一种由阳光驱动的对人类友好的超柔韧性有机传感器

2019-10-14 17:20:39

科学家们开发了一种由阳光驱动的对人类友好的超柔韧性有机传感器,该传感器可作为自供电式心脏监护仪。以前,他们开发了一种可用于纺织品的柔性光伏电池。在这项研究中,他们将一种称为有机电化学晶体管的传感设备直接集成到了柔性有机太阳能电池中,该传感器是一种可以用来测量多种生物功能的电子设备。然后,他们可以使用它在强光条件下测量大鼠和人类的心跳。

可直接安装在人体皮肤或组织上的自供电设备在医疗应用中具有巨大的潜力。它们可以用作生理传感器,用于实时监测人体心脏或大脑的功能。然而,由于电池的体积大和电源不足,或者由于来自电源的噪声干扰,妨碍了一致性和长期运行,实际的实现是不切实际的。

此类设备的关键要求是稳定且充足的能源供应。这项发表在《自然》杂志上的研究的关键进展是在太阳能电池的光吸收器上使用了纳米光栅表面,从而实现了高光电转换效率(PCE)和光角度独立性。因此,研究人员能够实现10.5%的PCE和11.46瓦/克的高单位重量功率比,接近15%的“魔幻数字”,这将使有机光伏电池与基于硅的光伏电池具有竞争力同行。他们展示了在重复压缩测试(900次循环)下,PCE仅下降了25%(从9.82%降至7.33%),与60度光角下的非光栅设备相比,PCE的增益提高了45%。

为了演示实际应用,将称为有机电化学晶体管的传感设备与有机太阳能电池集成在超薄(1 µm)的衬底上,以实现对皮肤上心跳的自动供电或记录心电图(ECG)直接在大鼠心脏上发出信号。他们发现,该设备在10,000 lux的光照水平下工作良好,这相当于在晴朗的晴天在阴凉处看到的光线,并且比连接到电池的类似设备产生的噪音少,这可能是因为缺少电线。

RIKEN紧急事件科学中心的福田健次郎说:“这是朝着制造可放置在人体组织上的自供电医疗监控设备迈出的重要一步。还有一些重要的剩余任务,例如开发,我们将继续与其他小组合作生产实用的设备。重要的是,对于当前的实验,我们在设备的模拟部分上进行工作,该部分为设备供电并进行测量。基于硅的部分,用于数据传输,以及在该领域的进一步工作,也将有助于使这种设备实用。” 这项研究是由理化学研究所与东京大学的研究人员合作进行的。

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