Forskare har utvecklat en människovänlig, ultraflexibel organisk sensor som drivs av solljus, som fungerar som en självdriven hjärtmonitor. Tidigare, de utvecklade en flexibel solcellscell som kunde integreras i textilier. I den här studien, de integrerade direkt en sensorisk enhet, kallas en organisk elektrokemisk transistor – en typ av elektronisk enhet som kan användas för att mäta en mängd olika biologiska funktioner – in i en flexibel organisk solcell. Använder det, de kunde sedan mäta hjärtslag hos råttor och människor under starkt ljus.

Självdrivna enheter som kan monteras direkt på mänsklig hud eller vävnad har stor potential för medicinska tillämpningar. De skulle kunna användas som fysiologiska sensorer för realtidsövervakning av hjärtats eller hjärnans funktion i människokroppen. Dock, praktiskt förverkligande har varit opraktiskt på grund av de skrymmande batterierna och otillräcklig strömförsörjning, eller på grund av störningar från elnätet, hindrar överensstämmelse och långsiktig drift.

Nyckelkravet för sådana anordningar är en stabil och tillräcklig energiförsörjning. Ett viktigt framsteg i denna studie, publiceras i Natur , är användningen av en nano-gitteryta på solcellens ljusabsorbenter, möjliggör hög fotokonverteringseffektivitet (PCE) och ljusvinkeloberoende. Tack vare detta, forskarna kunde uppnå en PCE på 10,5 procent och ett högt effekt-per-vikt-förhållande på 11,46 watt per gram, närmar sig det "magiska talet" på 15 procent som kommer att göra organiska solceller konkurrenskraftiga med sina kiselbaserade motsvarigheter. De visade en PCE-minskning på endast 25 procent (från 9,82 % till 7,33 %) under repetitiva kompressionstest (900 cykler) och en högre PCE-förstärkning på 45 procent jämfört med enheter utan galler under 60 graders ljusvinkel.

För att visa en praktisk tillämpning, sensoriska enheter som kallas organiska elektrokemiska transistorer integrerades med organiska solceller på ett ultratunt (1?m) substrat, för att tillåta självdriven detektering av hjärtslag antingen på huden eller för att registrera elektrokardiografiska (EKG) signaler direkt på hjärtat av en råtta. De fann att enheten fungerade bra vid en ljusnivå på 10, 000 lux, vilket motsvarar det ljus man ser när man är i skuggan en klar solig dag, och upplevde mindre brus än liknande enheter anslutna till ett batteri, förmodligen på grund av bristen på elektriska ledningar.

Enligt Kenjiro Fukuda från RIKEN Center for Emergent Matter Science, "Detta är ett bra steg framåt i strävan efter att göra självförsörjande medicinska övervakningsanordningar som kan placeras på mänsklig vävnad. Det finns några viktiga återstående uppgifter, såsom utveckling av flexibla kraftlagringsenheter, och vi kommer att fortsätta att samarbeta med andra grupper för att producera praktiska enheter. Viktigt, för de aktuella experimenten arbetade vi på den analoga delen av vår enhet, som driver enheten och utför mätningen. Det finns också en digital kiselbaserad del, för överföring av data, och ytterligare arbete inom det området kommer också att bidra till att göra sådana anordningar praktiska." Forskningen utfördes av RIKEN i samarbete med forskare från University of Tokyo.