【山东科协每日科普】光学生物传感器：从指纹识别到电子皮肤
指尖轻触手机屏幕、运动手表记录心跳次数……从指纹识别到健康监测，光学传感器的魔法棒正在点开越来越多的生命奥秘。
指尖上的光学密码
当前的屏幕指纹识别方式共有三种：
（1）光学屏幕指纹识别：
利用光学识别原理，通过屏幕下方的CMOS来识别指纹纹路；
（2）电容式指纹识别：
电容式指纹模块通过指纹传感器与导电的皮下电解液形成电场，高低起伏不同的指纹会与传感器形成不同压差，从而识别特定的指纹；
（3）超声波指纹识别：
利用超声波识别原理，超声波穿过屏幕，根据不同的指纹反射出不同的超声波来识别特定的指纹。
屏幕指纹识别的三种主要方式 图片来源：张森浩
光学生物传感的基本原理
光学生物传感的核心工作机制围绕光与生物组织的相互作用展开。当光照射到人体组织时，不同深度的组织对光有着独特的“光密码”。
表层识别：当光照射到指纹（皮肤表层）时，角质层的平滑表面会让部分光线直接反射，而表皮细胞和黑色素则吸收大量短波长光（如蓝光、绿光），因此可以依赖可见光的反射差异，快速捕捉表面特征，实现例如指纹解锁的应用。
深层探测：当光向更加深入的人体组织穿透时，人体的复杂结构使光发生多重散射，此时近红外光凭借长波长优势，散射程度比可见光降低10~50倍，得以穿透至3~5毫米深度的生物组织处，例如肌肉、视网膜中。
从“硬质卡片”升级为
“可穿戴的光学皮肤”
如果刚性的光学生物传感器可以像创可贴一样变得柔软，就能紧密贴合人体组织，从“硬质卡片”升级为“可穿戴的光学皮肤”。
清华大学冯雪教授团队将传统发光二极管变得只有10微米薄，通过蛇形连接线与透明柔性基底（PDMS）整合，制备出可与人体自然共形贴附的光电系统。通过测量血液对不同波长光波的吸收情况，判断血液的容积和流速变化，从而测量血氧和血压值。
柔性光学生物传感系统的应用：从表皮到植入式，从平面贴合到三维曲面 图片来源：National Science Review, Volume 7, Issue 5
来源：中国光学
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