柔性电子设备是未来个性化健康管理新范式的重要组成部分，具有贴合度、低运动伪影、长时间佩戴舒适等独特优势。 然而，超柔性传感器的多通道集成面临着许多挑战，主要是缺乏高性能和稳定的传感元件，以及允许不受限制的运动和呼吸的理想器件设计。
以光电容积脉搏波（PPG）为代表的脉搏和血氧监测技术已经普及，因为近红外光具有优异的穿透能力，可以通过光电探测器提取皮下血流脉搏和血红蛋白氧含量信息，但设计适合近红外波段的有机光电材料和柔性传感器器件仍具有挑战性。
将基于光电容积脉搏波变化的PPG信号与基于生物电的心电图（ECG）信号相结合，可以提高脉搏信息提取的准确性和可靠性，还可以通过后处理获得血压等健康指标。 尽管柔性ECG电极和PPG传感器已经投入使用，但构建可靠的集成PPG-ECG系统仍存在巨大挑战，包括传感器之间的鲁棒耦合，每个设备的高性能和长期稳定性，以及与第一个设备集成的舒适性。
针对上述问题，清华大学深圳国际研究生院徐晓敏、程慧明团队开发了一种在近红外光下性能优异的超柔性有机光电探测器（图1）。
超柔性探测器厚度小于4 m，近红外区940 nm波长处光电响应度为053AW-1，检出率为34 1013jones，-3db处截止频率超过1MHz，已达到有机近红外光电探测器领域的领先水平，稳定性好。 基于团队在前期工作中提出的可剥离超薄水凝胶和超柔性PEDot：PSS基导电高分子纹身电极的基础上，团队成员通过超薄水凝胶进一步集成了超柔性光电探测器和导电聚合物电极，形成了PPG-ECG一体化贴片传感器，整个贴片厚度小于20 m， 其弯曲半径可与第一沟壑相匹配，从而实现与第一沟壑的共形接触，进一步构建第一坦集成的多模传感系统，能够对光电和心电信号进行精确同步监测，准确稳定地测量各种生命体征，包括心率、呼吸频率、血氧饱和度和无袖带血压， 即使在动态运行条件下也是如此。
图1**集成PPG-ECG芯片传感器设计。
有机半导体聚合物PTB7-TH和非富勒烯小分子受体COTIC-4F的特征光吸收覆盖了氧饱和度检测窗口（660和940 nm），通过富勒烯分子的PCBM修饰和超薄超柔性器件的结构设计，光电探测器表现出优异的性能（图2）。
图2超灵活、高性能的有机光电探测器。
所构建的超柔性PPG传感器在红光和近红外光下具有高响应度、检测率和低响应时间，在相同功耗下比硅基器件具有更可靠的PPG信号检测能力，能够在动态和缺氧条件下准确测量血氧饱和度（图3）。
图3**集成超柔性PPG传感器。
将PPG传感器与ECG电极相结合，超柔性多模贴片传感器可与保形触点集成，可同时准确提取光电和生物电信号，实现心率、呼吸频率和无袖带血压测量（图4）。
图4**集成PPG-ECG多模式传感系统。
相关结果最近被用作“用于皮肤集成光电容积脉搏波-心电图多模态传感的近红外有机光电探测器”。 系统）发表在《Advanced Science》杂志上。
第一作者为清华大学深圳国际研究生院博士后娄子瑞、2024年硕士生陶军。 清华大学深圳国际研究生院副教授徐晓敏、中国科学院深圳先进技术研究院院士、清华大学深圳国际研究生院程慧明为通讯作者。 **作者还包括德国慕尼黑工业大学的Peter Müller-Buschbaum教授和江 Xinyu博士，浙江大学的朱丽萍教授，秦超博士和梁荣博士，清华大学深圳国际研究生院博士后魏彬彬，程思敏（2021），王泽浩，博士生（2022）和郭浩天（博士生，2023）。 该研究得到了国家自然科学**、广东省自然科学**、深圳市杰出青年**、深圳市高校稳定支持计划重点项目、清华大学深圳国际研究生院海外科研合作与启动等单位的支持。
*链接：