日本研究人員創(chuàng)造出一種能夠自供電的心跳監(jiān)測(cè)器

隨著電子產(chǎn)品尺寸的縮小和靈活性的提高，為其供電變得越來(lái)越難。現(xiàn)在，日本的一個(gè)研究團(tuán)隊(duì)將一種微小、有效的太陽(yáng)能電池與一種柔性生物傳感器結(jié)合在一起，創(chuàng)造出一種能夠自供電的心跳監(jiān)測(cè)器。

這是日本理化學(xué)研究所（RIKEN）應(yīng)急物質(zhì)科學(xué)中心（位于埼玉縣）的Takao Someya團(tuán)隊(duì)的最新研究成果。該成果建立在他們的超柔性、可清洗和透氣的可穿戴傳感器資源庫(kù)之上。除超柔性、可清洗和透氣這些特點(diǎn)外，這些傳感器還非常漂亮：有些類(lèi)似于光滑的金色紋身，還有些則帶有綠色和紅色LED燈。

上周Nature上發(fā)表的他們的文章介紹說(shuō)，這一新的自供電功能首次解決了該團(tuán)隊(duì)多年前遇到的一個(gè)問(wèn)題：如何在沒(méi)有電線(xiàn)的情況下保持穩(wěn)定的電力供應(yīng)？

Someya團(tuán)隊(duì)的資深科學(xué)家Kenjiro Fukuda說(shuō)：“我們發(fā)現(xiàn)，如果我們只使用電池作為電源，就會(huì)面臨不穩(wěn)定的輸出功率這個(gè)問(wèn)題，因?yàn)槲覀儫o(wú)法避免電池更換/充電的問(wèn)題?！?/p>

為此，該團(tuán)隊(duì)花了三年的時(shí)間為他們的傳感器研究輕型自供電系統(tǒng)。Fukuda指出，這需要大量的試錯(cuò)；最終，他們將一種電子生物傳感器與一種柔性光伏電池（這種電池是該團(tuán)隊(duì)以前創(chuàng)造的一種用于紡織品的電池）集成，從而解決了問(wèn)題。

這種太陽(yáng)能電池只有大約10納米寬，由包括氧化鋅在內(nèi)的不同材料層制成，與類(lèi)似的柔性太陽(yáng)能電池相比，其效率更高。這些材料層采用納米級(jí)光柵圖樣制作，可以提高電池的整體效率，并賦予其獨(dú)特的彩虹色。

設(shè)備被制造出來(lái)后，研究人員將它們貼在了人體皮膚和老鼠心臟組織上，向它們照射亮光，并成功監(jiān)測(cè)到了心跳。此外，Nature上與該文章相關(guān)的一篇編輯評(píng)論指出，其心率信號(hào)比使用外部電源的類(lèi)似傳感器的信號(hào)要好三倍。

柔性太陽(yáng)能電池能夠?qū)⒏哌_(dá)10.5％的光能轉(zhuǎn)換為電能。這篇編輯評(píng)論指出，在已報(bào)道出來(lái)的超柔性設(shè)備能量轉(zhuǎn)換效率值中，這在最高值之列。

Fukuda說(shuō)，10.5％的轉(zhuǎn)換效率足以為該團(tuán)隊(duì)的心跳監(jiān)測(cè)用生物傳感器（其需要的電壓不到1伏特）供電。該團(tuán)隊(duì)模擬典型的室內(nèi)光線(xiàn)條件，在更弱的光線(xiàn)下對(duì)設(shè)備進(jìn)行了測(cè)試，這樣的條件下設(shè)備能持續(xù)良好運(yùn)轉(zhuǎn)。

Fukuda說(shuō)，目前這項(xiàng)技術(shù)可以用于監(jiān)測(cè)運(yùn)動(dòng)過(guò)程中的心跳。隨著準(zhǔn)確性的提高，該團(tuán)隊(duì)希望它最終能在醫(yī)院中用于監(jiān)測(cè)患者的心跳。

接下來(lái)，他們將繼續(xù)改進(jìn)電力供應(yīng)和設(shè)備耐受空氣、水、熱量和壓力的能力。Fukuda說(shuō)，他們還在探索如何集成其他類(lèi)型的生物傳感器，以及如何將生物信號(hào)和數(shù)據(jù)最好地傳輸給用戶(hù)。

“與有線(xiàn)傳輸和/或內(nèi)存設(shè)備的集成是下一步的重要工作，”他指出。