韩国科研团队突破性研发光能医疗可穿戴设备 实现全天候精准健康监测
2025-08-01 14:05
来源:韩国科学技术院(KAIST)
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韩国科学技术研究院(KIST)与美国西北大学合作,成功开发出新一代环境光供电的医疗可穿戴平台,该技术突破性地解决了现有可穿戴设备依赖笨重电池的瓶颈问题。相关研究成果已发表于国际权威期刊《自然通讯》。应用能量收集和电源管理平台的多模式装置由以下部分组成:i)光电容积描记法 (PPG) 传感器;ii)蓝光剂量计;iii)用于汗液分析和生物标志物传感器(氯离子、葡萄糖和 pH 值)的光致发光微流控通道;以及 iv)温度传感器。该装置采用柔性印刷电路板 (fPCB) 实现,以便贴附在皮肤上。硅基板上设有窗口,允许环境光和测量光通过,并由光致发光封装层封装 PPG、蓝光剂量计和温度传感器,而光致发光微流控通道则位于光致发光封装层下方,用于收集汗液

这项创新技术由KIST电气工程学院的Kyeongha Kwon教授团队主导研发,通过整合三项核心技术实现了革命性的突破。研究团队表示:"我们的目标是打造一款真正实现24小时不间断监测的医疗级可穿戴设备,让健康监测变得像佩戴普通手表一样便捷。"

第一项核心技术是智能光度调节系统,该系统能够根据环境光照强度自动调节LED亮度。实验数据显示,在充足光照条件下,该系统可降低高达86.22%的能耗。Kwon教授解释道:"传统传感器需要保持恒定亮度,而我们的系统能像人眼一样智能调节,大幅提升了能效。"

第二项突破是采用了高效多结太阳能电池的光伏系统。该系统不仅能将室内外各种光源转化为电能,还配备了先进的自适应电源管理系统,可根据环境条件和电池状态在11种供电模式间智能切换。研究团队成员Do Yun Park博士表示:"这套系统就像一个精明的能源管家,总能选择最优的供电方案。"

最富创意的第三项技术是光致发光材料的应用。研究团队将特殊配方的铝酸锶微粒融入设备外壳,使其具备"储能"功能。测试表明,设备在500W/m²阳光下仅需充电10分钟,就可在完全黑暗环境下持续工作2.5分钟。

该平台已成功应用于多项医疗监测功能:

光电容积描记传感器:可精确监测心率和血氧饱和度,有助于早期发现心血管疾病

蓝光剂量计:精准测量环境中的有害蓝光,提供个性化防护建议

汗液分析传感器:采用微流控技术实时检测汗液中的盐分、葡萄糖和pH值

值得一提的是,该设备还引入了传感器端数据计算技术,将无线传输数据量从400B/s降至4B/s,降幅达100倍,进一步延长了续航时间。临床试验显示,该设备在各类光照环境下的监测精度均达到医疗级标准。

Kwon教授展望道:"这项技术将彻底改变医疗健康监测模式,从被动治疗转向主动预防。我们预计它将在慢性病管理、老年照护和运动健康等领域发挥重要作用。"目前,研究团队正在推进该技术的商业化进程,预计两年内可实现量产。

更多信息: Chanho Park 等人,《自适应电子技术在无线可穿戴传感器能量收集中的光伏、光致发光和光度法应用》,《自然通讯》(2025 年)。期刊信息: 《自然通讯》

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