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巴塞罗那科学技术研究所--柔性石墨烯光电极用于可穿戴式健身监测

基于光学检测手段的可穿戴式健康追踪器有望应用于公共卫生领域,因为它们可以无创追踪重要健康体征。但是,目前为止,使用的刚性技术阻碍了可穿戴设备的最终性能和形状因数。这里,证明了一类新的柔性、透明的可穿戴器件,基于半导体量子点敏化的石墨烯(GQD)。该工作展示几种原型可穿戴设备,它们能够无创地监测重要健康迹象,包括心率,动脉血氧饱和度(SpO2)和呼吸频率。演示了使用环境光的操作,提供低功耗。在大气光照下进行了演示,仅提供低功耗。此外,使用柔性紫外(UV-敏感光电探测器与近场通信电路板的异构集成,可以促使光电探测器和智能电话之间实现无线通信和电力传输,从而提供无电池操作。该技术为无缝集成可穿戴设备开辟了新路径,并通过无线探测紫外线指数为用户提供支持。

Figure 1.基于GQD PDs健康检测原型。(a)柔性、透明GQD PDs集成于HR的监测手镯的光学照片(b)柔性PD放大图片,(c)在柔性基底上组装石墨烯和QDs示意图(d)反射模式下的PPG示意图,(e)基于反射模式PPGHR监测手镯,(f)透射模式PPG示意图,(g和h移动手机屏幕健康贴片,(i)透射和反射模式下操作标准化PPG记录

Figure 2. 柔性聚合物基底上的GQD PDs电学-光学和机械表征。(aPDPET基底上的光学照片(b)光诱导阻抗变化(c)PDPEN基底上的机械稳定性,(d)在聚酰亚胺上的栅极PDs照片,(e)施加的栅极电压与响应(f)固定栅极电压下检测器的动态响应

Figure 3.通过GQD健康贴片进行HRRR测量

Figure 4. 无线、无电池UV监测贴片。(a)GQD-UV贴片,(b)无线、无电池UV监测系统的结构图,(c)通过将UV贴片放置在手臂上进行移动UV指数监测(d)调制NFC输出信号。

 

该研究工作由巴塞罗那科学技术研究所的Gerasimos Konstantatos 联合 Stijn Goossens团队于2019年发表在Science Advances国际顶级期刊上。原文:Flexible graphene photodetectors for wearable fitness monitoring(DOI: 10.1126/sciadv.aaw7846.)

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