Создан носимый сенсор из органической электроники
Исследователи из Университета Калифорнии (Беркли) разработали и опробовали новую технологию, которая в перспективе может найти применение для изготовления фитнесс-трекеров будущего, способных измерять концентрацию кислорода в крови.
Исследователи из Беркли смогли сконструировать сенсор-пульсоксиметр, который состоит только из органических оптоэлектронных компонентов. Излучение красного и зеленого органических светоизлучающих диодов регистрируется органическим фотодиодом. Новое устройство измеряет содержание кислорода в артериальной крови и пульс с такой же точностью, как и коммерчески доступные пульсоксиметры с «кремниевой начинкой». (Рисунок из Nature Commun.)
Как отмечает руководитель исследования Ана Ариас (Ana Arias), имеющиеся в настоящее время на рынке пульсоксиметры способны измерять скорость сердцебиения и степень насыщения крови кислородом, однако основой таких устройств является жесткая электроника обычной архитектуры, из-за чего их приходится закреплять на пальце или мочке уха, что вносит дискомфорт в их использование.
Перейдя от кремнийсодержащих полупроводников к органическим электронным компонентам, исследователи смогли создать тонкое, дешевое и эластичное устройство, которое можно носить на руке как силиконовый браслет или на голове – как часто использующуюся при тренировках повязку-бандаж. Инженеры сравнили точность измерений органического прототипа и серийного пульсоксиметра, и обнаружили, что новое устройство регистрирует физиологические параметры носителя так же точно и экспрессно.
Обычный, «кремниевый», пульсоксиметр использует светоизлучающие диоды, которые посылают красные и инфракрасные лучи через кончик пальца или мочку уха, а соответствующие сенсоры регистрируют интенсивность проходящего излучения, а соотношение прошедших через ткани ИК и красного световых потоков (они по-разному поглощаются артериальной и венозной кровью) позволяет говорить о концентрации кислорода в крови.
Для создания органических сенсоров Ариас и ее коллеги решили использовать светоизлучающие диоды, испускающие свет в зеленой и красной областях спектра. Излучение с этими параметрами также поглощается артериальной и венозной кровью по-разному и позволяет судить о насыщенности крови кислородом таким же образом, как и для «обычной электроники».
Пульс носителя пульсоксиметра определяется по характеру течения артериальной крови.
Как заявляет Ариас, было успешно продемонстрировано, что можно проводить измерения физиологических параметров человека, используя излучение с другими длинами волн. Поскольку органическая электроника отличается гибкостью и эластичностью, новые сенсоры идеально подходят к телу.
Еще одним преимуществом новой системы является ее дешевизна по сравнению с пульсоксиметрами на основе кремниевых полупроводников. Существующие в настоящее время пульсоксиметры не являются предметами индивидуального пользования (инвентарь спортзала или клиники), их приходится дезинфицировать после каждого применения.
Стоимость же пульсоксиметра из органической электроники такова, что вполне возможно выбросить это устройство после тренировки или сеанса медицинской диагностики.
По материалам Nature Communications
