Adv. Sci：使用蓝色有机发光二极管 (OLEDs)进行新生儿黄疸治疗的可穿戴光疗

【导读】

在越来越多正在开发的可穿戴电子设备中，研究人员正在积极寻求生物医学应用。基于电子设备的可穿戴医疗设备的优势在于能够诊断健康状况和治疗疾病，而不受时间和空间的限制。特别是，基于光的可穿戴生物医学应用，由于其非侵入性的特性而非常安全和有效，正被研究用于各种传感器和光医学应用，例如脉搏血氧计、光疗和光动力疗法。新生儿黄疸是新生儿中非常常见的疾病，严重时会导致脑损伤或死亡。使用发光二极管(LED)阵列的光疗被广泛用作减轻新生儿黄疸的最简单和最快的方法，但它具有明显的缺点，例如患者失水、视网膜损伤和与父母分离等。

【成果掠影】

韩国科学技术院Seung Yeon Kim教授提出了一种新颖的基于光源的新生儿黄疸光疗方法，该方法采用基于纺织品的可穿戴有机发光二极管(有机发光二极管)平台，该平台可以灵活移动。基于纺织品的蓝色有机发光二极管平台柔软灵活，峰值波长为470 nm，适用于黄疸治疗，即使在低电压(< 4.0 V)下，其性能(> 20 W cm²nm^-1)也适用于强化黄疸治疗。这项研究中制造的基于纺织品的OLEDs表现出超过100小时的工作可靠性和低温操作性(<35℃)。使用大面积蓝色有机发光二极管进行的体外黄疸治疗试验结果证实，有机发光二极管照射3小时后，胆红素水平降至12mg dL^-1。结果证明，通过平台的治疗得到良好的治疗效果。相关成果以“Wearable Photomedicine for Neonatal Jaundice Treatment Using Blue Organic Light-Emitting Diodes (OLEDs): Toward Textile-Based Wearable Phototherapeutics”发表在Advanced Science上。

【核心创新点】

在这项研究中，展示了一种潜在的新型可穿戴光疗医疗设备，使用基于纺织品的蓝色OLED。这些基于纺织品的可穿戴OLED非常轻薄，可以灵活变形以跟随人体的曲线。并证实了它们以可穿戴形式用于治疗新生儿黄疸的可行性。

【数据概览】

图1  基于纺织品的可穿戴蓝色有机发光二极管新生儿黄疸光疗概念。©2023 The author(s)

a)基于纺织品的可穿戴黄疸治疗平台示意图。b)通过基于纺织品的蓝色有机发光二极管形成胆红素异构体并随后排泄来治疗黄疸的机制。

图2 用于治疗黄疸的蓝色有机发光二极管的设计和制造。©2023 The author(s)

a)基于普通ITO阳极(底部发射)的参考蓝色有机发光二极管结构。b)微腔蓝色有机发光二极管结构，以产生用于黄疸治疗的适当波长和输出(顶部发射)。c)根据蓝色有机发光二极管的材料和结构的能级图。d)胆红素的吸收光谱和参考有机发光二极管和微腔有机发光二极管的发射光谱。e)参考有机发光二极管和微腔有机发光二极管的发射图像。f)根据有机发光二极管驱动电压的辐射发射率和电流密度图。

图3 用于黄疸治疗的基于纺织品的蓝色有机发光二极管平台的制造工艺。©2023 The author(s)

图4 基于纺织品的有机发光二极管平台的操作性能和可靠性的评估。©2023 The author(s)

a)根据基于纺织品的有机发光二极管和基于玻璃的有机发光二极管的电流密度的辐射发射性能的比较。b)根据电压和波长的可佩戴有机发光二极管的输出强度。c)可穿戴有机发光二极管使用寿命测试。d)可穿戴有机发光二极管操作温度测试。e)具有灵活性和清洁可靠性的耐磨有机发光二极管。f)在弯曲和洗涤试验前后，可佩戴有机发光二极管装置特性的比较。

图5 根据蓝色有机发光二极管光源的应用比较体外胆红素光疗效果。©2023 The author(s)

a)显示胆红素浓度随蓝色有机发光二极管照射时间减少的图。b)通过蓝色有机发光二极管照射时间区分胆红素浓度。c)面光源有机发光二极管和点光源LED的照射距离比较。d)当分别用有机发光二极管和LED光源照射时，新生儿血清中胆红素减少的比较。e)具有远距离照射的点光源LED阵列的不均匀特性。f)近距离照射时表面光源有机发光二极管的均匀特性。

【成果启示】

总之，这项研究证实了使用可穿戴设备治疗新生儿黄疸的潜力。为了优化用于黄疸治疗的蓝色有机发光二极管，利用顶部发射结构和微腔光学设计制造了峰值在470 nm附近的高性能蓝色有机发光二极管。此外，成功地在真正的纺织品基底上制造了蓝色有机发光二极管，以生产可供人们穿着的可穿戴平台。该平台证明了即使在低至4.5 V的电压下也能达到约2000 W cm^-2的辐射发射强度，从而能够治疗重度黄疸。这种可穿戴式有机发光二极管平台还表现出约30℃的低工作温度，低到不会对人体造成灼伤。它还显示出超过100小时的可靠运行。这项研究中基于纺织品的可穿戴蓝色有机发光二极管平台的测试证实了新生儿光疗服装可以为许多需要监控孩子健康的父母提供高质量治疗环境的可能性。

参考文献：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

本文由春国供稿