OLED作为血氧传感器应用于可穿戴设备

　　1月28日，韩国Gachon大学助理教授金在威利在线图书馆发表关于未来可将《OLED作为血氧传感器应用于可穿戴设备》一文。文中指出超薄，柔韧和明亮的OLED器件引起了人们将其作为脉搏血氧仪中的光源的极大兴趣。

　　随着技术的成熟，OLED变得超薄，极其轻巧，具有适形的柔韧性和高能效。因此，它们可以很好地替代无机LED，特别是对于可穿戴式和便携式脉搏血氧仪。这些OLED的性能可能会成为吸引人的元素，可以影响未来的脉搏血氧仪的形态。在理想情况下，检测设备也应由有机光敏半导体制成，这样可以将OLED和有机光电二极管(OPD)集成在一起，从而获得最大的工艺优势和最有利的外形尺寸。

　　在加州伯克利大学的一个研究小组，在2014年公布了他们第一个有机光电血氧传感器脉搏血氧仪(参考下图)。这些研究人员使用了三种有机设备，绿色OLED，红色OLED和对两种颜色都敏感的OPD。他们指出，由于类似的光学响应，可以用绿色发射器代替传统的近红外(NIR)源。这些照明和检测设备是由低成本，低温涂层和印刷技术制备的，这都是有机电子材料的已知优势。成品血氧传感器能够提供高精度的测量结果，脉率和含氧饱和度分别只有1%和2%的误差。

　　因为LED和PD位于血氧饱和仪的两侧，所以脉搏血氧仪的是“穿透型”的。它需要足够强的光源来确保深度穿透。如果光线在测量部位内传播方向统一，则光的收集相对简单。另一方面，它可能有一个缺点，那就是测量点的限制(通常仅限于手指，脚趾或耳垂)，因为较厚的身体部位无法充分支持光传输。2018年，韩国科学技术研究院(KAIST)的一个研究小组报告了一种“反射”型有机脉搏血氧饱和度传感器，包括OLED和OPD的整个平台位于单个塑料板上，极大地改善了可变形和可穿戴的外形(如下图)。血氧仪的反射率应以相同的物理高度发送和收集光，并取决于人体反射时的光学变化。因此，其具有总体上较小的体积的优势，并且可以对测量位置具有更少的限制。但是，基于表面反射率的工作机制对光传播深度和角度的控制提出了明显的挑战，避免各个光信号之间的光学干扰变得至关重要。

　　常规的OLED经过三十多年的深入研究，已经针对显示器进行了充分的优化。相反，对于OLED之于血氧饱和仪的优势以及必要的性能指标是什么仍然没有确定的理解。此外，整个操作依赖于不同元件之间的复杂电光耦合，因此系统级工程至关重要。例如，用于透射式血氧仪的OLED自然应该具有强发射性(就亮度和功率而言)。同时，通常不存在对发射强度的硬限制，因为高灵敏度的PD和放大的读出电路可以补偿较低的发射性。

　　不管是穿透或反射模式，现在正是有机电子和生物医学领域围绕基于有机物研究脉搏血氧仪的上升期。尽管最初的发展很大程度上依赖于现有领域所准备的技术基础，但当前和未来的发展似乎都集中在使材料，设备和集成系统更加适合传感应用的专门工作上。这包括针对最佳生物激发的分子合成，以及新的设备几何形状和电路布局，以确保脉搏血氧仪的各功能模块之间的最佳耦合。

　　2019年，加州伯克利大学对比了三种不同设计-即矩形，支架和圆形几何形状信号状况。这些形状中的每一个都有不同的光路和有效区域，以帮助观察测量信号的实质变化。

　　随着这项研究的进展，显而易见的是，脉搏血氧仪是基于OLED的显示技术的新领域，但它也代表了具有高商业价值的强大，标准的健康监测系统。因此，尽管迄今为止仅有少量报告的研究论证，但我们可以预见在不久的将来会有大量的研究和开发。功能多样化且完全集成的OLED脉搏血氧仪可能是主要目标，这可能会进一步提高OLED技术的应用市场。这种集成平台面临的一个明显挑战是在降低能源和制造成本的同时提高制造产量。

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