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

El protocolo muestra la fabricación de un sensor de pH implantable inalámbrico que transmite datos a un receptor totalmente pasivo, lo que permite una entrega de datos muy eficiente en el consumo de energía de un dispositivo implantable a otro. El sensor se puede fabricar a mano y mediante técnicas comúnmente disponibles. A continuación, el método de transmisión de datos se puede reutilizar directamente en el desarrollo de diferentes dispositivos implantables.

Es fundamental inspeccionar a fondo el sensor de pH inalámbrico después de cada paso. Los componentes utilizados para su fabricación son muy pequeños y pueden producirse cortocircuitos o extravíos durante la fabricación. Para empezar, coloque el sensor de pH ISFET montado en una PCB en una superficie plana y suelde una sección de 15 milímetros de cable recubierto de etileno propileno fluorado a los electrodos soldables del sensor de pH sin tinte contaminante y PCB con fundente.

Mezcle un mínimo de dos mililitros de epoxi de dos partes para encapsular los electrodos soldados y luego use epoxi opaco negro para una inspección posterior. Observe la fácil visibilidad de las piezas del sensor expuestas al medio ambiente sin epoxi opaco. Transfiera el epoxi mixto a una jeringa de un mililitro con una aguja plana de 0,5 milímetros y cubra el área de soldadura de los sensores de pH con epoxi, asegurando el recubrimiento de toda el área de los electrodos de PCB y el cable expuesto.

Inspeccione el área recubierta bajo un microscopio en busca de piezas metálicas expuestas no recubiertas. Después de repetir el proceso de recubrimiento de metal sin recubrimiento, recorte los cables a la longitud y el ángulo, luego cubra los extremos con soldadura para evitar que se deshilachen. Después de colocar pcb con componentes en una posición lateral hacia arriba, aplique pasta de soldadura a todas las almohadillas doradas expuestas.

A continuación, coloque los componentes pasivos y activos utilizando pinzas. Después de soldar y enfriar a temperatura ambiente, inspeccione la PCB bajo el microscopio para verificar la colocación de los componentes y los cortocircuitos. Programe el firmware en el microcontrolador y configure el software de programación como se describe en el texto.

A continuación, configure el programador para alimentar el dispositivo con un voltaje de aproximadamente 2,5 voltios. Luego dessoldara los cinco cables después de la programación. Suelde dos soportes de batería a la parte opuesta de la PCB.

A continuación, suelde el conjunto del sensor de pH a los terminales de la PCB, luego inserte dos baterías AG1 en los soportes de la batería. Después de preparar el epoxi, encapsule el dispositivo con el epoxi como se describió anteriormente. Deje que el epoxi se cure a temperatura ambiente.

Conecte el gancho de alambre al dispositivo con una gota de epoxi de curado rápido. Después del curado a temperatura ambiente, el sensor de pH podría ubicarse en la parte inferior izquierda del dispositivo implantable. Suelde los componentes con la pistola de soldadura.

Para fabricar el receptor rectenna de nuevo o continuar sin que el receptor coincida, utilice los valores de los componentes proporcionados aquí y omita la grabación del gráfico S11 Smith en el siguiente paso. De lo contrario, suelde el conector SMA a la PCB. Conecte una entrada de analizador de red vectorial al conector SMA.

Graba el gráfico S11 Smith de la rectenna. Observa la respuesta y registra la impedancia. Utilice un software de calculadora de coincidencia de impedancia para determinar los valores de los componentes coincidentes.

Suelde los componentes que coinciden con la impedancia e inspeccione bajo un microscopio los cortocircuitos y la colocación de los componentes. Después de medir con el analizador de espectro nuevamente, confirme que la relación de onda estacionaria de voltaje es inferior a tres entre 300 y 500 megahercios. De lo contrario, repita con diferentes componentes coincidentes.

Después de activar el dispositivo después de las 24 horas de la inserción de la batería, inspeccione la salida del sensor observando la señal que se muestra en el osciloscopio. Prepare una solución de ácido clorhídrico al 2% y una solución tampón milimolar de 100 milimolares de pH cuatro, pH siete y pH 10. Sumerja la cápsula en cada vaso de precipitados y registre al menos tres muestras.

Mida el período entre el segundo y el tercer pulso. Y después de completarlo en la hoja de cálculo proporcionada, determine los coeficientes de calibración para el sensor de pH utilizando la hoja de cálculo. Después de preparar un modelo porcino endoscópico ex vivo del estómago y un segmento largo del esófago, agarre el sensor externamente con un clip hemostático.

Inserte el endoscopio con el sensor en el clip de la manera estándar en el modelo. Después de colocar el clip con el sensor cerca del esfínter esofágico inferior, gire el endoscopio contra la pared esofágica, abra el clip y luego empuje hacia la pared esofágica. Cierre y suelte el clip.

Mientras el sensor permanezca unido a la pared esofágica en la ubicación deseada, extraiga el endoscopio. Coloque el receptor a menos de 10 centímetros del sensor implantado. Inyecte 50 mililitros de las soluciones con varios valores de pH en el esófago y observe los cambios en la respuesta del sensor.

Retraiga el endoscopio después de cada inyección y lea el valor no antes de 30 segundos después de la inyección y use la hoja de cálculo para calcular el pH medido por el sensor. Lavar el esófago con 100 mililitros de agua desionizada entre soluciones inyectables con diferente pH. Cuando el receptor de rectenna pasiva se colocó cerca del dispositivo de detección de pH, se observaron picos de voltaje claros cuando el dispositivo estaba transmitiendo.

Los dos primeros pulsos cortos fueron pulsos de sincronización. El tiempo entre el segundo y el tercer pulso se traduce linealmente en el pH del entorno al que fue sometido el sensor. Basado en una calibración simple de dos puntos con los tampones de pH cuatro y pH 10, el sensor devolvió lecturas de valor de pH estables y repetibles.

La media y la desviación estándar de los errores fueron de 0,25 y 0,30 cuando se probaron en soluciones y vasos de precipitados y fueron de 0,31 y 0,36 en un modelo ex vivo. El efecto de una antena de teléfono móvil con una llamada GSM activa tuvo solo un efecto negativo menor en la recepción de los datos del sensor, como se demostró para una distancia de 20 centímetros, 10 centímetros y cinco centímetros entre el borde del teléfono y el receptor. La encapsulación del sensor debe hacerse e inspeccionarse adecuadamente para prolongar la vida útil del dispositivo cuando se implanta.

A continuación, la colocación correcta del clip hemostático es crítica. Esta investigación allana el camino para el desarrollo de redes inalámbricas de dispositivos implantables al crear una forma energéticamente eficiente de transferir datos, especialmente desde el punto de vista del receptor.