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巴塞羅那科學(xué)技術(shù)研究所--柔性石墨烯光電極用于可穿戴式健身監(jiān)測

基于光學(xué)檢測手段的可穿戴式健康追蹤器有望應(yīng)用于公共衛(wèi)生領(lǐng)域,因為它們可以無創(chuàng)追蹤重要健康體征。但是,目前為止,使用的剛性技術(shù)阻礙了可穿戴設(shè)備的最終性能和形狀因數(shù)。這里,證明了一類新的柔性、透明的可穿戴器件,基于半導(dǎo)體量子點(diǎn)敏化的石墨烯(GQD)。該工作展示幾種原型可穿戴設(shè)備,它們能夠無創(chuàng)地監(jiān)測重要健康跡象,包括心率,動脈血氧飽和度(SpO2)和呼吸頻率。演示了使用環(huán)境光的操作,提供低功耗。在大氣光照下進(jìn)行了演示,僅提供低功耗。此外,使用柔性紫外(UV-敏感光電探測器與近場通信電路板的異構(gòu)集成,可以促使光電探測器和智能電話之間實現(xiàn)無線通信和電力傳輸,從而提供無電池操作。該技術(shù)為無縫集成可穿戴設(shè)備開辟了新路徑,并通過無線探測紫外線指數(shù)為用戶提供支持。

Figure 1.基于GQD PDs健康檢測原型。(a)柔性、透明GQD PDs集成于HR的監(jiān)測手鐲的光學(xué)照片,(b)柔性PD放大圖片,(c)在柔性基底上組裝石墨烯和QDs示意圖,(d)反射模式下的PPG示意圖,(e)基于反射模式PPGHR監(jiān)測手鐲,(f)透射模式PPG示意圖,(g和h移動手機(jī)屏幕健康貼片,(i)透射和反射模式下操作標(biāo)準(zhǔn)化PPG記錄。

Figure 2. 柔性聚合物基底上的GQD PDs電學(xué)-光學(xué)和機(jī)械表征。(aPDPET基底上的光學(xué)照片,(b)光誘導(dǎo)阻抗變化,(c)PDPEN基底上的機(jī)械穩(wěn)定性,(d)在聚酰亞胺上的柵極PDs照片,(e)施加的柵極電壓與響應(yīng),(f)固定柵極電壓下檢測器的動態(tài)響應(yīng)。

Figure 3.通過GQD健康貼片進(jìn)行HRRR測量。

Figure 4. 無線、無電池UV監(jiān)測貼片。(a)GQD-UV貼片,(b)無線、無電池UV監(jiān)測系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)圖,(c)通過將UV貼片放置在手臂上進(jìn)行移動UV指數(shù)監(jiān)測,(d)調(diào)制NFC輸出信號。

 

該研究工作由巴塞羅那科學(xué)技術(shù)研究所的Gerasimos Konstantatos 聯(lián)合 Stijn Goossens團(tuán)隊于2019年發(fā)表在Science Advances國際頂級期刊上。原文:Flexible graphene photodetectors for wearable fitness monitoring(DOI: 10.1126/sciadv.aaw7846.)

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