3D printing of polymer based flexible sensors for biomedical application

Abstract

Flexible self-powered sensors have great potential in the medical field, offering a means of continuous monitoring of patients, helping to prevent and diagnose diseases. The present work explores biodegradable and low-cost alternatives to produce flexible sensors, from polylactic acid, for biomedical applications. Flexible sensors are composed of 3 main parts: transducers, electrodes, and substrate. In this work, the flexible sensors object of study are constituted by an incapsulating substrate of transparent adhesive tape, electrodes produced by 3D printing of a conductive composite of polylactic acid doped with carbon black and by 2 types of transducers; poly-L-lactic (PLLA) and commercial polylactic acid (PLA) To produce the poly-L-lactic acid (PLLA) and polylactic acid (PLA) transducers, two production methods were used: solvent cast and electrospinning, corona pooling methodology was used to change its electrical state. The response of sensors to mechanical and electrical stimuli was investigated and compared. The results show that both PLA and PLLA work based on the principle of piezoelectricity and triboelectricity and respond to mechanical deformation, the best results were obtained by transducers produced by solvent casting treated by corona pooling.

Sensores flexíveis autoalimentados têm grande potencial no campo da medicina, podendo oferecer meios de monotorização continua de pacientes ajudando na prevenção e diagnóstico de doenças. O presente trabalho explora alternativas biodegradáveis e de baixo custo para produção de sensores flexíveis, a partir de ácido poliláctico, destinados a aplicações biomédicas. De uma forma geral os sensores flexíveis são compostos por 3 partes principais: transdutores, elétrodos e substrato, Neste trabalho os sensores flexíveis objeto de estudo são constituídos por um substrato incapsulante de fita cola transparente, elétrodos produzidos por impressão 3D de um compósito condutor de ácido poliláctico dopado com negro de fumo e por 2 tipos de transdutores; poli-L-láctico (PLLA) e ácido poliláctico (PLA). Para produzir os transdutores de ácido poli-L-láctico (PLLA) e ácido poliláctico (PLA) foram usados dois métodos de produção: solvent cast e electrospinnig e recorreu-se à metodologia de corona pooling para alteração do seu estado elétrico. A resposta dos sensores a estímulos mecânicos e elétricos foi investigada e comparada. Os resultados mostram que tanto o PLA quanto o PLLA funcionam com base no princípio da piezoeletricidade e triboeletricidade e respondem a deformação mecânica, os melhores resultados foram obtidos pelos transdutores produzidos por solvent casting tratados por corona pooling.