Análisis de tensiones deformaciones en un actuador para dispositivo biomems utilizando FEM

Propósito: Para la lograr la integración en microdispositivos implantables se requiere disponer de actuadores con bajo nivel de consumo y con una vida útil prolongada. En la actualidad se pueden construir actuadores con bajas corrientes y tensiones eléctricas de actuación utilizando polímeros conductivos. La vida útil de los actuadores es afectada por fenómenos de delaminación en la interfase metal-polímero. Objetivo: Cuantificar y analizar las tensiones mecánicas que se presentan en el actuador cuando es estimulado eléctricamente. Metodología: En este trabajo se analizan las distribuciones de tensiones-deformaciones en un actuador de PPy (DBS) a partir de estimularlo eléctricamente y registrar las posiciones del actuador. Con la descripción de las posiciones de actuador y sus propiedades materiales, se calcularon las tensiones mecánicas presentes usando un modelo FEM 2D; se analizaron las deformaciones resultantes en la viga a partir de imponer los desplazamientos observados en forma experimental. La viga se modeló como un sólido elástico lineal e isotrópico. Se compararon los resultados obtenidos con los provenientes de modelos analíticos. Resultados: Se presentaron los registros con la descripción cinemática del actuador y su relación con el flujo de iones en el material polimérico. Las máximas excursiones del actuador se obtuvieron cuando el polímero se estimulo con 1V y -1,12 V. Cuando es energizado con 1V, el polímero expulsa iones de su matriz porosa obteniendo un radio de curvatura de 11,60 mm; cuando se lo estimula con -1,12 V ingresan iones obteniendo una curvatura de 66,17 mm. Se encontró que para una curvatura de 66,77 mm, la deformación del sustrato del actuador fue de -0,1% (compresión). Conclusiones: Con el modelo en elementos finitos se observan las regiones del actuador donde se concentran las tensiones identificando rangos de funcionamiento que eviten la delaminación el actuador. El modelo numérico presentado, permite simular y evaluar el comportamiento de actuadores con dimensiones no uniformes en el espesor de polímeros conductores.Fil: Sassetti, Fernando. Consejo Nacional de Investigaciones Científicas y Técnicas; Argentina. Universidad Nacional de Entre Ríos. Facultad de Ingeniería; ArgentinaFil: Zalazar, Martin. Universidad Nacional de Entre Ríos. Facultad de Ingeniería; Argentina. Consejo Nacional de Investigaciones Científicas y Técnicas; ArgentinaFil: Vottero, Nicolás Luis. Universidad Nacional de Entre Ríos. Facultad de Ingeniería; Argentina. Consejo Nacional de Investigaciones Científicas y Técnicas. Centro Científico Tecnológico Conicet - Santa Fe. Centro de Investigaciones en Métodos Computacionales. Universidad Nacional del Litoral. Centro de Investigaciones en Métodos Computacionales; ArgentinaFil: Guarnieri, Fabio Ariel. Consejo Nacional de Investigaciones Científicas y Técnicas. Centro Científico Tecnológico Conicet - Santa Fe. Centro de Investigaciones en Métodos Computacionales. Universidad Nacional del Litoral. Centro de Investigaciones en Métodos Computacionales; Argentina. Universidad Nacional de Entre Ríos. Facultad de Ingeniería; Argentin

Integration technologies for implantable microsystems

Microsystems targeted for implantation require careful consideration of power, thermals, size, reliability, and biocompatibility. The presented research explored appropriate integration technologies for an implantable drug delivery system suitable for use in mice weighing less than 20 grams. Microsystems technology advancements include in situ pump diaphragm formation; integrated, low volume microfluidic coupling technologies; and incorporation of a low voltage, low-power pump actuation with a zero-power off state. Utility of the developed integration technologies have been tested through in vitro reliability and validation experiments. A four-chamber peristaltic pump was created using micromachining (e.g. thin film deposition and Si etching) and direct write techniques. A novel phase change material based actuator was designed and fabricated to deflect deformable diaphragms into and out of four pump chambers while the diaphragms isolated the pumped fluid from the working material. Polyimide capillary tubing with 140-μm OD was integrated in-plane and acted as fluidic interconnects to a drug supply and to the pharmaceutical delivery site. Parylene C conformal coating and the design for gap occlusion provided sealed, flexible tubing connections to the micropump. The per chamber actuation power of 10.1 mW at 0.083 Hz resulted in fluid flow of over 100 nL/min with an efficiency of 11 mJ/nL