Detection of dangerous situations using a smart internet of things system

The Internet of Things (IoT) is a concept that can foster the emergence of innovative applications. In order to minimize parents’s concerns about their children’s safety, this paper presents the design of a smart Internet of Things system for identifying dangerous situations. The system will be based on real time collection and analysis of physiological signals monitored by non-invasive and non-intrusive sensors, Frequency IDentification (RFID) tags and a Global Positioning System (GPS) to determine when a child is in danger. The assumption of a state of danger is made taking into account the validation of a certain number of biometric reactions to some specific situations and according to a self-learning algorithm developed for this architecture. The results of the analysis of data collected and the location of the child will be able in real time to child’s care holders in a web application.

Development of polymer wicks for the fabrication of bio-medical sensors

Polymer based wicking structures were fabricated by sintering powders of polycarbonate (PC), ultra-high molecular weight polyethylene and polyamide 12, aiming at selecting a suitable material for an innovative electroencephalography (EEG) bio-electrode. Preliminary experiments showed that PC based wicks displayed the best mechanical properties, therefore more detailed studies were carried out with PC to evaluate the influence of powder granulometry and processing parameters (pressure, temperature and time) on the mechanical properties, porosity, mean pore radius and permeability of the wicks. It was concluded that the mechanical properties are significantly enhanced by increasing the processing time and pressure, although at the expense of a significant decrease of porosity and mean pore diameter (and thus permeability), particularly for the highest applied pressures (74kPa). However, a good compromise between porosity/permeability and mechanical properties could be obtained by sintering PC powders of particle sizes below 500μm at 165°C for 5min, upon an applied pressure of 56kPa. Moreover, PC proved to be chemically stable in contact with an EEG common used disinfectant. Thus, wicking structures with appropriate properties for the fabrication of reusable bio-electrodes could be fabricated from the sintering of PC powders.

Towards "green" smart materials for force and strain sensors: The case of polyaniline

Stress/strain sensors constitute a class of devices with a global ever-growing market thanks to their use in many fields of modern life. They are typically constituted by thin metal foils deposited on flexible supports. However, the low inherent resistivity and limited flexibility of their constituents make them inadequate for several applications, such as measuring large movements in robotic systems and biological tissues. As an alternative to the traditional compounds, in the present work we will show the advantages to employ a smart material, polyaniline (PANI), prepared by an innovative environmentally friendly route, for force/strain sensor applications wherein simple processing, environmental friendliness and sensitivity are particularly required.

Inkjet printing technology for flexible pressure sensors

Tese de Doutoramento Ciência e Engenharia de Polímeros e Compósitos.

Patterned CNT-PDMS nanocomposites for flexible pressure sensors

This paper reports the fabrication process and characterization of a flexible pressure sensor based on polydimethylsiloxane (PDMS) and multi-walled carbon nanotubes (CNT-PDMS). The proposed approach relies on patterned CNT-PDMS nanocomposite strain gauges fabricated with SU-8 microstructures (with the micropatterns) in a low‑cost and simple fabrication process. This nanocomposite polymer is mounted over a PDMS membrane, which, in turn, lies on top of a PDMS diaphragm like structure. This configuration enables the PDMS membrane to bend when pressure is applied, thereby affecting the nanocomposite strain gauges, effectively changing their electrical resistance. Carbon nanotubes have several advantages such as excellent mechanical properties, high electrical conductivity and thermal stability. Furthermore, the measurement range of the proposed sensor can be adapted according to the application by varying the CNTs content and geometry of microstructure. In addition, the sensor’s biocompatibility, low cost and simple fabrication makes it very appealing for biomechanical strain sensing. The sensor’s sensitivity was about 0.073%ΔR/mmHg.

Flexible gastrointestinal motility pressure sensors based on aluminum thin-film strain-gauge arrays

This paper reports on an innovative approach to measuring intraluminal pressure in the upper gastrointestinal (GI) tract, especially monitoring GI motility and peristaltic movements. The proposed approach relies on thin-film aluminum strain gauges deposited on top of a Kapton membrane, which in turn lies on top of an SU-8 diaphragm-like structure. This structure enables the Kapton membrane to bend when pressure is applied, thereby affecting the strain gauges and effectively changing their electrical resistance. The sensor, with an area of 3.4 mm2, is fabricated using photolithography and standard microfabrication techniques (wet etching). It features a linear response (R2 = 0.9987) and an overall sensitivity of 2.6 mV mmHg−1. Additionally, its topology allows a high integration capability. The strain gauges’ responses to pressure were studied and the fabrication process optimized to achieve high sensitivity, linearity, and reproducibility. The sequential acquisition of the different signals is carried out by a microcontroller, with a 10-bit ADC and a sample rate of 250 Hz. The pressure signals are then presented in a user-friendly interface, developed using the Integrated Development Environment software, QtCreator IDE, for better visualization by physicians.

Development of multifunctional coatings deposited on polymers based sensors for biomedical applications

Tese de Doutoramento (Programa Doutoral em Engenharia de Materiais)

Análisis y optimización del radio enlace en un sistema RFID

El proyecto tiene como principal objetivo lograr mejorar el enlace entre el tag y el Reader, en un sistema RFID (Radio Frecuency IDentification). El mismo será abordado desde dos ópticas de trabajo; La primera, es lograr el mismo alcance de los sistemas actuales, reduciendo la potencia aportada por el Reader. En esta situación su principal aplicación será en los implantes en seres vivos, disminuyendo la radiación electromagnética en los mismos. La segunda, es lograr aumentar la distancia del alcance del enlace, sin aumentar la potencia del Reader.

Análisis y optimización del radio enlace de un sistema RFID y redes de sensores inalámbricos (WSN)

Un sistema inalámbrico en UHF puede ser utilizado tanto para la identificación de productos como para la adquisición de datos. Si se encuadra en la identificación se está refiriendo a sistemas “RFID” y si se encuadra en la adquisición de datos se está en presencia de una “Red de Sensores Inalámbrica”. El presente proyecto pretende desarrollar una plataforma de discusión permanente sobre estas tecnología que permita la optimización de los diferentes estamentos de la red. El proyecto tiene como objetivo general mejorar las prestaciones del vinculo entre los distintos elementos en un sistema RFID (Radio Frecuency Identification) o WSN (Wireless Sensor Network). En tal sentido, se propone en una primer línea de investigación, el desarrollo de un modelo que caracterice una red inalámbrica de sensores en UHF, permitiendo luego simularla bajo distintas condiciones. El objetivo es tener una herramienta con la cual se pueda estudiar y simular el comportamiento de una red con varios nodos. Una segunda línea de trabajo aborda el problema del test para sistemas RFID y WSN, con énfasis en nodos activos y pasivos diseñados con circuitos analógicos y digitales configurables y componentes comerciales. Así, se propone el desarrollo de estrategias de test de bajo consumo y alto desempeño focalizadas en las secciones analógicas, de conversión y digitales configurables del nodo. Los trabajos específicos planteados para responder a los objetivos que se pretenden son: La caracterización y modelado del enlace inalámbrico en UHF; La caracterización y modelado del transceptor en sus distintas etapas; La caracterización y modelado de la red con los distintos nodos; El estudio de nuevos diseños de antenas; El estudio de distintas adaptaciones de la etapa de RF con la antena; El estudio de alternativas de distintas modulaciones de las señales a transmitir; Proponer estrategias de simulación y/o emulación de fallas para sistemas analógicos y digitales que permita la evaluación de las estrategias de test y de los mecanismos de recuperación ante fallas; Evaluar el funcionamiento en laboratorio y en campo de los nodos y el lector

Diseño y caracterización de plataformas de biorreconocimiento basadas en el uso de nanoestructuras, biomoléculas y polímeros. Aplicaciones para el desarrollo de (bio)sensores electroquímicos. Design and characterization of biorecognition platforms based on the use of nanostructures, biomolecules and polymers. Applications for the development of electrochemical (bio)sensors.

Los requerimientos de métodos analíticos que permitan realizar determinaciones más eficientes en diversas ramas de la Química, así como el gran desarrollo logrado por la Nanobiotecnología, impulsaron la investigación de nuevas alternativas de análisis. Hoy, el campo de los Biosensores concita gran atención en el primer mundo, sin embargo, en nuestro país es todavía un área de vacancia, como lo es también la de la Nanotecnología. El objetivo de este proyecto es diseñar y caracterizar nuevos electrodos especialmente basados en el uso de nanoestructuras y estudiar aspectos básicos de la inmovilización de enzimas, ADN, aptámeros, polisacáridos y otros polímeros sobre dichos electrodos a fin de crear nuevas plataformas de biorreconocimiento para la construcción de (bio)sensores electroquímicos dirigidos a la cuantificación de analitos de interés clínico, farmaco-toxicológico y ambiental.Se estudiarán las propiedades de electrodos de C vítreo, Au, "screen printed" y compósitos de C modificados con nanotubos de C (CNT) y/o nanopartículas (NP) de oro y/o nanoalambres empleando diversas estrategias. Se investigarán nuevas alternativas de inmovilización de las biomoléculas antes mencionadas sobre dichos electrodos, se caracterizarán las plataformas resultantes y se evaluarán sus posibles aplicaciones analíticas al desarrollo de biosensores con enzimas y ADNs como elementos de biorreconocimiento. Se funcionalizarán CNT con polímeros comerciales y sintetizados en nuestro laboratorio modificados con moléculas bioactivas. Se diseñarán y caracterizarán nuevas arquitecturas supramoleculares basadas en el autoensamblado de policationes, enzimas y ADNs sobre Au. Se evaluarán las propiedades catalíticas de NP de magnetita y de perovskitas de Mn y su aplicación al desarrollo de biosensores enzimáticos. Se diseñarán biosensores que permitan la detección altamente sensible y selectiva de secuencias específicas de ADNs de interés clínico. Se estudiará la interacción de genotóxicos con ADN (en solución e inmovilizado) y se desarrollarán biosensores que permitan su cuantificación. Se construirán biosensores enzimáticos para la cuantificación de bioanalitos, especialmente glucosa, fenoles y catecoles, y sensores electroquímicos para la determinación de neurotransmisores, ácido úrico y ácido ascórbico. Se diseñarán nuevos aptasensores electroquímicos para la cuantificación de biomarcadores, comenzando por lisozima y trombina y continuando con otros de interés regional/nacional.Se emplearán las siguientes técnicas: voltamperometrías cíclica (CV), de pulso diferencial (DPV) y de onda cuadrada (SWV); "stripping" potenciométrico a corriente constante (PSA); elipsometría; microbalanza de cristal de cuarzo con cálculo de pérdida de energía por disipación (QCM-D); resonancia de plasmón superficial con detección dual (E-SPR); espectroscopía de impedancia electroquímica (EIE); microscopías de barrido electroquímico (SECM), de barrido electrónico (SEM), de transmisión (TEM) y de fuerzas atómicas (AFM); espectrofotometría UV-visible; espectroscopías IR, Raman, de masas, RMN.Se espera que la inclusión de los CNT y/o de las NP metálicas y/o de los nanoalambres en los diferentes electrodos permita una mejor transferencia de carga de diversos analitos y por ende una detección más sensible y selectiva de bioanalitos empleando enzimas, ADN y aptámeros como elementos de biorreconocimiento. Se espera una mayor eficiencia en los aptasensores respecto de los inmunosensores, lo que permitirá la determinacion selectiva de diversos biomarcadores. La modificación de electrodos con nanoestructuras posibilitará la detección altamente sensible y selectiva del evento de hibridación. La respuesta obtenida luego de la interacción de genotóxicos con ADN permitirá un mejor conocimiento de la asociación establecida, de la cinética y de las constantes termodinámicas. Los neurotransmisores podrán ser determinados a niveles nanomolares aún en muestras complejas.

Sensores basados en nanocavidades de sistemas supramoleculares. Sensors based on nanocavities of supramolecular systems.

Uno de los grandes desafíos analíticos es resolver la complejidad del análisis de cantidades trazas de compuestos orgánicos debido a la baja sensibilidad analítica de las técnicas usuales que permiten una determinación específica como IR o RMN. El uso de espectrofotometría UV-Visible y espectroluminiscencia, técnicas que presentan mayor sensibilidad, se ve dificultada en muchos casos por el efecto matriz producido en el tratamiento de muestras reales y complejas o pérdida de la selectividad debido a la superposición de bandas.La interacción por formación de complejos entre determinados sustratos y receptores macrocíclicos que presentan poros o cavidades nanométricas, puede afectar las propiedades espectroscópicas de los sustratos. La respuesta de técnicas sensibles puede traducirse así en un análisis selectivo debido al reconocimiento molecular que se establece entre un dado receptor y el sustrato de interés. Por otra parte puede mejorar la sensibilidad debido a efectos de micropolaridad del medio, a efectos de restricciones de grados de libertad, por compartamentalización o protección de los estados excitados de los sustratos incluidos. El uso analítico de receptores selectivos es un área actualmente en desarrollo, que permite una rápida determinación de especies químicas, disminuyendo el efecto de interferentes, mejorando la sensibilidad y disminuyendo el tratamiento de la muestra.Se estudiarán los mecanismos involucrados en las interacciones y los factores que los modifican por técnicas espectroscópicas como UV-visible, RMN y luminiscencia. Se determinarán los parámetros analíticos por luminiscencia en los medios y condiciones en que la sensibilidad analítica muestre el mayor incremento. Se realizarán las pruebas de validación en las mejores condiciones para cada uno y mezclas de analitos relacionados en muestras reales.

Aplicació de la tecnologia RFID a les cadenes de subministrament: estudi de viabilitat

El present treball és un projecte d'aplicació de la tecnologia RFID a les cadenes de subministrament per tal de millorar-ne la gestió interna i d'augmentar l'eficiència i la productivitat de les empreses d'aquest sector.

Caracterització d'oscil·ladors basats en CMOS-M/NEMS i la seva aplicació com a sensors de massa

El present projecte tracta sobre la caracterització d'oscil·ladors basats en ressonadors micro/nanoelectromecànics (M/NEMS) i la seva aplicació com a sensors de massa. Els oscil·ladors utilitzats es basen en un pont i una palanca ressoants M/NEMS, integrats en tecnologia CMOS. En primer lloc s'ha fet una introducció teòrica als conceptes utilitzats per a entendre el funcionament i la caracterització dels dispositius. A continuació s'han realitzat proves per tal de caracteritzar els paràmetres importants per a l'ús dels oscil·ladors com a sensors de massa, com la seva estabilitat en freqüència. Per acabar s'han aplicat aquests sensors en la caracterització i modelització del flux de massa a través d'obertures de dimensions micromètriques.