基于零偏压肖特基二极管接收器的可无线激活内镜植入式pH监测传感器的构建

该方案展示了无线可植入式pH传感器的制备过程，该传感器可将数据传输至完全无源的接收器，从而实现从一个可植入设备到另一个设备的高能效数据传输。该传感器可通过手工及常规可获取的技术进行制造。此外，该数据传输方法可直接应用于其他不同类型可植入设备的开发中。

每完成一个步骤后，必须彻底检查无线 pH 传感器。用于制造传感器的组件非常微小，在制造过程中可能发生短路或错位。首先，将安装在印制电路板（PCB）上的 ISFET pH 传感器放置在平坦表面上，并将一段 15 毫米长的氟化乙烯丙烯涂层电缆焊接到 pH 传感器的可焊接电极上，焊接时需避免助焊剂污染染料和 PCB。

混合至少两毫升的双组分环氧树脂，用于封装焊接的电极，然后使用不透明黑色环氧树脂以便后续检查。观察未使用不透光环氧树脂覆盖时，暴露于环境中的传感器部件是否易于可见。将混合好的环氧树脂转移至带有0.5毫米平头针头的1毫升注射器中，均匀涂覆在pH传感器的焊接区域，确保印刷电路板电极区域及裸露导线部分完全被环氧树脂覆盖。

在显微镜下检查涂层区域，查看是否存在未涂覆的裸露金属部分。对未涂覆的金属部分重复涂覆工艺后，将导线修剪至所需长度和角度，然后用焊料涂覆末端，以防止散开。将带有元器件的PCB板正面朝上放置后，向所有裸露的镀金焊盘上施加焊膏。

接下来，使用镊子放置被动元件和主动元件。焊接完成后，冷却至室温，然后在显微镜下检查印制电路板，以确认元件位置是否正确以及是否存在短路。按照文中所述，将固件程序写入微控制器，并设置编程软件。

接下来，将编程器设置为以约 2.5 伏的电压为设备供电。编程完成后，拆焊掉五根导线。将两个电池盒焊接到 PCB 的另一侧。

接下来，将pH传感器组件焊接到PCB的端子上，然后将两节AG1电池插入电池座中。配制环氧树脂后，按照之前所述方法用环氧树脂封装设备。在室温下让环氧树脂固化。

使用一滴快速固化的环氧树脂将金属丝钩固定在装置上。在室温下固化后，可将pH传感器置于植入式装置的左下侧。使用电烙铁焊接各组件。

如需重新制作整流天线接收器或在不进行接收器匹配的情况下继续操作，请使用此处提供的元件参数，并跳过下一步中的S11史密斯圆图记录。否则，将SMA连接器焊接到PCB上，并将矢量网络分析仪的输入端连接到SMA连接器。

记录整流天线的S11史密斯图。观察响应并记录阻抗。使用阻抗匹配计算软件确定匹配元件的取值。

焊接阻抗匹配元件，并在显微镜下检查是否存在短路及元件放置情况。再次使用频谱分析仪测量后，确认电压驻波比在300至500兆赫范围内低于3。否则，更换不同的匹配元件重复操作。

在插入电池24小时后启动设备，通过观察示波器上显示的信号来检查传感器的输出。配制2%的盐酸溶液以及pH为4、pH为7和pH为10的100毫摩尔缓冲溶液。将胶囊依次浸入每个烧杯中，并记录至少三个样本。

测量第二个和第三个脉冲之间的时间间隔。将该数值填入提供的电子表格后，利用该表格确定pH传感器的校准系数。制备好离体的猪胃内窥镜模型以及一段较长的食管后，使用止血夹从外部夹住传感器。

以标准方式将带有传感器夹的内窥镜插入模型中。将带传感器的夹子放置于靠近食管下括约肌的位置后，旋转内窥镜使其紧贴食管壁，打开夹子，然后向食管壁方向推进。关闭并释放夹子。

当传感器仍固定在食管壁的预定位置时，取出内窥镜。将接收器放置在植入式传感器10厘米范围内。向食管内注入50毫升不同pH值的溶液，并观察传感器响应的变化。

每次注射后收回内窥镜，并在注射后至少30秒再读取数值，然后使用电子表格计算传感器测得的pH值。在注入不同pH溶液之间，用100毫升去离子水冲洗食管。当无源整流天线接收器靠近pH传感装置时，可在装置传输时观察到明显的电压尖峰。

前两个短脉冲为同步脉冲。第二个与第三个脉冲之间的时间与传感器所处环境的 pH 值呈线性关系。通过 pH 4 和 pH 10 缓冲液进行简单的两点校准后，传感器返回了稳定且可重复的 pH 值读数。

在溶液和烧杯中测试时，误差的平均值和标准差分别为0.25和0.30；在离体模型中，误差的平均值和标准差分别为0.31和0.36。当手机天线处于活跃的GSM通话状态时，仅对传感器数据接收产生轻微的负面影响，该影响在手机边缘与接收器之间距离分别为20厘米、10厘米和5厘米时均得到验证。传感器的封装必须正确完成并经过仔细检查，以延长植入后设备的使用寿命。

接下来，止血夹的正确放置至关重要。本研究通过创建一种高效节能的数据传输方法，特别是从接收端的角度出发，为可植入设备的无线网络发展铺平了道路。