Conducting Polymer Based Flexible Epidermal Patch Electrodes for Human Healthcare

La demande en dispositifs portables et bioélectroniques suscite un besoin en matériaux étirables, flexibles et conducteurs. Les matériaux souples, adhésifs et auto-cicatrisants ayant un module de Young correspondant aux tissus biologiques (module de Young allant de 0,5 à 500 kPa) sont devenus un point névralgique de la recherche, grâce à leur interface de contact améliorée entre l'électronique et les tissus biologiques. À ce jour, divers matériaux conducteurs, sous forme de films, d'adhésifs bio-inspirés, de textiles et d'hydrogels, ont été utilisés pour l'électronique sur la peau. Les polymères conducteurs, en raison de leur flexibilité inhérente, leur biocompatibilité, leur facilité de traitement et de leur conductivité électronique et ionique mixte, sont considérés comme des candidats idéaux pour l'électronique portable et la bioélectronique. Cependant, des problèmes demeurent dont l'adhérence, les propriétés mécaniques, la conductivité, la capacité d'autocicatrisation et une compréhension incomplète des types de cicatrisation et de leurs capabilités. Ainsi, un besoin existe pour la poursuite de recherches pour améliorer l’utilisation des polymères conducteurs en bioélectronique et en électronique portable. Cette thèse est dévouée à la préparation de matériaux conductifs et mous, et la fabrication d’électrodes épidermiques pour la surveillance de signaux électrophysiologiques. Par conséquent, cette thèse utilise un polymère conducteur, le poly(3,4-éthylènedioxythiophène):poly(styrène sulfonate) (PEDOT:PSS), pour préparer différents hydrogels, films et organohydrogels. Nous étudions les propriétés mécaniques, la capacité d'auto-cicatrisation, la conductivité, l'adhérence, le comportement de gonflement, les capacités antigel et de rétention d'eau, et la biocompatibilité de ces matériaux. De plus, des électrodes épidermiques fabriquées à partir de ces matériaux ont été utilisées pour enregistrer des biosignaux, y compris l'électromyographie (EMG), l'électrocardiographie (ECG) et l'interface homme-machine. En raison de leur biocompatibilité, leurs propriétés électriques et mécaniques ajustables, et leur forte teneur en eau, les hydrogels conducteurs sont très prometteurs dans le domaine de l'électronique épidermique. La première partie de cette thèse démontre une approche simple pour fabriquer des hydrogels hautement adhésifs, étirables et auto-cicatrisants en mélangeant de l'alcool polyvinylique (APV), du borax et une pâte de sérigraphie commerciale (CleviosTM SV3 STAB) contenant du PEDOT:PSS, du diéthylène glycol et du propylène glycol.