A smart stretchable multielectrode array : a feasibility study

The work analyzed the approach to integrate stiff islands made of Poly-silicon or Silicon Nitride inside an elastomeric substrate of PolyDiMethylSiloxane (PDMS) through a feasibility study. Stretchable electronics is a technological field that is gaining increasing interest; the possibility to integrate traditional electronics components, such as transistors, converters and amplifiers, inside a substrate able to stretch and bend, allows an increasing number of application in the biomedical field. Implantable devices, such as retinal prostheses, cochlear implants and deep brain stimulation probes, are just examples of applications in which stretchable electronics is providing important innovation. Also the sector of in-vitro cardio-toxicity drug screening is one of the most analyzed topics inside this subject. The feasibility study has been faced through a fabrication process based on traditional clean room procedures; the polymer (PDMS) is introduced just at the end of the fabrication process, avoiding high temperature, able to compromise elastomers. Stiff islands have mechanical properties almost identical to the ones of traditional electronics components; therefore, they provide precious indications about the behavior of these components under stress conditions. Bulge test have been performed on the fabricated devices, studying its behavior under stress condition and evaluating several island’s configurations, changing their shape, dimension and interisland space. Finite Element Method simulations have been performed, allowing to predict the behavior of the stressed membrane and suggesting precious improvements in order to optimize device’s properties.

Nell’elaborato viene studiata la fattibilità dell’integrazione di isole rigide in nitruro di silicio o silicio policristallino in un substrato elastomerico di polidimetilsilossano (PDMS). L’elettronica estensibile rappresenta un campo tecnologico di crescente interesse; la possibilità di integrare i tradizionali componenti dell’elettronica, come transistor, convertitori e amplificatori, all’interno di un substrato in grado di flettersi ed estendersi, apre la porta a molteplici applicazioni nel settore biomedicale. Dispositivi impiantabili, come protesi retiniche, impianti cocleari e sonde per la stimolazione celebrale profonda, sono tra i principali esempi di applicazioni nelle quali l’elettronica estensibile sta consentendo importanti innovazioni. Anche il settore dei test farmacologici in vitro, specie per la cardio tossicità, è una delle branche più studiate all’interno di questa disciplina. Il progetto affronta lo studio di fattibilità attraverso un processo di fabbricazione basato su tradizionali attività di clean room; il polimero (PDMS) viene introdotto al termine del processo di fabbricazione, risolvendo il problema delle alte temperature, alle quali non può essere esposto. Le isole rigide hanno proprietà meccaniche analoghe ai tradizionali componenti elettronici, sono pertanto in grado di fornire preziose indicazioni sul comportamento sotto sforzo di questi ultimi. Test di rigonfiamento sono stati effettuati sulla membrana prodotta, analizzandone il comportamento sotto sforzo e valutando diverse configurazioni delle isole rigide, variandone forma, dimensione e distanza. Simulazioni mediante analisi agli elementi finiti hanno permesso di ipotizzare a priori il comportamento sotto sforzo del dispositivo ed hanno suggerito preziosi miglioramenti al fine di ottimizzarne le proprietà.