指尖上的超薄近红外有机光电探测器

日本理化研究所的研究人员（Advanced Materials，“Ultraflexible near-infrared organic photodetectors for conformal photoplethysmogram sensors”）开发了一种比人发更细薄的塑料薄膜，这种薄膜可以弯曲数千次而不会破坏其检测光的能力。他们把薄膜贴在指尖上，并将其作为一种高灵敏度的血流传感器，展示了其在皮肤医疗诊断方面的潜力。

图示为附着在指尖上的血流薄膜传感器。该传感器基于超薄柔性有机薄膜。（图片来源：日本理化研究所紧急物质科学中心）

对患者来说可穿戴医疗设备必须是舒适的，但是由于诸如通常用于构造传感器的硅之类的材料的脆断性，这可能难以实现。然而，近年来聚合物技术的最新进展已经提出了导电有机分子的软片形式的解决方案，这种软片可以弯曲以适应身体的机械运动。

日本理化研究所紧急物质科学中心的Takao Someya和Kenjiro Fujuda及其同事们一直在开发聚合物器件，这些器件还能检测近红外光 - 一种可以安全地穿透和照射皮肤下几毫米组织的辐射形式。但他们一直在努力用这些器件实现高速信号读取，特别是当它们被拉伸时。皮肤的不良构象和应力引起的电子速度降低被确定为可能的原因。

为解决这些问题，该团队旨在从根本上降低聚合物近红外探测器典型的100微米级厚度。为了实现这一目标，他们将一种近红外敏感的“活性层”的芳香族聚合物沉积在了聚合物聚对二甲苯的基底上，然后用聚对二甲苯涂覆该装置以优化其活性层的物理布局。他们还使用聚四氟乙烯层使得更容易从支撑玻璃上将薄膜剥离。

“在极薄的聚合物上构建器件，结构工程需要在纳米尺度上进行，以最大限度地减少能量密集型过程，例如应变，”该研究的第一作者Sungjun Park指出。“因为我们以逐层方式组装设备组件，我们可以将它们放置在压力最小的中性平面上。这可以在严重的机械变形下保持器件性能。”

得到的这款超薄装置只有3微米厚，在测试过程中表现出非凡的耐用性，即使压缩到原始尺寸的一半，近红外光响应时间也能保持在毫秒级。聚合物的薄膜形状使其能够紧密粘附在身体的弯曲部位，并消除测量过程中由运动引起的伪影。

受这些结果的启发，研究人员将聚合物贴在志愿者的指尖上（如图所示），并证明它可以作为一种利用红外光测量血流特性的装置，其灵敏度超过了传统玻璃基板装置。

该团队打算将这些光电探测器与有机发光二极管，电源（太阳能电池或电池）和处理器集成在一起，以实现自供电传感器系统。

原文链接：https://www.nanowerk.com/nanotechnology-news2/newsid=51128.php