Stampa volumetrica di idrogel per sensoristica flessibile = Volumetric 3D printing of hydrogels for soft sensors application

Il campo della sensoristica flessibile sta prendendo sempre maggiore importanza negli ultimi anni, in quanto permette la misura di segnali, inclusi segnali biometrici, mantenendo elevato comfort e adattabilità. Inoltre, rappresenta la chiave di svolta per i cosiddetti “sensori biomimetici”, ovvero dispositivi in grado di riprodurre le caratteristiche sensoristiche (per esempio tatto) di tessuti animali o umani. Per questo ultimo fine, sono due le proprietà che devono essere tenute in considerazione: quelle sensoristiche del materiale stesso (ad esempio piezoresistività) e la geometria del dispositivo stesso, che deve riprodurre le caratteristiche del tessuto target. Questo lavoro di tesi si colloca in questo contesto, ponendosi l’obiettivo di fabbricare nuovi materiali che possano essere utilizzati come sensori flessibili attraverso l’innovativa tecnica della stampa volumetrica Xolografica. Questa è una tecnica di fabbricazione additiva di ultima generazione, che permette di creare strutture 3D complesse e ad alta risoluzione, con velocità di produzione ridotte, tramite un processo di fotopolimerizzazione volumetrica, sfruttando l’intersezione controllata di due fasci luminosi. Durante il lavoro di tesi si sono sviluppati idrogel, ossia costrutti polimerici ad alto contenuto di acqua, compatibili con la stampa, modificando le formulazioni e trovando i parametri di stampa più idonei. Le proprietà che caratterizzano gli idrogel ne fanno materiali estremamente versatili, adatti a un’ampia varietà di applicazioni, tra cui il settore biomedico, l’ingegneria ambientale, la soft robotics e i sistemi per il trattamento delle acque reflue. In seguito, si sono ottimizzati dei protocolli che hanno portato alla crescita conformazionale di un polimero elettricamente conduttivo (polipirrolo), che possa garantire elevata conducibilità elettrica senza rovinare la geometria dei costrutti. Una volta stabilite le procedure, i campioni sono stati caratterizzati, sia dal punto di vista chimico-fisico ( swelling, IR, TGA, DSC, e SEM) che dal punto di vista meccanico, con una particolare attenzione alla piezoresistività dei campioni ottenuti. Lo studio si conclude presentando casi applicativi in ambito biomedico che dimostrano come la stampa Xolografica, seguita dai trattamenti conduttivi post-stampa, possa portare alla fabbricazione di biosensori funzionali. In sintesi, questo lavoro di tesi rappresenta un passo iniziale per lo sviluppi di materiali e strutture innovative, che potranno essere utilizzati in vari campi applicativi non limitati al biomedicale, come ad esempio al soft robotics e l’elettronica di prossima generazione.