Gli scienziati hanno sviluppato un sistema a misura d'uomo, sensore organico ultra flessibile alimentato dalla luce solare, che funge da cardiofrequenzimetro autoalimentato. In precedenza, hanno sviluppato una cella fotovoltaica flessibile che potrebbe essere incorporata nei tessuti. In questo studio, hanno integrato direttamente un dispositivo sensoriale, chiamato transistor elettrochimico organico, un tipo di dispositivo elettronico che può essere utilizzato per misurare una varietà di funzioni biologiche, in una cella solare organica flessibile. Usandolo, sono stati quindi in grado di misurare i battiti cardiaci di ratti e umani in condizioni di luce intensa.

I dispositivi autoalimentati che possono essere applicati direttamente sulla pelle o sui tessuti umani hanno un grande potenziale per le applicazioni mediche. Potrebbero essere usati come sensori fisiologici per il monitoraggio in tempo reale della funzione cardiaca o cerebrale nel corpo umano. Però, la realizzazione pratica è stata impraticabile a causa dell'ingombro delle batterie e dell'alimentazione insufficiente, o a causa di interferenze dovute all'alimentazione elettrica, ostacolando la conformabilità e il funzionamento a lungo termine.

Il requisito fondamentale per tali dispositivi è un approvvigionamento energetico stabile e adeguato. Un progresso chiave in questo studio, pubblicato in Natura , è l'uso di una superficie nano-reticolo sugli assorbitori di luce della cella solare, consentendo un'elevata efficienza di foto-conversione (PCE) e l'indipendenza dall'angolo di luce. Grazie a questo, i ricercatori sono stati in grado di raggiungere un PCE del 10,5 percento e un elevato rapporto potenza-peso di 11,46 watt per grammo, avvicinandosi al "numero magico" del 15% che renderà il fotovoltaico organico competitivo con le sue controparti a base di silicio. Hanno dimostrato una diminuzione del PCE di solo il 25% (dal 9,82% al 7,33%) sotto test di compressione ripetitivi (900 cicli) e un aumento del PCE più elevato del 45% rispetto ai dispositivi senza reticolo con un angolo di luce di 60 gradi.

Per dimostrare un'applicazione pratica, dispositivi sensoriali chiamati transistor elettrochimici organici sono stati integrati con celle solari organiche su un substrato ultrasottile (1 μm), per consentire il rilevamento autoalimentato dei battiti cardiaci sia sulla pelle che per registrare i segnali elettrocardiografici (ECG) direttamente sul cuore di un ratto. Hanno scoperto che il dispositivo funzionava bene con un livello di illuminazione di 10, 000 lux, che è equivalente alla luce che si vede quando si è all'ombra in una limpida giornata di sole, e ha riscontrato meno rumore rispetto a dispositivi simili collegati a una batteria, presumibilmente a causa della mancanza di cavi elettrici.

Secondo Kenjiro Fukuda del RIKEN Center for Emergent Matter Science, "Questo è un bel passo avanti nella ricerca di dispositivi di monitoraggio medico autoalimentati che possono essere posizionati su tessuti umani. Ci sono alcuni importanti compiti rimanenti, come lo sviluppo di dispositivi flessibili di accumulo di energia, e continueremo a collaborare con altri gruppi per produrre dispositivi pratici. È importante sottolineare che per gli esperimenti in corso abbiamo lavorato sulla parte analogica del nostro dispositivo, che alimenta il dispositivo e conduce la misurazione. C'è anche una porzione digitale a base di silicio, per la trasmissione dei dati, e ulteriori lavori in quell'area aiuteranno anche a rendere pratici tali dispositivi." La ricerca è stata condotta da RIKEN in collaborazione con ricercatori dell'Università di Tokyo.