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一研究所用有机电化学晶体管开发用于健康检测

发布日期:2021-03-19 05:35

  科技的不断进步,为利用可穿戴和植入式传感器监测人体各类健康指标创造了可能。

  科技的不断进步,为利用可穿戴和植入式传感器监测人体各类健康指标创造了可能。例如,可穿戴压力传感器可以响应人体压力的微小变化,从而高灵敏度地实时监测用户的脉搏、血压、呼吸速率甚至声带振动的细微变化等体征。

  当传感器监测到选定的压力信号传递到晶体管时会产生响应,随后传导并放大这些信号进行检测。近来,一种被称为有机电化学晶体管(OECT)的新型晶体管技术,在低电压和低功耗下展现出了优越的信号放大能力。不过,由于它们通常与液体栅极物质(对外部压力响应不够好)匹配使用,因此,很少有人探索将OECT用于压力传感器。

  据麦姆斯咨询报道,寺崎生物医学创新研究所(Terasaki Institute for Biomedical Innovation, TIBI)的一支合作研究团队找到了解决这个问题的方法,从而为可穿戴压力传感器开发柔性OECT。他们首先用一种固态栅极物质进行了实验,一种带电的凝胶状物质,称为离子水凝胶。由于这种凝胶的物理特性,当将其与OECT一起使用时,成功地证明了可以利用其改善OECT的压力感测性能。

  随后,研究小组又进一步改进了这一发现,他们制作了一种具有微型金字塔结构的离子水凝胶,有助于提高压力测量灵敏度。TIBI研究团队的Yangzi Zhu博士解释说:“这种水凝胶微结构在压力作用下的形变,增加了栅电极的电容变化。这增强了OECT检测非常细微压力信号的能力。”

  研究小组还发现,这种微结构水凝胶获得的更高压力灵敏度,可以通过改变外加的栅极电压来调整。优化后的传感器工作电压低、功耗低。这些特性结合在一起,实现了一种经济、持久且节能的高性能压力传感器,对于需要长期、实时收集压力数据的可穿戴设备来说具有明显优势。

  “低成本、低功耗和高灵敏度是OECT的固有优势。这是首次成功利用柔性水凝胶作为栅极介质用于OECT压力传感应用。”TIBI附属教职员、香港大学电气与电子工程系助理教授Shiming Zhang博士说,“它为OECT在体内压力传感领域的未来应用开辟了新的机遇。”

  “对于需要长期监测的患者来说,节能、持久的可穿戴压力传感装置是一种真正的福音,这有助于患者实现居家自我监测。”TIBI董事兼首席执行官Ali Khademhosseini博士评价称,“这项在压力传感方向取得的研究进展,是我们致力于增进患者健康所做工作的众多实例之一。”

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