Miniaturisierte, Licht-adaptives, WLAN-Dosimeter autonom überwachen der Belastung durch elektromagnetische Strahlung
Elektromagnetische Strahlung (EMR) Exposition von der Sonne und künstliche Beleuchtung ein Gesundheitsrisiko darstellen, daher personalisierte Methoden für EMR-Dosimetrie kann führen Menschen in Richtung lifestyle Verhaltensweisen, die eine gesunde Niveaus der Exposition. In einem jüngsten Bericht auf die Wissenschaft Fortschritte, Kyeongha Kwon und ein Forscherteam in der Abteilung für Biomedizinische Technik, Statistik, Elektronik Konvergenz-Engineering und dem Center for Advanced Regenerative Engineering in den USA und in Korea entwickelte sich eine millimeter-Skala, ultra-low-power-digital-dosimeter-Plattform.
Das Gerät, vorausgesetzt, die kontinuierliche EMS-Dosimetrie über einen autonomen Modus, gleichzeitig mit einer oder mehreren Wellenlängen Zeit-managed-wireless-consumer-Geräte. Die Wissenschaftler enthalten eine einzelne, kleine Knopfzelle zur Unterstützung einer multi-Jahres-Lebensdauer, ermöglicht durch eine Licht-powered Ansammlung Modus der Erkennung und Licht-adaptives ultra-low-power-Schaltungstechnik. Sie Beschäftigten Feld-Studien zum Nachweis der Einzel – und multimodalen Dosimetrie-Plattformen und konzentriert sich auf die überwachung der kurz-Wellenlänge blau Licht innen-Beleuchtung, über zu display-Systemen, sowie zu erkennen, ultraviolett – /sichtbares/Infrarot-Strahlung von der Sonne.
Negative Einflüsse von überbelichtung oder Unterbelichtung zu EMR ansammeln können, mit latenten Folgen; wo übermäßige Exposition gegenüber ultravioletter Strahlung (UVR) und blaues Licht von der Sonne oder Emissionen von Sonnenbänken und Handys, können die damit verbundenen gesundheitlichen Risiken. Zum Beispiel, sich wiederholende Keratinozyten Schaden von chronischen Aussetzung zu UVR ist grundlegend für die Hautkrebs verursachen überwiegend in den Vereinigten Staaten. Die kürzeren Wellenlängen des sichtbaren Spektrums (VIS) können die Generierung von reaktiven Sauerstoffspezies in der Haut zu verursachen DNA-Schäden, Hyperpigmentierungen und Entzündungen, neben Abbau von Kollagen und elastin beitragen zu Foto-aging. Jenseits bestimmter Schwellenwerte, Blaue Licht kann zu photochemischen Schäden in der Netzhaut-Gewebe zu beschleunigen altersbedingten makulopathie und modulieren retinale Kontrolle des menschlichen circadianen Rhythmus zu unterdrücken melatonin-Sekretion. Trotzdem relativen Dosen der UVR und VIS sind essentiell, um vitamin D herzustellen und bieten Immunmodulation, bei unzureichender Belichtung führen kann, um saisonale affektive Störung, die behandelt werden kann mit hellen Licht-Therapie.
Jüngste wissenschaftliche Vorschläge zu erkennen, die persönliche Informationen, die auf der Wellenlänge-spezifische Exposition gegenüber EMR kann guide Verhalten des Patienten zu verhindern, dass unerwünschte Heide Ergebnisse. Strategien umfassen miniaturisierte, hochgenaue Dosimeter zur Untersuchung der Licht-powered, kontinuierlichen Modus der Erkennung Akku-Betrieb frei. Forscher verwendet einen miniaturisierten schleifenantenne zur Unterstützung von near-field-communication (NFC) als eine digitale wireless-Schnittstelle bei der Datenerfassung, sondern multi-millimeter-Skala NFC (mm-NFC -) Geräte, die nicht automatisiert sind, erfordern aktive user-engagement für die Datenerfassung.
Eine ideale Plattform bieten können, die autonom wireless-remote-updates unter Beibehaltung der wichtigsten features des mm-NFC-Ansatz, der die Kwon et al. als eine Strategie, begleitet mit einem fortschrittlichen Licht-adaptive elektronische Steuerung-Schaltung. Das setup enthalten eine Ansammlung detection module (ADM) für die Dosimetrie und einem Bluetooth low energy (BLE) system on a chip (SoC) für drahtlose Kommunikation. Als ein wesentliches Merkmal, das die Wissenschaftler integrierten die ADM direkt zu Messen kontinuierliche Dosis-Exposition ohne Stromverbrauch. Im Gegensatz, herkömmlichen digitalen Ansätze angenähert Dosis durch die Zeit der integration über kurze Messungen der Intensität mit aktiven, batteriebetriebenen Elektronik; wo erhöhte sampling-Frequenz erhöht die Genauigkeit, aber verringert die Lebensdauer der Batterie. Die ADM wurde dieses trade-off zu erreichen, sehr genaue Dosimetrie mit extrem langen Abständen zwischen aktiven Messungen.
Das Gerät blieb in einem ultra-low-sleep-Modus (~0,4 µA) in Abwesenheit von Licht während kontinuierlich überwachung der Dosierung über den ADM. Wenn die Dosis überschritten eine Schwelle, das Gerät kurz aufgewacht (~10 µA) drahtlos zu übertragen Exposition Daten mit BLE (Bluetooth low energy) – Protokolle, um ein smartphone zu setzen Sie dann die ADM-und schnell wieder in den sleep-Modus. Die Arbeit führte zu einer außergewöhnlich stromsparend dosimeter mit automatischer Regelung und Kommunikation Fähigkeiten ohne aktive user-engagement. Kwon et al. Ziel zu implementieren, die das Gerät für blaues Licht Dosimetrie und multispektralen Messungen in der UVR, blau und Infrarot (IR) – Regionen des Spektrums, mit proof-of-principle-Anwendungen in Feldversuchen abgeschlossen in dieser Arbeit.
Die Wissenschaftler untersuchten die einzigartigen design-Merkmale von blaues Licht-Dosimetrie mit einem geschätzten Gerät Lebensdauer von 1-2 Jahren. Sie enthalten eine Fotodiode (PD), Superkondensator (SC) und Metall-OXID-Halbleiter-Feldeffekt-transistor (MOSFET) in der ADM. Mit dem PD, Kwon et al. kontinuierlich und passiv generiert photocurrents mit einer magnitude, die direkt und Linear proportional zu der Intensität von Licht ausgesetzt. Sie gestalteten den SC parallel mit dem PD zum erfassen und speichern des resultierenden akkumulierte Ladung. Sie verhindert übermäßige Ladung aufbauen, die auf die SC durch die Verbindung einer gate des MOSFET auf einem general-purpose input/output (GPIO) für die programmierbare Steuerung des Stromflusses zwischen source und drain des MOSFET, um die trigger-SC discharge.
Kwon et al. vorprogrammiert, dass die Referenzspannung (VREF), wobei das Gerät blieb im sleep-Modus, es sei denn, Bedingungen überschreitung der Werte zu verringern Durchschnittliche Stromverbrauch. Die wake-up-Frequenz des setup erhöht sich mit Zunehmender Einstrahlung im Wellenlängenbereich. Das team programmiert die Dosierung von Daten in den Speicher des BLE-SoC (Bluetooth Low Energy System-on-a-Chip) zu verhindern, dass unerwartete Verlust von Daten durch drahtlose Verbindung Störung. Kwon et al. verwendet dünne Kupfer-Polyimid-Blatt verarbeitet mit einem laser-Schneid-Werkzeug für Techniker das Gerät. Der Akku bestimmt die Größe und das Gewicht des resultierenden Produkts und die Lebensdauer. Die Wissenschaftler bereitgestellt miniaturisierte Formen des Gerätes, auf Sonnenbrillen-clips, Ohrringe und Armbänder für personalisierte EMR-Exposition-Erkennung.
Die Mannschaft, die zuerst entwickelt, blaues Licht-Dosimeter für den Einsatz im freien. Für die Laufzeit nach einem wake-up-Veranstaltungen, das team nahm drei Zeiträume in Betracht, die im Lieferumfang enthalten TADC (erforderliche Zeit für die ADC-Eingangsspannung), TBLE (Zeit zur übertragung der abgetasteten Daten über BLE) und T –DSC (vorprogrammierte Zeit vollständig entladen SC), für eine Gesamtmenge von 6.56 Sekunden. Sie verwendeten on-chip data-retention-Strategien, um Datenverlust zu verhindern, wo die BLE SoC gepflegt, ein 4-kilobyte-static random access memory (SRAM). Kwon et al. programmiert das Gerät zum speichern von mindestens 10 Messungen in den SRAM zur übertragung der gesamten Daten bei jedem wake-up-Ereignis, wenn das Handy war innerhalb der Reichweite des Geräts.
Das Forscherteam entwickelte auch blaues Licht-Dosimeter für den Einsatz im Innenbereich, da künstliche Beleuchtung und displays emittieren blaues Licht, um die gesundheitlichen Risiken, die nach längerer Exposition. Das setup war ähnlich outdoor-Dosimeter, mit einem höheren Sammlung von PDs (Photodioden) und SCs (Superkondensatoren) zur Erhöhung der Fotostrom und die Abnahme der Speicherkapazität für die erhöhte Empfindlichkeit der Einrichtung. Das team die repräsentativen Ergebnisse aus der Exposition gegenüber einer Vielzahl von indoor-lichtquellen. Das größte display gehörte dem Fernsehen, die emittiert die größte Menge von blauem Licht und das kleinste display der Smartphones strahlt die geringste Menge an blauem Licht. Die Wissenschaftler verwendeten eine kommerzielle anti-blue light film in den Experimenten, die blockiert etwa 17,5 Prozent der Strahlung in der Nähe von 390 nm.
Kwon et al. anschließend konstruiert blue light Dosimeter gleichzeitig zu verfolgen-Exposition in Innenräumen und im freien mittels eines automatisierten, drahtlosen Regelung, umschaltbar zwischen parallel-sensing-schaltungen basierend auf dem Vorhandensein (im freien) oder Abwesenheit (innen) der UVA-Strahlung. Das system aktualisiert die ein-bit-flag-Wert bei jedem wake-up-Ereignis (unter Angabe von null für indoor und eine für outdoor-Exposition), übergeben die Informationen an die Benutzer-Schnittstelle zu aktivieren, indoor/outdoor-ADM-und re-geben Sie den sleep-Modus. Die Wissenschaftler bewerteten das höchstwertige bit der Daten, die zur Berechnung der Exposition im innen-und Außenbereich.
Das team entwickelte auch eine Mehrkanal-dosimeter für Wellenlängen im UVA -, blau-und IR-Regionen des solaren Spektrums. Sie erweitert das zugrunde liegende Bauformen und Funktionsprinzipien für die gleichzeitige Dosimetrie von bis zu sieben verschiedenen Wellenlängen über das solare Spektrum-von UV bis VIS und IR. Kwon et al. verwendet eine drei-Kanal-Gerät zur Messung der Strahlenbelastung und drahtlos übertragen Sie die gesammelten Daten unter bestimmten Bedingungen zu einem smartphone.
