一研究所用有機電化學晶體管開發用于健康檢測的壓力傳感器

科技的不斷進步，為利用可穿戴和植入式傳感器監測人體各類健康指標創造了可能。例如，可穿戴壓力傳感器可以響應人體壓力的微小變化，從而高靈敏度地實時監測用戶的脈搏、血壓、呼吸速率甚至聲帶振動的細微變化等體征。

當傳感器監測到選定的壓力信號傳遞到晶體管時會產生響應，隨后傳導并放大這些信號進行檢測。近來，一種被稱為有機電化學晶體管(OECT)的新型晶體管技術，在低電壓和低功耗下展現出了優越的信號放大能力。不過，由于它們通常與液體柵極物質(對外部壓力響應不夠好)匹配使用，因此，很少有人探索將OECT用于壓力傳感器。

據麥姆斯咨詢報道，寺崎生物醫學創新研究所(Terasaki Institute for Biomedical Innovation, TIBI)的一支合作研究團隊找到了解決這個問題的方法，從而為可穿戴壓力傳感器開發柔性OECT。他們首先用一種固態柵極物質進行了實驗，一種帶電的凝膠狀物質，稱為離子水凝膠。由于這種凝膠的物理特性，當將其與OECT一起使用時，成功地證明了可以利用其改善OECT的壓力感測性能。

隨后，研究小組又進一步改進了這一發現，他們制作了一種具有微型金字塔結構的離子水凝膠，有助于提高壓力測量靈敏度。TIBI研究團隊的Yangzi Zhu博士解釋說：“這種水凝膠微結構在壓力作用下的形變，增加了柵電極的電容變化。這增強了OECT檢測非常細微壓力信號的能力。”

研究小組還發現，這種微結構水凝膠獲得的更高壓力靈敏度，可以通過改變外加的柵極電壓來調整。優化后的傳感器工作電壓低、功耗低。這些特性結合在一起，實現了一種經濟、持久且節能的高性能壓力傳感器，對于需要長期、實時收集壓力數據的可穿戴設備來說具有明顯優勢。

“低成本、低功耗和高靈敏度是OECT的固有優勢。這是首次成功利用柔性水凝膠作為柵極介質用于OECT壓力傳感應用。”TIBI附屬教職員、香港大學電氣與電子工程系助理教授Shiming Zhang博士說，“它為OECT在體內壓力傳感領域的未來應用開辟了新的機遇。”

“對于需要長期監測的患者來說，節能、持久的可穿戴壓力傳感裝置是一種真正的福音，這有助于患者實現居家自我監測。”TIBI董事兼首席執行官Ali Khademhosseini博士評價稱，“這項在壓力傳感方向取得的研究進展，是我們致力于增進患者健康所做工作的眾多實例之一。”