Design, fabrication, and characterization of biocompatible soft strain sensors for implantable applications
İmplant uygulamaları için biyo-uyumlu gerinim sensörlerinin tasarım, üretim ve karakterizasyonu
- Tez No: 944172
- Danışmanlar: DR. ÖĞR. ÜYESİ LEVENT BEKER
- Tez Türü: Yüksek Lisans
- Konular: Biyoteknoloji, Elektrik ve Elektronik Mühendisliği, Makine Mühendisliği, Biotechnology, Electrical and Electronics Engineering, Mechanical Engineering
- Anahtar Kelimeler: Belirtilmemiş.
- Yıl: 2025
- Dil: İngilizce
- Üniversite: Koç Üniversitesi
- Enstitü: Fen Bilimleri Enstitüsü
- Ana Bilim Dalı: Makine Mühendisliği Ana Bilim Dalı
- Bilim Dalı: Makine Mühendisliği Bilim Dalı
- Sayfa Sayısı: 104
Özet
Kardiyovasküler hastalıklar, dünya genelinde önemli bir sağlık sorunu olmaya devam etmekte ve ileri teşhis ve tedavi araçlarına olan ihtiyacı vurgulamaktadır. Sol ventrikül gerinim analizi yoluyla sürekli kardiyak izleme, özellikle ameliyat sonrası sonuçların iyileştirilmesinde ve hastane tekrar yatış oranlarının azaltılmasında önemli bir potansiyel sunmaktadır. Bu çalışma, hassas ve uzun vadeli kardiyak izleme çözümleri için özel olarak tasarlanmış biyouyumlu yumuşak gerinim sensörlerinin tasarımı, üretimi ve karakterizasyonuna odaklanmaktadır. Direnç tabanlı ve kapasitif olmak üzere iki sensör tipi geliştirilmiştir. Direnç bazlı sensörler, gerinim ölçümünde uygulanabilirliği göstermiş, ancak döngüsel yükleme altında dayanıklılık sorunlarıyla karşılaşmıştır. Bu bağlamda, istikrar ve hassasiyet açısından üstünlük sunan tarak konfigürasyonlu kapasitif sensörler tasarlanmıştır. Polidimetilsiloksan ile enkapsüle edilen ve 25 µm bakır iletken elemanlarla üretilen kapasitif sensörler, tasarımında teorik olarak 0,228 pF'lik bir başlangıç kapasitansı sağlamış ve sırasıyla %5, %10 ve %15 gerinim altında 10, 20 ve 30 fF kapasitans artışları göstermiştir. Dayanıklılık testlerinde, sensörler 12 saat döngüsel gerinime maruz bırakılmış ve minimal başlangıç kayması ve tutarlı sinyal devamlılığı sergilemiştir. Ayrıca, kapasitif sensörler %25 gibi büyük gerinim genliklerinde stabil kalmış ve çeşitli kuvvetlere karşı basınç duyarsızlığı göstermiştir, bu da dinamik fizyolojik ortamlar için operasyonel güvenilirliği garanti etmektedir. ViVitro Superpump kullanılarak simüle edilmiş kardiyak koşullar altında yapılan karakterizasyon, sensörün düşük hacimsel değişiklikleri algılama ve bir kalp atışının farklı evrelerini doğru bir şekilde izleme yeteneğini doğrulamıştır. Bu bulgular, önerilen sensörlerin gerçek zamanlı telemetrik kardiyak izleme için yüksek hassasiyet, dayanıklılık ve biyouyumluluk sunduğunu göstermektedir. Bu çalışma, kardiyovasküler bakımı geliştirmeyi amaçlayan bir sonraki nesil implant edilebilir cihazlar için kritik bir temel oluşturmaktadır.
Özet (Çeviri)
Cardiovascular diseases remain a major global health challenge, with effective post-operative monitoring critical for improving patient outcomes and reducing hospital readmissions. This study presents the design, fabrication, and characterization of biocompatible soft strain sensors for implantable applications, focusing on continuous and precise cardiac strain monitoring. Two sensor types were developed: resistive and capacitive. While the resistive sensors provided initial insights, they faced durability limitations under cyclic loading, leading to the design of capacitive sensors with interdigitated configurations. The capacitive sensors were constructed with polydimethylsiloxane encapsulation and 25 µm copper conductive elements. Theoretically, this design yielded a baseline capacitance of 0.228 pF and demonstrated sensitivity increments of 10, 20, and 30 fF under 5%, 10%, and 15% strain, respectively. Durability tests included continuous cyclic loading at 10% strain for over 12 hours, where the sensors exhibited minimal baseline drift and consistent signal integrity. Additionally, the capacitive sensors maintained stability under large strain amplitudes of 25% and demonstrated pressure insensitivity, ensuring operational reliability in dynamic physiological environments. Characterization under simulated cardiac conditions using a ViVitro Superpump confirmed the sensor's ability to detect minimal volumetric changes and to accurately trace distinct phases of a heartbeat. These findings underscore the potential of the proposed sensors for real-time telemetric cardiac monitoring, offering high sensitivity, durability, and biocompatibility. This work lays a critical foundation for next-generation implantable devices aimed at enhancing cardiovascular care.
Benzer Tezler
- Novel wireless RF-biomems implant sensors of metamaterials
Metamalzeme özgün kablosuz RF-biyomems implant sensörler
ROHAT MELİK
Doktora
İngilizce
2010
Elektrik ve Elektronik Mühendisliğiİhsan Doğramacı Bilkent ÜniversitesiElektrik-Elektronik Mühendisliği Ana Bilim Dalı
DOÇ. DR. HİLMİ VOLKAN DEMİR
- Design, fabrication and characterization of light-responsive functionalized hydrogel for tissue engineering applications
Doku mühendisliği uygulamaları için ışığa duyarlı fonksiyonelleştirilmiş hidrojelin tasarımı, imalatı ve karakterizasyonu
SYEDA RUBAB BATOOL
Doktora
İngilizce
2021
BiyomühendislikKoç ÜniversitesiBiyomedikal Bilimler ve Mühendislik Ana Bilim Dalı
DOÇ. DR. SEDA KIZILEL
- Preparation of biocompatible composite 3d architectures based on graphene oxide (GO) and chitosan for flexible all solid state supercapacitors
Esnek tüm katı hal süper kapasitörler için grafen oksit (GO) ve kitosan bazlı biyouyumlu kompozit 3d mimarilerin hazırlanması
SAEIDEH ALIPOORILEMEESLAM
Doktora
İngilizce
2024
Polimer Bilim ve TeknolojisiHacettepe ÜniversitesiPolimer Bilim ve Teknolojisi Ana Bilim Dalı
PROF. DR. MURAT BARSBAY
- Design, fabrication and characterization of biodegradable scaffolds for tissue engineering and regenerative medicine applications
Doku mühendisliği ve rejeneratif tıp uygulamaları için biyoçözünür iskele yapılarının tasarımı, üretimi ve karakterizasyonu
MUHAMMAD ANWAAR NAZEER
Doktora
İngilizce
2018
BiyomühendislikKoç ÜniversitesiBiyomedikal Bilimler ve Mühendislik Ana Bilim Dalı
PROF. DR. İSKENDER YILGÖR
- Bakır ve çinko içeren biyoaktif cam katkılı nanokompozit yapı iskelesi üretimi
Fabrication of nanocomposite scaffold with copper and zinc doped bioactive glasses
ZEYNEP ATASAYAR
Yüksek Lisans
Türkçe
2021
Biyomühendislikİstanbul Teknik ÜniversitesiKimya Mühendisliği Ana Bilim Dalı
PROF. DR. SADRİYE OSKAY