柔性光电脉搏检测传感器及其采集系统的研制

来源 :深圳大学 | 被引量 : 1次 | 上传用户:wudajiang1213
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随着材料科学尤其是新型柔性电子材料的不断发展,柔性生物医学传感器成为了前沿性研究热点,在人造皮肤、人机交互和智能家庭监护等方面拥有广阔的应用前景。生物医学传感器可探测各种人体生命信息,其中脉搏信号是人体重要的生理参数之一,为临床诊治、预后判断、治疗效果评估提供重要依据。因此实现脉搏信号的无创连续监测在临床和医学研究中具有重要的意义。然而,传统的脉搏检测传感器尚有不足之处:芯片坚硬、抗干扰能力差;工作电压偏高;灵敏度偏低以及系统集成性差等。本论文设计并构建了超薄、柔性光电脉搏检测传感器,并且搭建基于智能移动端的脉搏检测系统,实现了对人体多处脉搏波的实时探测。本论文利用油酸修饰光电晶体管有机半导体层,同时将银纳米颗粒(AgNCs)掺入有机半导体材料形成纳米复合体系,传感器的性能得到了显著提高。与其他光电传感器相比,该传感器具有低工作电压、较好的检测灵敏度和机械弯曲性能。本论文将聚合物电解质薄膜作为栅介电层,构建了电解质门控有机光晶体管。其工作电压相比于以氧化物作介电层的晶体管的电压(10V)得到了显著降低(<1V)。完全由阴阳离子构成的聚合物电解质薄膜具有大电容特性(μF?cm-2量级),远大于传统氧化物所能达到的电容值(nF?cm-2量级)。该薄膜具有较好的机械弯曲特性,弯曲情况下其电容值仍然能够保持在μF?cm-2量级。本论文提出在电解质门控有机光晶体管中引入油酸活性剂修饰有机半导体层。研究结果表明,有机半导体材料之间的相分离和接触面积都得到了提高。较好的相分离使得有机半导体层形成较少的缺陷态,有助于空穴的输运,器件的两个重要性能指标-光电响应度和灵敏度得到了显著提高,较之未加修饰的器件分别提高了100倍、10倍左右。本论文提出在电解质门控有机光晶体管的有机半导体层掺入银纳米颗粒(AgNCs)形成纳米复合体系。我们借助于溶液化学还原法调控银纳米颗粒的尺寸,并利用纳米材料的量子尺寸效应,不仅大幅提高了有机光晶体管的灵敏度,更为重要的是,AgNCs的引入有效地提升了器件的工作稳定性,其在400次循环测试后的输出变化率从13%下降至3%。本论文基于电解质门控有机光晶体管研制的超薄、柔性光电脉搏检测传感器,其整体厚度仅为0.05毫米。该传感器的弯曲测试结果表明,其在弯曲半径小于2毫米时,器件灵敏度依然维持在105量级。与传统的有机晶体管相比,本论文的传感器具有加工工艺简便、廉价、机械弯曲性能好和可大面积制备等优点。
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