• Home
  • Kemi
  • Astronomien
  • Energi
  • Naturen
  • Biologi
  • Fysik
  • Elektronik
  • Världens tunnaste, lättaste signalförstärkaren möjliggör bioinstrumentering med reducerat brus

    Fig. 1. Elektrokardiella signaler erhållna med hjälp av flexibel organisk differentialförstärkare (A) Konventionell enkeländad förstärkare(B)Differentialförstärkare utvecklad i denna studie (C)Elektrokardiella signaler erhållna från ett gående ämne. I elektrokardiella signaler som erhålls med en konventionell enkeländsförstärkare, stort brus orsakat av gång ingår i vågformen. I kontrast, sådant brus avlägsnas från den vågform som erhålls med den utvecklade flexibla organiska differentialförstärkaren. Kredit:Osaka University

    En forskargrupp ledd av professor Tsuyoshi Sekitani och docent Takafumi Uemura vid Institutet för vetenskaplig och industriell forskning, Osaka University, lyckats utveckla världens tunnaste och lättaste differentialförstärkare för bioinstrumentering.

    Konventionellt, bioinstrumenteringskretsar för hälsovård och medicinsk användning har bestått av hårda elektroniska enheter, som kiseltransistorer. Dock, när mjuka biologiska vävnader, som hud, komma i kontakt med hårda elektroniska enheter, de tenderar att bli inflammerade. Därför, övervakning av biosignaler i vardagen under en lång tid visade sig vara svårt. Forskargruppen utvecklade en flexibel bioinstrumenteringskrets som eliminerar obehaget som orsakas av enheten som är ansluten till användarens kropp genom att integrera flexibla elektroniska enheter som kallas organiska transistorer på en tunn och flexibel plastfilm med en tjocklek av 1 μm. Den utvecklade kretsen är en signalbehandlingskrets som kallas en differentialförstärkare.

    Jämfört med konventionella ensidiga förstärkare, den flexibla differentialförstärkaren som utvecklats i denna studie kan inte bara förstärka mycket svag biopotential utan också minska störningsbrus. Denna grupp visade att differentialförstärkaren kan appliceras på mänsklig instrumentering och realisera realtidsövervakning av elektrokardiella signaler, som är viktiga biosignaler, med reducerade ljudnivåer.

    Denna prestation förväntas leda till övervakning av olika svaga biosignaler (t.ex. hjärnvågor och hjärtljud från ett foster) i vardagen utöver elektrokardiella signaler utan att utsätta användarna för det obehag som orsakas av enheter fästa på kroppen.

    Fig. 2. Flexibel organisk differentialförstärkare fäst på mänskligt bröst Den organiska differentialförstärkaren är extremt lätt och tunn och kan fästas på mjuk hud utan att orsaka obehag för användaren. Bioinstrumentering i vardagen förväntas bli enklare och bekvämare att använda. Kredit:Osaka University

    I Japan, med sin sjunkande födelsetal och åldrande befolkning, tillämpningen av flexibel elektronik såsom organiska transistorer inom medicin- och hälsovårdsområdet har aktivt främjats. Sensorer och elektroniska kretsar med hög kompatibilitet med biologiska vävnader som hud och organ realiseras genom att använda mjuka organiska material.

    Bland dessa sensorer och elektroniska kretsar, flexibla förstärkare med organiska transistorer integrerade i dem eliminerar det obehag som användarna upplever som orsakas av enheterna som är fästa på kroppen. Forskning och utveckling av förstärkare som sensorer för att kontinuerligt övervaka mycket svaga biosignaler pågår för närvarande. Dock, konventionella organiska förstärkare har huvudsakligen en enkelsidig struktur som inte kan skilja målbiosignalerna från störningsbrus, vilket gör det svårt att övervaka biosignaler med låg brusnivå (Fig. 1). En differentialförstärkare är en krets som kan mäta signaler med bruskomponenterna borttagna. Dock, variationen i kvaliteten på tillverkade organiska transistorer är stor jämfört med kiseltransistorer; Således, det har inte funnits några rapporter om flexibla differentialförstärkare som realiserar exakt brusreducering.

    Forskargruppen lyckades utveckla en flexibel organisk differentialförstärkare med brusreducerande funktion genom att utveckla en kompensationsteknik som kan minska spridningen av ström som flyter i organiska transistorer inuti förstärkaren till så liten som 2% eller mindre. Förstärkaren tillverkades på en parylenfilm med en tjocklek av 1 μm. Förstärkaren går inte sönder när filmen böjs och kan fästas på mänsklig hud utan att orsaka obehag (Fig. 2). Elektrokardiella signaler förstärktes 25 gånger och bruset reducerades till en sjundedel eller mindre genom att använda denna flexibla differentialförstärkare för att övervaka signalerna. Gruppen visade att brus som orsakas av externa strömkällor samt stora kroppsrörelseljud som orsakas av gång tas bort under övervakningen av elektrokardiella signaler (Fig. 1).

    Smarta klockor och andra bärbara enheter för övervakning av biosignaler, såsom elektrokardiella signaler, i vardagen finns redan på marknaden. Bioinstrumentering förväntas bli enklare och bekvämare i olika situationer genom att använda de flexibla bioinstrumenteringskretsarna med hög precision utan att utsätta användarna för något obehag som orsakas av enheterna som är fästa på deras kropp. Till exempel, bioinstrumentering av personer som utför fysiskt ansträngande träning, som under sport, blir möjlig på grund av den förbättrade bärbarheten och vidhäftningen mellan enheten och huden. De sålunda erhållna realtidsdata om bioinstrumentering i realtid kommer att främja tidig upptäckt av sjukdomar och förbättra behandlingens effektivitet, övervakning av äldre och patienter, och övervakning av träningsbelastning. Dessa prestationer kommer ytterligare att leda till lösningen av olika problem i Japans åldrande samhälle genom minskade medicinska kostnader och förbättrad livskvalitet (QOL).

    Artikeln, "En ultraflexibel organisk differentialförstärkare för inspelning av elektrokardiogram" publicerades i Naturelektronik .


    © Vetenskap https://sv.scienceaq.com