4D Printing of Polymeric Stimuli-Sensitive Auxetic Patch for Biomedical Sensing Application. Masters thesis, King Fahd University of Petroleum and Minerals.

PDF Octaviani Siregar_Thesis Book Final_202303110.pdf Restricted to Repository staff only until 19 January 2027. Download (7MB)

Arabic Abstract

تُضفي الطباعة رباعية الأبعاد (4D) خاصية التكيف الزمني على الهيكل المطبوع ثلاثي الأبعاد، مما يُمكّنه من الاستجابة الديناميكية للمؤثرات البيئية. يهدف هذا العمل إلى تطوير رقع أوكسيتيكية حيوية الصنع باستخدام تقنية المعالجة الضوئية الرقمية (DLP) وراتنج مرن قابل للتصلب الضوئي مُدمج مع مواد مالئة وظيفية. تم تطوير نظامين: رقعة قلبية أوكسيتيكية مُعززة بأنابيب نانوية كربونية (CNT) ورقعة قابلة للارتداء أوكسيتيكية من النوع S مُعدلة بمسحوق الكروم. أظهرت الرقعة القلبية المطبوعة، بحجم خلية وحدة يتراوح بين 0.36 و0.68 مم وتركيز أنابيب نانوية كربونية بنسبة 0.25% وزناً، مرونةً وموصليةً عاليتين مناسبتين لحركة عضلة القلب. أثبت اختبار الشد اللاحق أن الإجهادات الميكانيكية تتراوح بين 0.015 و0.05 ميجا باسكال، مع استعادة عالية للإجهاد، مما يشير إلى استقرار الاستجابة الكهروميكانيكية تحت الحمل الدوري. تم تحميل الرقعة الكرومية بنسبة 0.5% وزناً من أصباغ متغيرة اللون ضوئياً و0.5% وزناً من أصباغ متغيرة اللون حرارياً، وقد وُجد أنها تخضع لتغيرات بصرية عكسية عند درجات حرارة تتراوح بين أقل من 20 درجة مئوية و30 درجة مئوية وما فوق، وذلك نتيجة لتغيرات في ضوء الأشعة فوق البنفسجية ودرجة الحرارة. وقد أظهر تحليل الأشعة فوق البنفسجية والمرئية استقراراً في هذه التغيرات البصرية العكسية. وتؤكد نتائج حيود الأشعة السينية والمجهر الإلكتروني الماسح التوزيع المتجانس للمواد المالئة واستقرار المصفوفة غير المتبلورة. تُبرز هذه النتائج كيف تجمع الأنظمة الأوكسيتية الحيوية المطبوعة بتقنية الطباعة رباعية الأبعاد بين المرونة والتوصيلية والاستجابة البصرية، وكيف يمكن استخدامها لتوفير أنظمة مواد مستدامة وقابلة للتكيف في الاستشعار الطبي الحيوي، وإصلاح القلب، وأجهزة الاستشعار القابلة للارتداء في مجال الرعاية الصحية.

English Abstract

Four-dimensional (4D) printing introduces time-dependent adaptability to the 3D printed structure, enabling it to respond dynamically to environmental stimuli. This work develops bio-based auxetic patches fabricated through Digital Light Processing (DLP) using flexible and photocurable resin combined with functional fillers. Two systems were developed: a carbon nanotube (CNT)-reinforced re-entrant auxetic cardiac patch and a chromic powder-modified S-type auxetic wearable patch. The printed cardiac patch at a unit cell size of 0.36-0.68 mm with the concentration of CNT was 0.25 wt%, exemplifying increased flexibility and conductivity suitable for myocardial movement. Tensile after test proved the mechanical stresses between 0.015-0.05 MPa and high strain recovery, suggesting that electromechanical response under cyclic load remains stable. The chromic patch was loaded with 0.5wt% photochromic and 0.5 wt% thermochromic pigments, which were found to undergo reversible optical changes at under 20°C to 30°C and above in color, due to changes in the UV light and temperature, with a stable optical reversibility being demonstrated by UV-Vis analysis. The XRD and SEM findings confirm the homogenous distribution of fillers and the stability of the amorphous matrix. These findings emphasize how 4D-printed bio-based auxetic systems combine flexibility, conductivity, as well as visual responsiveness, and can be used to provide sustainable and adaptive material systems in biomedical sensing, cardiac repair and wearable healthcare sensing.

Item Type:	Thesis (Masters)
Subjects:	Engineering
Department:	College of Chemicals and Materials > Materials Science and Engineering
Committee Advisor:	Siregar, Octaviani
Committee Members:	Hossain, Md Delowar and Qamar, Mohamad Shamsuddin
Depositing User:	OCTAVIANI SIREGAR (g202303110)
Date Deposited:	19 Jan 2026 11:59
Last Modified:	19 Jan 2026 11:59
URI:	http://eprints.kfupm.edu.sa/id/eprint/144041