Adv. Sci：使用藍色有機發光二極管 (OLEDs)進行新生兒黃疸治療的可穿戴光療

【導讀】

在越來越多正在開發的可穿戴電子設備中，研究人員正在積極尋求生物醫學應用。基于電子設備的可穿戴醫療設備的優勢在于能夠診斷健康狀況和治療疾病，而不受時間和空間的限制。特別是，基于光的可穿戴生物醫學應用，由于其非侵入性的特性而非常安全和有效，正被研究用于各種傳感器和光醫學應用，例如脈搏血氧計、光療和光動力療法。新生兒黃疸是新生兒中非常常見的疾病，嚴重時會導致腦損傷或死亡。使用發光二極管(LED)陣列的光療被廣泛用作減輕新生兒黃疸的最簡單和最快的方法，但它具有明顯的缺點，例如患者失水、視網膜損傷和與父母分離等。

【成果掠影】

韓國科學技術院Seung Yeon Kim教授提出了一種新穎的基于光源的新生兒黃疸光療方法，該方法采用基于紡織品的可穿戴有機發光二極管(有機發光二極管)平臺，該平臺可以靈活移動。基于紡織品的藍色有機發光二極管平臺柔軟靈活，峰值波長為470 nm，適用于黃疸治療，即使在低電壓(< 4.0 V)下，其性能(> 20 W cm²nm^-1)也適用于強化黃疸治療。這項研究中制造的基于紡織品的OLEDs表現出超過100小時的工作可靠性和低溫操作性(<35℃)。使用大面積藍色有機發光二極管進行的體外黃疸治療試驗結果證實，有機發光二極管照射3小時后，膽紅素水平降至12mg dL^-1。結果證明，通過平臺的治療得到良好的治療效果。相關成果以“Wearable Photomedicine for Neonatal Jaundice Treatment Using Blue Organic Light-Emitting Diodes (OLEDs): Toward Textile-Based Wearable Phototherapeutics”發表在Advanced Science上。

【核心創新點】

在這項研究中，展示了一種潛在的新型可穿戴光療醫療設備，使用基于紡織品的藍色OLED。這些基于紡織品的可穿戴OLED非常輕薄，可以靈活變形以跟隨人體的曲線。并證實了它們以可穿戴形式用于治療新生兒黃疸的可行性。

【數據概覽】

圖1 ?基于紡織品的可穿戴藍色有機發光二極管新生兒黃疸光療概念。?2023 The author(s)

a)基于紡織品的可穿戴黃疸治療平臺示意圖。b)通過基于紡織品的藍色有機發光二極管形成膽紅素異構體并隨后排泄來治療黃疸的機制。

圖2 用于治療黃疸的藍色有機發光二極管的設計和制造。?2023 The author(s)

a)基于普通ITO陽極(底部發射)的參考藍色有機發光二極管結構。b)微腔藍色有機發光二極管結構，以產生用于黃疸治療的適當波長和輸出(頂部發射)。c)根據藍色有機發光二極管的材料和結構的能級圖。d)膽紅素的吸收光譜和參考有機發光二極管和微腔有機發光二極管的發射光譜。e)參考有機發光二極管和微腔有機發光二極管的發射圖像。f)根據有機發光二極管驅動電壓的輻射發射率和電流密度圖。

圖3 用于黃疸治療的基于紡織品的藍色有機發光二極管平臺的制造工藝。?2023 The author(s)

圖4 基于紡織品的有機發光二極管平臺的操作性能和可靠性的評估。?2023 The author(s)

a)根據基于紡織品的有機發光二極管和基于玻璃的有機發光二極管的電流密度的輻射發射性能的比較。b)根據電壓和波長的可佩戴有機發光二極管的輸出強度。c)可穿戴有機發光二極管使用壽命測試。d)可穿戴有機發光二極管操作溫度測試。e)具有靈活性和清潔可靠性的耐磨有機發光二極管。f)在彎曲和洗滌試驗前后，可佩戴有機發光二極管裝置特性的比較。

圖5 根據藍色有機發光二極管光源的應用比較體外膽紅素光療效果。?2023 The author(s)

a)顯示膽紅素濃度隨藍色有機發光二極管照射時間減少的圖。b)通過藍色有機發光二極管照射時間區分膽紅素濃度。c)面光源有機發光二極管和點光源LED的照射距離比較。d)當分別用有機發光二極管和LED光源照射時，新生兒血清中膽紅素減少的比較。e)具有遠距離照射的點光源LED陣列的不均勻特性。f)近距離照射時表面光源有機發光二極管的均勻特性。

【成果啟示】

總之，這項研究證實了使用可穿戴設備治療新生兒黃疸的潛力。為了優化用于黃疸治療的藍色有機發光二極管，利用頂部發射結構和微腔光學設計制造了峰值在470 nm附近的高性能藍色有機發光二極管。此外，成功地在真正的紡織品基底上制造了藍色有機發光二極管，以生產可供人們穿著的可穿戴平臺。該平臺證明了即使在低至4.5 V的電壓下也能達到約2000 W cm^-2的輻射發射強度，從而能夠治療重度黃疸。這種可穿戴式有機發光二極管平臺還表現出約30℃的低工作溫度，低到不會對人體造成灼傷。它還顯示出超過100小時的可靠運行。這項研究中基于紡織品的可穿戴藍色有機發光二極管平臺的測試證實了新生兒光療服裝可以為許多需要監控孩子健康的父母提供高質量治療環境的可能性。

參考文獻：Choi, S., Jeon, Y., Kwon, J. H., Ihm, C., Kim, S. Y., Choi, K. C., Wearable Photomedicine for Neonatal Jaundice Treatment Using Blue Organic Light-Emitting Diodes (OLEDs): Toward Textile-Based Wearable Phototherapeutics. Adv. Sci. 2022, 9, 2204622.

https://doi.org/10.1002/advs.202204622

本文由春國供稿