En selvdrevet hjertemonitor tapet til huden

Forskere har udviklet et menneskevenligt, ultra-fleksibel organisk sensor drevet af sollys, som fungerer som en selvdrevet hjerteovervågning. Tidligere har de udviklede en fleksibel fotovoltaisk celle, der kunne inkorporeres i tekstiler. I dette studie, de integrerede en sensorisk enhed direkte, kaldet en organisk elektrokemisk transistor - en type elektronisk enhed, der kan bruges til at måle en række biologiske funktioner - til en fleksibel organisk solcelle. Brug den, de var derefter i stand til at måle rotter og menneskers hjerteslag under stærkt lys.

Selvdrevne enheder, der kan monteres direkte på menneskelig hud eller væv, har et stort potentiale til medicinske anvendelser. De kan bruges som fysiologiske sensorer til realtidsovervågning af hjerte- eller hjernefunktion i menneskekroppen. Imidlertid, praktisk realisering har været upraktisk på grund af batteriernes volumen og utilstrækkelig strømforsyning, eller på grund af støjforstyrrelser fra den elektriske forsyning, hæmmer overensstemmelse og langsigtet drift.

Nøglekravet til sådanne enheder er en stabil og tilstrækkelig energiforsyning. Et vigtigt fremskridt i denne undersøgelse, udgivet i Natur , er brugen af ​​en nano-gitteroverflade på solcellens lysdæmpere, muliggør høj fotokonverteringseffektivitet (PCE) og lysvinkeluafhængighed. Takket være dette, forskerne var i stand til at opnå en PCE på 10,5 procent og et højt forhold mellem effekt og vægt på 11,46 watt pr. gram, nærmer sig det "magiske tal" på 15 procent, der vil gøre organiske solceller konkurrencedygtige med deres siliciumbaserede kolleger. De demonstrerede et PCE-fald på kun 25 procent (fra 9,82% til 7,33%) under gentagen kompressionstest (900 cyklusser) og en højere PCE-gevinst på 45 procent sammenlignet med ikke-gitterudstyr under 60 graders lysvinkel.

For at demonstrere en praktisk anvendelse, sensoriske anordninger kaldet organiske elektrokemiske transistorer blev integreret med organiske solceller på et ultratyndt (1 m) substrat, at tillade selvdreven detektion af hjerteslag enten på huden eller for at registrere elektrokardiografiske (EKG) signaler direkte på hjertet af en rotte. De fandt ud af, at enheden fungerede godt ved et lysniveau på 10, 000 lux, hvilket svarer til det lys, man ser, når man er i skyggen på en klar solskinsdag, og oplevede mindre støj end lignende enheder tilsluttet et batteri, formodentlig på grund af manglen på elektriske ledninger.

Ifølge Kenjiro Fukuda fra RIKEN Center for Emergent Matter Science, "Dette er et godt skridt fremad i jagten på at lave selvdrevne medicinske overvågningsudstyr, der kan placeres på menneskeligt væv. Der er nogle vigtige resterende opgaver, såsom udvikling af fleksible strømlagerenheder, og vi vil fortsat samarbejde med andre grupper om at producere praktiske enheder. Vigtigere, for de nuværende eksperimenter arbejdede vi på den analoge del af vores enhed, som driver enheden og foretager målingen. Der er også en digital siliciumbaseret portion, til overførsel af data, og yderligere arbejde på dette område vil også bidrage til at gøre sådanne enheder praktiske. "Undersøgelsen blev udført af RIKEN i samarbejde med forskere fra University of Tokyo.