SENSORES DE DEFORMACIÓN FLEXIBLES BASADOS EN ECOFLEX® DOPADO CON NANOPLAQUETAS DE GRAFENO PARA APLICACIONES BIOMÉDICAS

Abstract

El presente trabajo profundiza en la fabricación y caracterización de sensores flexibles de deformación basados en materiales compuestos nanorreforzados diseñados para la monitorización precisa de señales fisiológicas. Estos sensores se basan en un innovador material compuesto nanorreforzado con nanoplaquetas de grafeno (GNP, del inglés graphene nanoplatelets) dispersas en una matriz elastomérica de la marca comercial Ecoflex®. La combinación de GNP y Ecoflex® ofrece propiedades únicas que hacen que estos sensores sean ideales para aplicaciones biomédicas. El proceso de fabricación de los sensores comienza con la dispersión en calandra de las nanoplaquetas de grafeno en la silicona Ecoflex® (cuya homogeneidad fue corroborada posteriormente por microscopía electrónica de barrido), lo que resulta en un material compuesto flexible. Este nanocompuesto se moldea en la forma de las diferentes probetas para su posterior caracterización eléctrica y electromecánica (tracción y compresión, estático y cíclico), así como con la forma final para su uso en pruebas de concepto válidas para diversas aplicaciones biomédicas. La caracterización eléctrica revela que el material compuesto indica que es conductor eléctrico para contenidos de GNP superiores al 7 % en peso, donde se encuentra el umbral de percolación eléctrica del sistema. Los sensores óptimos revelan una alta sensibilidad a las deformaciones mecánicas (con un factor de galga a tracción de hasta 106 y en compresión de hasta 104 antes de perder la conductividad eléctrica), lo que permite una detección precisa de cambios en las señales fisiológicas. Además, los materiales desarrollados muestran alargamientos a rotura cercanos al 350 %, y una durabilidad electromecánica relativamente estable hasta diferentes niveles de deformación y hasta 2000 ciclos, tanto a tracción como a compresión. Todas estas características aseguran que estos sensores pueden adaptarse cómodamente a la superficie del cuerpo y soportar movimientos repetitivos sin degradación significativa de su rendimiento, como la monitorización en tiempo real de la presión arterial, la detección de movimientos musculares y la evaluación de la expansión torácica durante la respiración.