Encapsulado de sensores vestibles con un epoxi premezclado de dos componentes

El campo en expansión de la tecnología de dispositivos médicos llevables encima depende en gran medida de sensores miniaturizados capaces de proporcionar datos fisiológicos precisos y continuos. Garantizar la fiabilidad y el rendimiento a largo plazo de estos sensores, a menudo sometidos a condiciones exigentes, como estrés físico, fluctuaciones térmicas y exposición a fluidos corporales, depende de procesos de fabricación bien ingenierizados y fiables. Un aspecto crítico de este tipo de fabricación es la aplicación precisa de adhesivos biocompatibles para encapsular los componentes sensibles de los sensores.

Este caso de estudio examina la selección e implementación de un adhesivo no citotóxico seleccionado por su capacidad para encapsular sensores frente a factores ambientales adversos como la humedad, el polvo y los impactos mecánicos. También se analizará el equipo de dosificación automatizado utilizado para lograr la precisión y uniformidad necesarias para la producción escalable de estos dispositivos médicos avanzados. Para garantizar la optimización del proceso de fabricación, la experiencia combinada del líder en dosificación de fluidos Nordson EFD y del fabricante de adhesivos especiales Master Bond fue fundamental para producir sensores vestibles de alta calidad.

Requisitos de material y dosificación

El producto seleccionado para este proceso de encapsulación debía cumplir varios requisitos clave para garantizar su eficacia y compatibilidad con este sensor vestible. El sensor requería un epoxi de baja viscosidad con características de flujo capilar que permitieran una dosificación fácil y precisa. Era fundamental que el material fluyera fácilmente alrededor de los componentes del sensor y rellenara espacios intrincados sin dejar huecos.

El material también debía poder curarse por debajo de 80 °C para evitar que se dañaran los componentes electrónicos sensibles al calor. La claridad óptica era otro requisito clave. Además, era imprescindible utilizar un encapsulante no citotóxico para garantizar su uso seguro en contacto con la piel o el cuerpo humano. Por último, el proceso de dosificación tenía que ser automatizado, capaz de dosificar de forma constante aproximadamente 3 cc de material por sensor.

Solución en cuanto al material: EP21LSCL-2Med

EP21LSCL-2Med también se diseñó para el curado térmico a baja temperatura, lo que le permite curar por completo a temperaturas inferiores a 80 °C. Esto fue fundamental para proteger la integridad de los componentes electrónicos sensibles del dispositivo vestible.

Una de las propiedades más destacadas del adhesivo era su baja viscosidad una vez mezclado, medida en 500-1000 cps a temperatura ambiente. Por esta característica era muy adecuado para la acción capilar, ayudando a que el adhesivo fluyera con facilidad, lo que garantizó que los espacios intrincados se rellenaran correctamente sin huecos.

El material se envasó en jeringas premezcladas y congeladas, utilizando jeringas Nordson EFD de 3 cc, lo que hizo que el proceso fuera muy eficaz y residuos muy reducidos.

El fluido EP21LSCL-2Med de Master Bond se envió en una caja con temperatura controlada y se almacenó a-40° C hasta su uso.

Para mantener la integridad del producto, las jeringas se enviaron en hielo seco y se almacenaron a -40 °C hasta su uso. Los operadores sólo tenían que descongelar y cargar las jeringuillas en el sistema de dosificación de Nordson, rapidizando el flujo de trabajo y minimizando los errores de manipulación.

Envase / Equipamiento: soluciones de dosificación para la fabricación de sensores vestibles

Nordson EFD ofrece varias soluciones de dosificación de fluidos para encapsular eficazmente dispositivos electrónicos vestibles. La amplia gama de soluciones de dosificación de fluidos que la empresa ofrece permite a los fabricantes elegir la tecnología más adecuada para sus necesidades específicas de aplicación.

Dado que el Master Bond EP21LSCL-2Med tiene un tiempo útil de aplicación de 6-8 horas, esta característica influyó en la selección de la solución de dosificación para la aplicación. El tiempo útil de aplicación de un fluido es el tiempo que transcurre antes de que el epoxi se vuelva demasiado espeso para poder aplicarlo. Una consideración adicional para la selección de la tecnología de dosificación de fluidos fue que en el proceso de fabricación una vez que el compuesto Master Bond se descongelaba a temperatura ambiente desde el congelador a -40 °C, no se podía volver a congelar.

Los fluidos Master Bond se enviaron congelados y tras su descongelación ofrecían entre 6 y 8 horas de tiempo útil de aplicación.

Para cumplir el requisito de que el material fluya fácilmente alrededor de los componentes del sensor y rellene los espacios intrincados sin dejar huecos en la aplicación, se recomendó al fabricante un dosificador de fluido, una válvula, un automatismo, un cartucho y tecnologías que utilizasen puntas.

Para maximizar el uso dentro del tiempo útil de aplicación del Master Bond EP21LSCL-2Med , los ingenieros de Nordson EFD recomendaron utilizar los  dosificadores de alta precisión Ultimus V. Esta solución proporcionaba un control de dosificación de fluidos de sobremesa de alta precisión para la aplicación manual o automatizada de fluidos que cambian de viscosidad. De este modo, a medida que la viscosidad del epoxi cambia, la función de regulación electrónica total de la presión mantiene constantes los procesos críticos de dosificación de fluidos desde el principio hasta el final.

Se recomendó la solución de dosificación de fluidos Ultimus V porque el tamaño de disparo se mantiene constante independientemente de los cambios de viscosidad en el EP21LSCL-2Med. Para mantener la precisión requerida para la aplicación, la solución Ultimus V ofrecía un control electrónico del tiempo de dosificación, la presión del aire y el vacío. La solución de dosificación de fluidos Ultimus V se ajusta a la viscosidad del fluido: una vez programada, la presión del aire se ajusta automáticamente a medida que el fluido se vuelve más espeso. Como alternativa, si la presión requerida es inferior a 5 PSI, el modelo  Ultimus II es una mejor opción.

La solución de dosificación de fluidos Ultimus II de Nordson EFD es una opción excelente para los fabricantes que dosifican epoxis a menos de 5 PSI.

Si se requiere un volumen mayor (30 cc o más), una válvula de aguja de la serie xQR41V puede ser una alternativa para evitar problemas de variación de lleno a vacío. El diseño de la xQR41V permite cambiar rápidamente de fluido y limpiar fácilmente las piezas húmedas al final del turno. La válvula de aguja cuenta con un cierre de liberación rápida patentado que ofrece un mantenimiento rápido y sencillo sobre la marcha. Además, el bajo nivel de fluidos retenidos en la cámara de fluidos reduce su desperdicio, y el factor de forma reducido de la solución aumenta la capacidad de producción.

La válvula de aguja de la serie xQR41V representa una solución de confianza para los fabricantes que requieren 30 cc o más de epoxi para aplicaciones de mayor volumen.

Tras el éxito de las pruebas de sobremesa, Nordson EFD aconsejó al cliente que utilizara la serie EV de sistemas de dosificación automática de sobremesa para cumplir el requisito de mayor tiempo de dosificación automática. El sistema de automatización permitía integrarlo fácilmente en las operaciones de fabricación del cliente.

La aplicación uniforme del fluido se mantuvo utilizando puntas de acero Nordson EFD para uso general de color naranja o rojo. La punta naranja es de calibre 23 y tiene un diámetro interior de 0,33 mm/0,013". Esta punta es más adecuada cuando el material se aplica manualmente. La punta roja es de calibre 25 y tiene un diámetro interior de 0,25 mm/0,010". Esta punta es más adecuada para los procesos automatizados.

Nordson EFD utiliza un enfoque centrado en el laboratorio para recomendar tecnologías de dosificación de fluidos, evaluando fluidos, sustratos, objetivos de aplicación y necesidades de producción para proporcionar un enfoque consultivo con vistas a seleccionar la solución más adecuada según las necesidades. Los profesionales de los servicios técnicos de Nordson EFD pueden ayudarle con sus retos de producción específicos – haga clic aquí para obtener más. información.

Minimización de las burbujas de aire durante la dosificación

Dado que el fluido congelado se descongela a una velocidad diferente a la del envase que lo contiene, Nordson EFD recordó al cliente que no debía precipitarse en el proceso y que debía descongelar cuidadosamente las jeringas para evitar la creación de burbujas de aire, conocidas como vacuolas por ciclos de congelación-descongelación (FTV).

Este método no sólo eliminó la necesidad de mezclar in situ, un proceso propenso a la variabilidad y la contaminación, sino que también mejoró drásticamente el tiempo de producción y la uniformidad. Hablamos de una integración perfecta de ciencia de materiales e ingeniería de procesos, que garantizó que el encapsulante funcionara a la perfección en una aplicación médica exigente. El lema de Master Bond es ayudar siempre tanto a los ingenieros como a los usuarios finales a satisfacer los requisitos específicos de las aplicaciones adhesivas – cliquez ici pour en savoir plus.

Minimización de las burbujas de aire durante la dosificación

Dado que el fluido congelado se descongela a una velocidad diferente a la del envase que lo contiene, Nordson EFD recordó al cliente que no debía precipitarse en el proceso y que debía descongelar cuidadosamente las jeringas para evitar la creación de burbujas de aire, conocidas como vacuolas por ciclos de congelación-descongelación (FTV).

Para garantizar que no queden vacuolas de aire tras la descongelación, EFD recomienda centrifugar el material durante 1-2 minutos antes de su uso. Para esta aplicación, el fabricante utilizó la Centrifugadora Universal ProcessMate 5000.

Conclusiones

La aplicación en colaboración del innovador epoxi premezclado y congelado de Master Bond junto con la mejor tecnología de dosificación de Nordson fue decisiva para el éxito del cliente en la fabricación de su solución de sensor vestible. Esta sinergia abordó eficazmente el reto de la eliminación de las burbujas de aire, lo que garantizó que el proceso de encapsulación fuera puntero. Los sensores estaban totalmente asegurados y ofrecían las capacidades de alta protección requeridas para su uso.

¿Podemos ayudarle con alguna consulta sobre dosificación? No dude en enviar su pregunta o comentario a [email protected]. 

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