Publicação
Printable piezoresistive sensors based in natural polymers for biomedical applications
| Resumo: | Com o aumento da esperança média de vida e um aumento na prevalência de doenças crónicas questões associadas aos cuidados de saúde ganham cada vez mais destaque, assim sendo novos dispositivos médicos e melhores métodos de tratamento encontram-se em constante procura. Sensores piezoresistivos aparentam ser uma solução adequada devido à sua elevada variação da condutividade elétrica aquando deformações mecânicas. Oferecendo vantagens como o seu método de fabricação, simples mecanismo de ação e baixo custo. Doenças crônicas que exigem tratamento prolongado são cada vez mais prevalentes, como a Síndrome de Hinman, que utiliza um cateter urinário para drenar a urina, podendo provocar, em alguns casos, complicações como sangramento, fístulas arteriovenosas, entre outras. Assim sendo este projeto visa desenvolver sensores piezoresistivos impressos baseados em polímeros naturais para aplicações biomédicas mais concretamente num cateter urinário. Primeiramente é realizada uma comparação entre três polímeros: dois sintéticos o copolímero em bloco de etileno butileno e estireno (SEBS) e o álcool polivinílico (PVA) e um polímero natural o carboxymetil celulose (CMC) com diferentes tipos de solventes a água desionizada e o éter metílico de ciclopentila (CPME). Os resultados obtidos permitiram determinar que é possível obter nanocompositos sustentáveis com excelentes propriedades mecânicas, elétricas ca condutividade do polímero puro perto dos 10-11S/m e piezoresistivas com valores de Gauge Factor (GF) entre 1 e 6 para aplicações biomédicas. No entanto novos materiais foram testados nomeadamente o PEBAX um polímero natural com excelentes propriedades elastoméricas, como se pôde comprovar e através de um método de imersão na tinta produzida foi possível de incorporar o mesmo na superfície do dispositivo médico e criar um cateter autosensível com GF ∼ 4.5 permitindo detetar deformações de flexão em tempo real, no entanto o método de processamento utiliza um solvente bastante tóxico com o ácido fórmico limitando a sua utilização. Finalmente, foi detetado um polímero que ultrapassava as demais limitações o PLDGA 50/50 realizandose caracterizações mecânicas, elétricas, morfológicas e piezoresistivas. Foram ainda estudadas diferentes geometrias uma em forma de quadrado e outra em forma de zig-zag através de um estudo teórico computacional comprovando que é possível otimizar a sensibilidade dos sensores através da introdução de uma geometria em forma de zig-zag. A utilização de sensores piezoresistivos baseado em polímeros naturais apresenta uma oportunidade única na criação de dispositivos médicos funcionais para a monotorização em tempo real com um impacto ambiental reduzido. |
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| Autores principais: | Pimentel, Eduardo José Sousa |
| Assunto: | Dispositivos médicos Polímeros naturais Sensores piezoresistivos Medical devices Natural polymers Piezoresistive sensors |
| Ano: | 2026 |
| País: | Portugal |
| Tipo de documento: | tese de doutoramento |
| Tipo de acesso: | acesso aberto |
| Instituição associada: | Universidade do Minho |
| Idioma: | inglês |
| Origem: | RepositóriUM - Universidade do Minho |
| Resumo: | Com o aumento da esperança média de vida e um aumento na prevalência de doenças crónicas questões associadas aos cuidados de saúde ganham cada vez mais destaque, assim sendo novos dispositivos médicos e melhores métodos de tratamento encontram-se em constante procura. Sensores piezoresistivos aparentam ser uma solução adequada devido à sua elevada variação da condutividade elétrica aquando deformações mecânicas. Oferecendo vantagens como o seu método de fabricação, simples mecanismo de ação e baixo custo. Doenças crônicas que exigem tratamento prolongado são cada vez mais prevalentes, como a Síndrome de Hinman, que utiliza um cateter urinário para drenar a urina, podendo provocar, em alguns casos, complicações como sangramento, fístulas arteriovenosas, entre outras. Assim sendo este projeto visa desenvolver sensores piezoresistivos impressos baseados em polímeros naturais para aplicações biomédicas mais concretamente num cateter urinário. Primeiramente é realizada uma comparação entre três polímeros: dois sintéticos o copolímero em bloco de etileno butileno e estireno (SEBS) e o álcool polivinílico (PVA) e um polímero natural o carboxymetil celulose (CMC) com diferentes tipos de solventes a água desionizada e o éter metílico de ciclopentila (CPME). Os resultados obtidos permitiram determinar que é possível obter nanocompositos sustentáveis com excelentes propriedades mecânicas, elétricas ca condutividade do polímero puro perto dos 10-11S/m e piezoresistivas com valores de Gauge Factor (GF) entre 1 e 6 para aplicações biomédicas. No entanto novos materiais foram testados nomeadamente o PEBAX um polímero natural com excelentes propriedades elastoméricas, como se pôde comprovar e através de um método de imersão na tinta produzida foi possível de incorporar o mesmo na superfície do dispositivo médico e criar um cateter autosensível com GF ∼ 4.5 permitindo detetar deformações de flexão em tempo real, no entanto o método de processamento utiliza um solvente bastante tóxico com o ácido fórmico limitando a sua utilização. Finalmente, foi detetado um polímero que ultrapassava as demais limitações o PLDGA 50/50 realizandose caracterizações mecânicas, elétricas, morfológicas e piezoresistivas. Foram ainda estudadas diferentes geometrias uma em forma de quadrado e outra em forma de zig-zag através de um estudo teórico computacional comprovando que é possível otimizar a sensibilidade dos sensores através da introdução de uma geometria em forma de zig-zag. A utilização de sensores piezoresistivos baseado em polímeros naturais apresenta uma oportunidade única na criação de dispositivos médicos funcionais para a monotorização em tempo real com um impacto ambiental reduzido. |
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