The discovery of PVDF’s inherent piezoelectric qualities lead to diversification of electroactive polymers. Furthermore, applications for PVDF-based polymers now include actuators, energy harvesters, pumps, switches, and biomedical scaffolds. Here, P(VDF-TrFE-CFE) and P(VDF-TrFE), are applied for use as multilayer actuators and osteoconductive coatings respectively.
The multi-layer actuator study focused on creating micro-scale, transferable, array structures; P(VDF-TrFE-CFE) was chosen for its large displacement under stimulation by electric field. This research examined following actuator manufacturing techniques: coating of substrate with polyimide, lamination to produce multiple layers, creation of a barrier layer to protect the polymer layers from the photoresist solvent, and reactive ion etching. A unit device was also created to test the multi-layer fabrication technique’s functionality. From these studies, it was determined that polydopamine can increase the adhesion of polyimide on glass and a new form of adhesion mediated film transfer can create multilayer structures. A set of polymers were determined to be resistant to the SU-8 developer, and a PI/PVP mixture was chosen as an appropriate barrier layer. Etching rates of P(VDF-TrFE-CFE) are given. These techniques increase the ease of fabricating and patterning multilayer polymer structures.
Cells are driven by electrical signals and subsequently, piezoelectric materials increase the speed of bone regrowth. P(VDF-TrFE) was studied in conjunction with a common biomedical implant coating, hydroxyapatite. The hydroxyapatite was first coated with polydopamine to increase the bonding between the polymer and the ceramic. Streptococcus mutans was grown on the surface of the implants to determine how surface roughness affected the bacteria growth. Our results show that the bacteria growth was inhibited by the addition of HAp particles into the membrane. Furthermore, the addition of a filler increased the crystallinity of the P(VDF-TrFE) membranes, and the cells grew better on polarized samples. With this technology, implants with increased osteoconductive properties can be manufactured.
PVDF에서의 압전특성 발견은 전기 활성 폴리머(EAP)의 다양화를 불러왔다. 또한 PVDF 기반 폴리머들은 현재 엑추에이터, 에너지 하베스터, 스위치와 생명 및 의료 분야에 응용성이 있어 활발히 연구되고 있다.
본 연구에서는 P(VDF-TrFE-CFE)와 P(VDF-TrFE-CFE)물질을 활용하여 각각 다중층 엑추에이터, 그리고 골전도성 코팅 물질을 제작하고 합성하였다.
다중층 액추에이터 연구는 전사가능한 미세구조 배열을 만드는데 그 의의가 있다. P(VDF-TrFE-CFE)는 압전특성이 좋고 플렉서블하며 폴링 공정이 불필요하기에 선택되었다.
본 연구는 다중층 엑추에이터를 제조하고 시험하였으며, 상세히는 폴리이미드 기판 코팅, 다중층 적층을 위한 라미네이션 기술, 그리고 포토 레지스트 용매와 반응성 이온 에칭(Reactive Ion Etching, RIE)으로부터 폴리머 구동층을 보호하는 배리어 레이어 생성 기술을 포함한다. 위의 다층 적층 기술을 시험하기 위한 단위 소자 역시 제작하였다.
이 연구들로부터 폴리 도파민이 유리기판 위에서 폴리이미드의 계면 접착력이 증가하는것을 확인하였다. 또한 계면 접착 매개형 필름 전사(Adhesion Mediated Film Transfer, AMFT)의 변형 공정이 견고한 다층구조를 만들수 있음을 확인하였다.
PI/PVP 혼합물은 배리어 레이어로 SU-8 디벨로퍼에 내성을 가짐을 확인하고, 적절한 P(VDF-TrFE-CFE)의 에칭 속도를 결정하였다. 이러한 기술은 폴리머 다중층 제조 및 패터닝을 용이하게 할 수 있다.
세포는 전기신호의 작용에 반응하며, 특히 압전재료는 뼈의 재성장 속도를 증가시킨다고 보고되어 있다. P(VDF-TrFE)는 hydroxyapatite (HAp)와 동시에 생체에서 임플란트 코팅재료로 연구되고 있다. HAp는 폴리머와의 계면 접착력을 증가시키기 위해 폴리도파민으로 전처리 하였다.
생체 특성을 확인하기 위해 Streptococcus mutans를 사용하였으며, 임플란트의 표면거칠기에 따른 생장을 확인하였다.
박테리아는 HAp 입자가 멤브레인에 첨가될수록 생장이 억제되었다. 또한 필러의 첨가로 P(VDF-TrFE) 멤브레인의 결정성이 증가하였고, 세포는 폴링된 샘플에서 생장이 촉진되었다. 이 기술을 통해 골전도 특성을 가지는 임플란트를 제조할 수 있음을 확인하였다.
