科技丨日本研究人员开发出一种可自供电的心跳监测器

照片来源：RIKEN。

随着电子产品尺寸的缩小和灵活性的提高，为其供电变得越来越难。现在，日本的一个研究团队将一种微小、有效的太阳能电池与一种柔性生物传感器结合在一起，创造出一种能够自供电的心跳监测器。

这是日本理化学研究所（RIKEN）应急物质科学中心（位于埼玉县）的Takao Someya团队的最新研究成果。该成果建立在他们的超柔性、可清洗和透气的可穿戴传感器资源库之上。除超柔性、可清洗和透气这些特点外，这些传感器还非常漂亮：有些类似于光滑的金色纹身，还有些则带有绿色和红色LED灯。

上周Nature上发表的他们的文章介绍说，这一新的自供电功能首次解决了该团队多年前遇到的一个问题：如何在没有电线的情况下保持稳定的电力供应？

Someya团队的资深科学家Kenjiro Fukuda说：“我们发现，如果我们只使用电池作为电源，就会面临不稳定的输出功率这个问题，因为我们无法避免电池更换/充电的问题。”

为此，该团队花了三年的时间为他们的传感器研究轻型自供电系统。Fukuda指出，这需要大量的试错；最终，他们将一种电子生物传感器与一种柔性光伏电池（这种电池是该团队以前创造的一种用于纺织品的电池）集成，从而解决了问题。

这种太阳能电池只有大约10纳米宽，由包括氧化锌在内的不同材料层制成，与类似的柔性太阳能电池相比，其效率更高。这些材料层采用纳米级光栅图样制作，可以提高电池的整体效率，并赋予其独特的彩虹色。

设备被制造出来后，研究人员将它们贴在了人体皮肤和老鼠心脏组织上，向它们照射亮光，并成功监测到了心跳。此外，Nature上与该文章相关的一篇编辑评论指出，其心率信号比使用外部电源的类似传感器的信号要好三倍。

柔性太阳能电池能够将高达10.5％的光能转换为电能。这篇编辑评论指出，在已报道出来的超柔性设备能量转换效率值中，这在最高值之列。

Fukuda说，10.5％的转换效率足以为该团队的心跳监测用生物传感器（其需要的电压不到1伏特）供电。该团队模拟典型的室内光线条件，在更弱的光线下对设备进行了测试，这样的条件下设备能持续良好运转。

Fukuda说，目前这项技术可以用于监测运动过程中的心跳。随着准确性的提高，该团队希望它最终能在医院中用于监测患者的心跳。

接下来，他们将继续改进电力供应和设备耐受空气、水、热量和压力的能力。Fukuda说，他们还在探索如何集成其他类型的生物传感器，以及如何将生物信号和数据最好地传输给用户。

“与有线传输和/或内存设备的集成是下一步的重要工作，”他指出。