Novel electronic stretchable materials for future medical devices

Autor/a

Texidó Bartes, Robert

Director/a

Borrós i Gómez, Salvador,

Fecha de defensa

2017-05-11

Páginas

257 p.



Departamento/Instituto

Universitat Ramon Llull. IQS

Resumen

L’electrònica convencional basada en el silici te grans dificultats a l’hora de ser implementada en dispositius electrònics que estiguin en contacte amb les corbes i las plasticitat dels teixits del cos humà. Futures aplicacions mèdiques como la pell electrònica, sistemes de alliberació de fàrmac transdèrmic o nous bio-sensors requereixen de sistemes electrònics capaços de ser doblegats, retorçats o enrotllats en superfícies corbes. Tot i els prometedors resultats mostrats por la investigació en electrònica flexible, no hi ha aplicacions comercials directes dins de l’àrea mèdica. La dependència de components només presents en l’electrònica convencional limita el complet desenvolupament d’aquests dispositius posant de manifest la necessitat de trobar nous materials en aquest camp. Amb l’objectiu de potenciar nous sistemes electrònics flexibles, en aquest treball es proposen noves estratègies per proveir de flexibilitat als materials utilitzats en electrònica sense perdre de vista la directa aplicabilitat. Primerament, s’ha estudiat l’aplicació de polímers conductors mitjançant impressió inkjet. Aquesta tecnologia permet l’obtenció de films polimèrics molt fins sobre sistemes flexibles més complexos. Anant un pas més enllà, s’han desenvolupat noves metodologies per poder depositar polímers conductors sobre substrats elastomèrics mantenint el bon rendiment elèctric. Aquesta part culmina amb l’estudi d’un nou polielectròlit per la síntesis del polipirrol basat en l’àcid hialurònic modificat amb grups dopamina. Aquest polielectròlit aporta noves propietats que milloren l’adaptabilitat del polipirrol obtenint nanosuspensions estables que poden ser depositades directament sobre substrats elastomèrics. Centrant-nos en los materials metàl·lics de la electrònica, s’ha desenvolupat un mètode per la deposició selectiva de plata conductora sobre substrats elastomèrics. Les pistes fabricades amb aquest procediment han demostrat un comportament de galga extensomètrica sota deformació mecànica. Finalment la aplicabilitat de las estratègies desenvolupades ha estat avaluada per veure como es poden aplicar en dispositius mèdics actuals y futurs tals como sensors fisiològics, galgas extensomètriques portables para seguiment o nous stents de tràquea electrònics.


La implementación de la electrónica convencional basada en el silicio en dispositivos electrónicos que entren en contacto con la plasticidad y las curvas de los tejidos del cuerpo humano presenta serias dificultades. Futuras aplicaciones médicas como la piel electrónica, sistemas de liberación de fármaco transdérmico o nuevos bio-sensores requieren sistemas electrónicos capaces de ser doblados, retorcidos o enrollados en superficies curvas. A pesar de los prometedores resultados mostrados por la investigación en electrónica flexible, muy pocas tecnologías se han visto adaptadas en una aplicación comercial dentro del área médica. Problemas como la dependencia de componentes solo presentes en la electrónica convencional limita el completo desarrollo de estos dispositivos poniendo de manifiesto la necesidad de encontrar nuevos materiales en este campo. Con el objetivo de potenciar nuevos sistemas electrónicos flexibles, este trabajo propone nuevas estrategias para aportar flexibilidad a los materiales empleado para la electrónica sin perder de vista su aplicabilidad. Primeramente, se ha estudiado la aplicación de polímeros conductores usando impresión inkjet. Esta tecnología permite la obtención de films poliméricos muy delgados sobre sistemas flexibles más complejos. Dando un paso más allá, se han desarrollado nuevas metodologías para poder depositar polímeros conductores sobre substratos elastómericos manteniendo un buen rendimiento eléctrico. Esta parte culmina con el estudio de un nuevo polielectrolito para la síntesis del polipirrol basado en el ácido hyaluronico modificado con dopamina. Este polielectrolito aporta nuevas propiedades que mejoran la adaptabilidad del polipirrol obteniendo nanosuspensiones estables que pueden ser depositadas directamente sobre substratos elastómeros. Estudiando también los materiales metálicos en la electrónica, se ha desarrollado un método para la deposición selectiva de plata conductora sobre substratos elastómeros. Las pistas fabricadas con este procedimiento han mostrado un interesante comportamiento de galga extensométrica cuando son sometidas a una deformación. Finalmente, la aplicabilidad de las estrategias desarrolladas ha sido evaluada para ver cómo se puede aplicar en dispositivos médicos actuales y futuros tales como sensores fisiológicos, galgas extenso métricas portables para seguimiento o nuevos stents traqueales electrónicos.


Conventional electronics based in rigid and planar silicon wafers presents several difficulties to be implemented in systems where a direct contact with the soft and curved geometries of the tissues of the human body is required. The future medical devices such as electronic skin, transdermal drug delivery systems or novel wearable biosensors requires electronic materials with the ability to be twisted, folded and conformably wrapped onto arbitrarily curved surfaces. Despite the promising results on stretchable electronic research, the applications have not yet been translated into commercial medical devices. The dependence of components still only present in conventional silicon electronics limits the full development of the stretchable strategies, revealing the need for new materials in this field. Aiming to potentiate new electronic stretchable systems, this works proposes novel strategies to provide stretchability to electronic materials always having in mind the final application. Firstly, the study of conducting polymers to be deposited using ink jet printing have been performed. This kind of implementation allows the formation of conductive thin films on more complex flexible systems. Going further, it has been developed novel methodologies using plasma treatments to fabricate conducting polymeric coating on stretchable substrate with good electrical performance. The culmination of this part consisted in the synthesis of polypyrrole with a novel polyelectrolyte based on a hyaluronic acid modified with dopamine groups that allows stable nanosuspension able to directly form a film onto stretchable substrates. Focusing on metallic materials, conductive silver deposition on selective stretchable substrate have been developed. The electrical performance under mechanical deformation revealed strange gauge sensor behaviour of the silver paths with promising applicability in the medical device. Finally, the applicability of the approaches developed in this work have been studied to evaluate its suitability on actual and future applications in the field of medical devices such as physiological sensors, wearable strain gauge sensors or tracheal stent able to monitor deformations.

Palabras clave

Dispositius mèdics; Polímers conductors; Electrónica flexible

Materias

54 - Química; 547 - Química orgánica; 60 - Cuestiones generales de las ciencias aplicadas; 61 - Medicina; 62 - Ingeniería. Tecnología

Área de conocimiento

Ciències naturals, químiques, físiques i matemàtiques

Documentos

Tesi_Robert_Texido.pdf

13.66Mb

 

Derechos

ADVERTIMENT. L'accés als continguts d'aquesta tesi doctoral i la seva utilització ha de respectar els drets de la persona autora. Pot ser utilitzada per a consulta o estudi personal, així com en activitats o materials d'investigació i docència en els termes establerts a l'art. 32 del Text Refós de la Llei de Propietat Intel·lectual (RDL 1/1996). Per altres utilitzacions es requereix l'autorització prèvia i expressa de la persona autora. En qualsevol cas, en la utilització dels seus continguts caldrà indicar de forma clara el nom i cognoms de la persona autora i el títol de la tesi doctoral. No s'autoritza la seva reproducció o altres formes d'explotació efectuades amb finalitats de lucre ni la seva comunicació pública des d'un lloc aliè al servei TDX. Tampoc s'autoritza la presentació del seu contingut en una finestra o marc aliè a TDX (framing). Aquesta reserva de drets afecta tant als continguts de la tesi com als seus resums i índexs.

Este ítem aparece en la(s) siguiente(s) colección(ones)