Polymer piezolaminated micro-actuator for drug delivery

Polyvinylidene Flouride (PVDF) is one of a few piezolectricaly active semi-crystalline polymer materials; however, the piezoelectric response of PVDF is low in relation that of most piezoelectric ceramics. Logically, piezoelectric ceramic materials are excellent candidates for use in solid-state application like transducers and micro-electrical –mechanical devices .However; two limiting factors of piezoelectric ceramics are the high stiffness and relatively higher cost of fabrication. These are the primary reasons that piezoelectric polymers have been studied so extensively. Furthermore, many polymers offer good biocompatibility, which is either necessary or desirable for some biomedical applications such as actuated micro pumps. The present research work investigates the feasibility of using a polymeric material, Polyvinyl Fluoride (PVDF) as an actuator in a micropump for drug delivery. β phase PVDF films as a piezoelectric layer, PMMA as a membrane and PEDOT-PSS as an electrode are suitable materials for this purpose. In order to analyze the relationship between the radius of the piezoelectric layer, displacement and stroke volume, the numerical computing is accomplished by using Matlab code. It was found that by changing the shape and thickness of the piezoelectric layer, the stroke volume could be higher. Inner and outer radius of ring-shaped piezoelectric and correspondence displacement and stroke volume was generated by Matlab. The result was compared by three other piezoelectric materials AlN, ZnO, and PZT.

Il polivinilidenfluoruro (PVDF) è uno dei pochi materiali polimerici semicristallini piezoelettricamente attivi, la risposta piezoelettrica del PVDF è bassa rispetto a quella della maggior parte dei ceramici piezoelettrici. Logicamente, i materiali ceramici piezoelettrici sono eccellenti candidati per applicazioni a stato solido come trasduttori e dispositivi micro-elettro-meccanici. Comunque, due limitazioni dei ceramici piezoelettrici sono l’elevata rigidezza e il relativamente alto costo di fabbricazione. Sono queste le ragioni principali per cui i polimeri piezoelettrici sono stati studiati in maniera così profonda. Inoltre, molti polimeri offrono una buona biocompatibilità, il che può essere desiderato, o anche necessario, per alcune applicazioni biomediche come le micro-pompe ad attuazione. Il presente lavoro di ricerca investiga la fattibilità dell’utilizzo di un materiale polimerico, il PVDF, come attuatore in una micropompa per rilascio di farmaci. Per questa applicazione, film di PVDF fase β come strato piezoelettrico, PMMA come membrane, e PEDOT-PSS come elettrodo possono essere dei materiali appropriati. Al fine di analizzare la relazione tra il raggio dello strato piezoelettrico, lo spostamento e lo stroke volume, il calcolo numerico viene effettuato attraverso Matlab. E’ stato evidenziato che cambiando la forma e lo spessore dello strato piezoelettrico, è possibile ottenere uno stroke volume più alto. Il raggio interno ed esterno dello strato piezoelettrico di forma anulare, e il corrispondente spostamento e stroke volume sono stati generati con Matlab. Il risultato è stato confrontato con quello di altri tre materiali piezoelettrici ovvero AlN, ZnO e PZT.