在当今社会，随着生活节奏的加快和工作压力的增大，心血管疾病已成为威胁人类健康的头号杀手。

根据世界卫生组织的数据，心血管疾病每年导致全球约 1790 万人死亡，占总死亡人数的 31%。

这一严峻的现实促使科研人员和医疗专家寻求更为有效的方法来监测和预防心脏病。

现有的可穿戴医疗设备，尤其是那些用于监测心率和血氧饱和度的光电容积描记法传感器，虽然在一定程度上满足了人们对于健康监测的需求，但仍存在一些显著的问题。

首先，这些设备通常采用刚性的无机发光二极管和光电探测器，与人体皮肤的柔软性和可变形性不匹配，导致在佩戴过程中容易产生运动伪影和噪声，影响监测数据的准确性。

其次，现有设备的功耗较高，对于长时间连续监测造成了限制，尤其是在电池供电的移动设备上，这一问题尤为突出。

为了解决这些问题，吉林大学刘士浩副教授所在团队开发了一种新型有机光电容积描记法传感器。

图 | 刘士浩（来源：刘士浩）

该传感器不仅能够提供更准确、更稳定的生理信号监测，同时还能显著降低功耗，提高设备的佩戴舒适性。

本次研究的核心在于：利用微腔有机发光二极管和环形有机光电探测器的组合，通过调整微腔有机发光二极管的光学微腔，来实现光线的角度定向发射。

从而优化光线在人体皮肤和组织中的传播路径，增强从动脉血管反射回来的光信号，提高交流信号的强度，并通过这一方式来提升信号的质量和准确性。

同时，通过优化器件结构和电路设计，课题组将传感器的功耗降低到了 9.96 微瓦，这是目前报道的同类器件功耗的 40% 左右，为可穿戴医疗设备的发展提供了新的可能性。

（来源：Laser & Photonics Reviews）

日前，相关论文以《基于定向发射微腔有机发光器件的有机光辐射传感器》（Organic Photoplethysmography Sensor Based on Directional Emission Microcavity Organic Light-Emitting Device）为题发在 Laser & Photonics Reviews[1]。

吉林大学硕士生朱浩是第一作者，吉林大学刘士浩副教授、张乐天教授、谢文法教授担任共同通讯作者。

图 | 相关论文（来源：Laser & Photonics Reviews）

审稿人认为通过微腔有机发光二极管实现的定向角发射技术，显著提高了传感器对脉搏信号的捕捉能力，同时大幅降低了功耗。

这一技术不仅简化了传感器识别过程，而且实现了前所未有的低功耗水平，这对于电池驱动的可穿戴设备来说是一个巨大的突破。

审稿人还赞扬了研究团队在提高交流信号、减少基线漂移和改善交流/直流比率方面的努力，认为这将为未来的可穿戴健康监测技术提供重要的技术支持。

在未来几年内，本次成果具可能在以下几个方面产生深远影响：

其一，个人健康管理。

随着人们健康意识的增强，对于能够实时监测健康状况的便携式医疗设备的需求日益增长。

本次开发的有机光电容积描记法传感器可以集成到智能手表、健康监测手环等可穿戴设备中，为用户提供实时的心率监测和健康评估，帮助人们更好地了解自己的健康状况，并采取适当的健康干预措施。

其二，远程医疗监测。

在全球范围内，随着医疗资源的不均和老龄化社会的到来，远程医疗监测成为了一个重要的解决方案。

而本次成果可用于远程医疗系统中，通过长时间的连续监测，帮助医生及时了解患者的健康状况。

尤其是在家庭护理和慢性病管理方面，这一技术将发挥重要作用。

其三，运动和军事领域。

在运动训练和军事行动中，对个体的生理状态进行实时监测至关重要。

光电容积描记法传感器可以应用于运动员的训练监测和士兵的战场生存系统中，通过精确监测心率和其他生命体征，提高训练效果和作战效能。

其四，智能医疗设备。

随着医疗技术的发展，越来越多的医疗设备需要集成高精度的生理信号监测功能。

光电容积描记法传感器可以作为核心组件，应用于各种智能医疗设备中，如智能血压计、心电图机等，提高这些设备的监测精度和用户体验。

其五，人工智能和大数据。

随着人工智能和大数据技术的发展，未来的医疗健康领域将更加依赖于数据驱动的决策。

光电容积描记法传感器可以与这些技术相结合，通过收集和分析大量的生理数据，为个性化医疗和疾病预防提供支持。

基于当前的研究成果，研究团队已经制定了后续的研究计划。

首先，课题组将继续对有机光电容积描记法传感器的性能进行优化，包括进一步提高信号的采集效率和稳定性、以及降低功耗。

具体来说，他们计划通过改进器件的材料和结构设计，以及采用先进的制造技术来实现这些目标。

其次，该团队计划探索将传感器与其他生物传感技术相结合，开发集成化的健康管理平台。

此外，还将研究如何将 AI 技术应用于光电容积描记法数据的分析和解释中，以提供更深入的健康洞察。

最后，课题组希望通过与医疗保健行业的合作，将这项技术转化为实际的产品和服务，造福更广泛的用户群体。

参考资料：

1.Zhu, H., Yu, H., Zhang, J., Zhang, Y., Zhang, L., Liu, S., & Xie, W. (2024). Organic Photoplethysmography Sensor Based on Directional Emission Microcavity Organic Light‐Emitting Device.Laser & Photonics Reviews, 2400042.

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