Construcción de un sensor implantable endoscópicamente habilitado para la tecnología inalámbrica para el monitoreo del pH con receptor basado en diodo Schottky de sesgo cero

Summary

El manuscrito presenta un sensor de pH implantable en miniatura con salida inalámbrica modulada ASK junto con un circuito receptor totalmente pasivo basado en diodos Schottky de sesgo cero. Esta solución se puede utilizar como base en el desarrollo de dispositivos de terapia de electroestimulación calibrada in vivo y para la monitorización ambulatoria del pH.

Abstract

La monitorización ambulatoria del pH del reflujo patológico es una oportunidad para observar la relación entre los síntomas y la exposición del esófago al reflujo ácido o no ácido. Este artículo describe un método para el desarrollo, fabricación e implantación de un sensor de pH inalámbrico en miniatura. El sensor está diseñado para ser implantado endoscópicamente con un solo clip hemostático. También se construye y prueba un receptor totalmente pasivo basado en rectenna basado en un diodo Schottky de sesgo cero. Para construir el dispositivo, se utilizó una placa de circuito impreso de dos capas y componentes listos para usar. Un microcontrolador en miniatura con periféricos analógicos integrados se utiliza como extremo frontal analógico para el sensor de transistor de efecto de campo sensible a iones (ISFET) y para generar una señal digital que se transmite con un chip transmisor de tecla de cambio de amplitud. El dispositivo es alimentado por dos células alcalinas primarias. El dispositivo implantable tiene un volumen total de 0,6 ^cm3 y un peso de 1,2 gramos, y su rendimiento se verificó en un modelo ex vivo (esófago porcino y estómago). A continuación, se construyó un receptor pasivo basado en rectenna de pequeña huella que se puede integrar fácilmente en un receptor externo o en el neuroestimulador implantable, y se demostró que recibe la señal de RF del implante cuando está cerca (20 cm) de él. El pequeño tamaño del sensor proporciona un monitoreo continuo del pH con una obstrucción mínima del esófago. El sensor podría utilizarse en la práctica clínica habitual para la monitorización del pH esofágico las 24/96 horas sin necesidad de insertar un catéter nasal. La naturaleza de "potencia cero" del receptor también permite el uso del sensor para la calibración automática in vivo de dispositivos de neuroestimulación del esfínter esofágico inferior en miniatura. Un control activo basado en sensores permite el desarrollo de algoritmos avanzados para minimizar la energía utilizada para lograr un resultado clínico deseable. Uno de los ejemplos de tal algoritmo sería un sistema de circuito cerrado para la terapia de neuroestimulación bajo demanda de la enfermedad por reflujo gastroesofágico (ERGE).

Introduction

El Consenso de Montreal define la enfermedad por reflujo gastroesofágico (ERGE) como "una condición que se desarrolla cuando el reflujo del contenido del estómago causa síntomas desagradables y / o complicaciones". Puede estar asociado con otras complicaciones específicas como estenosis esofágicas, esófago de Barrett o adenocarcinoma de esófago. La ERGE afecta aproximadamente al 20% de la población adulta, principalmente en países con alto estatus ^económico1.

La monitorización ambulatoria del pH del reflujo patológico (tiempo de exposición ácida superior al 6%) permite distinguir la relación entre síntomas y reflujo ....

Protocol

Ningún animal vivo participó en este estudio. El experimento se realizó en un modelo ex vivo que consiste en un esófago porcino y estómago. El estómago y el esófago se compraron en una carnicería local como su producto estándar. Este procedimiento está de acuerdo con las leyes checas, y lo preferimos debido al principio "3R" (Reemplazo, Reducción y Refinamiento).

1. Fabricación del conjunto del sensor de pH

NOTA: Observe las precauciones para manipular componentes sensibles a la descarga electrostática (ESD) durante la fabricación del conjunto del sensor de pH. Tenga cuidado al trabajar con el soldador.

Results

Se construyó con éxito un dispositivo capaz de detección autónoma de pH y transmisión inalámbrica del valor de pH, como se muestra en la Figura 8. El dispositivo construido es un modelo en miniatura; pesa 1,2 g y tiene un volumen de 0,6 ^cm3. Las dimensiones aproximadas son 18 mm x 8,5 mm x 4,5 mm. Como se muestra en la Figura 15, figura 16 y Figura 17, se puede implantar en l.......

Discussion

Este método es adecuado para investigadores que trabajan en el desarrollo de nuevos dispositivos médicos implantables activos. Requiere un nivel de competencia en la fabricación de prototipos electrónicos con componentes de montaje en superficie. Los pasos críticos en el protocolo están relacionados con la fabricación de la electrónica, especialmente el llenado de los PCB, que es propenso a errores del operador en la colocación y soldadura de componentes pequeños. Luego, la encapsulación correcta es crucial para prolonga.......

Materials

List of materials used in this article

Name	Company	Catalog Number	Comments
Batería AG1	Panasonic	SR621SW	Dos baterías por un implante
Soporte de batería	MYOUNG	MY-521-01
Alambre de cobre esmaltado para la antena	pro-POWER	QSE Wire - 0,15 mm de diámetro, 38 SWG
Epoxi para encapsulación	Loctite	EA M-31 CL	Cable EPOXI FEP de dos partes de grado médico que cumple con ISO10993
para sensor	de pHMolex / Temp-Flex	100057-0273
Limpiador de fundente	Shesto	UTFLLU05	Prepare una solución al 5% en agua desionizada para la limpieza por sonicación
Pinza hemostática	Boston Scientific	Resolution Pistola
aire caliente + soldador	W.E.P.	Modelo 706	Cualquier soldador capaz de soldar con estaño y pistola de aire caliente capaz de mantener 260 ° C se puede utilizar
Software de adaptación de impedancia	de Iowa Hills	Smith	Chart Se puede descargar desde http://www.iowahills.com/9SmithChartPage.html - alternativamente, cualquier software de diseño de RF admite el cálculo de componentes de adaptación de impedancia Sensor de
pH ISFET en una placa de circuito impreso	WinSense	WIPS	Pida un modelo premontado en una placa de circuito impreso con electrodo de referencia de oro en chip
Medidor de pH de laboratorio	Hanna Instruments	HI2210-02	Se utiliza con HI1131B sonda de vidrio
Programador de microcontorsionadores	Microchip	PICkit 3	También se pueden utilizar otros programadores compatibles con PIC16
Estómago de cerdo con esófago Granja	porcina local	Obtenido de aprox. 40– Cerdo de 50 kg	Es importante que el estómago incluya toda la longitud del esófago.
Placa de circuito impreso - receptor	Elija el proveedor de PCB preferido	Según pcb2.zip datos	Una capa, 0,8 mm de grosor, FR4, sin mascarilla
Placa de circuito impreso - sensor	Elija el proveedor de PCB preferido	Según pcb1.zip datos	Dos capas con PTH, 0,6 mm de grosor, FR4, 2x mascarilla
Receptor -	0R Vishay	CRCW04020000Z0EDC	Consulte la Figura 12 y la Figura 13 para la ubicación
Receptor - 1.5 pF	Murata	GRM0225C1C1R5CA03L	Consulte la Figura 12 y la Figura 13 para la ubicación
Receptor: 100 pF	Murata	GRM0225C1E101JA02L	Consulte la Figura 12 y la Figura 13 para la ubicación
Receptor: 33 nH	Electrónica de pulsos	PE-0402CL330JTT	Consulte la Figura 12 y la Figura 13 para la ubicación
Receptor: diodos schottky de RF	MACOM	MA4E2200B1-287T	Consulte la Figura 12 y la Figura 13 para colocación
Receptor - Antena SMA	LPRS	ANT-433MS
Receptor - Conector SMA	Linx Technologies	CONSMA001	Consulte la Figura 12 y la Figura 13 para ver la ubicación
Sensor - C1	Murata	GRM0225C1H8R0DA03L	condensador de 8 pF 0402
Sensor - C2	Murata	GRM0225C1H8R0DA03L	8 pF 0402
Sensor de condensador - C3	Murata	GCM155R71H102KA37D	Condensador de 1 nF 0402
Sensor - C4	Murata	GRM0225C1H1R8BA03L	1.8
pF Sensor - C5	Vishay	CRCW04020000Z0EDC	Coloque la resistencia 0R 0402 o utilícela para que coincida con la antena
Sensor - C6	Murata	GRM155C81C105KE11J	1 Condensador uF 0402
Sensor - C7	Murata	GRM155C81C105KE11J	1 Condensador
uF 0402Sensor - Condensador	C8 Murata	GRM022R61A104ME01L	100 nF 0402
Sensor - IC1	Microchip	MICRF113YM6-TR	MICRF113 transmisor de RF
Sensor - IC2	Microchip	PIC16LF1704-I/ML	PIC16LF1704 microcontrolador de baja potencia
Sensor - R1	Vishay	CRCW040210K0FKEDC	resistencia de 10 kOhm 0402
Sensor - R2	Vishay	CRCW040233K0FKEDC	Resistencia de 33 kOhm 0402
Sensor - R3	Resistencia	Vishay CRCW04021K00FKEDC	1 kOhm 0402
Sensor - R5	Resistencia Vishay	CRCW040210K0FKEDC	10 kOhm 0402
Sensor - X1	ABRACON	ABM8W-13.4916MHZ-8-J2Z-T3	3.2 x 2.5 mm 13.4916 MHz 8 pF
cristal Alambre de titanio	Sigma-Aldrich GF36846434		0.125 mm
Analizador de redes vectoriales	mini SOLUCIONES DE	RADIO miniVNA Tiny	Se pueden utilizar otros analizadores de redes vectoriales: la frecuencia de operación requerida es de 300 – 500 MHz, ancho de banda de resolución igual o inferior a 1 MHz, potencia de salida no superior a 0 dBm y rango dinámico preferiblemente superior a 60 dB para el extremo frontal receptor