科研动态| 我院科研人员开发用于眼部健康监测的自供电柔性有机集成电子器件
2022-09-05 22:51:11

 近些年来,可用于实时监测人体健康情况和生物信息的生物电子器件受到了广泛关注。可穿戴器件虽已成功用于监测心电图、脉搏血氧、葡萄糖等,可以满足日常人体身体健康监测需求,但已有的可穿戴器件如手表、手环等体积较大,监测葡萄糖浓度的器件仍为有创检测且为刚性,与人体皮肤兼容性差且受电源与器件稳定性影响,其寿命较短。能源供给是可穿戴电子器件发展的一个主要限制因素。下一代生物电子器件应具备自供电功能且摆脱笨重的外部电源和布线。目前已报道的用于可穿戴和可植入生物电子设备的纳米发电机和生物燃料电池的能量转换效率低且供电不稳定,难以满足复杂传感系统和信号传输系统的能量需求。

针对以上问题,西安交通大学金属材料强度国家实验室的马伟教授联合电气学院王来利教授团队研发了一种由有机太阳能电池(OSC)自供电的基于有机电化学晶体管(OECT)的柔性多路传感器,该器件可在室内光驱动下用于监测泪液中葡萄糖和Ca2+的浓度。该集成器件由溶液刮涂法和热蒸发的简单工艺制得,具有批量生产的巨大潜力。通过优化OECT沟道活性层的形貌,传感器对生物标志物的浓度变化有着显著响应。在不使用其他电路元件(如电阻器和电容器)的情况下,可以通过选择合适的OSC活性层和传输界面层来调制OSC的输出,满足OECT传感器的供电要求。传感器所得信号可以通过集成的NFC单元无线传输到便携设备。该集成器件成功地监测到了一天中不同时间点泪液中葡萄糖和Ca2+的浓度变化。这种自供电多路传感器件有望集成在隐形眼镜上,用于长期无创体内监测和疾病诊断。

(a)集成器件与隐形眼镜示意图,插图为Ca2+和葡萄糖传感器的栅极修饰层

该研究成果以《用于眼部多路监测的自供电柔性有机集成电子器件》(Flexible organic integrated electronics for self-powered multiplexed ocular monitoring)为题发表于《npj柔性电子》(npj flexible electronics)。西安交通大学welcome欢迎光临威尼斯和电气学院交叉学科博士生林保均,硕士生王萌为共同一作。西安交通大学金属材料强度国家重点实验室马伟教授与西安交通大学电力设备电气绝缘国家重点实验室王来利教授为共同通讯作者。该工作合作者还包括西安交通大学金属材料强度国家重点实验室陈凯副教授、赵超博士以及西安交通大学信息与通信工程学院闫森教授。

论文链接:https://www.nature.com/articles/s41528-022-00211-6

课题组网站:https://gr.xjtu.edu.cn/en/web/msewma/home

编辑:吴国娇