Filmes Finos Piezoelétricos Biocompatíveis: Rumo a Dispositivos Sensores Vestíveis

Descrição

Sensores e atuadores baseados em materiais piezoelétricos biocompatíveis têm um grande futuro. Esses biodispositivos podem ser integrados com segurança a sistemas biológicos para aplicações como detecção de forças biológicas, estimulação do crescimento e cicatrização de tecidos, bem como diagnóstico de problemas médicos. O principal objetivo do projeto está relacionado à compreensão da atividade piezoelétrica e piroelétrica incomumente alta recentemente descoberta, inclusive pela equipe da UA, em alguns aminoácidos e dipeptídeos curtos e com base neles, melhorando ainda mais as qualidades específicas de cristais de aminoácidos e biofilmes necessários para aplicações de captação de energia elétrica, como sensores etc. A captação de energia de fontes ambientais tem um apelo prático significativo devido aos benefícios ecológicos e várias aplicações tecnológicas. No passado, materiais inorgânicos como Pb(Zr,Ti)O3 foram amplamente utilizados para captação de energia vibracional e térmica. No entanto, seu uso em biologia e medicina tem sido limitado devido a uma série de desvantagens. Em primeiro lugar, não são biologicamente compatíveis e requerem proteção para o contato com o meio biológico. Em segundo lugar, suas rotas de processamento requerem altas temperaturas, então sua miniaturização e integração com sistemas microeletromecânicos (MEMS) é muito difícil. Além disso, os materiais inorgânicos são frágeis e não permitem a deposição conforme necessária para eletrônicos vestíveis/flexíveis/implantados. Nos últimos anos, os materiais orgânicos e bioorgânicos têm surgido devido à sua aplicabilidade em dispositivos eletrónicos e de energia, no entanto, é necessária uma ação concertada a nível europeu para impulsionar a investigação e otimizar a síntese, caracterização, modelação e bio-ecologia dos materiais. compatibilidade. Além do interesse fundamental em fenômenos ferroelétricos/piezoelétricos em novos materiais orgânicos e biomoleculares (dipeptídeos) que afetam suas propriedades, eles podem ser eficientes para colher a energia desperdiçada do corpo humano/animal e do meio ambiente. A ideia principal do projeto é desenvolver filmes finos piezoelétricos biocompatíveis que possam substituir cerâmicas inorgânicas tradicionalmente usadas e monocristais (como PZT, LNO, BaTiO3, etc.) na fabricação de dispositivos sensores vestíveis. Para maximizar a qualidade específica dos materiais para essas aplicações, vamos melhorar os métodos de cultivo, caracterizá-los estruturalmente usando as ferramentas avançadas disponíveis a nível europeu, medir seu desempenho de qualidade nos níveis macro e nano. , simulam suas propriedades piezoelétricas e piroelétricas, usam novas técnicas de fabricação para prototipar sensores e facilitam a transferência de tecnologia da academia para a indústria. A pesquisa proposta dentro do projeto incluirá várias etapas de atividades de pesquisa. Trata-se do desenvolvimento de materiais e estruturas piezoelétricas emergentes, como peptídeos baseados em filmes mono e multicamadas, novas técnicas para seu processamento, compreensão científica e modelagem de seu comportamento, seguidos de caracterização e implementação em demonstradores, protótipos de sensores. Lá, as tecnologias futuras terão enormes implicações científicas, sociais e econômicas. Mais abaixo na cadeia de valor, a viabilidade de novos materiais possibilitados por este projeto pode ter aplicações em bio-robótica, eletrônica imprimível biocompatível, redes de sensores descartáveis ecologicamente corretos, para citar apenas alguns. Além disso, esses avanços no campo de materiais e microssistemas piezoelétricos podem desencadear uma nova era no campo da medicina.Este projeto terá um impacto triplo em pesquisa, nível industrial e social: (i) facilitará o desenvolvimento estratégico de novos materiais e tecnologias biocompatíveis para sensores, etc. (ii) este projeto validará um novo e mais econômico e ambientalmente conceito sustentável de sensores biocompatíveis para posterior transição para o estágio industrial. Isso está pronto para abrir uma gama de novas aplicações que beneficiam a sociedade. (iii) A natureza bioinspirada inerente das estruturas peptídicas permite que eles preencham a lacuna entre o mundo dos semicondutores e os sistemas biológicos, tornando-os úteis para aplicações na pesquisa em saúde. Na perspectiva de longo prazo, esses materiais podem ser usados para desenvolver biomáquinas autônomas que operam dentro de sistemas biológicos in vivo. Isso pode permitir monitoramento e detecção em tempo real direto, sem rótulos, de uma ampla variedade de atividades metabólicas, bem como análise e possivelmente interferência do sistema biológico.Como visão de longo prazo, o impacto esperado ao final do projeto é estimular uma série de projetos de inovação spin-offs visando elevar o nível de maturidade da tecnologia desenvolvida pelo projeto em cada campo específico de aplicação listado acima.