Electrode Fabrication Through Additive Manufacturing and Thermoplastic Nanocomposites

Abstract

n the present day, additive manufacturing, also known as 3D printing, is becoming a more common and relevant technique. Additive manufacturing provides an easy and cost-effective way to fabricate devices that can be easily personalised, by changing the design to enhance performance and/or adapt to the dimension of the patient’s body. These characteristics make this method quite appealing to the healthcare world that needs to provide simple and practical solutions for the expanding demand for care. Nowadays there is an increased concern about patient comfort during exams and medical procedures. One of the devices that can improve in this area are electrodes. Electrodes work as an intermediate between the biosignals and the biosensor circuits. Surface electrodes are a non-invasive technique for analyzing electrophysiological signals. These devices are an essential tool for performing multiple exams such as Electromyogra- phy (EMG), Electrocardiogram (ECG) and Electroencephalogram (EEG). There is also a demand for electrodes capable of analysing muscle groups instead of just one muscle. In the last few years there have been more and more studies to utilize additive manufacturing to fabricate electrodes. These studies have successfully created electrodes that can be replicated using low-cost materials (e.g. thermoplastics) that are commonly found in the market. Besides that, 3D printing is especially appealing for wearable devices since it allows the personalization of care and allows easy adaptability of the design to the patient’s needs and features. In this dissertation it is proposed a prototype device of an electrode capable of cap- ture electromyography signals of the biceps and triceps simultaneously, that allows the evaluation of the muscle activity. The research work described in this dissertation was carried out in accordance with the norms established in the ethics code of Universidade Nova de Lisboa. The work described and the material presented in this dissertation, with the exceptions clearly indicated, constitute original work carried out by the author.

Nos dias de hoje, a fabricação aditiva, também conhecida como impressão 3D, tem-se tornado uma técnica mais relevante e comum. A fabricação aditiva potencia uma forma simples e de baixo custo, de fabricar dispositivos que podem ser facilmente personalizáveis, mudando o design para melhorar a performance e/ou para permitir uma melhor adaptação ao corpo do paciente. Estas características fazem este método bastante interessante para o mundo da saúde que precisa de soluções simples e práticas para a crescente demanda de cuidados. Atualmente há uma crescente preocupação com o conforto dos pacientes durante exames e procedimentos médicos. Um dos dispositivos que pode melhorar nesta área são os elétrodos. Os elétrodos funcionam como intermediários entre os sinais fisiológicos e os circuitos dos biossesnores. Os életrodos de superfície são uma forma não invasiva de analisar sinais eletrofisiológicos. Estes dispositivos são utilizados para realizar diversos exames tais como eletromiografia, ecocardiograma e electroencefalograma. Para além disso, há também uma grande procura de métodos para analisar grupos de músculos em vez de apenas um músculo de cada vez. Nos últimos anos têm havido cada vez mais estudos em que a impressão 3D é utilizada para fabricar biossensores, e têm sido bastante bem sucedidos em criar dispositivos que podem ser facilmente replicados usando materiais de baixo custo, como por exemplo, termoplásticos que são facéis de obter no mercado. Nesta dissertação é proposto um protótipo de um elétrodo capaz de avaliar a atividade muscular simultaneamente do bícep e do trícep através da captação sinais de eletromio- grafia. O trabalho de investigação descrito nesta dissertação foi realizado de acordo com as normas estabelecidas no código de ética da Universidade Nova de Lisboa. O trabalho descrito e o material apresentado nesta dissertação, com as exceções claramente indicadas, constituem trabalho original realizado pela autora.