RF Characterization of a Photocurable PEDOT:PSS:PEGDA Conductive Biomaterial for 3-D-Printing Implantable Antennas

佩多:嘘 生物材料 材料科学 生物相容性 生物医学工程 导电体 电导率 丝网印刷 光电子学 纳米技术 复合材料 聚合物 化学 工程类 物理化学 冶金
作者
Balaji Dontha,Mohammad Moulod,Sharolyn Balbaugh,David J. Hoelzle,Jinghua Li,Félix A. Miranda,Asimina Kiourti
出处
期刊:IEEE Transactions on Antennas and Propagation [Institute of Electrical and Electronics Engineers]
卷期号:72 (3): 2825-2830
标识
DOI:10.1109/tap.2024.3355520
摘要

In this work, we a demonstrate photocurable PEDOT:PSS:PEGDA biomaterial as a promising candidate for 3D-printing implantable antennas intracorporeally. Previous work has demonstrated the feasibility of a robotic probe to 3D-print biological tissues via a minor incision. This same probe could also 3D-print implantable antennas as long as a suitable conductive material is identified in terms of conductivity, printability, biocompatibility, and ability to cure at room/body temperature for safety purposes. We assess the frequency-dependent conductivity of this biomaterial and explore the Radio-Frequency (RF) performance of resulting antennas operating in free-space and inside tissue-emulating phantoms. Results show that PEDOT:PSS biomaterials with 21% and 30% PEGDA concentration exhibit a conductivity of ~10 4 S/m up to 5 GHz, suitable for wireless implants. Comparing the two, 21% PEGDA content exhibits poorer curing abilities, while 30% PEGDA exhibits slightly lower conductivity. Measurements for 2.4 GHz free-space dipoles conducted in an anechoic chamber reveal only ~0.8 dB and ~1 dB lower gain for PEDOT:PSS:21%PEGDA and PEDOT:PSS:30%PEGDA biomaterial, respectively, as compared to their copper counterpart. For a 5 mm-deep implanted patch antenna, these two biomaterials exhibit 3.05 dB and 3.84 dB higher transmission loss than copper, respectively. If deemed necessary, this performance degradation can be overcome by increasing the overall antenna size since the printing process is now minimally invasive and miniaturization requirements can be relaxed.

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