Paper-based electronic sensors towards sustainable point-of-care diagnostics
La digitalització, impulsada per la ràpida evolució de les tecnologies electròniques, ha transformat profundament les societats actuals. Tot i això, també ha contribuït a una problemàtica global: el creixement anual de la quantitat generada de residus de dispositius elèctrics i electrònics (e-waste)...
| Autor: | |
|---|---|
| Tipo de recurso: | tesis doctoral |
| Estado: | Versión publicada |
| Fecha de publicación: | 2025 |
| País: | España |
| Institución: | CBUC, CESCA |
| Repositorio: | TDR. Tesis Doctorales en Red |
| OAI Identifier: | oai:www.tdx.cat:10803/695778 |
| Acceso en línea: | http://hdl.handle.net/10803/695778 |
| Access Level: | acceso embargado |
| Palabra clave: | Sensor electroquímic Electrochemical sensor Sensor electroquímico Diagnòstic PoC Point-of-care diagnostics Diagnóstico PoC Electrònica impresa Printed electronics Electrónica impresa Tecnologies 620 |
| Sumario: | La digitalització, impulsada per la ràpida evolució de les tecnologies electròniques, ha transformat profundament les societats actuals. Tot i això, també ha contribuït a una problemàtica global: el creixement anual de la quantitat generada de residus de dispositius elèctrics i electrònics (e-waste). L’e-waste és un tipus de residu complex, comportant riscs per a la salut i el medi ambient i la pèrdua de materials valuosos quan es manipula inadequadament. En l’àmbit mèdic en particular, cada dia es llencen proves electròniques de diagnòstic en el punt d’atenció (PoC), contribuint a la generació d’e-waste. La implementació de l’economia circular en el disseny i fabricació de dispositius electrònics ajudaria a atenuar aquest problema. Entre les possibles vies de fi de vida circulars que pot tenir un producte, la biodegradació converteix la matèria orgànica en molècules simples, les quals poden transformar-se de nou en molècules complexes mitjançant processos de biosíntesi. En aquest context, aquesta tesi presenta el desenvolupament de sensors d’un sol ús, impresos i autoalimentats que estarien pensats per a proves de diagnòstic PoC utilitzant materials biodegradables. Tenint la sostenibilitat en ment, es van prioritzar tecnologies d’impressió per a la fabricació de dispositius, ja que presenten un menor consum d’energia, generació de residus i cost en comparació amb les tècniques convencionals de microfabricació. Primer, les diferències entre tres tècniques d’impressió (impressió per injecció de tinta, serigrafia i direct ink writing (DIW)) van ser avaluades utilitzant tintes conductores comercials. Tenint en compte la decisió d’utilitzar substrats de paper per al desenvolupament de dispositius sensors per la seva biodegradabilitat, fou rellevant comprendre bé la influència d’aquests substrats sobre les capes impreses. A continuació, es van desenvolupar tintes aquoses binàries i ternàries per a DIW combinant materials conductors i nanofibres de cel·lulosa per a la seva utilització en la fabricació de l’elèctrode de treball d’un sensor amperomètric. Els compòsits desenvolupats van ser caracteritzats elèctricament i electroquímicament i aquell que presentava un millor balanç entre rendiment i biodegradabilitat potencial va ser seleccionat. El compòsit escollit va ser imprès sobre paper i utilitzat en la detecció amperomètrica de glucosa. Paral·lelament, el biopolímer ι-carragenina fou utilitzat en el desenvolupament de múltiples dispositius electroquímics d’emmagatzematge d’energia (EESDs) sostenibles. Aquest biopolímer s’utilitzà en la fabricació de membranes d’electròlit sòlid (utilitzant un solvent eutèctic profund biobasat com a conductor iònic) per a EESDs i en la formulació de tintes conductores aquoses. La llista d’EESDs fabricats inclou supercondensadors sostenibles, bateries serigrafiades sobre paper i bateries sense substrat. Finalment, es van desenvolupar sensors de glucosa autoalimentats combinant els materials usats en els EESDs i els sensors amperomètrics. Aquests sensors estaven basats en bio-cel·les de combustible que utilitzaven l’oxidació de la glucosa per generar energia, de tal manera que l’operació de les cel·les de combustible depenia de la concentració de glucosa. Les cel·les de combustible foren serigrafiades sobre paper i s’evità l’ús d’elements conductors metàl·lics i polímers no biodegradables en la seva fabricació. La resposta d’aquests dispositius en connectar-hi una resistència es va estudiar per demostrar-ne la compatibilitat amb un circuit electrònic minimalista per a la transducció de senyal. En resum, aquesta tesi demostra que dispositius electrònics PoC i EESDs alternatius, amb un impacte mediambiental baix i un final de vida transitori són possibles. |
|---|