Science Advances: 绿光一照，这种器件能测1米以外的心跳！

Wyz32590 1年前 (2023-04-08) 1313浏览

一、 【导读】

对人体心跳及呼吸等生命体征的无创、远程测量代表着未来健康诊断的发展趋势，其中，心率是最有价值且被广泛追踪的生命体征之一，目前可以通过心电图、光密度计(PPG)和胸腔运动追踪进行无创监测。PPG和胸廓运动追踪，依赖于光与人体的相互作用，因此能够对心肺活动进行远距离和非接触式的评估，这样可以确保更为舒适和卫生的监护环境，如监测新生儿和有皮肤病的患者，或需要睡觉或休息的病人。

通过感应动脉血的体积变化，即提取PPG信号，可以得到心率、饱和血氧含量等参数。通过用绿色、红色或近红外（NIR）光源照射皮下组织，然后用光电探测器检测透射光或背反射光。对于远距离监测来说，近红外光源是首选，因为它对人眼来说是不可见的，也更安全，特别是对于连续监测的长时间曝光，但需要光电探测器对近红外光有较高的灵敏度。随着距离的增加，光强随之衰减，信号也随之变弱。具有先进采集算法的商用红外相机已被成功使用，但这种方法依赖于使用昂贵的笨重光学器件，很难实现小型化或者可集成化。此外，基于摄像头的远程PPG通常分析面部图像，存在隐私安全隐患。因此在保证小型化、可集成化以及低成本化的前提下实现高灵敏度近红外响应的检测设备是迈向下一代遥感设备的重要一步。

二、【成果掠影】

近日，来自荷兰埃因霍芬理工大学René A. J. Janssen领导的研究团队展现了一项最新研究，研究者通过绿光补偿机制和叠层光电探测器实现了200%的外量子效率，该探测器吸光层由钙钛矿/有机异质结双薄膜层构成，灵敏度远高于其它传统光电探测器。这种薄膜近红外光电探测器具有明显的优势，在柔性、轻质的基材上可以实现大面积制备，研究人员展示了该探测器在远距离监测病人心率和呼吸频率方面的实用价值。

该器件由窄带隙本体异质结（BHJ）薄膜PM6:Y6，宽带隙钙钛矿FAMAPbI3和PFN-Br（(poly{9,9-bis[3’-(N,N-dimethyl)-N-ethylammoiniumpropyl-2,7-fluorene]-alt-2,7-(9,9-dioctylfluorene)}dibromide）中间层构成串联式结构，在这种结构中，两个活性层的堆叠简化了器件的集成，并实现了无滤光片的窄带光谱响应，通过选择适当的钙钛矿/有机异质结活性层组合，可以实现响应中心波长从可见光调制到NIR波段，在绿光的照射下，NIR波段的响应得到明显增强。

相关工作以“Vitality surveillance at distance using thin-film tandem-like narrowband near-infrared photodiodes with light-enhanced responsivity”为题发表在Science Advances上。