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科技丨日本研究人员开发出一种可自供电的心跳监测器

科技工作者之家 2018-10-14

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照片来源:RIKEN

随着电子产品尺寸的缩小和灵活性的提高,为其供电变得越来越难。现在,日本的一个研究团队将一种微小、有效的太阳能电池与一种柔性生物传感器结合在一起,创造出一种能够自供电的心跳监测器。


这是日本理化学研究所(RIKEN)应急物质科学中心(位于埼玉县)的Takao Someya团队的最新研究成果。该成果建立在他们的超柔性、可清洗和透气的可穿戴传感器资源库之上。除超柔性、可清洗和透气这些特点外,这些传感器还非常漂亮:有些类似于光滑的金色纹身,还有些则带有绿色和红色LED灯。


上周Nature上发表的他们的文章介绍说,这一新的自供电功能首次解决了该团队多年前遇到的一个问题:如何在没有电线的情况下保持稳定的电力供应?


Someya团队的资深科学家Kenjiro Fukuda说:“我们发现,如果我们只使用电池作为电源,就会面临不稳定的输出功率这个问题,因为我们无法避免电池更换/充电的问题。”


为此,该团队花了三年的时间为他们的传感器研究轻型自供电系统。Fukuda指出,这需要大量的试错;最终,他们将一种电子生物传感器与一种柔性光伏电池(这种电池是该团队以前创造的一种用于纺织品的电池)集成,从而解决了问题。


这种太阳能电池只有大约10纳米宽,由包括氧化锌在内的不同材料层制成,与类似的柔性太阳能电池相比,其效率更高。这些材料层采用纳米级光栅图样制作,可以提高电池的整体效率,并赋予其独特的彩虹色。


设备被制造出来后,研究人员将它们贴在了人体皮肤和老鼠心脏组织上,向它们照射亮光,并成功监测到了心跳。此外,Nature上与该文章相关的一篇编辑评论指出,其心率信号比使用外部电源的类似传感器的信号要好三倍。


柔性太阳能电池能够将高达10.5%的光能转换为电能。这篇编辑评论指出,在已报道出来的超柔性设备能量转换效率值中,这在最高值之列。


Fukuda说,10.5%的转换效率足以为该团队的心跳监测用生物传感器(其需要的电压不到1伏特)供电。该团队模拟典型的室内光线条件,在更弱的光线下对设备进行了测试,这样的条件下设备能持续良好运转。


Fukuda说,目前这项技术可以用于监测运动过程中的心跳。随着准确性的提高,该团队希望它最终能在医院中用于监测患者的心跳。


接下来,他们将继续改进电力供应和设备耐受空气、水、热量和压力的能力。Fukuda说,他们还在探索如何集成其他类型的生物传感器,以及如何将生物信号和数据最好地传输给用户。


“与有线传输和/或内存设备的集成是下一步的重要工作,”他指出。


来源:cieinfo 中国电子学会

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