在一項(xiàng)新的研究中，來自日本理化學(xué)研究所和東京大學(xué)的研究人員開發(fā)出一種人性化的超柔韌的由太陽光驅(qū)動(dòng)的有機(jī)傳感器，這種傳感器可起著自供電心臟監(jiān)護(hù)器的作用。在此之前，他們已開發(fā)出一種靈活的能夠整合到紡織品中的光伏電池。在這項(xiàng)研究中，他們直接將一種被稱為有機(jī)電化學(xué)晶體管（organic electrochemical transistor）的傳感器件---一種可用于測量各種生物功能的電子設(shè)備--集成到柔性的有機(jī)太陽能電池中。利用這種有機(jī)傳感器，他們能夠在明亮的光線條件下測量大鼠和人類的心跳。相關(guān)研究結(jié)果發(fā)表在2018年9月27日的Nature期刊上，論文標(biāo)題為“Self-powered ultra-flexible electronics via nano-grating-patterned organic photovoltaics”。

圖片來自Nature, doi:10.1038/s41586-018-0536-x。

能夠直接貼在人類皮膚或組織上的自供電設(shè)備具有很大的醫(yī)療應(yīng)用潛力。它們可能用作實(shí)時(shí)監(jiān)測人體內(nèi)的心臟或大腦功能的生理傳感器。然而，鑒于電池的體積大和供電不足，或者電源的噪聲干擾，影響著一致性和長期運(yùn)行，現(xiàn)實(shí)中做到這一點(diǎn)是不切實(shí)際的。

這種自供電設(shè)備的關(guān)鍵要求是穩(wěn)定和充足的電能供應(yīng)。這項(xiàng)研究取得的一個(gè)關(guān)鍵進(jìn)展是在太陽能電池的光吸收器上使用納米光柵表面（nano-grating surface），從而允許較高的光轉(zhuǎn)換效率（photo-conversion efficiency, PCE）和光角獨(dú)立性。由于這一點(diǎn)，這些研究人員能夠?qū)崿F(xiàn)10.5％的光轉(zhuǎn)換效率和比較高的11.46瓦/ g的功率重量比（power-per-weight ratio），接近15％的“魔術(shù)數(shù)字（magic number）”，從而使得有機(jī)光伏產(chǎn)品與硅基光伏產(chǎn)品有得一拼。他們證實(shí)在重復(fù)的壓縮測試（900次循環(huán)）下，光轉(zhuǎn)換效率僅下降25％（從9.82％降至7.33％），而且相比于60度光角下的非光柵器件，光轉(zhuǎn)換效率增加了45％。

為了展示實(shí)際應(yīng)用，這些研究人員將有機(jī)電化學(xué)晶體管與超薄基板上的有機(jī)太陽能電池集成在一起，從而允許在大鼠的皮膚上自我供電地檢測心跳或者在大鼠的心臟上直接記錄心電圖（ECG）信號(hào)。他們發(fā)現(xiàn)這種自供電有機(jī)傳感器在10000勒克斯（相當(dāng)于在陽光明媚的晴天里在陰涼處看到的光）的照明水平下工作良好，而且相比于與電池連接在一起的類似設(shè)備，經(jīng)歷更小的噪音，這很可能是因?yàn)闆]有電線。

根據(jù)日本理化學(xué)研究所緊急物質(zhì)科學(xué)中心的Kenjiro Fukuda的說法，“這是朝尋求制造出能夠放置在人體組織上的自供電醫(yī)療監(jiān)測設(shè)備的目標(biāo)上邁出了很好的一步。還要完成一些其他的重要任務(wù)，比如開發(fā)靈活的電力存儲(chǔ)設(shè)備，而且我們將繼續(xù)與其他的研究團(tuán)隊(duì)合作構(gòu)建出實(shí)用的設(shè)備。重要的是，在當(dāng)前的實(shí)驗(yàn)中，我們研究了我們的設(shè)備的模擬部分，它為這種設(shè)備供電并進(jìn)行測量。還有硅基數(shù)字部分，用于傳輸數(shù)據(jù)。該領(lǐng)域的進(jìn)一步研究也將有助于讓這些設(shè)備變得實(shí)用。”（生物谷 Bioon.com）

參考資料：Sungjun Park, Soo Won Heo, Wonryung Lee et al. Self-powered ultra-flexible electronics via nano-grating-patterned organic photovoltaics. Nature, 27 Sep 2018, 561(7724):516–521, doi:10.1038/s41586-018-0536-x.

原標(biāo)題：Nature：開發(fā)出一種貼在皮膚上的自供電心臟監(jiān)測器