ESTUDIO DE ENVEJECIMIENTO HIDROTÉRMICO EN SENSORES FLEXIBLES DOPADOS CON NANOPARTÍCULAS DE CARBONO PARA APLICACIONES BIOMECÁNICAS

Abstract

En la actualidad uno de los temas prioritarios a nivel global es el cuidado de la salud, especialmente después de haber sufrido, en los últimos años, la pandemia mundial de la COVID-19. Eventos como este hace reflexionar a la población acerca de cómo se encuentra su salud, despertando un gran interés en métodos y herramientas para monitorizar aspectos de su cuerpo como lo son los signos vitales, movimientos de las articulaciones, respiración y pisada, entre muchos otros. Durante muchos años los científicos han realizado investigaciones en busca de los mejores materiales para estos propósitos y el surgimiento de los materiales compuestos, y más específicamente los nanocomposites, ha abierto un mundo de posibilidades. Los más destacados son los nanocomposites de matriz polimérica, como el polidimetilsiloxano (PDMS), reforzados con nanopartículas de carbono, tales como las nanoplaquetas de grafeno (GNP) o los nanotubos de carbono (CNT). Esta combinación de materiales permite el desarrollo de sensores piezoresistivos flexibles, diseñados para la detección de deformaciones relacionadas con los parámetros a monitorizar del cuerpo humano. El objetivo de este proyecto se centra en el estudio conjunto del efecto de la humedad y la temperatura sobre las propiedades electromecánicas de los sensores piezoresistivos de deformación flexibles, con la finalidad de evaluar la posibilidad de su utilización para la monitorización de funciones del cuerpo humano, donde los sensores estarán expuestos a factores como sudor, temperatura corporal, lluvia, sol, etc. De cara a cumplir dicho objetivo, se realizó un envejecimiento hidrotérmico acelerado de los mismos mediante una inmersión en agua destilada de probetas fabricadas con tres materiales distintos PDMS, PDMS/8GNP y PDMS/0,4CNT. Para analizar el efecto de este envejecimiento en los sensores se realizaron pruebas de caracterización que incluyeron la cantidad de agua absorbida, la variación de la conductividad eléctrica, el efecto sobre sus propiedades mecánicas y finalmente, una prueba de concepto monitorizando el ritmo cardiaco en muñeca y cuello utilizando el sensor que mostró las mejores propiedades después del envejecimiento. Los resultados obtenidos muestran que los sensores reforzados con nanopartículas tienden a absorber más agua de la esperada debido a su porosidad, sin embargo, las propiedades electromecánicas de los mismos no sufren variaciones significativas que afecten su desempeño, lo cual respalda su utilización en la monitorización de las funciones corporales, en particular, se observó que son capaces de monitorizar adecuadamente el pulso cardíaco después del envejecimiento hidrotérmico. Adicionalmente se evaluó la posibilidad de su comercialización demostrando la viabilidad tanto económica como estratégica en comparación con productos sustitutivos.