2020年1月3日功能

小型化、light-adaptive、无线自动测试仪监测暴露在电磁辐射下

由Thamarasee Jeewandara、医疗Xpbob游戏ress

* *小型化、light-adaptive、无线自动测试仪监测暴露在电磁辐射下。
超低功耗、light-adaptive、无线蓝色光剂量计。(A)的照片与祝福蓝光剂量计通信能力的食指。insets显示底部和侧面视图。(B)电路和方框图说明积累模式,自适应操作,智能手机和无线接口(BLE广播)。ADM、PD、SC、MOSFET和低功耗比较器(LPCOMP)标记ADM, PD, SC,金属氧化物半导体和LPCOMP分别。VSC VREF表示累积在SC电压和LPCOMP的参考电压,分别。模拟-数字转换器ADC。(C)的说明VSC作为时间的函数在没有光,弱光,和强烈的曝光条件和活动的中央处理单元(CPU)在相应的时间和BLE广播。(D)示意图,爆炸视图组成层和组件的说明:祝福SoC,电池,MOSFET (MOS), SC,蓝光光电二极管(PD),铜互联(铜/ PI(聚酰亚胺)/铜),和芯片天线。(E)的摄影图像三个超低功耗蓝光测试仪,各自的电池容量140,40岁和5.5马·小时(左到右)。 (F to H) Photographs of encapsulated sensors mounted on a pair of glasses, an earring, and a smart watch. Insets in (H) show top and bottom views of the unencapsulated device. Photo credit: Seung Yun Heo, Northwestern University. Credit: Science Advances, doi: 10.1126/sciadv.aay2462

从太阳电磁辐射(EMR)接触和人工照明系统代表了健康风险,因此个性化EMR的方法剂量测定法可以指导人们对生活方式的接触行为,确保健康的水平。在最近的一份报告中科学的进步Kyeongha Kwon和一个研究小组在生物医学工程、统计、电子融合中心的工程和先进的再生工程在美国和韩国开发了毫米级的、超低功耗电子剂量计平台。

提供的设备连续使用一个自治模式EMS剂量测定法,同时与一个或多个波长为次,无线消费设备。科学家包括一个小按钮电池支持多年的寿命,促进一个展现高科技的光能积累模式的检测和light-adaptive超低功耗电路设计。他们采用实地研究证明单和多通道剂量学平台,专注于监控短波从室内的闪电,在显示系统,以及检测来自太阳的紫外/可见/红外辐射。

不利的影响过度曝光或曝光不足EMR可以积累潜在的后果;在过度暴露于紫外线辐射(UVR)和蓝色光从太阳或排放的日光浴床和手机,可以有相关的健康风险。例如,重复的角化细胞长期暴露于紫外线辐射造成的损失是主要导致皮肤癌的基础在美国。较短的波长的可见光谱(VIS)可以生成活性氧在皮肤上造成DNA损伤、色素沉着过度和炎症,与胶原蛋白和弹性蛋白降解作出贡献衰老。超越特定的阈值,蓝光可导致视网膜光化学损伤组织加速年龄相关性黄斑病变和调节视网膜人类生理节奏的控制抑制褪黑激素分泌。然而,相对剂量的紫外线辐射和活力产生维生素D,并提供至关重要免疫调节,曝光不足会导致季节性情绪失调可以用明亮的光线疗法治疗。

* *小型化、light-adaptive、无线自动测试仪监测暴露在电磁辐射下。
流程图的祝福蓝光感应系统使用超低功耗的睡眠/唤醒功能。BLE操作开始时,CPU触发ADC采样和进入“闲置”模式(浅睡眠模式),这使得整个BLE SoC,除了ADC和计时器,等待在停止状态。ADC报告准备中断时,CPU醒来,读取ADC值并比较了SC电压(VSC)对预排程序的参考电压(VREF)。在低疯狂条件,VSC < VREF、CPU使LPCOMP监控VSC和进入“睡眠”模式(深度睡眠模式),关闭整个SoC LPCOMP除外。设备仍在沉睡在没有光照条件在室内或在夜间。当VSC高于VREF、CPU醒来并运行程序的起点。在高疯狂条件(VSC > VREF), CPU会提醒用户通过发送祝福包,开始卸货SC(集GPIO高压),进入“闲置”模式。后预放电持续时间(例如5 s), CPU醒来和完成卸货(集GPIO低电压),进入“睡眠”模式。来源:科学的进步,doi: 10.1126 / sciadv.aay2462

最近的科学建议检测个人信息wavelength-specific接触EMR可以指导病人的行为,防止不良健康结果。策略包括小型化、高精度测试仪,探索一个展现高科技的光能,连续的检测方式battery-free操作。研究人员使用了一个微型环形天线支持近场通信(NFC)作为数字无线接口数据采集期间但multi-millimeter-scale NFC (mm-NFC)设备不是自动的,需要积极的用户参与数据采集。

理想的平台可以提供自动远程无线更新,同时保留mm-NFC方法的关键特性,Kwon等人用作战略,伴随着一个先进light-adaptive电子控制电路。设置包括一个积累检测模块(ADM)剂量测定法和蓝牙低能量(bie)系统芯片(SoC)的无线通信。作为一个关键特性,科学家内置ADM直接测量连续暴露剂量没有功耗。相比之下,传统的数字方法近似剂量通过时间集成在短暂的测量使用活性强度,电池供电的电子设备;在增加采样频率增加精度,但减少电池寿命。ADM消除这种权衡完成高度准确的剂量测定法和主动测量间隔时间非常长。

设备仍在一个超低睡眠模式(~ 0.4μA)在没有光的持续监控剂量通过海军上将剂量超过一个阈值时,该设备简要醒来(~ 10μA)暴露于无线传输数据使用BLE(蓝牙低能量)协议智能手机然后重置ADM和迅速回到睡眠模式。导致异常的工作权力有效剂量计有自动调节和沟通能力不活跃的用户参与。Kwon等人的目标是实施蓝光设备在紫外线辐射剂量测定法和多光谱测量,蓝色光谱和红外(IR)地区,与概念验证应用程序在这项工作完成。

* *小型化、light-adaptive、无线自动测试仪监测暴露在电磁辐射下。
上图:电路方框图,说明积累模式,自适应操作,智能手机和无线接口示意图,组成层和组件的展开图说明:祝福SoC,电池,MOSFET (MOS), SC,蓝光光电二极管(PD),铜互联(铜/ PI(聚酰亚胺)/铜),和芯片天线。底部:摄影图像三个超低功耗的蓝色光测试仪,各自的电池容量140,40岁和5.5马·小时(左到右)。H (F)的照片封装传感器安装在一副眼镜,一个耳环,一个聪明的手表。Insets的顶部和底部视图展示未密封的装置。图片来源:Seung Yun Heo,西北大学。来源:科学的进步,doi: 10.1126 / sciadv.aay2462

科学家们探索蓝光剂量测定法的独特的设计特点与估计设备操作1 - 2年的寿命。他们包括光电二极管(PD),超级电容器(SC)和金属氧化物半导体场效应晶体管(MOSFET)海军上将使用PD, Kwon等人不断和被动产生的光电流大小直接和线性接触光的强度成正比。他们安排SC与PD并行捕获和储存产生的积累电荷。他们阻止过度充电建立SC通过连接一个栅MOSFET的通用输入/输出(GPIO)可编程控制的电流源极和漏极之间的MOSFET触发SC放电。

Kwon等人预排程序的参考电压(V裁判),设备仍在睡眠模式,除非条件超过减少平均电流消耗值。的唤醒频率设置辐射的波长范围的增加而增加。团队设定剂量数据到内存中祝福SoC(蓝牙低能量系统芯片),以防止意外丢失数据由于无线连接中断。Kwon等人使用薄铜聚酰亚胺床单和激光切割工具工程师处理设备。电池的大小和重量决定产品和其操作。科学家部署小型形式的太阳镜剪辑设备,耳环和腕带为个性化的EMR接触检测。

* *小型化、light-adaptive、无线自动测试仪监测暴露在电磁辐射下。
左:户外特性和功耗的蓝光测试仪。(A)电压输出和电流消耗的超低功耗,蓝光剂量计(n = 1)暴露在蓝光强度随着时间常数对应四种不同强度低和中等蓝色光照条件在户外。时间间隔(Twake)从睡眠状态”后“设备暴露在蓝光强度常数不同的水平。(B)平均电流消耗假设连续使用(Iavg)和平均电流消耗假设使用对应于50%的可用日光(Iavg 50%) Twake的函数。(C)预计寿命的函数Twake电池的能力,140年40岁和5.5马·小时假设使用对应于50%的可用日光:一生=电池容量/ Iavg, 50%。右:室内特征的展现高科技的光能,积累模式检测蓝光测试仪。(一)一个室内的照片蓝色光剂量计指尖间举行。(B)示意图,爆炸视图组成层和组件的说明:祝福SoC,电池,一个MOSFET (MOS), SCs(×3),蓝光PDs(×10),铜互联(铜/π/铜),和芯片天线。(C)电路和系统的方框图和其无线接口为蓝光BLE-enabled设备监控室内。G (D)电压输出和唤醒时间间隔的一个室内蓝光剂量计(n = 1)放置在距离50,100,和150厘米白光光疗灯(D), 50厘米的距离从人造光源(E), 10厘米的距离从显示屏(F),在5厘米的距离离平板显示器配备0,30、50岁和70%蓝光阻塞过滤器(G), Twake值标签。 Photo credit: Seung Yun Heo, Northwestern University. Credit: Science Advances, doi: 10.1126/sciadv.aay2462

团队第一蓝光测试仪为室外设计使用。起床后运行时事件,研究小组花了三时间框架考虑,其中包括TADC(ADC输入电压所需的时间),T祝福(时间传输采样数据通过BLE)和TDSC(预排程序的时间完全放电SC),总共6.56秒。他们使用片上数据保留策略来防止数据丢失,在祝福SoC维持4 kb的静态随机存取存储器(SRAM)。Kwon等人编程设备在SRAM存储至少10测量传输整个数据集在每个唤醒事件,当手机在通信范围内的设备。

研究小组还开发了蓝光测试仪使用在室内,因为人工照明和显示发出蓝光长期接触后引起的健康风险。设置类似于户外测试仪,具有更高的PDs(二极管)和SCs(超级电容器)增加光电流和减少存储容量增加灵敏度的设置。团队获得代表结果暴露在各种室内光源。最大的屏幕显示属于电视台发出最多的蓝光和最小的屏幕显示智能手机辐射最少的蓝光。科学家们使用商业anti-blue光电影在实验中,阻止了大约17.5%的辐射接近390海里。

Kwon等人随后构建蓝光指示剂,同时通过自动跟踪暴露在室内和室外,基于无线方案,并行传感电路之间切换(户外)存在与否(室内)的UVA辐射。系统更新一比特的标志值在每一个唤醒事件(室内和室外暴露指示为零),信息传递到用户界面激活室内/室外ADM和重新进入睡眠模式。科学家评估最重要的计算获得的数据暴露在室内和户外活动。

* *小型化、light-adaptive、无线自动测试仪监测暴露在电磁辐射下。
右:户外/室内两用蓝光与自动测试仪,无线切换方案的敏感性。(A)照片的蓝色光剂量计灵敏度自动切换方案允许监测低强度蓝光在室内和室外高强度蓝光。(B)电路和系统的方框图与无线室外和室内传感电路之间的切换方案基于UVA照射的存在与否。蓝光PD、MOSFET、SC、MUX选择信号,UVA PD的阳极电压,和本人标注提单PD,金属氧化物半导体,SC, MUX,年代,VUVA,和优化,分别。(C)电压和比特国旗(室内和室外1 0)输出作为时间的函数没有UVA照射(蓝色)和UVA照射(黄色)。(D)电压和比特标记输出作为时间的函数与户外日光(黄色)和一个60-LED环光源(蓝色)。图片来源:Seung Yun Heo,西北大学。左:多通道系统:测试仪的功能同时测量UVA,蓝色,和红外光谱。(A)的照片一个超低功耗,三通道,UVA /蓝色/红外光剂量计指尖间举行。(B)示意图,爆炸视图组成层和组件的说明:祝福SoC、电池、场效电晶体(×3金属氧化物半导体),SCs (×3 SC), UVA光电二极管(UVA PD),蓝光PD,红外PD,铜互联(铜/π/铜),和芯片天线。 (C) Circuit and block diagrams of the adaptive, accumulation mode of detection, and wireless interface to a remote BLE radio (i.e., smartphones). (D) Photographs of a multichannel sensor mounted on earphones. (E to G) Measurements obtained from a UVA/blue/IR light dosimeter (n = 1) as a function of time during morning (E), noon (F), and afternoon (G) hours in Evanston, IL on April 2019. Photo credit: Seung Yun Heo, Northwestern University. Credit: Science Advances, doi: 10.1126/sciadv.aay2462

的团队也开发了一种多通道剂量计波长在UVA,蓝色的太阳光谱和红外区域。他们扩大底层设计和操作原则同时剂量测定法七种不同波长的紫外线的太阳光谱对面活力和IR。Kwon等人用一个三通道设备测量照射剂量和在特定条件下收集的数据无线传输到智能手机。

这样,Kyeongha Kwon和同事结合自适应电路设计和积累检测计划持续监测个性化EMR暴露水平。小型化、紧凑和无线数字平台自动收集信息在多个波长,而不断适应周围的环境。高度准确,multimeter-scale系统运行在一个‘总是’国家在实践中促进多年寿命。由此产生的个性化的信息可以用于指导健康行为。设备代表了一个理想的特性,包括电源管理、电池补给,耐磨性和过失在数据采集用户的负担。的节俭的技术和大规模的生产能力可以提供大规模的剂量学开发和部署预防皮肤癌的风险,情绪障碍,眼部损害及相关EMR暴露的风险。

进一步探索

世界上最小的可穿戴设备警告说,紫外线照射,使精度光疗
更多信息:Kyeongha Kwon et al .小型化、light-adaptive、无线自动测试仪监测暴露在电磁辐射,科学的进步(2019)。DOI: 10.1126 / sciadv.aay2462

观光旅游史等。柔软,可伸缩的,表皮与集成电子及光化学传感器测量个人紫外线曝光,《公共科学图书馆•综合》(2018)。DOI: 10.1371 / journal.pone.0190233

battery-free Seung Yun Heo等。无线,灵活,小型测试仪监测暴露于太阳辐射和光疗灯,科学转化医学(2018)。DOI: 10.1126 / scitranslmed.aau1643

期刊信息: 科学的进步 ,《公共科学图书馆•综合》 ,科学转化医学

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引用:小型化、light-adaptive无线自动测试仪监测暴露在电磁辐射(2020年1月3日)检索2022年7月30日从//www.pyrotek-europe.com/news/2020-01-miniaturized-light-adaptive-wireless-dosimeters-autonomously.html
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