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半导体学报(英文)2025年第10期——中文导读:8-9

已有 202 次阅读 2025-10-30 13:55 |系统分类:论文交流

研究论文

8 一种用于长期自适应肌肉疲劳监测的小型化无线EIM肌肉阻抗图系统

肌肉疲劳深刻影响运动表现、康复效果和日常活动，尤其是对于运动员、老年人等特殊人群。因此，准确量化肌肉疲劳程度对于优化训练方案和治疗干预至关重要。握力测力法、表面肌电图sEMG等传统评估方式，主要依赖于主观观察或静态生理测量，存在一定局限性：（1）时间分辨率不足，无法实时检测肌肉生理动力学；（2）易受环境条件、个体差异等因素影响。肌肉阻抗图(Electrical impedance myography，EIM)是一种无创、无痛、易于操作的新型电生理技术，在肌肉疲劳和功能变化的动态评估方面具有显著优势。近十年来，中国科学院半导体研究所俞育德研究员团队一直致力于该项新技术的研究，在EIM测量系统、微针阵列电极、即插即用式手持电极等方面取得进展，与北京协和医院、北京大学第三医院和上海华山医院合作开展了EIM肌肉阻抗图临床应用研究。然而，早期EIM检测设备体积较大、便携性差，无法适用于肌肉疲劳动态监测。随着个性化医疗和可穿戴电子的迅猛发展，亟需开发一款新型的小型化无线EIM平台，进一步挖掘EIM新技术巨大的应用潜力和市场空间。

中国科学院半导体研究所李钊/俞育德研究员团队开展了电极-皮肤界面、电极配置、频率特性等关键因素的建模仿真；设计加工了柔性微针阵列电极，微针可穿透皮肤角质层，而不会触及真皮层内的神经末梢和微血管，微创无痛，显著减小了电极-皮肤接触阻抗，提高了EIM信号质量；研发了一款高度集成的小型化无线宽频EIM测量系统，尺寸7.5 × 5 × 2.5 cm³，频率范围 1-1000 kHz，测量时无需联接繁杂的导线，测量数据可实时传输至手机端APP；还开展了利用小型化无线EIM系统动态监测肌肉疲劳的应用研究，实验结果表明，EIM技术可准确反映肌肉在不同疲劳阶段的生理变化，特别是在长期适应性训练的情况下，EIM系统能够辨别肌肉的适应性改变和疲劳程度。

未来可进一步深入开展EIM肌肉阻抗图生理机理研究，研发AI赋能的智能化表贴式EIM测量系统，强化系统数据分析和处理能力，通过机器学习提供个性化评估与预测，扩展表贴式无线EIM系统在神经肌肉疾病早期筛查、康复训练监测、优化康复方案等方面的应用研究，推动成果转化。

图1. 小型化无线EIM系统。（a）测量示意图;（b）系统构造图;（c）智能手机APP;（d）微针阵列电极测量示意图。

该文章以“A miniaturized wireless electrical impedance myography platform for the long-term adaptive muscle fatigue monitoring” 为题，发表在Journal of Semiconductors上。

文章信息：

A miniaturized wireless electrical impedance myography platform for the long-term adaptive muscle fatigue monitoring

Shanshan Yu, Yichao Gan, Feifan Song, Qiongzhang Wang, Hao Tang, and Zhao Li

J. Semicond. 2025, 46(10), 102601 doi: 10.1088/1674-4926/25020029

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9 基于CsPbBr₃ QDs/CsPbBr_xI_3−x QDs异质结半导体光电探测器的研究

光电探测器作为光信号转电信号的核心器件，在成像、通信、传感等领域发挥着不可替代的作用。当前硅基探测器虽技术成熟，但其比探测率与响应速度等关键性能已接近理论天花板。全无机钙钛矿材料（如CsPbX₃, X=Cl, Br, I）因其优异的光电特性（如超高光吸收系数、微米级载流子扩散长度、连续可调的直接带隙）而成为新一代光电探测器的理想候选材料。然而，单结钙钛矿探测器仍面临载流子复合率过高的核心挑战，这直接制约了其光响应度和比探测率等关键指标的提升，与工业级应用需求存在显著差距。

近日，武汉理工大学杨应平教授课题组报告了一种基于FTO/c-TiO₂/m-TiO₂/CsPbBr₃ QDs/CsPbBr_xI_3−x QDs/C的垂直堆叠型异质结构半导体光电探测器。在无空穴传输层结构中，光敏层与碳电极直接接触，这要求活性层与碳电极之间的能级尽可能地匹配，避免因能级失配形成界面势垒，制约载流子的提取。为解决这一问题，课题组通过调节卤素阴离子（Br⁻与I⁻）的比例，成功合成了CsPbBr_xI_3−x QDs，引入I⁻能够有效缩小量子点材料带隙，并精准调控能级位置，从而使光敏层价带顶能级与碳电极的费米能级实现良好匹配。在此基础上，进一步将CsPbBr_xI_3−x QDs与CsPbBr₃ QDs堆叠构筑成异质结，不仅优化了界面能级对齐，也促进了载流子的分离与传输，提升了器件性能。其中基于CsPbBr₃ QDs/CsPbBr₂I QDs异质结构的探测器显示出最优异的性能，与原始器件相比，光电流由6.49 × 10⁻⁶ A提升至1.32 × 10⁻⁵ A，提升了两倍。异质结的引入显著优化了光生载流子的提取过程，为设计高性能钙钛矿光电探测器提供了一种新颖有效的材料结构策略。