The studies explore advancements in wireless sensor technologies for medical applications, particularly for wireless detection of skin hydration, non-invasive glucose monitoring, and microbial detection. The first academic paper describes a capacitive humidity sensor for assessing relative humidity and skin hydration, utilizing the sensitive dielectric properties of the monoolein–water system. Tested across various humidity levels and temperatures, these novel double-functional sensors feature interdigitated electrodes covered with monoolein and show a promising potential for wireless detection of skin hydration. The second and third academic papers focus on a wireless potentiometric sensor designed to detect bacteria in urine and monitor microbial biofilm formation in wounds, respectively, using Bluetooth-enabled sensors to detect bacterial growth in vitro and ex vivo. The fourth paper assesses the development of fluid-less, non-invasive blood glucose monitoring devices, comparing their accuracy and challenges with traditional invasive methods. Despite some improvements, the study reveals that current devices like the BG20 glucometer need significant enhancements to meet clinical accuracy standards. Overall, the thesis emphasizes the potential of innovative wireless sensor technologies in improving medical diagnostics, while also addressing the limitations that must be overcome to ensure clinical reliability.

I denna avhandling undersöks utvecklingen av trådlösa sensorer för medicinska tillämpningar, med fokus på mätning av hudhydrering, icke-invasiv övervakning av blodsocker och detektion av bakterier. Genom att kombinera avancerade material och innovativa tekniker inom trådlös kommunikation har sensorer utvecklats som kan mäta fysiologiska parametrar och upptäcka infektioner på ett enkelt och bekvämt sätt.

Ett av projekten presenterar en trådlös kapacitiv sensor som mäter hudens fukthalt genom att registrera förändringar i kapacitans. Sensorn är baserad på ett biokompatibelt material, monoolein, som reagerar på fukt och temperaturförändringar. Testning visade att sensorn effektivt kunde spåra hudens fuktnivåer, även efter fysisk aktivitet, och att dess mätningar stämde väl överens med kommersiella referensinstrument. Detta gör teknologin lovande för användning inom både vård och personlig hälsa.

En annan del av avhandlingen beskriver en potentiometrisk sensor, modifierad med ett redoxaktivt ämne, som används för att detektera bakterietillväxt i urin och övervaka bakteriella biofilmer i sår. Sensorn är trådlös och kan mäta elektriska potentialförändringar som uppstår vid mikrobiell aktivitet. Resultaten visade att sensorn kan identifiera bakterier både i laboratoriemiljö och i simulerade biologiska miljöer, vilket öppnar möjligheter för realtidsövervakning av infektioner. Slutligen har icke-invasiva metoder för blodsockermätning utvärderats. En enhet med flera sensorer, inklusive en nära infraröd sensor, testades och jämfördes med traditionella blodprov. Även om tekniken erbjuder bekvämlighet visade studien att den inte ännu uppfyller de höga noggrannhetskraven för kliniskt bruk, men förbättringar genom maskininlärning och effektivare algoritmer kan potentiellt lösa dessa utmaningar.Avhandlingen framhäver de stora möjligheterna med trådlösa sensorteknologier för medicinsk diagnostik och övervakning. Samtidigt identifieras viktiga begränsningar som måste övervinnas för att säkerställa att dessa teknologier blir kliniskt pålitliga. På sikt kan de erbjuda nya sätt att förbättra vården genom att möjliggöra kontinuerlig, icke-invasiv och patientnära datainsamling.

This thesis examines the versatility of nanoimprint lithography (NIL) for bioelectronic devices, highlighting its capability to fabricate finely tuned surface features on flexible substrates with high resolution and scalability. Two main application areas are addressed: sustainable energy harvesting and biomedical engineering.

In the first part, NIL-patterned gold electrodes were used to integrate biological photosynthetic elements, such as thylakoid membranes and chloroplasts,  for  light-to-electricity  conversion.  Microwell  surface modifications enhanced biocatalyst loading and electron transfer, while capacitive layers enabled simultaneous energy storage and delivery. The assembled photobioanodes, tested under ambient and artificial light, showed improved photocurrent and charge retention. Integration with enzyme-based biocathodes yielded stable, dual-function biosupercapacitors.

The second part focuses on infection control in urinary catheters. NIL was used to create bactericidal nanopatterns inspired by insect wings, physically disrupting bacterial membranes and reducing E. coli viability without antibiotics. A novel NIL method enabled the fabrication of patterned catheter inserts. Additionally, a wireless sensing system with embedded electrodes monitored the open circuit potential (OCP) as an indicator of bacterial adhesion, validated in urine, flow setups, and ex vivo wound models.

Overall,  this  work  highlights  NIL’s  potential  for  developing multifunctional, miniaturized, and flexible bio-devices for real-worldbiomedical and energy applications.

Likt ett våffeljärn som formar smet till små fickor använder nanoimprintlitografi (NIL) tryck, värme och UV-ljus för att stämpla mycket små mönster på en yta. Resultatet blir inte en våffla, utan en smart yta som kan påverka ljus, elektricitet – och till och med levande celler. I denna avhandling visar jag hur vi kan använda tekniken för att skapa naturinspirerade lösningar, från grön energi till medicinska produkter som hjälper till att bekämpa infektioner.

För att ta vara på ljuset omkring oss har vi tittat på hur växter fångar in solljus. Vi tog ut delar av växter som används i fotosyntesen och satte fast dem på guldytor med hjälp av mikroskopiska mönster skapade med NIL. Dessa mönster gav bättre kontakt och större yta. Genom att också lägga till ett lager som kan lagra el skapade vi en elektrod som både kan producera och spara energi när den utsätts för ljus. Tester visade att den fungerar både i solljus och inomhusbelysning – vilket kan leda till små, bärbara sensorer som drivs av vanligt ljus omkring oss.

Men NIL-tekniken kan också hjälpa till inom sjukvården. Katetrar, som används till exempel vid urinvägsproblem, får ofta bakterier på sig som bildar biofilm – en hal och slemmig beläggning som är svår att få bort och kan leda till infektioner. Istället för att använda antibiotika eller kemikalier hämtade vi inspiration från naturen. Insektsvingar och hajhud har ytor med små piggar som kan döda bakterier direkt vid kontakt. Vi skapade liknande ytor med NIL, och lyckades överföra dem till de böjda ytorna på katetrar. Vi satte även in små elektroder i katetrarna för att känna av om bakterier börjar växa. Samma metod testades också i sårmodeller, för att se om man kan upptäcka infektioner i realtid.

Tillsammans visar dessa projekt hur NIL-teknik kan användas för att lösa verkliga problem – både för att ta fram ren energi och för att förbättra vår hälsa. Det är en flexibel och kostnadseffektiv metod som kan göra nytta på många olika områden.