Nya tekniska enheter prioriterar icke-invasiv spårning av vitala tecken, inte bara för konditionsövervakning, men också för att förebygga vanliga hälsoproblem som hjärtsvikt, högt blodtryck och stressrelaterade komplikationer, bland andra. Bärbara produkter baserade på optiska detektionsmekanismer har visat sig vara ett ovärderligt tillvägagångssätt för att rapportera om våra kroppars inre funktioner och har upplevt en stor penetration på konsumentmarknaden de senaste åren. Nuvarande bärbara teknologier, baserad på icke-flexibla komponenter, levererar inte den önskade noggrannheten och kan bara övervaka ett begränsat antal vitala tecken. För att ta itu med detta problem, anpassningsbara icke-invasiva optiskt baserade sensorer som kan mäta en bredare uppsättning vitala tecken står högst upp på slutanvändarnas önskelista.

I en nyligen publicerad studie publicerad i Vetenskapens framsteg , ICFO-forskare har visat en ny klass av flexibla och transparenta bärbara enheter som är anpassade till huden och kan ge kontinuerliga och exakta mätningar av flera mänskliga vitala tecken. Dessa enheter kan mäta hjärtfrekvens, andningsfrekvens och blodpulssyresättning, samt exponering för UV-strålning från solen. Medan enheten mäter de olika parametrarna, utläsningen visualiseras och lagras på ett mobiltelefongränssnitt kopplat till den bärbara enheten via Bluetooth. Dessutom, enheten kan fungera batterifritt eftersom den laddas trådlöst via telefonen.

"Det var mycket viktigt för oss att visa det breda utbudet av potentiella tillämpningar för vår avancerade ljusavkänningsteknologi genom att skapa olika prototyper, inklusive det flexibla och genomskinliga armbandet, hälsoplåstret integrerat på en mobiltelefon och UV-övervakningsplåstret för solexponering. De har visat sig vara mångsidiga och effektiva tack vare dessa unika egenskaper, " rapporterar Dr Emre Ozan Polat, första författare till denna publikation.

Armbandet tillverkades på ett sådant sätt att det anpassar sig till hudytan och ger kontinuerlig mätning under aktivitet (se figur 1). Armbandet har en flexibel ljussensor som optiskt kan registrera förändringen i blodkärlens volym, på grund av hjärtcykeln, och sedan extrahera olika vitala tecken som hjärtfrekvens, andningsfrekvens och blodpulssyresättning.

För det andra, forskarna rapporterar om integrationen av en grafenhälsolapp på en mobiltelefonskärm, som omedelbart mäter och visar vitala tecken i realtid när en användare placerar ett finger på skärmen (se figur 2). En unik egenskap hos denna prototyp är att enheten använder omgivande ljus för att fungera, främja låg strömförbrukning i dessa integrerade bärbara enheter och därmed, möjliggör en kontinuerlig övervakning av hälsomarkörer under långa tidsperioder.

ICFO:s avancerade ljusavkänningsteknologi har implementerat två typer av nanomaterial:grafen, ett mycket flexibelt och transparent material tillverkat av ett atomtjockt lager av kolatomer, tillsammans med ett ljusabsorberande lager av kvantprickar. Den demonstrerade tekniken tillför en ny formfaktor och designfrihet till de bärbara produkterna, göra grafen-kvantprickar-baserade enheter till en stark plattform för produktutvecklare. Dr Antonios Oikonomou, affärsutvecklare på ICFO betonade detta genom att säga att "Den blomstrande wearables-industrin ser ivrigt efter att öka troheten och funktionaliteten i sina erbjudanden. Vår grafenbaserade teknologiplattform svarar på denna utmaning med ett unikt förslag:en skalbar, lågeffektsystem som kan mäta flera parametrar samtidigt som det tillåter översättning av nya formfaktorer till produkter."

Dr Stijn Goossens, bihandledare för studien, kommenterar också att "vi har gjort ett genombrott genom att visa en flexibel, bärbart avkänningssystem baserat på ljusavkänningskomponenter av grafen. Nyckeln var att välja det bästa av de stela och flexibla världarna. Vi använde de unika fördelarna med flexibla komponenter för avkänning av vitala tecken och kombinerade det med den höga prestanda och miniatyrisering av konventionella styva elektroniska komponenter."

Till sist, forskarna har kunnat demonstrera ett brett våglängdsdetektionsområde med tekniken, utöka funktionaliteten hos prototyperna utanför det synliga området. Genom att använda samma kärnteknologi, de har tillverkat en flexibel UV-patch-prototyp (se figur 3) som kan överföra både ström och data trådlöst, och fungerar batterifritt för att känna av miljöns UV-index. Plåstret fungerar med låg strömförbrukning och har ett mycket effektivt UV-detektionssystem som kan fästas på kläder eller hud, och används för att övervaka strålningsintag från solen, varna bäraren om eventuell överexponering.

"Vi är glada över utsikterna för den här tekniken, pekar på en skalbar väg för integrering av grafen-kvantprickar i fullt flexibla bärbara kretsar för att förbättra formen, känna, varaktighet, och prestanda, " anmärker prof. Frank Koppens, ledare för Quantum Nano-Optoelectronics-gruppen vid ICFO. "Sådana resultat visar att denna flexibla bärbara plattform är kompatibel med skalbara tillverkningsprocesser, att bevisa att massproduktion av lågkostnadsenheter är inom räckhåll inom en snar framtid."