Wed, 21 Nov 18 .


Escuela de Ingeniería Electrónica



(:selectlang:)

Repositorio de Tesis de Microsistemas

Page: Maestria.RepositorioTesisMEMS - Last Modified : Tue, 30 Oct 18

Design and Implementation of a MEMS Piezoelectric Sensor Array for Patient Specific Instrumentation used for Total Ankle Replacement.

Autor: Marco V. Bedoya Serrano

Fecha de Publicación: Enero de 2017

Resumen

For several decades, research has been conducted for Total Ankle Replacement (TAR) to be established as the optimal surgical treatment for diseased or degenerative ankle joints. Few reports exist regarding patient specific instrumentation for TAR and to the author knowledge, there is no work related to sensing technology designed for patient specific instrumentation in Total Ankle Replacement. This research analyses how piezoelectric, patient specific instrumentation and micro-electro-mechanical system (MEMS) technologies can be combined to design a thin flexible pressure map sensor for Total Ankle Replacement application. More specifically, the sensor design claims to provide information on how the patient specific instrument fits onto the bone surface when performing a Total Ankle Replacement. Finite Element Analysis is used (FEA) to verify design calculations and afterwards, fabrication and assembly of the sensor are followed. A custom made data acquisition system was designed and built to read the output of the sensor. Prototype successful implementation was achieved through experimental setup, where several test cases scenarios were recorded. In particular, sensor voltage output data ranges from approximately 128 mV to 310 mV, translated in mechanical deformation from approximately 59 MPa to 161 MPa, while theoretical mechanical deformation ranged from 50 MPa to 150 MPa according to calculations and FEA results.

Palabras clave: Flexible pressure map sensor, MEMS, patient specific instrumentation, Total Ankle Replacement, orthopedic sensing technology, contact mechanics, finite element analysis.

Descargar Documento: design_implementation_mems_piezoelectric_sensor.pdf


Design, Simulation and Validation of an Equivalent Circuit Model for a Valveless Piezoelectric Micropump.

Autor: Juan José Rojas Hernández

Fecha de Publicación: Agosto de 2016

Resumen

Equivalent electric circuit models are commonly used in microfluidics to repre- sent the dynamic behavior of fluidic components in terms of their equivalent electric counterparts.

FEM simulation tools are widely used for solving complicated problems, usually involving coupled physics.

In this work a hybrid electric circuit model –HECM– and a complete FEM simula- tion are used to characterize a piezoelectric valveless micropump –PVM–. The model is considered hybrid because the parameters of the lumped elements are obtained using analytic solutions or FEM simulations depending of each case.

Results of those two approaches – HECM and FEM simulations– are compared to experimental results obtained from the fabrication of a number of equal prototypes. The prototypes are fabricated using a technique called GAG –glass adhesive glass– which uses a combination of glass and adhesive layers to create a flow path.

The HECM was 5 times faster in obtaining the required results and it was more accurate to describe the behavior of the PVM.

Palabras clave: equivalent circuit models, piezoelectric, valveless, micropump.

Descargar Documento: design_simulation_validation_equivalent_circuit.pdf


Diseño y Caracterización de Electrodos para la identificación de Sustancias Químicas en Medio Acuoso.

Autor: Hayden Phillips Brenes

Fecha de Publicación: Diciembre de 2016

Resumen

La contaminación de los recursos hídricos se ha convertido en una preocupación trascendente de las organizaciones gubernamentales y privadas. Adicionalmente, la disminución gradual de este recurso demanda grandes esfuerzos para proteger las fuentes de agua no contaminadas que se utilizan para el consumo humano. Sin embargo, el crecimiento acelerado de la población ha exigido extender los campos de cultivo, incrementando el uso de pesticidas y herbicidas. Por estas razones, la detección de contaminación en las fuentes de agua requiere herramientas que permiten el análisis in situ de las muestras, a costos razonables y evitando métodos químicos perjudiciales para el medio ambiente.

Este documento describe el diseño, construcción y caracterización de un micro- electrodo de oro recubierto de polímero poli (3,4 - etilendioxitiofeno) (PEDOT), para medir las concentraciones de contaminantes que amenazan a las fuentes de agua para fines agrícolas y de consumo humano.

El funcionamiento del electrodo se verificó midiendo la concentración de arsénico por medio de voltametría cíclica, que permite observar una magnitud específica de corriente para cada concentración de arsénico. Los resultados experimentales indicaron una sensibilidad máxima del electrodo para una disolución de Arsénico en medio acuoso de 66.7 ug/L y un rango lineal de medición desde 166.7 ug/L hasta 1000 ug/L. Además, la medición se simuló en el paquete de multi-física COMSOL a fin de comparar los resultados experimentales con los resultados teóricos.

Palabras clave: Contaminantes, micro-electrodo, PEDOT, recubrimiento, voltametría cíclica, proceso Redox (reducción-oxidación), difusión de masa, concentración, detección, simulación multifísica.

Descargar Documento: diseno_caracterizacion_electrodos_identificacion_sustancias.pdf


Equivalent circuit modeling for electrochemical impedance spectroscopy.

Autor: Juan José Montero Rodríguez

Fecha de Publicación: Diciembre de 2013

Resumen

El diseño y fabricación de electrodos neurales implantables es un reto, debido a que los materiales y las interfaces deben proveer una baja resistencia a los tejidos, con una alta capacidad de inyección de corriente. En el Instituto de Materiales Ópticos y Electrónicos de la Universidad Técnica de Hamburgo, los investigadores han encontrado una forma de estructurar capas delgadas de polímeros conductores sobre electrodos de oro, mejorando la interfaz entre el metal y los tejidos. La presente tesis trata sobre la caracterización eléctrica de electrodos metálicos cubiertos con capas delgadas de PEDOT:PSS. Un conjunto de 96 electrodos individuales con distinta área superficial y espesor de polímero ha sido medido mediante espectroscopía de impedancia electroquímica. El objetivo de la presente tesis es desarrollar un modelo equivalente para la interfaz metal/polímero/tejido, y ajustar los datos experimentales a este modelo para explorar las distintas capacitancias y resistencias de la interfaz. Un total de seis modelos fueron obtenidos de la literatura, y se implementaron para ajustar los datos usando herramientas comerciales estándar, como MEISP de Kuhmo Petrochemical, o LEVMW de J.R. Macdonald. La conclusión de este trabajo es que la capacitancia entre el polímero y la solución, también llamada capacitancia de doble capa, aumenta linealmente con el espesor del polímero, y es más alta que la capacitancia en la interfaz metal/polímero.

Palabras clave: electrodos, espectroscopía de impedancia, modelo matemático, polímeros conductores.

Descargar Documento: equivalent_circuit_modeling_electrochemical_impedance.pdf


Estructura microfluídica para espectroscopía de impedancia de células humanas.

Autor: Maria José Morales Ballesteros

Fecha de Publicación: 2 de mayo de 2016

Resumen

Esta tesis de maestría forma parte de un proyecto de investigación del Tecnológico de Costa Rica, el cual se basa en confinar células en dispositivos microfluídicos para posteriormente ser analizadas por medio de espectroscopía de impedancia. El problema de confinamiento de células es ideal para ser resuelto mediante microfluídica, ya que esta permite trabajar con dimensiones micrométricas y medir múltiples muestras simultáneamente. La tesis presenta estudios de simulación de diferentes estructuras microfluídicas para lograr un diseño funcional de confinamiento de un conjunto de células vivas. Para el estudio de la dinámica de fluidos y el comportamiento de las células ante el fluido se utilizó COMSOL Multiphysics como herramienta de simulación. Se simularon diferentes geometrías y dimensiones, tras definir parámetros como la velocidad de perfusión, el diámetro de la célula y la densidad del medio de cultivo.

El objetivo de esta tesis es diseñar una microestructura que permita confinar células manteniendo la velocidad de perfusión, donde el dispositivo consta de una entrada del fluido y una salida del mismo. La salida del fluido es necesaria debido al flujo constante de medio de cultivo necesario para mantener células humanas.

Palabras clave: microfluídica, velocidad de perfusión, esfuerzo cortante, espectroscopía de impedancia, células.

Descargar Documento: estructura_microfluidica_espectroscopia_impedancia_celulas.pdf


Estudio Mediante Simulaciones de las Propiedades Eléctricas de la Interfaz Gel-Piel Durante la Estimulación Eléctrica Neuromuscular.

Autor: David Leonardo Sánchez Ordoñez

Fecha de Publicación: Abril de 2014

Resumen

La presente Tesis de Maestría aborda el área de Estimulación Eléctrica NeuroMuscular (NMES por sus siglas en inglés), la cual consta de la activación de fibras nerviosas y musculares por medio de la aplicación de pulsos eléctricos usando dos electrodos colocados sobre la piel. La NMES es utilizada como entrenamiento muscular, rehabilitación y una herramienta de recuperación después del ejercicio. Un gel conductor es utilizado entre el electrodo y la piel para obtener una impedancia de contacto menor y evitar daños cutáneos, sin embargo, estos sistemas todavía deben mejorar en la obtención de una distribución uniforme de la corriente a lo largo de los electrodos. Por tanto, surge la necesidad de estudiar las características eléctricas de la interfaz entre el electrodo y la piel. En la presente Tesis de Maestría se describe y desarrolla un modelo 3D de elementos finitos basado en parámetros obtenidos experimentalmente y de referencias bibliográficas para simular el comportamiento eléctrico de esta interfaz y así obtener dichas características. Una serie de simulaciones son realizadas para determinar el conjunto de parámetros de señal y configuración de electrodos que logran una distribución más equitativa a lo largo de la interfaz gel-piel concluyendo con lineamientos a tener en cuenta para obtener dicha distribución.

Palabras clave: NMES, Modelo de Elementos Finitos, Interfaz Gel-Piel.

Descargar Documento: estudio_mediante_simulaciones_propiedades_electricas.pdf



Tema Sinorca adaptado por David González y Edwin Orias, impulsado por PmWiki

Escuela de Ingeniería Electrónica

Sinorca theme adapted by David González and Edwin Orias, powered by PmWiki

Escuela de Ingeniería Electrónica