超薄有机无机器件有望实现生物标志物的无线监测

Josiah02

近年来，电子工程师开发了各种可穿戴和植入设备，可以检测和记录生物信号。这些设备可以帮助跟踪各种生理过程，例如心率、动脉脉搏、睡眠模式或全天燃烧的卡路里，这对于运动和医疗保健相关的应用都很有价值。
有机电化学晶体管 (OECT)是一种基于柔性有机材料的电子元件，可以放大生物信号，已被证明有望用于开发监测更细微的健康相关信号的可穿戴技术。例如，这些柔性晶体管可以获取有关葡萄糖、乳酸、皮质醇和 pH 值以及神经递质和代谢物的信息，这对于诊断或监测特定医疗状况非常有益。
尽管 OECT 具有诸多优势，但它们收集的数据也必须传输到外部设备，这就需要使用无线通信电路。这些电路通常基于无机和刚性材料，这会增加设备的尺寸和厚度，同时降低其机械柔韧性。
韩国科学技术研究院 (KIST) 的研究人员最近开发了一种新型无线设备，可以监测各种生物标志物，包括葡萄糖、乳酸和 pH 值。该设备发表在《自然电子学》的一篇论文中，有效地整合了基于有机和无机材料的组件，具有良好的性能和出色的机械稳定性，总厚度为 4 微米。
“我们报告了一种超薄有机无机设备，用于无线光学监测生物标志物，例如汗液中的葡萄糖和磷酸盐缓冲盐水中的葡萄糖、乳酸和 pH 值，”Kyung Yeun Kim、Joohyuk Kang 及其同事在论文中写道。“该可适形系统在薄聚对二甲苯基板上集成了有机电化学晶体管和近红外无机微发光二极管。”
Kim、Kang 及其同事开发的设备由集成了无机微发光二极管 (μLED) 的 OECT 生化传感器组成。该团队通过在超薄聚对二甲苯基板上图案化金电极和两种离子聚合物 (PEDOTSS) 的聚合物混合物来制造 OECT 传感器。
然后将传感器连接到基于无机材料的μLED。OECT可以检测特定的生物标志物，因为流过它们的电流会根据传感器周围这些生物标志物的浓度而变化。OECT 通道电流的变化反过来会调节从 μLED 发出的光，从而使可穿戴设备能够监测生物标志物。
Kim、Kang 及其同事写道： “晶体管的通道电流根据生物标志物浓度而变化，从而改变发光二极管的辐照度，从而实现生物标志物监测。我们将该设备与弹性电池电路相结合，制成可穿戴贴片。我们还表明该系统可用于近红外图像分析。”
在初步测试中，用于生物标志物监测的 4 微米厚的设备取得了非常有希望的结果，表现出 15 mS 的高跨导 (g m ) 和出色的机械稳定性。该团队发现，该设备还可用于分析近红外图像，并从这些图像中预测葡萄糖、乳酸和 pH 值的浓度。
未来，新设备可以进一步测试和改进，可能有助于开发新的医疗技术。该设备还可以进行改装，以便由软电池或太阳能电池供电，从而实现完全无芯片的传感系统。