Desarrollo de sensores flexibles piezorresistivos basados en polímeros dopados con nanoestructuras de carbono para aplicaciones biomédicas

Resumen

En los últimos años, la electrónica flexible se ha propuesto como alternativa a la electrónica rígida tradicional para la próxima generación de dispositivos inteligentes en aplicaciones biomédicas, aeroespaciales, deportivas y automovilísticas. En concreto, la pandemia de COVID-19, el envejecimiento de la población de los países desarrollados y el compromiso con los Objetivos de Desarrollo Sostenible han enfocado los esfuerzos en conseguir dispositivos médicos de bajo coste y de fácil acceso. Ante ello, los sensores flexibles piezorresistivos emergen como opción viable para monitorizar la salud humana de manera precisa desde una ubicación remota. Sin embargo, aún hay que superar una serie de desafíos relacionados con su diseño y optimización para lograr su implementación práctica. En la presente Tesis Doctoral se han desarrollado sensores flexibles piezorresistivos de alto rendimiento basados en matrices poliméricas flexibles dopadas con nanoestructuras de carbono, cuyo principal empleo se dirige hacia la industria biomédica. En concreto, se estudian seis materiales compuestos formados por las matrices flexibles de poli(etilenglicol) diglicidil éter (PEGDGE), polidimetilsiloxano (PDMS) o EcoflexTM (una silicona de vinilo catalizada con platino) reforzadas con nanotubos de carbono (CNT) o nanoplaquetas de grafeno (GNP). Esta Tesis Doctoral se ha presentado como un compendio de 10 artículos, expuestos desde el capítulo 4 hasta el capítulo 13, donde se evalúan los parámetros de rendimiento de los diferentes sensores desarrollados, se analiza el impacto de la temperatura y de las condiciones hidrotermales en dichos parámetros, y se profundiza en el estudio del comportamiento eléctrico en condiciones de corriente continua y alterna. Los sensores ultrasensibles optimizados han demostrado su aplicabilidad en la industria biomédica con diversas pruebas de concepto. Se han registrado movimientos de articulaciones, la distribución de la pisada, pequeños movimientos faciales, la frecuencia cardiaca en el cuello o en la muñeca, así como la respiración humana. Además, se ha conseguido monitorizar la respiración humana con una mascarilla convencional de manera remota (vía Bluetooth o Wi-Fi conectándolo a una plataforma Internet of Things), lo que abre la posibilidad de monitorizar parámetros vitales en un servidor central para que las personas sean monitorizadas y controladas en tiempo real en hospitales, residencias o en domicilios particulares.