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日開發柔性太陽能供電感測器 可監測心臟與大腦運作

  • 劉慧蘭
日本研究人員開發超薄型太陽能柔性有機感測器,具醫療應用潛力。RIKEN

日本理化學研究所(RIKEN)與東京大學的研究人員合作,開發出一種超柔性、使用太陽能自主供電的有機感測器,進行心臟監控。

根據Science Daily報導,研究人員直接將可用來測量不同生物功能(biological function)的有機電化學電晶體感測元件,整合到一個柔性的有機太陽能電池中,這種自主供電的裝置可以直接安裝在人體皮膚或組織上,醫療應用潛力無窮,可作為生理感測器使用,即時監控人體心臟或大腦的運作。

這類元件的運作關鍵在於能源供應的穩定與充足。這篇發表在Nature的研究,其主要進展為在太陽能電池光吸收器上使用奈米光柵(nano-grating)表面,以達到高的光電轉換效率(PCE)與光線入射角度的獨立性,讓研究人員能夠實現10.5%的光電轉換效率和每公克11.46瓦的高功率重量比。研究人員證明,在反覆壓縮測試下(900次循環),光電轉換效率從9.82%降至7.33%,僅降低25%,與60度光角的非光柵元件相比,光電轉換效率提升45%。

為展示元件的實用性,研究人員將稱為有機電化學電晶體的感測元件與有機太陽能電池一起整合在一片超薄的基板上,可貼在皮膚上偵測心跳或直接在老鼠的心臟上記錄心電圖(ECG)。研究人員也發現,該裝置在10,000 lux下可以良好運作,相當於陽光普照下陰涼處的光線,而且此裝置由於不需要電線,產生的噪訊小於連接到電池的類似裝置。

理研創發物性科學研究中心研究員福田憲二郎(Kenjiro Fukuda)表示,這項研究讓開發人體組織自主供電醫療監控裝置向前推進一步,未來會繼續與其他團隊合作開發柔性電力儲存元件。提供裝置電力並進行測量屬於類比方面的研究,而傳輸資料的數位晶片研究將有助增加這些裝置的實用性。