由太陽供電的小心臟監(jiān)視器

日本研究機構(gòu)RIKEN和東京大學(xué)的科學(xué)家將所謂的有機電化學(xué)晶體管(OECT) - 一種可以測量各種生物功能的裝置 - 整合到一個柔性的有機太陽能電池中。為此，他們開發(fā)了一種采用太陽能發(fā)電新技術(shù)的傳感器，開發(fā)出一種生物兼容的自供電心臟監(jiān)護儀，人們可以直接在皮膚上佩戴。

“我們開發(fā)了一種人性化，超靈活的有機傳感器，由陽光驅(qū)動，可作為自供電心臟監(jiān)護儀，”RIKEN緊急物質(zhì)科學(xué)中心項目的研究人員之一Kenjiro Fukuda表示。 RIKEN新聞稿。

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研究人員已經(jīng)花了一段時間將能量收集技術(shù)整合到可穿戴設(shè)備中，以消除對笨重電源的需求。跟蹤人體生命體征并收集其他潛在診斷信息的醫(yī)療和健身設(shè)備是該技術(shù)最早的一些類型。

對于下一代可穿戴設(shè)備，研究人員正在考慮使用生物相容性材料 - 結(jié)合可靠的自供電源 - 因此它們可以直接貼合人體皮膚。研究人員在新聞發(fā)布會上說，像RIKEN研究人員開發(fā)的技術(shù)這樣的進步是向這個方向邁出的一步，不僅消除了體積，還消除了與現(xiàn)有技術(shù)相關(guān)的生物相容性和實用性問題。

Fukuda表示，RIKEN團隊開發(fā)的技術(shù)的關(guān)鍵是在太陽能電池的光吸收器上使用納米光柵表面。這允許高光轉(zhuǎn)換效率(PCE)和光角獨立性，提供前所未有的電源穩(wěn)定性。

“雖然已經(jīng)實現(xiàn)了具有高功率轉(zhuǎn)換效率和機械/熱穩(wěn)定性的超薄太陽能電池，但是由于它們在機械變形和角度下的不穩(wěn)定輸出功率，尚未證明超薄太陽能電池與傳感器的集成。改變，“福田解釋說。“使用納米光柵結(jié)構(gòu)的好處對于可穿戴電源非常重要，因為它們很容易變形到復(fù)雜的三維生物組織和皮膚上。”

他說，納米光柵結(jié)構(gòu)使研究人員可以達到10.5%的PCE和每克重11.46瓦的高功率比。這接近科學(xué)家認(rèn)為15%的“神奇數(shù)字”，使有機光伏技術(shù)與現(xiàn)有的硅基技術(shù)競爭。此外，在900次循環(huán)的重復(fù)壓縮測試中，該器件的PCE降低僅為25%，從9.82%降至7.33% - 與60度光角下的非光柵器件相比，PCE增益高出45%，F(xiàn)ukuda說。

研究人員發(fā)現(xiàn)，該裝置在10,000勒克斯的照明水平下工作效果最佳 - 大約相當(dāng)于在陽光明媚的晴天在陰涼處看到的光。與連接到電池的類似設(shè)備相比，該設(shè)備的噪音更小，可能是因為缺少電線。

“重要的特征是所需的電壓非常小 - 小于1伏 - 這與太陽能電池的集成是一致的，”Fukuda解釋說。“當(dāng)然，實現(xiàn)OECT與太陽能電池的整合有很多嘗試和錯誤。”

福田說，這項技術(shù)已經(jīng)表現(xiàn)得非常好，足以用來監(jiān)視某人的心跳。將來，如果準(zhǔn)確性得到改善，可以對其進行優(yōu)化，以用作醫(yī)療用的不易察覺的心電圖系統(tǒng)。Fukuda補充說，研究人員計劃繼續(xù)改進設(shè)備，使電源更加穩(wěn)定，并進一步整合其他類型的傳感器和技術(shù)，以擴展其功能。