生物友好型透明温度传感器，可直接精确监测光热效应
2023-01-19 16:13:10 来源：麦姆斯咨询 评论：0 点击：
研究人员开发了一种温度传感器技术，可以利用热电效应快速测量不到几个毫秒时间内的温度变化，其中，电压信号通过温度差触发的快速电荷转移产生。
韩国研究人员提出了一种基于热电效应的喷墨打印高速、透明温度传感器，可直接精确监测光热效应。这种温度传感器由高度透明的有机热电材料组成，同时具有优异的生物相容性和亚毫秒级的时间分辨率。这种透明热电温度传感器技术有望促进各种光热生物医学应用。
凭借其独特的光加热特性，使用等离子体纳米材料的光热效应近来在很多生物应用领域获得了广泛关注，如脑神经刺激、药物输送、癌症治疗和超高速PCR等。然而，通过光热现象测量温度变化，仍然需要依赖热成像相机间接且缓慢的测量方法，这使其不适合在单个细胞水平上进行局部温度测量，这些场景中的温度变化很快，通常在毫秒量级。
由于缺乏关于温度变化的精确信息，光热效应技术尽管具有广泛的应用潜力，但也使人们迫切希望了解精确温度变化引起的生物学变化，以及对稳定临床应用的担忧。
据麦姆斯咨询报道，韩国大邱庆北科学技术院（DGIST, Daegu Gyeongbuk Institute of Science & Technology）电气工程与计算机科学系的Hongki Kang教授和韩国科学技术研究院（Korea Institute of Science and Technology，简称KIST）软性混合材料研究中心的Seungjun Chung博士等研究人员组建的联合研究团队，开发了一种温度传感器技术，可以利用热电效应快速测量不到几个毫秒时间内的温度变化，其中，电压信号通过温度差触发的快速电荷转移产生。
特别值得关注的是，该团队利用透明PEDOT:PSS（一种适合储存电荷的导电聚合物）有机热电层，构建了一种减少光干扰的直接光热现象测量技术。
这种厚度为50 nm的PEDOT:PSS热电传感器在可见光区平均透明度高达97%，可以直接应用于光热现象，最大限度地减少光干扰，适用于各种光热生物工程和医疗应用。此外，由于所使用的聚合物热电材料可以采用低温溶液工艺，因此能够利用喷墨印刷工艺制备，相比一般的半导体工艺更简单，设计自由度更高，因此在印刷工艺中更具优势。
通过这项研究开发的透明热电温度传感器技术，可以用来理解光学神经接口使用光控制大脑活动的机制（近期通过光遗传学被人们认识）。这是一项关键技术，因为它可以用来分析局部高热治疗癌细胞的原理。此外，预计它还可以应用于下一代半导体技术，如可穿戴设备、透明显示设备，以及基于无功运行原理的功率半导体局部退化分析。
DGIST电气工程与计算机科学系Hongki Kang教授表示：“我们提出了一种直接精确测量光热效应的技术，其最大优势是快速产生局部热量，这一点非常重要。我们期待未来通过半导体工艺将其与各种生物电子芯片相结合，从而实现深入的生物工程分析和生物医学应用。”
该研究成果已发表于近期的Materials Horizons期刊。
论文链接：https://doi.org/10.1039/D2MH00813K
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