韓國(guó)研究人員提出了一種基于熱電效應(yīng)的噴墨打印高速、透明溫度傳感器，可直接精確監(jiān)測(cè)光熱效應(yīng)。這種溫度傳感器由高度透明的有機(jī)熱電材料組成，同時(shí)具有優(yōu)異的生物相容性和亞毫秒級(jí)的時(shí)間分辨率。這種透明熱電溫度傳感器技術(shù)有望促進(jìn)各種光熱生物醫(yī)學(xué)應(yīng)用。?
憑借其獨(dú)特的光加熱特性，使用等離子體納米材料的光熱效應(yīng)近來(lái)在很多生物應(yīng)用領(lǐng)域獲得了廣泛關(guān)注，如腦神經(jīng)刺激、藥物輸送、癌癥治療和超高速PCR等。然而，通過(guò)光熱現(xiàn)象測(cè)量溫度變化，仍然需要依賴熱成像相機(jī)間接且緩慢的測(cè)量方法，這使其不適合在單個(gè)細(xì)胞水平上進(jìn)行局部溫度測(cè)量，這些場(chǎng)景中的溫度變化很快，通常在毫秒量級(jí)。
由于缺乏關(guān)于溫度變化的精確信息，光熱效應(yīng)技術(shù)盡管具有廣泛的應(yīng)用潛力，但也使人們迫切希望了解精確溫度變化引起的生物學(xué)變化，以及對(duì)穩(wěn)定臨床應(yīng)用的擔(dān)憂。
據(jù)麥姆斯咨詢報(bào)道，韓國(guó)大邱慶北科學(xué)技術(shù)院（DGIST, Daegu Gyeongbuk Institute of Science & Technology）電氣工程與計(jì)算機(jī)科學(xué)系的Hongki Kang教授和韓國(guó)科學(xué)技術(shù)研究院（Korea Institute of Science and Technology，簡(jiǎn)稱KIST）軟性混合材料研究中心的Seungjun Chung博士等研究人員組建的聯(lián)合研究團(tuán)隊(duì)，開發(fā)了一種溫度傳感器技術(shù)，可以利用熱電效應(yīng)快速測(cè)量不到幾個(gè)毫秒時(shí)間內(nèi)的溫度變化，其中，電壓信號(hào)通過(guò)溫度差觸發(fā)的快速電荷轉(zhuǎn)移產(chǎn)生。
特別值得關(guān)注的是，該團(tuán)隊(duì)利用透明PEDOT:PSS（一種適合儲(chǔ)存電荷的導(dǎo)電聚合物）有機(jī)熱電層，構(gòu)建了一種減少光干擾的直接光熱現(xiàn)象測(cè)量技術(shù)。
這種厚度為50 nm的PEDOT:PSS熱電傳感器在可見光區(qū)平均透明度高達(dá)97%，可以直接應(yīng)用于光熱現(xiàn)象，最大限度地減少光干擾，適用于各種光熱生物工程和醫(yī)療應(yīng)用。此外，由于所使用的聚合物熱電材料可以采用低溫溶液工藝，因此能夠利用噴墨印刷工藝制備，相比一般的半導(dǎo)體工藝更簡(jiǎn)單，設(shè)計(jì)自由度更高，因此在印刷工藝中更具優(yōu)勢(shì)。
通過(guò)這項(xiàng)研究開發(fā)的透明熱電溫度傳感器技術(shù)，可以用來(lái)理解光學(xué)神經(jīng)接口使用光控制大腦活動(dòng)的機(jī)制（近期通過(guò)光遺傳學(xué)被人們認(rèn)識(shí)）。這是一項(xiàng)關(guān)鍵技術(shù)，因?yàn)樗梢杂脕?lái)分析局部高熱治療癌細(xì)胞的原理。此外，預(yù)計(jì)它還可以應(yīng)用于下一代半導(dǎo)體技術(shù)，如可穿戴設(shè)備、透明顯示設(shè)備，以及基于無(wú)功運(yùn)行原理的功率半導(dǎo)體局部退化分析。
DGIST電氣工程與計(jì)算機(jī)科學(xué)系Hongki Kang教授表示：“我們提出了一種直接精確測(cè)量光熱效應(yīng)的技術(shù)，其最大優(yōu)勢(shì)是快速產(chǎn)生局部熱量，這一點(diǎn)非常重要。我們期待未來(lái)通過(guò)半導(dǎo)體工藝將其與各種生物電子芯片相結(jié)合，從而實(shí)現(xiàn)深入的生物工程分析和生物醫(yī)學(xué)應(yīng)用。”
審核編輯：劉清