تقدم المخطوطة مستشعرا مصغرا لhh القابل للزرع مع إخراج لاسلكي مشروط ASK مع دائرة استقبال سلبية تماما استنادا إلى ثنائيات Schottky ذات التحيز الصفري. يمكن استخدام هذا الحل كأساس في تطوير أجهزة العلاج بالصدمات الكهربائية معايرتها في الجسم الحي ورصد الحموضة الإسعافية.
يتطلب اشتراك JoVE لعرض هذا المحتوى. تسجيل الدخول أو ابدأ نسخة تجريبية مجانية
مقالة منهجية
بناء جهاز استشعار قابل للزرع بالمنظار يعمل لاسلكيا لمراقبة الرقم الحموضة مع جهاز استقبال قائم على ثنائي الثنائي صفر التحيز
في هذه المقالة
ملخص
الملخص
رصد حموضة الإسعاف من الجزر المرضي هو فرصة لمراقبة العلاقة بين الأعراض والتعرض المريء إلى الجزر الحمضية أو غير الحمضية. تصف هذه الورقة طريقة لتطوير وتصنيع وزرع مستشعر PH مصغر مزود بتقنية اللاسلكية. تم تصميم جهاز الاستشعار ليتم زرعها بالمنظار مع مقطع واحد الهيموستاتيكي. كما يتم بناء واختبار جهاز استقبال سلبي بالكامل قائم على المستقيم يستند إلى صمام ثنائي Schottky صفر التحيز. ولبناء الجهاز، استخدمت لوحة دوائر مطبوعة من طبقتين ومكونات جاهزة. يتم استخدام وحدة تحكم مصغرة مع الأجهزة الطرفية التناظرية المتكاملة كواجهة أمامية تمثيلية لمستشعر الترانزستور (ISFET) الحساس للحقل الحساس لأيون وتوليد إشارة رقمية يتم إرسالها بشريحة إرسال مفتاح تحول السعة. يتم تشغيل الجهاز بواسطة خلية قلوية أساسية. يبلغ إجمالي حجم الجهاز القابل للزرع 0.6 سم3 ووزنه 1.2 جرام ، وتم التحقق من أدائه في نموذج الجسم الحي السابق (المريء والمعدة). بعد ذلك ، تم بناء جهاز استقبال سلبي صغير قائم على المستقيم يمكن دمجه بسهولة إما في جهاز استقبال خارجي أو المحفز العصبي القابل للزرع ، وثبت أنه يتلقى إشارة RF من الغرسة عندما يكون على مقربة (20 سم) منه. يوفر الحجم الصغير للمستشعر مراقبة مستمرة لhh مع الحد الأدنى من انسداد المريء. يمكن استخدام المستشعر في الممارسة السريرية الروتينية لرصد الحموضة المريسورة على مدار الساعة طوال 96 ساعة دون الحاجة إلى إدخال قسطرة أنفية. كما تتيح طبيعة "الطاقة الصفرية" لجهاز الاستقبال استخدام المستشعر للمعايرة التلقائية في الجسم الحي لأجهزة التحفيز العصبي العاصرة السفلية المصغرة. تمكن وحدة التحكم النشطة القائمة على أجهزة الاستشعار من تطوير خوارزميات متقدمة لتقليل الطاقة المستخدمة لتحقيق نتيجة سريرية مرغوبة. أحد الأمثلة على مثل هذه الخوارزمية سيكون نظام الحلقة المغلقة لعلاج التحفيز العصبي عند الطلب لمرض الجزر المعدي المريئي (GERD).
المقدمة
يعرف توافق آراء مونتريال مرض الجزر المعدي المريئي (GERD) بأنه "حالة تتطور عند ارتجاع محتويات المعدة يسبب أعراضا و / أو مضاعفات غير سارة". قد يكون مرتبطا بمضاعفات محددة أخرى مثل القيود المريءية أو المريء باريت أو سرطان الغدة المريء. ويصيب هذا الارتجاع نحو 20 في المائة من السكان البالغين، ولا سيما في البلدان ذات الوضع الاقتصادي المرتفع(1).
رصد درجة الحموضة الإسعافية من الجزر المرضي (وقت التعرض للحمض أكثر من 6٪) يسمح لنا بالتمييز بين الأعراض والحمضية أو غير الحمضية ارتجاع المعدة المريئي2،3. في المرضى الذين لا يستجيبون للعلاج PPI (مثبط مضخة البروتون) ، يمكن أن يجيب رصد الرقم الهيدروجيني ما إذا كان ارتجاع المعدة والمريء المرضي ولماذا لا يستجيب المريض للعلاج القياسي لمؤشر أسعار المنتجين. وتقدم حاليا خيارات مختلفة لرصد الحموضة والمعاوقة. واحدة من أحدث الاحتمالات هي المراقبة اللاسلكية باستخدام الأجهزة القابلة للزرع4،5.
يرتبط GERD باضطراب العضلة العاصرة المريء السفلي (LES) ، حيث لا تكون الانقباضات الموضحة أثناء قياس بطانة المريء مرضية ولكنها تحتوي على انخفاض السعة في ارتجاع المريء على المدى الطويل. يتكون LES من العضلات الملساء ويحافظ على تقلصات منشط بسبب العوامل العضلية والعصبية. يرتاح بسبب تثبيط المبهم بوساطة تنطوي على أكسيد النيتريك باعتباره ناقل عصبي6.
وقد ثبت التحفيز الكهربائي مع اثنين من أزواج من الأقطاب الكهربائية لزيادة وقت الانكماش من ليه في نموذج الجزر ال كلاب7. لم يتأثر استرخاء LES بما في ذلك الضغط المتبقي أثناء البلع بالتحفيز منخفض التردد وعالي التردد. التحفيز عالي التردد هو خيار واضح لأنه يتطلب طاقة أقل ويطيل عمر البطارية.
على الرغم من أن العلاج بالهروستيف (ET) من العضلة العاصرة المريء السفلي هو مفهوم جديد نسبيا في علاج المرضى الذين يعانون من ارتجاع المريء ، فقد ثبت أن هذا العلاج آمن وفعال. وقد ثبت أن هذا الشكل من العلاج يوفر راحة كبيرة ودائمة من أعراض ارتجاع المريء مع القضاء على الحاجة إلى علاج مؤشر أسعار المنتجين والحد من التعرض لحمض المريء8,9,10.
جهاز استشعار رقم الحموضة الحالي للدولة من بين الفن لتشخيص GERD هو جهاز برافو11،12. في حجم يقدر ب 1.7 سم3، يمكن زرعها مباشرة في المريء مع أو بدون ردود فعل بالمنظار البصرية ويوفر 24 ساعة + رصد الرقم الحموضة في المريء.
وبالنظر إلى أن العلاج التحفيز الكهربائي هو واحد من البدائل الواعدة لعلاج GERD لا تستجيب للعلاج القياسي8،13، فمن المنطقي لتوفير البيانات من استشعار الحموضة إلى المحفز العصبي. تظهر الأبحاث الحديثة مسارا واضحا للتنمية المستقبلية في هذا المجال مما سيؤدي إلى أجهزة صلبة قابلة للزرع بشكل عام والتي ستقيم في موقع التحفيز العصبي14,15. لهذا الغرض، فإن ISFET (الترانزستور الحساس للأثر الميداني الأيوني) هو واحد من أفضل أنواع أجهزة الاستشعار بسبب طبيعته المصغرة، وإمكانية التكامل على رقاقة من القطب المرجعي (الذهب في هذه الحالة)، وحساسية عالية بما فيه الكفاية. على السيليكون، يشبه ISFET هيكل MOSFET القياسية (أكسيد المعادن أشباه الموصلات تأثير حقل الترانزستور). ومع ذلك، يتم استبدال البوابة، التي ترتبط عادة بمحطة كهربائية، بطبقة من المواد النشطة على اتصال مباشر مع البيئة المحيطة. في حالة ISFETs الحساسة لhh، تتشكل هذه الطبقة بواسطة نيتريد السيليكون (Si3N4)16.
العيب الرئيسي للأجهزة القابلة للزرع بالمنظار هو القيد المتأصل في حجم البطارية ، مما قد يؤدي إلى انخفاض عمر هذه الأجهزة أو تحفيز الشركات المصنعة لتطوير خوارزميات متقدمة من شأنها أن توفر التأثير المطلوب بتكلفة طاقة أقل. أحد الأمثلة على مثل هذه الخوارزمية سيكون نظام الحلقة المغلقة لعلاج التحفيز العصبي عند الطلب من GERD. على غرار عدادات الجلوكوز المستمر (CGM) + أنظمة مضخة الأنسولين17 ، فإن مثل هذا النظام سيستخدم مستشعر درجة الحموضة المريء أو مستشعر آخر للكشف عن الضغط الحالي للعصرة المريء السفلية جنبا إلى جنب مع وحدة التحفيز العصبي.
يمكن أن تكون الاستجابة للعلاج التحفيز العصبي ومتطلبات أنماط التحفيز العصبي فردية13. وبالتالي ، من المهم تطوير أجهزة استشعار مستقلة يمكن استخدامها إما لتشخيص وتوصيف الخلل الوظيفي أو المشاركة بنشاط في معايرة نظام التحفيز العصبي وفقا للمتطلبات الفردية للمرضى18. وينبغي أن تكون أجهزة الاستشعار هذه صغيرة قدر الإمكان لعدم التأثير على الوظائف العادية للجهاز.
تصف هذه المخطوطة طريقة لتصميم وتصنيع مستشعر درجة الحموضة القائم على ISFET مع جهاز إرسال مفتاح تحويل السعة (ASK) وجهاز استقبال صغير قائم على الارتداد السلبي للبصمة. استنادا إلى بنية بسيطة من الحل، يمكن تلقي البيانات الحموضة من قبل جهاز استقبال خارجي أو حتى neurostimulator زرع دون أي حجم كبير أو عقوبة السلطة. يتم اختيار تعديل ASK بسبب طبيعة المتلقي السلبي ، الذي هو قادر فقط على الكشف عن قوة إشارة RF المستلمة (غالبا ما تسمى "قوة الإشارة المستلمة"). الرسم التخطيطي، الذي هو جزء لا يتجزأ من المواد التكميلية، ويبين بناء الجهاز. وهو يعمل مباشرة من اثنين من بطاريات AG1 القلوية، والتي توفر الجهد بين 2.0-3.0 V (على أساس حالة الشحن). تعمل البطاريات على تشغيل وحدة التحكم الدقيقة الداخلية ، والتي تستخدم أجهزة ADC (المحول التناظري إلى الرقمي) ، DAC (المحول الرقمي إلى التناظري) ، ومضخم الصوت الداخلي ، وأجهزة FVR الطرفية (مرجع الجهد الثابت) لتحيز مستشعر الرقم القياسي ISFET. الناتجة "بوابة" الجهد (القطب المرجعي الذهب) يتناسب مع الرقم الهيدروجيني للبيئة المحيطة بها. يتم توفير تيار معرفات مستقر من قبل مقاوم استشعار R2 منخفض الجانب. يتصل مصدر مستشعر ISFET بالمدخلات غير المقلوبة للمضخم التشغيلي ، بينما يتم توصيل الإدخال المقلوب بجهد إخراج وحدة DAC المحددة ب 960 mV. يتم توصيل إخراج مكبر الصوت التشغيلي إلى دبوس استنزاف ISFET. هذا مكبر للصوت التشغيلي ينظم الجهد استنزاف بحيث الفرق الجهد على المقاوم R2 هو دائما 960 mV; وهكذا، فإن تيار التحيز المستمر من 29 ميكروA يتدفق من خلال ISFET (عندما تكون في التشغيل العادي). ثم يتم قياس الجهد بوابة مع ADC. ثم القوى المتحكم الدقيق على جهاز الإرسال RF عبر واحدة من GPIO (إدخال عام الغرض / الإخراج) دبابيس وينقل التسلسل. دائرة الإرسال RF ينطوي على الكريستال ومطابقة الشبكة التي تطابق الإخراج إلى 50 Ω المعاوقة.
للتجارب التي أظهرت هنا، استخدمنا معدة خنزير مع قسم طويل من المريء محمولة في نموذج بلاستيكي موحد. هذا هو نموذج شائع الاستخدام لممارسة التقنيات التنظيرية مثل ESD (تشريح تحت المنظار) POEM (استئصال المنظار عن طريق الفم) ، استئصال المخاطية بالمنظار (EMR) ، hemostasis ، الخ. فيما يتعلق بأقرب المعايير التشريحية الممكنة التي تقترب من الأعضاء البشرية ، استخدمنا معدة ومريء الخنازير التي تزن 40-50 كجم.
الوصول مقيد. يرجى تسجيل الدخول أو بدء فترة تجريبية لعرض هذا المحتوى.
البروتوكول
لم تشارك أي حية في هذه الدراسة. أجريت التجربة على نموذج الجسم الحي السابق يتكون من مريء خنزير ومعدة. تم شراء المعدة والمريء من جزار محلي كمنتج قياسي. هذا الإجراء هو وفقا للقوانين التشيكية، ونحن نفضل ذلك بسبب مبدأ "3R" (استبدال، والحد، والصقل).
1. تصنيع الجمعية استشعار الحموضة
ملاحظة: لاحظ الاحتياطات اللازمة للتعامل مع المكونات الحساسة للتصريف الكهروستاتيكي (ESD) طوال عملية تصنيع تجميع مستشعر pH. كن حذرا عند العمل مع الحديد لحام.
- ضع مستشعر درجة الحموضة ISFET مثبتا على لوحة دوائر مطبوعة (PCB) على سطح مستو. حدد موقع جهات الاتصال القابلة للحام.
- تقليم الاتصالات لحام، بحيث طولها لا يزيد عن 3 ملم.
- لحام قسم 15 ملم من بروبيلين الإيثيلين المفلورة (FEP) كابل المغلفة إلى الأقطاب لحام من أجهزة الاستشعار الأس الهيدروجيني. لا تنظف ميكانيكيا أو كيميائيا تجميع الموت العاري. في محاولة لتجنب تلوث يموت وPCB مع تدفق أثناء لحام.
- فحص جمعية استشعار كابل الحموضة تحت المجهر للدوائر المفتوحة والسراويل القصيرة. ثم تحقق من السراويل القصيرة مع اختبار مفتوح قصير. يتم عرض تجميع معد بشكل صحيح في هذه المرحلة في الشكل 1.
- تنظيف الجمعية استشعار درجة الحموضة في نظافة بالموجات فوق الصوتية لمدة 5 دقائق في 70 درجة مئوية في حل 5٪ من مزيل تدفق في الماء. النطاق الأمثل للطاقة بالموجات فوق الصوتية هو 50-100 واط / لتر. لا تتجاوز 100 واط/لتر.
- شطف الجمعية استشعار درجة الحموضة في الصف التقني isopropyl الكحول لمدة 3 دقائق على الأقل والسماح لها الجافة في الفرن في 80 درجة مئوية لمدة 15 دقيقة.
- ضع جميع أجهزة استشعار درجة الحموضة على سطح مستو (في حالة إعداد متعددة في وقت واحد) قبل الشروع في الخطوة التالية.
- مزيج كمية مناسبة من الايبوكسي من جزأين لتغليف الأقطاب لحام. استخدام الحد الأدنى من 2 مل للسماح خلط شامل. استخدام الايبوكسي السوداء مبهمة للسماح للتفتيش في وقت لاحق - أجزاء من أجهزة الاستشعار المعرضة للبيئة سوف ينظر أسهل لأنها لن يكون الايبوكسي مبهمة عليها
- نقل الايبوكسي المختلط إلى حقنة 1 مل مع إبرة نهاية مسطحة 0.5 ملم.
- معطف منطقة لحام أجهزة الاستشعار الحموضة مع الايبوكسي. تأكد من تغطية كامل مساحة أقطاب ثنائي الفينيل متعدد الكلور والأسلاك المكشوفة.
- السماح لعلاج الايبوكسي إما في الغرفة أو درجة حرارة مرتفعة (80 درجة مئوية كحد أقصى)، لهذه الدراسة 50 °C تم استخدامها مع الايبوكسي المدرجة في جدول المواد.
- تفقد المنطقة المغلفة تحت المجهر. إذا تعرضت أي أجزاء معدنية غير مطلية (إما قطب ثنائي الفينيل متعدد الكلور أو سلك) ، كرر الخطوات 1.8-1.11 حتى لا تكون هناك علامات بصرية على المعدن غير المصقول.
- قم بقص الأسلاك إلى الطول والزاوية الموضحة في الشكل 2. معطف ينتهي مع لحام لتجنب التمزق.
2. تصنيع التجميع الإلكتروني
ملاحظة: مراعاة الاحتياطات اللازمة للتعامل مع المكونات الحساسة ل ESD طوال عملية تصنيع الإلكترونيات. كن حذرا عند العمل مع الحديد لحام وبندقية الهواء الساخن.
- وضع PCB (المصنعة على أساس الملفات التكميلية "pcb1.zip" والرسم التخطيطي "التخطيطي.png") على سطح مستو، والمكونات الجانب.
- تطبيق لصق لحام لجميع منصات مطلية بالذهب المكشوفة.
- ضع جميع المكونات السلبية والنشطة باستخدام ملاقط وفقا لل الشكل 3 وجدول المواد.
- تسخين PCB مع بندقية الهواء الساخن لحام المكونات. سخني ثنائي الفينيل متعدد الكلور تدريجيا إلى 150 درجة مئوية لمدة دقيقتين لطرد المياه المتبقية من الطرود وتنشيط التدفق في عجينة الحام. ثم، تسخين PCB إلى 260 درجة مئوية لحام المكونات. السماح لPCB بارد لدرجة حرارة الغرفة، لا تتحرك خلال عملية لحام كله.
- بعد لحام والتبريد إلى درجة حرارة الغرفة، تفقد PCB تحت المجهر للتحقق من الموضع الصحيح لجميع المكونات والسراويل القصيرة. إذا لم يتم ملاحظة أي shorts أو موضع مكون غير صحيح تخطي الخطوة 2.6.
- إصلاح أي السراويل القصيرة أو وضع مكون غير صحيح مع بندقية لحام أو بندقية الهواء الساخن. انتقل إلى الخطوة 2.5.
- أسلاك Solder 5 إلى المكونات (خيوط الطاقة والبرمجة) كما هو موضح في الشكل 4.
- لتوصيل PCB إلى مبرمج، قم بتوصيل الأسلاك soldered في الخطوة 2.7. إلى موصل المبرمج.
- البرنامج الثابت (راجع نتائج الممثل للحصول على شرح مفصل عن الملف الذي سيتم استخدامه) إلى وحدة التحكم الدقيقة. استخدم الإجراء الموصوف مسبقا لإعداد برنامج البرمجة19. تعيين مبرمج لتشغيل الجهاز مع الجهد من حوالي 2.5 V. دي لحام الأسلاك 5 بعد البرمجة.
- ضع PCB على سطح مستو، جانب المكون لأعلى. لحام السلك الهوائي النحاس AWG38 (طول 3 سم) كما هو مبين في الشكل 5 والتفاف حول حافة PCB. إصلاح سلك الهوائي إلى حافة PCB مع لاصقة سيانواكريلات. لحام الأسلاك الأخرى اثنين من البلوز مع الأسلاك النحاسية SWG38 كما هو مبين في الشكل 5. تجنب ملامسة الكهربائية مع المكونات الأخرى.
- وضع PCB على سطح مستو، الجانب المكون لأسفل.
- لحام اثنين من حاملي البطارية إلى الجزء المقابل من PCB، كما هو مبين في الشكل 6.
- لحام التجمع استشعار الرقم الحموضة إلى المحطات الطرفية على PCB، كما هو مبين في الشكل 7.
- أدخل بطاريتين من نوع AG1 في حاملات البطارية.
ملاحظة: لا تمضي قدما في هذه الخطوة والخطوات التالية في هذا القسم في وقت سابق من 24 ساعة قبل الاختبار وزرع بالمنظار للمستشعر. - إعداد كمية مناسبة من الايبوكسي كما هو موضح في الخطوة 1.8. لتغليف الجهاز.
- تغليف الجهاز مع الايبوكسي باستخدام نفس الإجراء الموضح في الخطوة 1.9 (حقنة مع إبرة). السماح لعلاج الايبوكسي في درجة حرارة الغرفة أو درجة حرارة مرتفعة قليلا (لا تتجاوز 50 درجة مئوية بسبب وجود بطاريات). راجع الشكل 8 للحصول على نتائج التغليف الصحيحة.
- إنشاء سلك التيتانيوم هوك وفقا لل الشكل 9.
ملاحظة: تم اختيار التيتانيوم (الصف الثاني) بسبب توافقه البيولوجي وسجله الحافل في الاستخدام في الأجهزة الطبية القابلة للزرع. ويمكن استخدام الفولاذ المقاوم للصدأ، أيضا. ومع ذلك، يجب اختيار نوع والمعالجة الحرارية بعناية كما بعض أنواع الفولاذ المقاوم للصدأ هشة جدا. - إرفاق ربط الأسلاك إلى الجهاز مع قطرة من الايبوكسي سريع المعالجة (انظر الشكل 10) والسماح لها علاج في درجة حرارة الغرفة أو درجة حرارة مرتفعة قليلا (50 درجة مئوية كحد أقصى). يقع مستشعر pH في الجانب الأيسر السفلي من الجهاز القابل للزرع.
- يصبح المستشعر نشطا بعد 24 ساعة من إدخال البطاريات. وفي الوقت نفسه، المضي قدما في الخطوة 3.
ملاحظة: إيقاف البروتوكول الآن إذا كان إكمال الخطوة 3 ضمن 24 ساعة بعد إدراج البطاريات ممكنا.
3. تلفيق المتلقي rectenna السلبي
- وضع PCB (المصنعة على أساس الملف التكميلي "pcb2.zip"). ل rectenna على سطح مستو.
- لحام المكونات باستخدام طريقة لصق لحام وصفها في الخطوات 2.2-2.6 أو استخدام بندقية لحام وفقا لل الشكل 11A.
ملاحظة: إذا قرر المجرب تصنيع جهاز الاستقبال rectenna مرة أخرى (تم تصنيعه مسبقا ومطابقته) أو لا يريد المتابعة مع مطابقة المتلقي، استخدم قيم المكونات التي تم تحديدها مسبقا من قبل المجرب أو المقدمة في الشكل 11B وتخطي الخطوات 3.5-3.7. - لحام موصل SMA إلى PCB.
- فحص PCB تحت المجهر. إذا تم ملاحظة أي shorts أو موضع مكون غير صحيح، إصلاح المشكلات.
- إرفاق إدخال محلل شبكة متجهة إلى موصل SMA.
- سجل مخطط S11 Smith الخاص ب rectenna من 300-500 ميغاهرتز مع عرض نطاق ترددي بدقة 1 كيلوهرتز. مراقبة الاستجابة وتسجيل المعاوقة في 431.7 ميغاهرتز. استخدم برنامج الحاسبة المطابقة للمعاوقة لتحديد قيم المكونات المطابقة. يظهر مخطط Smith العينة في الشكل 12A.
- لحام مكونات مطابقة المعاوقة وفحص تحت المجهر لدوائر قصيرة ووضع المكونات.
- قياس مع محلل الطيف مرة أخرى، وتأكيد أن نسبة الجهد الموجة الدائمة (VSWR) هو أقل من 3 بين 300-500 ميغاهرتز (داخل دائرة سماوي الخارجي هو مبين في الشكل 12B). إذا لم يكن الأمر كذلك، كرر إما مع مكونات مطابقة مختلفة أو متابعة مع انخفاض أداء rectenna في الاعتبار.
- قم بتوصيل هوائي النطاق MHz 433 بموصل SMA. قم بتوصيل منظار الذبذبات بإخراج المستقيم.
- تعيين الذبذبة إلى عملية قناة واحدة، المتداول قاعدة الوقت، وضع العاصمة، 500 ms/div قاعدة الوقت، و5 mV / div مقياس الجهد.
4. اختبار الجهاز
ملاحظة: تتطلب الخطوات التالية استخدام المواد الكيميائية. دراسة أوراق بيانات سلامة المواد من المواد الكيميائية مسبقا واستخدام معدات الحماية المناسبة والممارسات المختبرية الشائعة عند التلاعب بها.
- فحص إخراج جهاز الاستشعار عن طريق مراقبة الإشارة المعروضة على منظار الذبذبة. ويظهر ناتج العينة في الشكل 13،14. وسوف يكون الجهاز نشطا بعد 24 ساعة الماضي إدراج البطاريات. تختلف فترة إرسال إخراج مستشعر pH حسب الملف الذي تمت برمجته إلى المتحكم الدقيق (انظر النتائج التمثيلية للحصول على شرح مفصل).
- إعداد محلول حمض الهيدروكلوريك 2٪ (توخي الحذر عند التعامل مع حمض الهيدروكلوريك). إعداد حلول عازلة 100 mM من درجة الحموضة 4 (البوتاسيوم الهيدروجين الفثالات / حمض الهيدروكلوريك)، درجة الحموضة 7 (فوسفات ثنائي هيدروجين البوتاسيوم / هيدروكسيد الصوديوم)، وHH 10 (كربونات الصوديوم / كربونات الهيدروجين الصوديوم) باستخدام الإجراءات المختبرية القياسية ووضع علامة على الأكواب.
- تحقق من رقم الحموضة لجميع الأكواب الأربعة باستخدام مقياس pH معايرة. ضبط إذا لزم الأمر.
- غمر الكبسولة في كل كوب وتسجيل ما لا يقل عن 3 عينات. قياس الفترة بين النبض الثاني والثالث وتعبئته في جدول البيانات المقدم (الملف التكميلي 1). حدد معاملات المعايرة لمستشعر الأس الهيدروجيني باستخدام جدول البيانات.
- بعد المعايرة، قم بقياس الوقت بين النبضة الثانية والثالثة وإدخاله في جدول البيانات لتحديد رقم الهيدروجيني للمحلول الذي يتعرض له مستشعر pH.
5. زرع بالمنظار من أجهزة الاستشعار
- إعداد نموذج بورسين بالمنظار السابقين تتكون من المعدة وشريحة طويلة من المريء.
- فهم الاستشعار خارجيا مع مقطع الهيموستاتيكي، كما هو مبين في الشكل 15 والشكل 16.
- أدخل المنظار مع المستشعر في المقطع بالطريقة القياسية في النموذج.
- ضع المقطع مع المستشعر بالقرب من العضلة العاصرة المريء السفلية.
- تدوير المنظار ضد الجدار المريء، وفتح مقطع ثم دفع نحو الجدار المريء. أغلق المقطع ثم أطلق القصاصة. وسيظل المستشعر موصولا بالجدار المريء في الموقع المطلوب، كما هو مبين في الشكل 17D والشكل 17E.
- استخراج المنظار.
6. التجربة بعد الزرع
ملاحظة: تتطلب الخطوات التالية استخدام المواد الكيميائية. دراسة أوراق بيانات سلامة المواد من المواد الكيميائية مسبقا واستخدام معدات الحماية المناسبة والممارسات المختبرية الشائعة عند التلاعب بها.
- ضع جهاز الاستقبال في حدود 10 سم (كحد أقصى) من جهاز الاستشعار المزروع.
- حقن 50 مل من الحلول مع قيم الرقم الحموضة المختلفة في المريء، كما هو مبين في الشكل 18، ومراقبة التغيرات في استجابة جهاز الاستشعار. تراجع عن المنظار بعد كل حقنة واقرأ القيمة في وقت لا يتجاوز 30 ثانية بعد الحقن. اغسل المريء ب 100 مل من الماء المتأين بين محلول الحقن مع درجة الحموضة المختلفة.
- استخدم جدول البيانات (الملف التكميلي 1) لحساب رقم الحموضة الذي يقاس بالمستشعر.
الوصول مقيد. يرجى تسجيل الدخول أو بدء فترة تجريبية لعرض هذا المحتوى.
النتائج
وتم بنجاح إنشاء جهاز قادر على استشعار الرقم المقوم ذاتيا والإرسال اللاسلكي لقيمة الرقم الحموضة، كما هو مبين في الشكل 8. الجهاز الذي تم بناؤه هو نموذج مصغر. يزن 1.2 غرام، وحجمه 0.6 سم3. الأبعاد التقريبية هي 18 ملم × 8.5 مم × 4.5 مم. كما هو موضح في الشكل 15 والشكل 16 والشكل 17، يمكن زرعها على مقربة من العضلة العاصرة المريء السفلي مع مقطع واحد الهيموستاتيكي؛ لا حاجة إلى ملحقات خ...
الوصول مقيد. يرجى تسجيل الدخول أو بدء فترة تجريبية لعرض هذا المحتوى.
المناقشة
هذه الطريقة مناسبة للباحثين الذين يعملون على تطوير أجهزة طبية نشطة قابلة للزرع. وهو يتطلب مستوى من الكفاءة في تصنيع النماذج الإلكترونية مع مكونات جبل السطح. وتتعلق الخطوات الحاسمة في البروتوكول بتصنيع الإلكترونيات، ولا سيما ملء مركبات ثنائي الفينيل متعدد الكلور، المعرضة لخطأ المشغل في وضع وحام المكونات الصغيرة. ثم، التغليف الصحيح أمر بالغ الأهمية لإطالة عمر الجهاز عندما تتعرض للرطوبة والسوائل. تم تصميم طريقة الزرع مع البساطة في الاعتبار. خطر ثقب المريء أو غيرها من الأحداث السلبية أثناء عملية الزرع هو الحد الأدنى. وتستخدم...
الوصول مقيد. يرجى تسجيل الدخول أو بدء فترة تجريبية لعرض هذا المحتوى.
الإفصاحات
وليس لدى صاحبي البلاغ ما يعلنانه.
شكر وتقدير
يقر المؤلفون بامتنان بجامعة تشارلز (مشروع GA UK No 176119) لدعمها هذه الدراسة. تم دعم هذا العمل من قبل برنامج أبحاث جامعة تشارلز PROGRES Q 28 (علم الأورام).
الوصول مقيد. يرجى تسجيل الدخول أو بدء فترة تجريبية لعرض هذا المحتوى.
المواد
| الاسم | الشركة | رقم فهرسي | التعليقات |
|---|---|---|---|
| بطارية AG1 | باناسونيك | SR621SW | بطاريتان لكل غرسة |
| حامل بطارية | MYOUNG | MY-521-01 | |
| سلك مينا نحاسي للهوائي | pro-POWER | QSE Wire - قطر 0.15 مم ، 38 SWG | |
| إيبوكسي للتغليف | Loctite | EA M-31 CL | إيبوكسي FEP متوافق مع ISO10993 طبي مكون من جزأين |
| لمستشعر | الأس الهيدروجينيMolex / Temp-Flex | 100057-0273 | |
| منظف التدفق | Shesto | UTFLLU05 | تحضير محلول 5٪ في الماء منزوع الأيونات للتنظيف عن طريق الصوتنة |
| مشبك مرقئ | بوسطن Scientific | Resolution | |
| مسدس الهواء الساخن + مكواة لحام | WEP. | نموذج 706 | أي مكواة لحام قادرة على اللحام بالقصدير ومسدس الهواء الساخن قادرة على الحفاظ على 260 درجة ؛ يمكن استخدام C |
| برنامج مطابقة المعاوقة | Iowa Hills Software | Smith Chart | يمكن تنزيله من http://www.iowahills.com/9SmithChartPage.html - بدلا من ذلك ، يدعم أي برنامج تصميم RF حساب مكونات مطابقة المعاوقة |
| مستشعر الأس الهيدروجيني ISFET على ثنائي الفينيل متعدد الكلور | WinSense | WIPS | اطلب نموذجا مركبا مسبقا على ثنائي الفينيل متعدد الكلور مع قطب مرجعي ذهبي على رقاقة |
| مقياس الأس الهيدروجيني للمختبر | Hanna Instruments | HI2210-02 | تستخدم مع مسبار زجاجي HI1131B |
| مبرمج Microcontorller | Microchip | PICkit 3 | يمكن أيضا استخدام مبرمجين آخرين متوافقين مع PIC16 |
| معدة خنزير مع المريء | مزرعة خنازير محلية | تم الحصول عليها من تقريبا. 40 & - ndash ؛ 50 كجم خنزير | من المهم أن تشتمل المعدة على طول كامل للمريء. |
| لوحة الدوائر المطبوعة - جهاز الاستقبال | اختر مورد ثنائي الفينيل متعدد الكلور المفضل | وفقا لبيانات pcb2.zip | طبقة واحدة ، سمك 0.8 مم ، FR4 ، بدون قناع |
| لوحة الدوائر المطبوعة - المستشعر | اختر مورد ثنائي الفينيل متعدد الكلور المفضل | وفقا لبيانات pcb1.zip | طبقتان مع PTH ، سمك 0.6 مم ، FR4 ، جهاز استقبال قناع 2x |
| - 0R | Vishay | CRCW04020000Z0EDC | انظر الشكل 12 والشكل 13 لجهاز |
| استقبال التنسيب - 1.5 pF | Murata GRM0225C1C1R5CA03L | انظر الشكل 12 والشكل 13 لجهاز استقبال التنسيب | |
| - 100 pF | Murata | GRM0225C1E101JA02L | انظر الشكل 12 والشكل 13 لجهاز استقبال التنسيب |
| - 33 nH | Pulse Electronics | PE-0402CL330JTT | انظر الشكل 12 والشكل 13 لجهاز استقبال التنسيب |
| - الثنائيات الترددية اللاسلكية | MACOM | MA4E2200B1-287T | انظر الشكل 12 والشكل 13 ل جهاز استقبال التنسيب |
| - هوائي | SMA LPRS | ANT-433MS | |
| جهاز استقبال - موصل SMA | Linx | Technologies CONSMA001 | انظر الشكل 12 والشكل 13 للحصول على مستشعر التنسيب |
| - مستشعر مكثف C1 | Murata | GRM0225C1H8R0DA03L | 8 pF 0402 |
| C2 | Murata | GRM0225C1H8R0DA03L | 8 pF 0402 |
| - C3 | Murata | مستشعر مكثف GCM155R71H102KA37D | 1 nF 0402 |
| - مستشعر C4 | Murata | GRM0225C1H1R8BA03L | 1.8 pF |
| - C5 | Vishay | CRCW04020000Z0EDC | ضع المقاوم 0R 0402 أو استخدمه لمطابقة مستشعر الهوائي |
| - مستشعر مكثف C6 | Murata | GRM155C81C105KE11J | 1 uF 0402 |
| - مكثف | |||
| C7 Murata GRM155C81C105KE11J 1 uF 0402المستشعر - | Murata | GRM022R61A104ME01L | 100 nF 0402 |
| إرسال RF | MICRF113YM6-MICRF113 TR | IC1 | |
| IC2 | PIC16LF1704-I / ML | PIC16LF1704 منخفض الطاقة | |
| R1 | Vishay | CRCW040210K0FKEDC 10 كيلو أوم 0402 | |
| - R2 | Vishay | مستشعر المقاوم CRCW040233K0FKEDC | 33 كيلو أوم 0402 |
| - مستشعر المقاوم R3 | Vishay | CRCW04021K00FKEDC | 1 كيلو أوم 0402 |
| - مستشعر المقاوم R5 | Vishay | CRCW040210K0FKEDC | 10 كيلو أوم 0402 |
| - X1 | ABRACON | ABM8W-13.4916MHZ-8-J2Z-T3 | 3.2 × 2.5 مم 13.4916 ميجا هرتز 8 pF |
| سلك التيتانيوم | الكريستالي Sigma-Aldrich | GF36846434 | سلك التيتانيوم 0.125 مم |
| محلل شبكة المتجهات | مصغرة حلول الراديو | miniVNA يمكن | استخدام محللات شبكة ناقلات أخرى صغيرة - تردد التشغيل المطلوب هو 300 &ndash ؛ 500 ميجاهرتز، عرض نطاق ترددي للدقة يساوي أو أقل من 1 ميجاهرتز، طاقة خرج لا تزيد عن 0 ديسيبل ميلي واط ويفضل أن يكون النطاق الديناميكي أفضل من 60 ديسيبل للواجهة الأمامية المستقبلة |
المراجع
- El-Serag, H. B., Sweet, S., Winchester, C. C., Dent, J. Update on the epidemiology of gastro-oesophageal reflux disease: a systematic review. Gut. 63 (6), 871-880 (2014).
- Gyawali, C. P., et al. Modern diagnosis of GERD: the Lyon Consensus. Gut. 67 (7), 1351-1362 (2018).
- Cesario, S., et al. Diagnosis of GERD in typical and atypical manifestations. Acta Biomedica. 89 (5), 33-39 (2018).
- Sifrim, D., Gyawali, C. P. Prolonged wireless pH monitoring or 24-hour catheter-based pH impedance monitoring: Who, When, and Why. American Journal of Gastroenterology. 115 (8), 1150-1152 (2020).
- Chae, S., Richter, J. E. Wireless 24, 48, and 96 Hour or impedance or oropharyngeal prolonged pH monitoring: Which test, when, and why for GERD. Current Gastroenterology Reports. 20 (11), 52(2018).
- Furness, J. B., Callaghan, B. P., Rivera, L. R., Cho, H. -J. The enteric nervous system and gastrointestinal innervation: integrated local and central control. Adv Exp Med Biol. 817, 39-71 (2014).
- Sanmiguel, C. P., et al. Effect of electrical stimulation of the LES on LES pressure in a canine model. American Journal of Physiology-Gastrointestinal and Liver Physiology. 295 (2), 389-394 (2008).
- Rodríguez, L., et al. Electrical stimulation therapy of the lower esophageal sphincter is successful in treating GERD: final results of open-label prospective trial. Surgical Endoscopy. 27 (4), 1083-1092 (2013).
- Rinsma, N. F., Bouvy, N. D., Masclee, A. A. M., Conchillo, J. M. Electrical stimulation therapy for gastroesophageal reflux disease. Journal of Neurogastroenterology and Motility. 20 (3), 287-293 (2014).
- Rodríguez, L., et al. Two-year results of intermittent electrical stimulation of the lower esophageal sphincter treatment of gastroesophageal reflux disease. Surgery. 157 (3), 556-567 (2015).
- Kwiatek, M. A., Pandolfino, J. E. The BravoTM pH capsule system. Digestive and Liver Disease. 40 (3), 156-160 (2008).
- Karamanolis, G., et al. Bravo 48-hour wireless pH monitoring in patients with non-cardiac chest pain. objective gastroesophageal reflux disease parameters predict the responses to proton pump inhibitors. Journal of Neurogastroenterology and Motility. 18 (2), 169-173 (2012).
- Rodríguez, L., et al. Two-year results of intermittent electrical stimulation of the lower esophageal sphincter treatment of gastroesophageal reflux disease. Surgery (United States). 157 (3), 556-567 (2015).
- Hajer, J., Novák, M., Rosina, J. Wirelessly powered endoscopically implantable devices into the submucosa as the possible treatment of gastroesophageal reflux disease. Gastroenterology Research and Practice. 2019, 1-7 (2019).
- Deb, S., et al. Development of innovative techniques for the endoscopic implantation and securing of a novel, wireless, miniature gastrostimulator (with videos). Gastrointestinal Endoscopy. 76 (1), 179-184 (2012).
- Shin, P., Mikolajick, T., Ryssel, H. pH Sensing Properties of ISFETs with LPCVD Silicon Nitride Sensitive-Gate. The Journal of Electrical Engineering and Information Science. 2, 82-87 (1997).
- Benhamou, P. -Y., et al. Closed-loop insulin delivery in adults with type 1 diabetes in real-life conditions: a 12-week multicentre, open-label randomised controlled crossover trial. The Lancet Digital Health. 1 (1), 17-25 (2019).
- Nikolic, M., et al. Tailored modern GERD therapy - steps towards the development of an aid to guide personalized anti-reflux surgery. Scientific Reports. 9 (1), 19174(2019).
- Hajer, J., Novák, M. Autonomous and rechargeable microneurostimulator endoscopically implantable into the submucosa. Journal of Visualized Experiments: JoVE. (139), e57268(2018).
- Pavelka, M., Roth, J. Parietal Cells Of Stomach: Secretion Of Acid. Functional Ultrastructure. , Springer. Vienna. 202-203 (2010).
- Jones, R. D., Neuman, M. R., Sanders, G., Cross, F. S. Miniature antimony pH electrodes for measuring gastroesophageal reflux. The Annals of Thoracic Surgery. 33 (5), 491-495 (1982).
- Avago technologies designing detectors for RF/ID tags application note 1089. , Available from: http://docs.avagotech.com/docs/AV02-1577EN (2008).
- Waugh, R. W., Buted, R. R. The zero bias schottky diode detector at temperature extremes-problems and solutions. Proceedings of the WIRELESS Symposium. , 175-183 (1996).
- Satoh, Y., Ikata, O., Miyashita, T. RF SAW filters. , Available from: http://www.te.chiba-u.jp/lab/ken/Symp/Symp2001/PAPER/SATOH.pdf (2011).
- Soffer, E. Effect of electrical stimulation of the lower esophageal sphincter in gastroesophageal reflux disease patients refractory to proton pump inhibitors. World Journal of Gastrointestinal Pharmacology and Therapeutics. 7 (1), 145(2016).
- Microsemi ZL70323 MICS-band RF miniaturized standard implant module (MiniSIM). , Available from: https://www.microsemi.com/document-portal/doc_download/135307-zl70323-datasheet (2015).
الوصول مقيد. يرجى تسجيل الدخول أو بدء فترة تجريبية لعرض هذا المحتوى.
إعادة الطباعة والأذونات
الوسوم
