Science Advances: 綠光一照，這種器件能測1米以外的心跳！

Wyz32590 5個月前 (04-08) 894瀏覽

一、 【導讀】?

對人體心跳及呼吸等生命體征的無創、遠程測量代表著未來健康診斷的發展趨勢，其中，心率是最有價值且被廣泛追蹤的生命體征之一，目前可以通過心電圖、光密度計(PPG)和胸腔運動追蹤進行無創監測。PPG和胸廓運動追蹤，依賴于光與人體的相互作用，因此能夠對心肺活動進行遠距離和非接觸式的評估，這樣可以確保更為舒適和衛生的監護環境，如監測新生兒和有皮膚病的患者，或需要睡覺或休息的病人。

通過感應動脈血的體積變化，即提取PPG信號，可以得到心率、飽和血氧含量等參數。通過用綠色、紅色或近紅外（NIR）光源照射皮下組織，然后用光電探測器檢測透射光或背反射光。對于遠距離監測來說，近紅外光源是首選，因為它對人眼來說是不可見的，也更安全，特別是對于連續監測的長時間曝光，但需要光電探測器對近紅外光有較高的靈敏度。隨著距離的增加，光強隨之衰減，信號也隨之變弱。具有先進采集算法的商用紅外相機已被成功使用，但這種方法依賴于使用昂貴的笨重光學器件，很難實現小型化或者可集成化。此外，基于攝像頭的遠程PPG通常分析面部圖像，存在隱私安全隱患。因此在保證小型化、可集成化以及低成本化的前提下實現高靈敏度近紅外響應的檢測設備是邁向下一代遙感設備的重要一步。

二、【成果掠影】

近日，來自荷蘭埃因霍芬理工大學René A. J.??Janssen領導的研究團隊展現了一項最新研究，研究者通過綠光補償機制和疊層光電探測器實現了200%的外量子效率，該探測器吸光層由鈣鈦礦/有機異質結雙薄膜層構成，靈敏度遠高于其它傳統光電探測器。這種薄膜近紅外光電探測器具有明顯的優勢，在柔性、輕質的基材上可以實現大面積制備，研究人員展示了該探測器在遠距離監測病人心率和呼吸頻率方面的實用價值。

該器件由窄帶隙本體異質結（BHJ）薄膜PM6:Y6，寬帶隙鈣鈦礦FAMAPbI3和PFN-Br（(poly{9,9-bis[3’-(N,N-dimethyl)-N-ethylammoiniumpropyl-2,7-fluorene]-alt-2,7-(9,9-dioctylfluorene)}dibromide）中間層構成串聯式結構，在這種結構中，兩個活性層的堆疊簡化了器件的集成，并實現了無濾光片的窄帶光譜響應，通過選擇適當的鈣鈦礦/有機異質結活性層組合，可以實現響應中心波長從可見光調制到NIR波段，在綠光的照射下，NIR波段的響應得到明顯增強。

相關工作以“Vitality surveillance at distance using thin-film tandem-like narrowband near-infrared photodiodes with light-enhanced responsivity”為題發表在Science Advances上。