Idrogeli ibridi a base di 2D MoS₂/PEGDA/MCH/PANI per lo sviluppo di sensori per la pressione arteriosa = Hybrid hydrogels based on 2D MoS₂/PEGDA/MCH/PANI for the development of arterial blood pressure sensors

Nel presente lavoro di tesi sono stati prodotti e caratterizzati idrogeli ibridi, basati su nanosheets di MoS₂ 2D, per lo sviluppo di sensori piezoresistivi, da integrare in dispositivi indossabili, per la misurazione della pressione arteriosa. È stato utilizzato il metodo bottom-up di sintesi idrotermale e la funzionalizzazione covalente con un sale di diazonio per integrare i nanosheets di MoS₂ nella rete tridimensionale dell’idrogel. La reticolazione chimica degli idrogeli ibridi è stata ottenuta mediante la fotopolimerizzazione radicalica di una formulazione acquosa contenente un fotoiniziatore, il MoS₂ 2D funzionalizzato (f-MoS₂), il polietilenglicole diacrilato (PEGDA) puro o combinato con il chitosano metacrilato (MCH). Tale formulazione fotopolimerizzabile è stata quindi esposta sotto una lampada UV, con produzione degli idrogeli f-MoS₂/PEGDA/MCH e f-MoS₂/PEGDA. Inoltre, è stata impiegata la stampa 3D, basata sulla tecnologia DLP (Digital Light Processing), per ottenere componenti di piccola dimensione, con spessore definito ed una superficie piatta, portando alla fabbricazione degli idrogeli f-MoS₂/PEGDA/MCH-3DP. Successivamente, l’incorporazione in-situ negli idrogeli ibridi della polianilina (PANI), un polimero conduttivo, ha portato alla formazione di una rete semi-interpenetrante. Le polveri di MoS₂ 2D sintetizzate sono state caratterizzate impiegando l’analisi diffrattometrica XRD, le analisi spettroscopiche UV–Vis e Raman, la microscopia elettronica HR-TEM, la spettroscopia ATR-FTIR e l’analisi del potenziale Zeta (ζ). Gli idrogeli ibridi prodotti, invece, sono stati caratterizzati tramite la microscopia elettronica FE-SEM, in accoppiamento con la spettroscopia EDX, le prove di rigonfiamento e le analisi elettrochimiche ed elettromeccaniche. Complessivamente, gli idrogeli f-MoS₂/PEGDA/MCH/PANI e f-MoS₂/PEGDA/PANI, prodotti per fotopolimerizzazione, hanno mostrato un comportamento piezoresistivo in un intervallo di pressione tra 0,08 kPa (0,60 mmHg) e 2,50 kPa (18,75 mmHg), dimostrando la sensibilità di questi materiali ai normali valori della pressione arteriosa (120 mmHg per la pressione sistolica e 80 mmHg per quella diastolica). Tra questi, i campioni f-MoS₂/PEGDA/MCH/PANI sono risultati più sensibili, in quanto a bassi pesi applicati è stata misurata una corrente maggiore (1 μA a 0,08 kPa) rispetto agli idrogeli f-MoS₂/PEGDA/PANI (0,50 μA a 0,08 kPa), ed hanno presentato un segnale della corrente più stabile nel tempo. Inoltre, gli idrogeli contenenti MCH e PEGDA hanno mostrato una diminuzione più lineare della resistenza all’aumentare della pressione applicata, rispetto agli idrogeli contenenti solo PEGDA, per cui l’aumento della deformazione, indotta da maggiori pressioni applicate, è risultata più evidente. Quanto osservato può essere quindi attribuito ad un migliore comportamento piezoresistivo degli idrogeli f-MoS₂/PEGDA/MCH/PANI. Invece, gli idrogeli f-MoS₂/PEGDA/MCH/PANI-3DP, prodotti mediante stampa 3D DLP, hanno mostrato una bassa sensibilità (0,32 μA a 0,08 kPa), rispetto agli idrogeli prodotti con la lampada UV. Questi risultati dimostrano che gli idrogeli contenenti f-MoS₂/PEGDA/MCH/PANI sono i materiali più promettenti per la realizzazione di sensori piezoresistivi, da integrare in dispositivi indossabili per il monitoraggio della pressione arteriosa, e mettono in luce la necessità di effettuare ulteriori ricerche, per migliorare la sensibilità di rilevamento degli idrogeli ibridi fabbricati tramite stampa 3D DLP.