Instrumentation based on flexible technology for biomedical sensorization and monitorization

Abstract

El uso de electrónica flexible para instrumentación biomédica, supone un gran avance para conseguir una monitorización continua mediante dispositivos wearables. En esta Tesis, se estudia el uso de nuevos materiales y técnicas de impresión para la consecución de un dispositivo de monitorización biomédica. En primer lugar, se han desarrollado electrodos sobre diferentes materiales flexibles basados en grafeno, polímeros y tintas conductoras. Estos electrodos flexibles se han realizado empleando técnicas de impresión como screen printing o grabado láser. Además, se han estudiado sobre distintos substratos flexibles como pueden ser láminas de plásticos flexibles o textiles, siendo este último el más interesante para los dispositivos wearables. Las técnicas de impresión también se han utilizado para crear sensores flexibles a través de materiales orgánicos innovadores como son los Metal-Organic Frameworks (MOFs). Por otra parte, también se ha estudiado la electrónica flexible aplicada al campo del energy harvesting, un campo muy interesante para aumentar la autonomía de los dispositivos wearable. En este aspecto se han desarrollado electrodos flexibles para el almacenamiento de energía. Se han empleado materiales como los MXenes y junto con polímeros conductores para crear dispositivos con capacidad de almacenar energía en un reducido espacio y manteniendo su flexibilidad. Finalmente, toda la tecnología desarrollada, se ha combinado en un dispositivo wearable basado en electrónica reconfigurable que permite la monitorización de distintas señales biomédicas en un solo dispositivo.

The use of flexible electronics for biomedical instrumentation represents a great advance to achieve continuous monitoring through wearable devices. In this thesis, the use of new materials and printing techniques to achieve a biomedical monitoring device is studied. First, electrodes have been developed on different flexible materials based on graphene, polymers and conductive inks. These flexible electrodes have been created using printing techniques such as screen printing or laser engraving. In addition, they have been studied on different flexible substrates such as flexible plastic sheets or textiles, the latter being the most interesting for wearable devices. Printing techniques have also been used to create flexible sensors through innovative organic materials such as Metal-Organic Frameworks (MOFs). On the other hand, flexible electronics applied to the field of energy harvesting have also been studied, since it is a very interesting field to increase the autonomy of wearable devices. In this regard, flexible electrodes have been developed for energy storage. Materials such as MXenes and conductive polymers have been used to create devices capable of storing large amounts of energy in a small space while maintaining flexibility. Finally, all the technology developed has been combined in a wearable device based on reconfigurable electronics that allows the monitoring of different biomedical signals in a single device.