com）

参考资料：

Sungjun Park, Soo Won Heo, Wonryung Lee et al. Self-powered ultra-flexible electronics via nano-grating-patterned organic photovoltaics. Nature, 27 Sep 2018, 561(7724):516–521, doi:10.1038/s41586-018-0536-x.

https://www.nature.com/articles/s41586-018-0536-x

http://news.bioon.com/article/6728085.html



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