Inleiding
Diabetische voetulcera (DFU) behoren tot de meest problematische complicaties van diabetes en leiden vaak tot chronische infecties, verstoorde wondgenezing en, in de meest ernstige gevallen, amputatie van het onderste ledemaat. Traditionele verbanden zorgen voor passieve bescherming, maar maken het noch mogelijk om de toestand van de wonde te monitoren, noch om gerichte behandelingen toe te dienen. Het Interreg DIAMOND-project wil deze beperkingen aanpakken door een nieuwe generatie slimme verbanden te ontwikkelen waarin biosensoren en systemen voor responsieve therapeutische afgifte zijn geïntegreerd.
In dit kader heeft Centexbel zich geconcentreerd op het ontwerp en de productie van in textiel geïntegreerde sensoren die kritische wondparameters, zoals pH en temperatuur, kunnen monitoren. Deze gedrukte sensoren bestaan uit drie elementen: een dielektrische laag die de sensor beschermt tegen zijn omgeving, een referentie-elektrode op basis van zilver en geleidende paden op basis van koolstof die dienen als drager voor de gevoelige componenten en de signaaloverdracht verzekeren. Samen vormen ze essentiële onderdelen van een slim verband dat vroege tekenen van infectie kan detecteren en een gelokaliseerde therapeutische vrijgave kan activeren. Het werk omvat de ontwikkeling van geleidende inkten, de vervaardiging van meerlaagse sensorstructuren en de transfer ervan naar textielsubstraten. Dit document geeft een overzicht van het ontwikkelingsproces van de sensoren, van de belangrijkste technische vooruitgang en van de lopende inspanningen om hun prestaties en integratie in het volledige slimme verband te verbeteren.
Ontwerp van de zeefdrukramen
Om de maakbaarheid van de sensoren te verbeteren en de verstoppingsproblemen van de zeefdrukramen die bij eerdere tests waren opgetreden te verhelpen, werden nieuwe raamontwerpen ontwikkeld (figuur 1). De nieuwe ontwerpen omvatten ruimere sensorgeometrieën met bredere printlijnen, wat de verwerking vergemakkelijkt en uniforme, foutloze afdrukken oplevert, in tegenstelling tot de oude schermen.
Dielektrische laag
Een formulering op basis van polyurethaan (PU) werd ontwikkeld om een uniforme dielektrische laag te verkrijgen die geschikt is voor zeefdruk op siliconenpapier. Het systeem maakt gebruik van een PU-binder als belangrijkste filmvormende component, wat stabiele dielektrische eigenschappen garandeert. Een verharder wordt toegevoegd om de duurzaamheid en de weerstand tijdens de volgende verwerkingsstappen te verbeteren.
Om de drukprestaties te optimaliseren, wordt een reologiemodificator gebruikt om de viscositeit aan te passen en een gladde, homogene laag te verzekeren. Een antischuimmiddel voorkomt luchtinsluiting en garandeert een defectvrije laag. Een kleine hoeveelheid kleurstof wordt uitsluitend toegevoegd om een visuele controle mogelijk te maken tijdens het printen en uitharden en om de uitlijning van opeenvolgende lagen te vergemakkelijken.
CNT-inkt
Er werd een watergedragen formulering ontwikkeld die compatibel is met zeefdruk en die een PU-binder voor hechting, flexibiliteit en filmintegriteit combineert met een geleidend koolstofmateriaal. In dit geval werd gekozen voor een dispersie van koolstofnanobuisjes (CNT) vanwege hun hogere geleidbaarheid in vergelijking met grafiet. Functionele additieven – een oppervlakteactieve stof, een celluloseverdikker en een verharder – werden gebruikt om bevochtiging, reologie en duurzaamheid te optimaliseren. Water maakt het mogelijk de viscositeit aan te passen en een homogene dispersie te garanderen. De bekomen formulering levert een stabiel printproces op dat flexibele, duurzame en geleidende lagen produceert na droging en uitharding.
Zilverelectrode
Een watergedragen inkt (figuur 5) werd gebruikt om de zilvergebaseerde referentie-elektrode te creëren. Deze inkt bevat een PU-binder, een verharder en verschillende additieven, met zilverdeeltjes als geleidend materiaal. In deze ontwikkelingsfase werd uitsluitend metallisch zilver gebruikt; de toevoeging van zilverchloride (AgCl) is gepland in latere formuleringen na verdere optimalisatie. De zilverinkt werd geprint op de dielektrische laag en op de CNT-laag en vervolgens gedroogd om het uitharden te verzekeren (figuur 6).
Transfer van de print naar textiel
De print werd overgebracht naar een polyester textiel met behulp van een speciaal geformuleerde transferpasta, bestaande uit een watergedragen PU-binder, een verharder en een kleine hoeveelheid verdikker om de gewenste viscositeit te bereiken. Eerst werd een laag van deze pasta aangebracht op het dragerpapier met de gedrukte sensor en gedroogd. Vervolgens werd het textiel op de transferlaag geplaatst en thermisch geperst. Na het persen werd het dragerpapier voorzichtig verwijderd, waardoor het gedrukte patroon netjes werd overgezet en stevig aan het textieloppervlak gehecht bleef (figuur 7).
De sensormonsters werden vervolgens op maat gesneden en naar UMons gestuurd voor testen. De resultaten toonden aan dat de op zilver gebaseerde sensor correct functioneerde. De geleidbaarheid van de CNT-sensoren blijft echter laag (ongeveer 20 kΩ), wat onvoldoende is voor elektrochemische metingen.
Lopende werkzaamheden
Het formulatieonderzoek wordt voortgezet om de geleidbaarheid van de op CNT gebaseerde sensoren te verbeteren. Een mogelijke piste is het verhogen van de hoeveelheid CNT-dispersie in de formulering. Een andere benadering is het opnemen van een hoger aandeel grafiet, aangezien grafietdispersies doorgaans met een hoger vaste-stofgehalte beschikbaar zijn dan CNT-dispersies. Daarnaast zullen ook andere soorten textiel getest worden ter vervanging van polyester.
Dit onderzoek werd gefinancierd door het programma Interreg Frankrijk–Wallonië–Vlaanderen en medegefinancierd met steun van VLAIO en de provincie Oost-Vlaanderen.
Geschreven door Elbeshary Mohammed, Willem Uyttendaele en Myriam Vanneste
