Characterization of inkjet-printed interdigitated electrodes for wearable hydration monitoring applications

The progressive aging of the population is reshaping healthcare needs, highlighting the importance of continuous and non-invasive monitoring tools for physiological parameters such as hydration. Dehydration is a frequent yet often unrecognized condition among elderly individuals, whose reduced thirst perception and impaired homeostatic regulation make early detection difficult. In this context, wearable systems represent a promising approach to enable real-time tracking of hydration levels within telemedicine frameworks. This thesis investigates the electrochemical characterization of inkjet-printed interdigitated electrodes (IDEs) based on silver nanoparticles deposited on flexible polyimide substrates. The study is carried out within the project “MuSe: Multi-Sensor Wearable Device for Telemedicine” by the Italian Ministry of University and Research (MIUR) under the PRIN 2022 program (project code 2022WT443M, CUP E53C24002640006). The printed IDEs were characterized through morphological and electrochemical analyses to evaluate their quality, stability, and sensing capability. Electrochemical impedance spectroscopy (EIS) was employed to investigate the electrodes’ response in saline solutions of varying ionic concentrations and in agar-based phantoms simulating tissue dehydration. The results revealed strong correlations between the impedance spectra and the electrolyte content, as well as a significant phase variation linked to water loss, allowing the identification of the most informative frequency ranges for hydration monitoring. Overall, the study provides a comprehensive assessment of the metrological performance of printed IDEs, demonstrating their potential as reliable, low-cost sensing elements for future wearable systems dedicated to continuous hydration monitoring and telemedicine applications

Il progressivo invecchiamento della popolazione sta ridefinendo le esigenze a livello sanitario, evidenziando la necessità di strumenti per il monitoraggio continuo e non invasivo per la valutazione di parametri fisiologici fondamentali, come il livello di idratazione. La disidratazione rappresenta una condizione frequente ma spesso non riconosciuta, soprattutto tra le persone anziane, nelle quali la ridotta percezione della sete e la diminuita capacità di regolazione omeostatica rendono difficile una diagnosi tempestiva. In questo contesto, i dispositivi indossabili offrono un approccio promettente per il monitoraggio in tempo reale dello stato di idratazione, in un’ottica di telemedicina e assistenza preventiva. La presente tesi studia la caratterizzazione elettrochimica di elettrodi interdigitati (IDEs) stampati a getto d’inchiostro con inchiostri a base di nanoparticelle d’argento su substrati flessibili in poliimmide. Il lavoro si inserisce nel progetto "Muse: Multi-Sensor Wearable device for Telemedicine" finanziato dal Ministero dell’Università e della Ricerca nell’ambito del Bando relativo allo scorrimento delle graduatorie finali del bando PRIN 2022 (codice progetto 2022WT443M, CUP E53C24002640006), finalizzato allo sviluppo di piattaforme indossabili autonome per il monitoraggio dello stato di salute. I sensori realizzati sono stati sottoposti a caratterizzazione morfologica ed elettrochimica per valutarne la qualità, la stabilità e sensibiltà. Le misure di spettroscopia di impedenza elettrochimica (EIS) sono state utilizzate per analizzare la risposta degli elettrodi in soluzioni saline a diverse concentrazioni ioniche e in campioni di agar (materiale simile al tessuto cutaneo) per simulare la disidratazione cutanea. I risultati hanno mostrato una forte correlazione tra le variazioni di impedenza e la concentrazione salina, nonché una significativa variazione di fase associata alla perdita d’acqua, permettendo di individuare gli intervalli di frequenza più sensibili alle variazioni di idratazione. Nel complesso, lo studio fornisce una valutazione approfondita delle prestazioni metrologiche degli IDEs stampati, dimostrando il loro potenziale come elementi sensoriali affidabili e a basso costo per futuri sistemi indossabili destinati al monitoraggio continuo dell’idratazione e alle applicazioni in telemedicina.