随着科技进步以及医疗行业的发展，用于远程健康监测和环境传感的可穿戴设备的需求持续攀升。可穿戴设备的研究重点是将传感和计算功能集成到统一的硬件系统中，以提高电子系统的能效，并提供多种应用的可能性。有机电化学晶体管（OECT）因其具备高效运行的潜力，以及灵活性和优异的生物兼容性，被视为执行传感和计算任务的理想选择。然而，在可穿戴设备的实际应用中，现有的OECT技术通常难以实现生物电路的高密度集成，开发全面的可穿戴信息集成系统仍面临挑战。
据麦姆斯咨询报道，近期，香港大学张世明研究员和南方科技大学王中锐副教授团队联合开发出一种可穿戴传感器内计算平台，该平台采用微型内在可拉伸有机电化学晶体管（ISOECT），实现了可拉伸性超50%、尺寸小至100 μm的柔性阵列。利用高分辨率喷墨打印系统，所制备出的ISOECT阵列实现了超95%的成品率。结合硬币大小的数据读出装置，该平台能够以高灵敏度有效捕获生物信号，具有广泛的应用场景。相关研究成果以“A wearable in-sensor computing platform based on stretchable organic electrochemical transistors”为题发表在Nature Electronics期刊上。
在这项工作中，研究人员介绍了一种基于ISOECT阵列的可穿戴传感器内计算平台。为了制备高兼容性的柔性器件，研究人员选择合适的材料策略，合成了一种稳定的粘附性超分子缓冲层（TAP）。此外，还开发了一种多通道喷墨打印系统，制备出尺寸小至100 μm、成品率高达95%的可扩展ISOECT阵列。该ISOECT阵列可在低电压（<1 V）下运行，具有高跨导（Gm）特性，且机械性能优异，非常适合可穿戴应用。
图1 ISOECT的材料选择策略
图2 ISOECT阵列的可扩展制备
在上述工作基础上，研究人员开发了一种硬币大小的数据读出装置，用于提供现场数据处理，进而构建了一种可穿戴集成柔性电子（WISE）平台。该平台不仅可以捕获和分析原位肌电（EMG）信号，而且在可穿戴手势识别方面达到了约90%的预测准确率。
图3 基于ISOECT阵列的硬币型可穿戴传感器内计算单元（WISE平台）设计策略
图4 用于可穿戴传感器内计算的ISOECT阵列和WISE平台
综上所述，这项研究工作开发了一种基于ISOECT的可穿戴传感器内计算平台，该平台在维持稳定运行的同时，能够实现超50%的拉伸性能。ISOECT的低成本和可扩展制备优势使其非常适合可穿戴应用。这项研究成果为开发能够精确采集生物信号的可穿戴系统奠定了基础。
论文链接：
https://doi.org/10.1038/s41928-024-01250-9
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