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柔性電子設(shè)備是未來個(gè)性化健康管理新范式的重要組成部分,其具有與皮膚貼合、低運(yùn)動(dòng)偽影、長時(shí)間佩戴舒適等優(yōu)勢。然而,在超柔性傳感器中的多通道集成面臨著許多挑戰(zhàn),主要是缺乏高性能和穩(wěn)定的傳感組件,以及允許皮膚無約束活動(dòng)和呼吸的理想器件設(shè)計(jì)。
以光電容積脈搏波描記法(PPG)為代表的脈搏與血氧監(jiān)測技術(shù)已普及,因近紅外光具有出色的皮膚穿透能力,可通過光電探測器提取皮下血流搏動(dòng)與血紅蛋白含氧量信息,但設(shè)計(jì)適用于近紅外波段的有機(jī)光電材料及其柔性傳感器件仍具挑戰(zhàn)。
將基于光電容積變化的PPG信號(hào)與基于生物電的心電圖(ECG)信號(hào)結(jié)合,可以增加脈搏信息提取的準(zhǔn)確性和可靠性,通過后處理還可獲得血壓等健康指標(biāo)。盡管已有柔性ECG電極和PPG傳感器相關(guān)工作,但構(gòu)建可靠的可皮膚集成PPG-ECG一體化系統(tǒng)面臨巨大挑戰(zhàn),包括傳感器間的穩(wěn)固耦合、各器件的高性能和長期穩(wěn)定性、與皮膚集成的舒適性等。
針對(duì)上述問題,清華大學(xué)深圳國際研究生院徐曉敏、成會(huì)明團(tuán)隊(duì)開發(fā)了在近紅外光下表現(xiàn)出性能的超柔性有機(jī)光電探測器。
該超柔性探測器厚度小于4µm,在近紅外區(qū)940 nm波長下的光電響應(yīng)度為0.53AW-1,探測率為3.4×1013Jones,-3dB下截止頻率超過1MHz,在有機(jī)近紅外光電探測器領(lǐng)域達(dá)到水平,且具有良好的穩(wěn)定性。基于團(tuán)隊(duì)前期工作提出的可剝離超薄水凝膠與超柔性PEDOT:PSS基導(dǎo)電聚合物紋身電極,團(tuán)隊(duì)成員進(jìn)一步將超柔性光電探測器與導(dǎo)電聚合物電極通過超薄水凝膠集成在一起構(gòu)成PPG-ECG集成貼片傳感器,整個(gè)貼片厚度小于20µm,其彎曲半徑能與皮膚溝壑相匹配,實(shí)現(xiàn)與皮膚保形接觸,并進(jìn)一步構(gòu)建了皮膚集成的多模傳感系統(tǒng),實(shí)現(xiàn)了光電和心電信號(hào)的精準(zhǔn)同步監(jiān)測,即使在動(dòng)態(tài)工作條件下也能精確、穩(wěn)定地測量各種生命體征,包括心率、呼吸率、血氧飽和度和無袖帶血壓。
來源:傳感器專家網(wǎng)
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