Construction d’un capteur implantable par endoscopie sans fil pour la surveillance du pH avec récepteur à diode Schottky à polarisation nulle

Le protocole montre la fabrication d’un capteur de pH implantable sans fil qui transmet des données à un récepteur entièrement passif, permettant une livraison très économe en énergie des données d’un dispositif implantable à un autre. Le capteur peut être fabriqué à la main et selon des techniques couramment disponibles. Ensuite, la méthode de transmission de données peut être directement réutilisée dans le développement de différents dispositifs implantables.

Il est essentiel d’inspecter soigneusement le capteur de pH sans fil après chaque étape. Les composants utilisés pour sa fabrication sont très petits et des courts-circuits ou des erreurs de placement pendant la fabrication peuvent survenir. Pour commencer, placez le capteur de pH ISFET monté sur un circuit imprimé sur une surface plane et soudez une section de 15 millimètres de câble recouvert d’éthylène propylène fluoré aux électrodes soudables du capteur de pH sans contaminer le colorant et le PCB avec le flux.

Mélanger un minimum de deux millilitres d’époxy en deux parties pour encapsuler les électrodes soudées, puis utiliser de l’époxy opaque noir pour une inspection ultérieure. Observez la visibilité facile des pièces du capteur exposées à l’environnement sans époxy opaque. Transférez l’époxy mélangé dans une seringue d’un millilitre avec une aiguille à extrémité plate de 0,5 millimètre et recouvrez la zone de soudure des capteurs de pH avec de l’époxy, assurant le revêtement de toute la zone des électrodes PCB et du fil exposé.

Inspectez la zone revêtue au microscope à la recherche de pièces métalliques exposées non revêtues. Après avoir répété le processus de revêtement du métal non revêtu, coupez les fils à la longueur et à l’angle, puis enduisez les extrémités de soudure pour éviter l’effilochage. Après avoir placé le PCB avec les composants en position latérale vers le haut, appliquez de la pâte à souder sur tous les tampons plaqués or exposés.

Ensuite, placez les composants passifs et actifs à l’aide d’une pince à épiler. Après la soudure et le refroidissement à température ambiante, inspectez le PCB au microscope pour vérifier l’emplacement des composants et des shorts. Programmez le micrologiciel sur le microcontrôleur et configurez le logiciel de programmation comme décrit dans le texte.

Ensuite, réglez le programmeur pour alimenter l’appareil avec une tension d’environ 2,5 volts. Ensuite, soudez les cinq fils après la programmation. Soudez deux supports de batterie à la partie opposée du PCB.

Ensuite, soudez l’ensemble du capteur de pH aux bornes du PCB, puis insérez deux batteries AG1 dans les supports de batterie. Après avoir préparé l’époxy, encapsulez le dispositif avec l’époxy comme décrit précédemment. Laissez l’époxy durcir à température ambiante.

Fixez le crochet métallique à l’appareil avec une goutte d’époxy à durcissement rapide. Après durcissement à température ambiante, le capteur de pH peut être situé en bas à gauche du dispositif implantable. Soudez les composants à l’aide du pistolet à souder.

Pour fabriquer à nouveau le récepteur rectenna ou procéder sans correspondance du récepteur, utilisez les valeurs des composants fournis ici et ignorez l’enregistrement du graphique S11 Smith à l’étape suivante. Sinon, soudez le connecteur SMA au PCB. Connectez une entrée d’analyseur de réseau vectoriel au connecteur SMA.

Enregistrez la carte S11 Smith de la rectenna. Observez la réponse et enregistrez l’impédance. Utilisez un logiciel de calculatrice de correspondance d’impédance pour déterminer les valeurs des composants correspondants.

Soudez les composants correspondant à l’impédance et inspectez au microscope les courts-circuits et le placement des composants. Après avoir mesuré à nouveau avec l’analyseur de spectre, confirmez que le rapport d’ondes stationnaires de tension est inférieur à trois entre 300 et 500 mégahertz. Sinon, répétez l’opération avec différents composants correspondants.

Une fois l’appareil activé après 24 heures après l’insertion de la batterie, inspectez la sortie du capteur en observant le signal affiché dans l’oscilloscope. Préparer une solution d’acide chlorhydrique à 2 % et une solution tampon de 100 millimolaires de pH quatre, pH sept et pH 10. Immergez la capsule dans chaque bécher et enregistrez au moins trois échantillons.

Mesurez la période entre la deuxième et la troisième impulsion. Et après l’avoir rempli dans la feuille de calcul fournie, déterminez les coefficients d’étalonnage du capteur de pH à l’aide de la feuille de calcul. Après avoir préparé un modèle porcin endoscopique ex vivo de l’estomac et d’un long segment de l’œsophage, saisissez le capteur à l’extérieur avec un clip hémostatique.

Insérez l’endoscope avec le capteur dans le clip de manière standard dans le modèle. Après avoir placé le clip avec le capteur près du sphincter œsophagien inférieur, faites pivoter l’endoscope contre la paroi œsophagienne, ouvrez le clip, puis poussez vers la paroi œsophagienne. Fermez et relâchez l’élément.

Pendant que le capteur reste attaché à la paroi œsophagienne à l’endroit souhaité, extrayez l’endoscope. Placez le récepteur à moins de 10 centimètres du capteur implanté. Injectez 50 millilitres de solutions avec différentes valeurs de pH dans l’œsophage et observez les changements dans la réponse du capteur.

Rétractez l’endoscope après chaque injection et lisez la valeur au plus tôt 30 secondes après l’injection et utilisez la feuille de calcul pour calculer le pH mesuré par le capteur. Laver l’œsophage avec 100 millilitres d’eau désionisée entre les solutions injectables avec un pH différent. Lorsque le récepteur rectenna passif a été placé à proximité du dispositif de détection de pH, des pics de tension clairs ont été observés lors de la transmission de l’appareil.

Les deux premières impulsions courtes étaient des impulsions de synchronisation. Le temps entre la deuxième et la troisième impulsion se traduit linéairement par le pH de l’environnement auquel le capteur a été soumis. Sur la base d’un simple étalonnage en deux points avec les tampons de pH quatre et pH 10, le capteur a renvoyé des lectures de valeur de pH stables et reproductibles.

L’écart-type moyen et l’écart-type des erreurs étaient de 0,25 et 0,30 lorsqu’ils étaient testés dans des solutions et des béchers et étaient de 0,31 et 0,36 dans un modèle ex vivo. L’effet d’une antenne de téléphone mobile avec un appel GSM actif n’a eu qu’un effet négatif mineur sur la réception des données du capteur, comme démontré pour une distance de 20 centimètres, 10 centimètres et cinq centimètres entre le bord du téléphone et le récepteur. L’encapsulation du capteur doit être effectuée et inspectée correctement pour prolonger la durée de vie du dispositif lors de son implantation.

Ensuite, le placement correct du clip hémostatique est essentiel. Cette recherche ouvre la voie au développement de réseaux sans fil de dispositifs implantables en créant un moyen économe en énergie de transférer des données, en particulier du point de vue du récepteur.