Effetti della porosità sulle caratteristiche piezoelettriche dei film di fluoruro di polivinilidene per applicazioni biomediche

13 luglio 2023

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di BME Frontiers

Il polivinilidene fluoruro (PVDF) è un materiale polimerico piezoelettrico che ha mostrato una grande attitudine come sensore di pressione e flusso, soprattutto nelle applicazioni biomediche. Tuttavia, la maggior parte dei sensori a film sottile in PVDF hanno sensibilità e risoluzione basse a causa delle loro caratteristiche piezoelettriche limitate.

Un metodo per migliorare le prestazioni piezoelettriche dei film PVDF è l'introduzione di nanopori all'interno delle strutture del materiale. Si prevede che i film in PVDF modificati dalle strutture nanoporose siano adatti per applicazioni di biorilevamento come il monitoraggio del flusso emodinamico durante studi in vitro del flusso sanguigno nell'aorta dopo l'impianto di una valvola protesica tramite la sostituzione transcatetere della valvola aortica (TAVR) a causa di i loro elevati coefficienti piezoelettrici, flessibilità e peso ridotto.

In un recente lavoro pubblicato su BME Frontiers, un team dell’Università del Minnesota Duluth (UMD) ha condotto uno studio approfondito sugli effetti della porosità sulle proprietà meccaniche e piezoelettriche dei film PVDF. Il monitoraggio della deformazione è stato eseguito su campioni di PVDF a film sottile con vari livelli di porosità e dimensioni dei pori per determinare le proprietà meccaniche dei campioni.

Le proprietà meccaniche sono state utilizzate per modellare il materiale PVDF nel software COMSOL Multiphysics, in cui sono state eseguite simulazioni di test di compressione per determinare il coefficiente piezoelettrico d33 del PVDF. È stato riscontrato che una diminuzione del modulo elastico è altamente inversamente correlata alla porosità dei campioni e i risultati della simulazione mostrano che il modulo elastico ha avuto un effetto molto maggiore sulle proprietà piezoelettriche rispetto al rapporto di Poisson.

Una combinazione di tecniche sperimentali e computazionali è stata in grado di caratterizzare e correlare le proprietà meccaniche dei film PVDF di varia porosità alle loro proprietà piezoelettriche.

Comprendere come le proprietà del materiale come il modulo elastico e il rapporto di Poisson influenzano le prestazioni piezoelettriche dei film di PVDF e come tali proprietà possono essere controllate alterando la porosità del materiale è fondamentale per l'ulteriore sviluppo del PVDF come materiale sensibile alla pressione. Migliorando le prestazioni piezoelettriche del PVDF, è possibile sviluppare sensori di pressione più sensibili e affidabili per applicazioni biomediche come il monitoraggio emodinamico.

Maggiori informazioni: Jack T. Kloster et al, Effetti della porosità sulle caratteristiche piezoelettriche dei film di fluoruro di polivinilidene per applicazioni biomediche, BME Frontiers (2023). DOI: 10.34133/bmef.0009

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