基于短波红外LED的非侵入式检测技术在医疗健康领域的应用

介绍

无创传感正迅速成为现代健康管理的基石。短波红外发光二极管（SWIR LED，波长900-1700纳米）结合了低组织散射、深光学穿透性和分子特异性吸收峰等特点，无需试剂、针头或实验室仪器，即可实现对葡萄糖、胆固醇和总蛋白的无痛实时检测。

为什么选择SWIR LED？

• 皮肤散射比可见光/近红外光谱低10-100倍 → 光子可到达皮下组织间液2-3毫米处

• 强而明显的吸收带：葡萄糖（1450/1500 nm）、胆固醇（1050/1300 nm）、蛋白质（940/1200 nm）

• 固态设计，电池友好：毫瓦级驱动，>50000 小时寿命，光谱漂移

• 芯片级封装（1.6 毫米 × 1.6 毫米）已通过消费级可穿戴设备认证

生理靶点原理及最新进展

3.1 葡萄糖

机制：1450nm（葡萄糖+水）和1500nm（主要为水）之间的差异吸收，并根据脉动血容量进行动力学校正。

现状：苹果的探索性“硅光子学”模块（SWIR LED + Ge 光电二极管）在前臂上达到了 Clarke 误差网格 A 区 78%；珠海天辉的 3 mW 1 450 nm 发射器 + 1 550 nm 参考对在 30 名受试者的 OGTT 期间将平均绝对相对差异 (MARD) 降低至 9.2%。

3.2 胆固醇

机制：1050nm/1300nm反射率比值与低密度脂蛋白（LDL）含量相关。

现状：东京大学腕带原型（天辉 1050 nm + 1300 nm 双芯片）与酶法测定：R² = 0.87，重复性 CV 4.1%。

3.3 总蛋白

机制：940 nm 肽键倍频和 1200 nm 侧链组合带；以 850 nm 血红蛋白等吸收点进行归一化，以消除血容量变化。

状态：天辉实验室对 24 名志愿者进行演示：血浆蛋白 RMSEP 0.32 g dL⁻¹（参考：双缩脲法）。

可穿戴设备与远程医疗集成

外形尺寸

• 智能手表底部环：6 × 天辉多波长 SWIR LED 芯片（940/1 200/1 450 nm），采用 3.5 mm × 2.0 mm QFN 封装，以 100 Hz 脉冲串驱动，平均功率

• 智能戒指：柔性聚酰亚胺基板，带微光学扩散器；光学串扰

• 隐形眼镜：500 µm × 500 µm 1 300 nm SWIR LED + 石墨烯光电探测器，通过 NFC 进行无线充电。

珠海天辉“健康一体化”短波红外模块

• 三波长单封装：940 nm | 1200 nm | 1450 nm (±10 nm)，半峰全宽 20 nm，每个波长光强 3 mW sr⁻¹

• 尺寸：1.6 mm × 1.6 mm × 0.55 mm；兼容标准SMT回流焊工艺

• 功耗：每通道 1 mA @ 3 V，100 ms 脉冲

• 评估套件：参考光学平台（光源-探测器间距 8 毫米）、黑色 TPU 遮光罩、带有开源算法 SDK 的 Nordic nRF52 固件

• 监管支持：提供 IEC 60601-1-2 EMC 预扫描数据集；6 个月光学容差报告已准备好用于 510(k) 提交。

交钥匙工程时间表

第一周 – 将光学器件插入现有外壳

第二周 – 固件集成与校准

第三周——试点用户研究（20名受试者）

第 4 周 – 算法锁定和生产环境验收

下一代路线图

2025年：将LDL/HDL亚组分光谱解卷积的波长范围扩展至1650 nm

2026年：采用能量收集（体热+光伏）驱动的微瓦级光子晶体短波红外LED

2027年：完全植入式0.3 mm³短波红外光电极与人工智能闭环药物输送系统相结合

立即联系珠海天辉，共同设计您的定制SWIR LED健康传感解决方案——从裸芯片到认证医疗模块。