Гибкий пульсоксиметр на органической электронике

Видео: Достижения и проблемы современной органической электроники

В скором будущем медики и спортсмены получат первый пульсоксиметр на органической электронике, который будет отслеживать пульс и насыщение крови кислородом, как на больничной койке, так и во время интенсивных тренировок. Это станет возможным благодаря работе инженеров из Университета Калифорнии в Беркли.

«Существуют разные пульсоксиметры, которые измеряют частоту сердечных сокращений и сатурацию крови кислородом, но все эти устройства основаны на жестких традиционных электронных схемах, и они обычно фиксируются на пальце или на мочке уха», - пишет Ана Ариас (Ana Arias), преподаватель электроинжиниринга и компьютерных наук, глава команды разработчиков органических оптоэлектронных сенсоров из UC Berkeley.

Перейдя с силиконовых схем на органические (углеродные) исследователи смогли создать устройство, которое является одновременно невероятно тонким, гибким и дешевым. Его можно сворачивать в трубочку, сминать, складывать в несколько раз, и оно не будет терять своих свойств.

Инженеры, которые сравнивали прототип нового устройства с традиционным пульсоксиметром, пришли к выводу, что новинка ничем не уступает существующим технологиям. О результатах своей работы они сообщили в конце прошлой недели в журнале Nature Communications.

Силикон не стоит своих денег

Традиционные пульсоксиметры обычно содержат светоизлучающие диоды (LED), которые посылают красный или инфракрасный луч сквозь палец или мочку уха. Сенсоры на другой стороне устройства регистрируют, сколько света проходит через ткань. Ярко-красная богатая кислородом кровь поглощает больше инфракрасного излучения, а темная кровь с низким содержанием кислорода поглощает больше красного света. Соотношение между ними и определяет сатурацию крови, показатель которой в процентах мы видим на дисплее.

В своих органических сенсорах Ариас и ее студенты Клэр Локнер (Claire Lochner), Ясир Хан (Yasser Khan) и Эдриен Пьер (Adrien Pierre) использовали красный и зеленый свет, поглощение которых также зависит от уровня кислорода в крови.



Исследователи разместили зеленые и красные органические светоизлучающие диоды и детекторы на гибком кусочке пластика. Регистрируя паттерны потока свежей артериальной крови устройство способно подсчитывать пульс.

«Мы показали, что это работает и при использовании волн разной длины, и при использовании нетрадиционных полупроводниковых материалов. Поскольку органическая электроника гибкая, она может использоваться с более высоким комфортом», - пишет Ариас.

Исследовательница добавляет, что из-за относительной дороговизны традиционных оксиметров лечебные учреждения будут делать свой выбор в пользу органической электроники. С другой стороны, использованный традиционный пульсоксиметр слишком дорогой, чтобы его просто выбросить – его будут дезинфицировать. Органический пульсоксиметр настолько дешевый, что его можно просто выбросить и взять новый, как обычный пластырь.

Разработку нового устройства финансировали Национальный научный фонд и компания Flextech.