3D Printing of Polyvinylidene Fluoride-Barium Titanate based Flexible Piezoelectric Sensors for Continuous Blood Pressure Monitoring

La fabrication additive, souvent désignée sous le nom d'impression 3D, a révolutionné la manière de produire en permettant une production plus rapide, en réduisant les déchets et en offrant une personnalisation inégalée. Un des secteurs qui a particulièrement bénéficié de cette avancée est le domaine biomédical. Cette étude s'aventure dans l'univers des dispositifs médicaux spécifiques au patient, en explorant spécifiquement le potentiel des capteurs piézoélectriques imprimés en 3D pour la surveillance en temps réel de la pression artérielle et du rythme cardiaque. Notre attention s'est concentrée sur la création de capteurs à partir d'un matériau intelligent: le fluorure de polyvinylidène (PVDF). Doté de propriétés piézoélectriques, il est particulièrement adapté à la fabrication de capteurs de pression. Le PVDF est reconnu pour sa biocompatibilité, sa flexibilité et sa capacité intrinsèque à transformer le stress mécanique en tension électrique. Malgré des coefficients piézoélectriques inférieurs à ceux des alternatives céramiques, l'adoption de stratégies comme l'ajout de nanoparticules de BaTiO3 a considérablement amélioré ses performances. Les capteurs ont été fabriqués en utilisant la méthode d'impression 3D Direct-ink write (DIW), qui a augmenté la sensibilité du PVDF en l'étirant pendant le processus de fabrication. Des paramètres d'impression clés comme la taille de la buse et la pression ont été ajustés pour obtenir une phase β optimale de 70% et une cristallinité totale de 48,3%. La polarisation thermique a encore augmenté la sensibilité du capteur à une valeur d33 de 12 pC N-1. Les capteurs résultants ont été soigneusement caractérisés sous des pressions dynamiques, démontrant une excellente linéarité (R² = 0,99) et une durabilité sur 1 heure (3600 cycles). Leur sensibilité à la pression de 0,024 V kPa⁻¹ démontre encore l'efficacité de ces capteurs. Le potentiel de ces capteurs a été testé à travers des mesures continues de pression artérielle et de rythme cardiaque sur un sujet humain. Le capteur a montré des performances dans les marges d'erreur permises avec un écart type de 3,87 mmHg, 0,63 mmHg et 2,4 battements par minute pour la pression artérielle systolique, la pression artérielle diastolique et le rythme cardiaque respectivement, comparé à un appareil standard de surveillance de la pression artérielle. Cette étude met en lumière le potentiel prometteur de la création de capteurs portables grâce à l'impression 3D, ouvrant de nouvelles perspectives pour les applications médicales spécifiques aux patients. Cette recherche marque une avancée essentielle dans la surveillance de la pression artérielle, offrant une alternative robuste, écologique et conviviale aux dispositifs de surveillance traditionnels et encombrants.