新的健康監(jiān)測(cè)器具有靈活性 透明性和石墨烯功能

新技術(shù)設(shè)備優(yōu)先考慮生命體征的無(wú)創(chuàng)追蹤，不僅用于健康監(jiān)測(cè)，還用于預(yù)防常見(jiàn)的健康問(wèn)題，如心力衰竭，高血壓和壓力相關(guān)并發(fā)癥等?；诠鈱W(xué)檢測(cè)機(jī)制的可穿戴設(shè)備被證明是報(bào)告我們的機(jī)構(gòu)內(nèi)部工作的寶貴方法，并且近年來(lái)已經(jīng)經(jīng)歷了對(duì)消費(fèi)者市場(chǎng)的大量滲透。目前基于非柔性組件的可穿戴技術(shù)無(wú)法提供所需的精確度，并且只能監(jiān)控有限數(shù)量的生命體征。為了解決這個(gè)問(wèn)題，可以測(cè)量更廣泛的生命體征的一致的非侵入式光學(xué)傳感器是最終用戶(hù)愿望清單的首要問(wèn)題。

在最近發(fā)表在Science Advances上的一項(xiàng)研究中，ICFO研究人員展示了一類(lèi)新的柔性透明可穿戴設(shè)備，這些設(shè)備適合皮膚，可以連續(xù)，準(zhǔn)確地測(cè)量多種人體生命體征。這些設(shè)備可以測(cè)量心率，呼吸率和血脈氧合，以及暴露于太陽(yáng)的紫外線(xiàn)輻射。當(dāng)設(shè)備測(cè)量不同的參數(shù)時(shí)，讀出可視化并存儲(chǔ)在通過(guò)藍(lán)牙連接到可穿戴設(shè)備的移動(dòng)電話(huà)接口上。此外，該設(shè)備可以無(wú)電池運(yùn)行，因?yàn)樗ㄟ^(guò)電話(huà)無(wú)線(xiàn)充電。

“通過(guò)創(chuàng)建各種原型，包括靈活透明的手鐲，集成在手機(jī)上的健康貼片和太陽(yáng)紫外線(xiàn)監(jiān)測(cè)貼片，展示我們先進(jìn)光感應(yīng)技術(shù)的廣泛潛在應(yīng)用非常重要。由于這些獨(dú)特的功能，它們已被證明是多功能和高效的，“該出版物的第一作者Emre Ozan Polat博士報(bào)告說(shuō)。

手鐲的制作方式使其能夠適應(yīng)皮膚表面并在活動(dòng)期間提供連續(xù)測(cè)量(見(jiàn)圖1)。手鐲采用靈活的光傳感器，可以光學(xué)記錄心臟周期引起的血管體積變化，然后提取不同的生命體征，如心率，呼吸率和血脈氧合。

其次，研究人員報(bào)告了將石墨烯健康貼片整合到手機(jī)屏幕上，當(dāng)用戶(hù)將一根手指放在屏幕上時(shí)，它可以實(shí)時(shí)測(cè)量和顯示生命體征(見(jiàn)圖2)。該原型的一個(gè)獨(dú)特功能是該設(shè)備使用環(huán)境光進(jìn)行操作，促進(jìn)這些集成可穿戴設(shè)備的低功耗，從而允許長(zhǎng)時(shí)間連續(xù)監(jiān)測(cè)健康標(biāo)記。

ICFO先進(jìn)的光傳感技術(shù)實(shí)現(xiàn)了兩種類(lèi)型的納米材料：石墨烯，一種由一個(gè)原子厚的碳原子層組成的高柔性和透明材料，以及由量子點(diǎn)構(gòu)成的光吸收層。經(jīng)過(guò)驗(yàn)證的技術(shù)為可穿戴設(shè)備領(lǐng)域帶來(lái)了新的外形和設(shè)計(jì)自由度，使基于石墨烯量子點(diǎn)的設(shè)備成為產(chǎn)品開(kāi)發(fā)人員的強(qiáng)大平臺(tái)。ICFO的業(yè)務(wù)開(kāi)發(fā)人員Antonios Oikonomou博士強(qiáng)調(diào)說(shuō)：“蓬勃發(fā)展的可穿戴設(shè)備行業(yè)迫切希望提高其產(chǎn)品的保真度和功能。我們的基于石墨烯的技術(shù)平臺(tái)以獨(dú)特的主張應(yīng)對(duì)這一挑戰(zhàn)：可擴(kuò)展，低 - 能夠測(cè)量多個(gè)參數(shù)同時(shí)允許將新形狀因子轉(zhuǎn)換為產(chǎn)品的電力系統(tǒng)。“

該研究的聯(lián)合主管Stijn Goossens博士也評(píng)論說(shuō)“我們通過(guò)展示基于石墨烯光敏元件的靈活，可穿戴傳感系統(tǒng)取得了突破。關(guān)鍵是要選擇最好的剛性和靈活的世界。我們利用柔性組件的獨(dú)特優(yōu)勢(shì)進(jìn)行生命體征感應(yīng)，并將其與傳統(tǒng)剛性電子元件的高性能和小型化相結(jié)合。“

最后，研究人員已經(jīng)能夠利用該技術(shù)展示出寬泛的波長(zhǎng)檢測(cè)范圍，將原型的功能擴(kuò)展到可見(jiàn)范圍之外。通過(guò)使用相同的核心技術(shù)，他們制造了一個(gè)靈活的UV貼片原型(見(jiàn)圖3)，能夠無(wú)線(xiàn)傳輸電力和數(shù)據(jù)，并且無(wú)需電池即可感知環(huán)境紫外線(xiàn)指數(shù)。貼片以低功耗運(yùn)行，并具有高效的紫外線(xiàn)檢測(cè)系統(tǒng)，可以附著在衣服或皮膚上，用于監(jiān)測(cè)太陽(yáng)的輻射攝入，提醒佩戴者任何可能的過(guò)度暴露。

“我們對(duì)這項(xiàng)技術(shù)的前景感到興奮，指出了將石墨烯 - 量子點(diǎn)集成到完全柔性可穿戴電路中的可擴(kuò)展路線(xiàn)，以增強(qiáng)形狀，感覺(jué)，耐用性和性能，”Frank Koppens教授說(shuō)道。 ICFO的量子納米光電子集團(tuán)。“這些結(jié)果表明，這種靈活的可穿戴平臺(tái)與可擴(kuò)展的制造工藝兼容，證明在不久的將來(lái)大規(guī)模生產(chǎn)低成本設(shè)備。”