A Wearable Thin-Film Hydrogel Laser for Functional Sensing on Skin

化学 可穿戴计算机 激光器 薄膜 纳米技术 化学工程 光学 嵌入式系统 计算机科学 物理 工程类 材料科学
作者
Ningyuan Nie,Xuerui Gong,Chaoyang Gong,Zhen Qiao,Ziyihui Wang,Guocheng Fang,Yu‐Cheng Chen
出处
期刊:Analytical Chemistry [American Chemical Society]
卷期号:96 (22): 9159-9166 被引量:14
标识
DOI:10.1021/acs.analchem.4c00979
摘要

Flexible photonics offers the possibility of realizing wearable sensors by bridging the advantages of flexible materials and photonic sensing elements. Recently, optical resonators have emerged as a tool to improve their oversensitivity by integrating with flexible photonic sensors. However, direct monitoring of multiple psychological information on human skin remains challenging due to the subtle biological signals and complex tissue interface. To tackle the current challenges, here, we developed a functional thin film laser formed by encapsulating liquid crystal droplet lasers in a flexible hydrogel for monitoring metabolites in human sweat (lactate, glucose, and urea). The three-dimensional cross-linked hydrophilic polymer serves as the adhesive layer to allow small molecules to penetrate from human tissue to generate strong light--matter interactions on the interface of whispering gallery modes resonators. Both the hydrogel and cholesteric liquid crystal microdroplets were modified specifically to achieve high sensitivity and selectivity. As a proof of concept, wavelength-multiplexed sensing and a prototype were demonstrated on human skin to detect human metabolites from perspiration. These results present a significant advance in the fabrication and potential guidance for wearable and functional microlasers in healthcare.
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