Method Article

ייצור ובדיקה של חיישן מיקרוגל מבוקר אופטית לזיהוי רמות אוריאה בשתן

DOI:

10.3791/70483

⸱

May 5th, 2026

 ,  , 
1Department of Electrical and Computer Engineering, Altinbas University, 2Department of Cybersecurity, College of Engineering, Al Ain University, 3Department of Automation and Artificial Intelligence Engineering, College of Information Engineering at Al-Nahrain University, 4International Applied and Theoretical Research Center (IATRC)

In This Article

Summary

$$\rightleftharpoonup{xx}$$ $$\longleftharp{xx}$$, $$\longrightharp{xx}$$,

פרוטוקול זה מפרט חיישן מיקרוגל בעלות נמוכה ומבוקר אופטית לזיהוי אוריאה. באמצעות נגד תלוי אור ועיצוב פרקטלי, הוא מתרגם את התכונות האופטיות של השתן לתגובה ליניארית של התנגדות RF. בעוד שהעיצוב המבוסס על FR4 מראה פוטנציאל לשימוש בנקודת טיפול, עבודה עתידית דורשת חומרים עם אובדן נמוך ואימות קליני של מערכת ניידת.

Abstract

$$\rightleftharpoonup{xx}$$ $$\longleftharp{xx}$$, $$\longrightharp{xx}$$,

ניטור רמות האוריאה בשתן הוא חיוני להערכת תפקוד הכליות ומצב ההידרציה. השיטות הנוכחיות לעיתים קרובות מתבססות על בדיקות ביוכימיות פולשניות, יקרות או גוזלות זמן, שאינן אידיאליות לטיפול בנקודת טיפול או למעקב רציף. פרוטוקול זה מתאר את הייצור והבדיקה של חיישן מיקרוגל חדשני, זול ורגיש מאוד, המיועד לזיהוי רמות אוריאה. החיישן משלב סליל ספירלי מעגלי (CSI), קבל בין-דיגיטלי (IDC) ונגד תלוי אור (LDR) על מצע FR4, הפועל בתדר תהודה של 1.22 גיגה-הרץ. החידוש המרכזי הוא הבקרה האופטית באמצעות ה-LDR, אשר כאשר נחשף למקור אור קבוע דרך דגימת שתן, מווסת את אובדן ההחדרה (S₂₁) של החיישן בצורה ליניארית וכמותית ביחס לריכוז האוריאה. העיצוב משלב מסלול לולאה אחורית ועמודי פרקטל הילברט כדי למזער השפעות דיפרקציה ולשפר את התאמת ההתנגדות, ובכך לשפר את דיוק המדידה. אנו מפרטים את הסימולציה המספרית של החיישן באמצעות CST Microwave Studio, את ייצורו באמצעות חריטה כימית, ואת האימות הניסיוני שלו באמצעות דגימות שתן אנושיות. התוצאות מראות שינוי עקבי וניתן לחזרה בפרמטר S₂₁ עם רמות אוריאה משתנות, המאושר על ידי מודל רשת עצבית לסיווג נתונים. חיישן זה מהווה כלי מבטיח לאבחון ביו-רפואי לא פולשני בזמן אמת.

Introduction

$$\rightleftharpoonup{xx}$$ $$\longleftharp{xx}$$, $$\longrightharp{xx}$$,

טכנולוגיית החישה במיקרוגל הפכה לכלי עוצמתי לאפיון לא פולשני של חומרים ביולוגיים בשל דרישות המגע המינימליות שלה, חדירה לא הרסנית והטבע הבטוח של גלים אלקטרומגנטיים לא מייננים1. התכונות הדיאלקטריות של נוזלי גוף כמו שתן מושפעות מההרכב הכימי שלהם, כולל ריכוז האוריאה, מה שהופך אותם לניתנים לזיהוי באמצעות שינויים בהתפשטות מיקרוגל2. למרות שקיימים חיישני מיקרוגל קונבנציונליים, הם לעיתים קרובות מתמודדים עם אתגרים ברגישות, מיניאטוריזציה ואופטימיזציה של גורם האיכות (Q-factor) לזיהוי שינויים זעירים בנוזלים מורכבים כמו שתן3.

התקדמות אחרונה השתמשה בגאומטריות תהודת שונות, כגון רזונטורים משלימים עם חוג מפוצל (CSRRs) ומבנים פרקטליים, כדי לשפר את ביצועי החיישן4. עם זאת, השגת רגישות גבוהה עם עיצוב פשוט וזול נותרה מכשול משמעותי5. החיישן המתואר כאן מתמודד עם מגבלות אלו על ידי שילוב CSI ו-IDC עם מנגנון בקרה אופטי ייחודי6. הכללת מערכת LDR מאפשרת למודולציה את ביצועי ה-RF של החיישן על ידי השקיפות האופטית של דגימת השתן, אשר מתואמת עם ריכוזאוריאה 7. זה יוצר מנגנון טרנסדוקציה חדשני שממיר תכונה ביוכימית לאות מיקרוגל מדיד8.

מאמר זה מספק פרוטוקול מפורט שלב אחר שלב לבניית והפעלת חיישן מיקרוגל מבוקר אופטיתזה. אנו מכסים את רציונליית העיצוב, הקמת הסימולציה, תהליך הייצור, הליך הכיול ושיטת ניתוח הנתונים, כולל שימוש באלגוריתם למידת מכונה לפרשנות תוצאות10. התוצאות המייצגות מדגימות את יעילות החיישן בזיהוי רמות אוריאה בדגימות שתן אנושיות, ומדגישות את הפוטנציאל שלו ליישומים אבחנתיים בנקודת טיפול11.

במהלך מחקר זה, ריכוז האוריאה מבוטא ביחידות של mg/mol/cm3 כדי לשקף את מדד הריכוז המנורמל שמקורו במנגנון הטרנסדוקציה של החיישן, שמקשר בין ההחלשה האופטית ליחידת אורך מסלול (ס"מ) לריכוז המולרי של אוריאה (mol) המנורמל במסה (מיליגרם)12. כדי להקל על השוואה לספרות הקלינית הסטנדרטית, ניתן להמיר יחידה זו ליחידות קונבנציונליות כך: ריכוז אוריאה של 1 מ"ג/מול/ס"מ3 מתאים לכ-1 מ"ג/ד"ל כאשר בוחנים את אורך מסלול המדידה הסטנדרטי, או במקביל 0.166 מ"מ/ליטר בהתחשב במשקל המולקולרי של האוריאה (60.06 גרם למול)13. טווח הריכוזים שנחקר במחקר זה (150–450 מ"ג/מ"ל/סנ"מ 3) תואם לרמות אוריאה קלינית רלוונטיות של 150–450 מ"ג/ד"ל, הכוללות ערכים פיזיולוגיים נורמליים (כ-200–400 מ"ג/ד"ל) ועלויות קלות14. התאמה זו מבטיחה שהממצאים ניתנים לפרשנות בהקשר של פרקטיקה ביו-רפואית סטנדרטית15.

עיצוב החיישן המוצע מונע מהצורך בשיטת זיהוי אוריאה זולה, לא פולשנית בזמן אמת, המתמודדת עם מגבלות בשיטות חישה מיקרוגל קיימות, שבדרך כלל מסתמכות אך ורק על שינויים בפיבירטיב דיאלקטרי ולעיתים דורשות כיול מורכב16. החידוש בעבודה זו טמון בשילוב שלושה אלמנטים עיצוביים מובחנים שמאפשריםיחד מנגנון טרנסדוקציה ישיר וליניארי מהאופטיקה למיקרוגל. ראשית, שילוב של סליל ספירלי מעגלי (CSI) וקבל בין-דיגיטלי (IDC) יוצר מבנה תהודה באיכות Q גבוהה שמרכז את השדה האלקטרומגנטי באזור החישה, ומגביר את הרגישות לשינויים זעירים במדיום הסובב18. שנית, שילוב סטאבים פרקטליים של הילברט בצומת CSI-IDC ממזער את השפעות הדיפרקציה ומייעל התאמת התנגדות, מה שמשפר את יציבות המדידה וחזרתיות19. שלישית, ובאופן החשוב ביותר, הכנסת מרחוק כאלמנט המרה מבוקר אופטית מהווה סטייה מחיישני מיקרוגל קונבנציונליים; במקום להסתמך רק על תכונות הדיאלקטריות של הדגימה, ה-LDR מאפשר למודולציה של תגובת ה-RF של החיישן על ידי השקיפות האופטית של דגימת השתן, אשר מתואמת לריכוז אוריאה20. זה יוצר מסלול היברידי של טרנסדוקציה אופטית-מיקרוגלית שמתרגם תכונה ביוכימית ישירות להזזה כמותית ב-S₂₁ בתדירות תהודה קבועה21. למיטב ידיעתנו, עבודה זו מייצגת את ההדגמה הראשונה של חיישן מיקרוגל מבוקר אופטית לזיהוי אוריאה, המשלב LDR עם רזונטור משופר פרקטלי CSI-IDC להשגת קריאה ליניארית ישירה, וממקם את החיישן המוצע כפלטפורמה מבטיחה לאבחון לא פולשני בזמן אמת בנקודת טיפול22.

מנגנון ההמרה של החיישן נשען על מסלול היברידי אופטי-מיקרוגל שבו ה-LDR מתרגם שקיפות אופטית של השתן — בקורלציה הפוכה לריכוז האוריאה — להזזה כמותית ב- |S₂₁| על ידי מודולציה של עומס ההתנגדות של תהודה סליל ספירלי-בין-דיגיטלי מעגלי (CSI-IDC)23. הקשר הליניארי הזה מפשט את הכיול ומאפשר קריאה בזמן אמת, ומבדיל את העיצוב המוצע מחיישני מיקרוגל קונבנציונליים התלויים אך ורק בשינויים בפרוטיביטיביות דיאלקטרית. קלינית, אוריאה בדרכי השתן היא סמן ביולוגי מרכזי לתפקוד הכליות ולמצב ההידרציה, עם רמות תקינות הנעות בין 200–400 מ"ג/ד"ל; סטיות עשויות להעיד על התייבשות, פגיעה בכליות או הפרעות מטבוליות. החיישן מתמודד עם מגבלות הבדיקות האנזימטיות בתקן הזהב—הדורשות תשתית מעבדה וכוח אדם מיומן—על ידי הצעת מדידה מהירה (<30 שניות), זולות ולא פולשניות באמצעות דגימות בקנה מידה מיקרוליטר, התומך בפוטנציאל שלו ליישומים בנקודת טיפול24.

Access restricted. Please log in or start a trial to view this content.

Protocol

$$\rightleftharpoonup{xx}$$ $$\longleftharp{xx}$$, $$\longrightharp{xx}$$,

אישור אתי התקבל מוועדת הביקורת של IATRC. כל ההליכים הכוללים דגימות שתן אנושיות עמדו בעקרונות הצהרת הלסינקי. התקבלה הסכמה מדעת בכתב מכל המשתתפים, וכל הדגימות הושמרו על אנונימיות כדי להגן על הסודיות.

עיצוב חיישנים וסימולציה נומרית

השלב הראשון בתכנון חיישן הוא להריץ סימולציה אלקטרומגנטית. CST Microwave Studio משמש ליצירת הפריסה, הכוללת תהודה המורכבת מסליל ספירלי עגול (CSI) בטור עם קבל אינטרדיגיטל (IDC). יש נקודת חיבור למערכת יחסים מרחוק בין החלקים האלה שמאפשרת להם לעבוד יחד אופטית25. לשיפור הביצועים, מתווספים שני סטאבים פתוחים של הילברט פרקטלי לצומת CSI-IDC כדי להפחית את שולי השדה האלקטרומגנטי והעיוות. מבנה לולאה אחורית נוסף גם למישור הקרקע כדי להפוך את תגובת מסנן הפס לדחייה יציבה יותר ולשפר את דיוק המדידה26. העיצוב עובד בצורה הטובה ביותר על מצע FR4 סטנדרטי וזול (εr≈ 4.3, עובי 1.6 מ"מ) ויש לו תהודה תפעולית ראשית ב-1.22 GHz. השתמשנו בתוכנה ליצירת וניתוח מודל מעגל שקול עם אלמנטים מרוכזים כדי לבדוק את פרמטרי ה-S המדומים. זה הבטיח שהתוצאות מסימולציות אלקטרומגנטיות ומעגלים מלאות יהיו זהות27. הבחירה ב-LDR כאלמנט הממיר אופטי נבעה מיתרונותיו הייחודיים בארכיטקטורת החישה המיקרוגלית הספציפית הזו. בניגוד לפוטודיאודות או פוטוטרנזיסטורים, שדורשים מעגלי הטיה מורכבים ומציעים יחס זרם-אור לא ליניארי, ה-LDR מספק מודולציה פסיבית, ליניארית ורחבת טווח התנגדות בתגובה לעוצמת האור הפוגעת. היסט ליניארי זה בהתנגדות מודולציה ישירה של S21 של רזונטור המיקרוגל הסמוך מבלי להכניס רעש מעגל פעיל או לדרוש התניה נוספת של האות. יתרה מזאת, העלות הנמוכה, טביעת הרגל הקומפקטית של ה-LDR והאינטגרציה החלקה עם תת-ה-FR4 — שאינה דורשת קווי הטיה חיצוניים — תואמים את המטרה הכוללת של חיישן נקודת טיפול פשוט, זול ולא פולשני.

כדי להקשר את החיישן המוצע בנוף הרחב של טכנולוגיות גילוי אוראה, יש צורך בהשוואה קצרה לשיטות מוכרות. בדיקות ביוכימיות, כמו שיטת האוראז האנזימטי, מייצגות את תקן הזהב הקליני, ומציעות דיוק ורגישות גבוהים (מגבלות גילוי נמוכות עד 1–5 מ"ג/ד"ל) אך דורשות ציוד מעבדה ייעודי, צוות מיומן וזמני תגובה טיפוסיים של 30–60 דקות, מה שמגביל את השימושיות שלהם בסביבות נקודת טיפול. רצועות בדיקה אנזימטיות מספקות חלופה מהירה (2–5 דקות), זולה, חצי-כמותית, המתאימה לשימוש ביתי; עם זאת, הם מסתמכים על פרשנות קולורימטרית, שיכולה להיות סובייקטיבית, ומציעים רגישות מוגבלת למדידת ריכוז מדויקת. חיישנים אלקטרוכימיים, כולל חיישני אוריאה אמפרומטריים ופוטנציומטריים, משיגים רגישות גבוהה ומאפשרים זיהוי בזמן אמת, אך לעיתים קרובות דורשים ייצור אלקטרודות מורכב וקיבוע אנזימים, וסובלים מבעיות יציבות הנובעות מהתדרדרות אנזימים לאורך זמן. לעומת זאת, חיישן המיקרוגל המבוקר אופטית המוצע מציע שילוב ייחודי של מאפיינים: קישור אופטי לא פולשני מבטל מגע ישיר של הדגימה עם אלמנטים חישה, ומפחית את סיכון הזיהום; זמן המדידה הוא פחות מ-30 שניות; ייצור על מצע FR4 זול ממזער עלות; והקשר הליניארי בין ריכוז האוריאה לאובדן ההחדרה (S21) מפשט את הכיול. בעוד שהרגישות הנוכחית (1.42 × 10-4 למ"ג/מול/סנטימטר3) מתאימה לסיווג קטגורי של טווחי אוריאה קליניים רלוונטיים (150–450 מ"ג/ד"ל), אופטימיזציה נוספת עשויה לשפר את גבולות הגילוי הדומים למקבילים אלקטרוכימיים. בסך הכול, החיישן תופס נישה משלימה, ומעדיף פשטות, מהירות וניידות ליישומים בנקודת טיפול שבהם דיוק מעבדה אינו חיוני.

ייצור חיישנים

פוטוליתוגרפיה סטנדרטית מעבירה את העיצוב המוגמר ללוח FR4 מצופה נחושת, חד-צדדי. פוטומסק ברזולוציה גבוהה משמש ליצירת דפוס החיישן על תת-קרקע שעבר למינציה עם פוטוריזיסט. הדפוס מפותח ונחרט בתמיסה של כלוריד ברזל (FeCl₃). לאחר חריטה וניקוי, מחברי SubMiniature גרסה A (SMA) מולחמים בקפידה ליציאות המיקרוסטריפ של הכניסה והפלט, כך שניתן יהיה לחבר את ציוד המדידה28. תהליך זה יוצר חיישן פעיל ופרופיל נמוך שמוכן לבדיקה.

הקמה ניסיונית וכיול

באמצעות כבלים קואקסיאליים איכותיים, החיישן המומצא מחובר למנתח רשת וקטורית (VNA), בדומה לסדרת Agilent PNA. באמצעות ערכת כיול מכנית, מתבצע כיול מלא בשני פורטים (פתוח, קצר, עומס, דרך) בקצוות הכבל כדי להיפטר משגיאות מדידה שיטתיות. כדי למדוד את פרמטרי ה-S של החיישן, ה-VNA מוגדר לעבור בין 0.1 GHz ל-4GHz עם הספק יציאה של -10 dBm29.

הכנת דגימת שתן והליך מדידה

משתתפים שמסכימים לתת דגימות שתן מתבקשים לעשות זאת. פלטפורמת בדיקה קבועה מוצבת למדידה: מערכת מרחוק ממוקמת ישירות מתחת למחסנית זכוכית נקייה שממוקמת במרכז האזור הפעיל של החיישן. ראשית, נלקח מדידת S21 בסיסית כאשר ה-LDR מואר על ידי מקור אור בעוצמה קבועה וללא דגימה. לאחר מכן, טיפה של שתן במשקל 0.01 מ"ל מוזרת על אמצע מגלש הזכוכית. ספקטרום S21 מוקלט שוב עם אותה כמות אור. התכונות האופטיות של הדגימה, התלויות באוריאה, משנות את ההתנגדות של ה-LDR, מה שגורם לשינוי מדיד ב-|S21| ב-1.22 GHz30. כדי למנוע זיהום צולב, מנקה את מחסנית הזכוכית במים מזוקקים ואתנול בין כל מדידת דגימה. דגימות שתן טריות נאספו מעשרה מתנדבים בריאים (חמישה גברים, חמישה נשים; בגילאי 25–45). ריכוזי האוריאה הבסיסיים, שנמדדו באמצעות מנתח כימיה קלינית, נעו בין 150 ל-450 מ"ג/ד"ל. כדי לקבוע טווח בדיקות מבוקר, הדגימות סווגו לשלוש קבוצות ריכוז: נמוכות (150–250 מ"ג/ד"ל), בינוניות (251–350 מ"ג/ד"ל), וגבוהות (351–450 מ"ג/ד"ל), עם עשר דגימות בכל קטגוריה. כל הדגימות נותחו תוך שעתיים מהאיסוף, אוחסנו בטמפרטורה של 4 מעלות צלזיוס כאשר לא היו בשימוש, והתאזנו לטמפרטורת החדר לפני המדידה. אליקווט של 0.01 מ"ל הוחל על מחסנית זכוכית נקייה בכל בדיקה, כאשר הסלייפים נוקו באמצעות 70% אתנול ומים מזוקקים בין המדידות למניעת זיהום צולב30.

רכישת נתונים וניתוח

המידע העיקרי שנלקח מכל מדידה הוא גודל S21 (בדציבל) בתהודה של 1.22 גיגה-הרץ. מערך נתונים זה משמש ללימוד אלגוריתם K-Nearest Neighbors (KNN) שפועל בתוכנה כמו MATLAB. המודל משתמש בגודל S21 כדי לחלק את רמות האוריאה לקבוצות כמו "נמוך", "ביניים" ו"גבוה"31. כמו כן, ניתן למדוד את רגישות הריכוז של החיישן על ידי הצגת השינוי ב-|S21| (Δ|S21|) נגד השינוי בריכוז האוריאה (ΔC). השיפוע של הקשר הליניארי הזה, C = ΔS / ΔC, מראה את הרגישות. כדי להעריך עמידות חיישנים ואמינות מדידה, נערך מחקר חזרתיות עם 45 מדידות לכל קטגוריית ריכוז אוריאה (נמוך: 150–250 מ"ג/ד"ל, ביניים: 251–350 מ"ג/ד"ל, גבוה: 351–450 מ"ג/ד"ל) במשך שלושה ימים עצמאיים, בסך הכל 135 מדידות. מקדם השונות נע בין 0.67% ל-1.07% בכל הקטגוריות, מה שמעיד על חזרתיות מדידה מצוינת. אי-הוודאות במדידה נמדדה בהתאם למסגרת מדריך לביטוי אי-ודאות במדידה (GUM), ששילבה אי-ודאות מסוג A (שונות סטטיסטית ממדידות חזרות) עם תרומות מסוג B מכיול VNA (±0.05 dB), תנודות טמפרטורה (±0.01 dB/°C) ושינויים במיקום הדגימה (±0.02 dB). אי-הוודאות המורחבת (k=2, רווח ביטחון 95%) נע בין ±0.38 dB ל-±0.56 dB, בהתאם לקטגוריית הריכוז. רגישות הריכוז, שמקורה ברגרסיה ליניארית של Δ|S21| לעומת ΔC, חושב כ-1.42 × 10-4 ל(mg/mol/cm3), עם רווח ביטחון של 95% × 10-4 עד 1.49 × 10-4 per (mg/mol/cm3) ומקדם קביעה (R2) של 0.94. אי-הוודאות היחסית המורחבת ברגישות הייתה ±6.2% (k = 2), מה שמאשר שהרגישות המדווחת חזקה סטטיסטית והחיישן מדגים ביצועים שחזוריים המתאימים ליישומים בנקודת טיפול.

Access restricted. Please log in or start a trial to view this content.

Results

$$\rightleftharpoonup{xx}$$ $$\longleftharp{xx}$$, $$\longrightharp{xx}$$,

לאחר הייצור שתוכנן והוצג באיור 1, ביצועי החיישן יוצרו לראשונה, ראו איור 2, ואומתו ללא דגימה. פרמטרי S שנמדדו הראו התאמה מצוינת לתוצאות המדומות, עם תהודה ראשונית ב-1.22 גיגה-הרץ ו-S21 שהגיעה ל-27 דציבלים, כפי שמוצג באיור 2. הפערים הקטנים (<5%) מיוחסים לסבילות ייצור ואפקטי הלחמה.

תגובת החיישן לריכוזי אוריאה משתנים הייתה נראית בבירור. איור 3

Access restricted. Please log in or start a trial to view this content.

Discussion

$$\rightleftharpoonup{xx}$$ $$\longleftharp{xx}$$, $$\longrightharp{xx}$$,

הפרוטוקול מפרט את הפיתוח המוצלח של חיישן מיקרוגל מבוקר אופטית חדשני, שתוכנן במיוחד לזיהוי אוריאה בשתן אנושי. היבטים מרכזיים של הפרוטוקול כוללים תכנון מדוקדק של עמודי פרקטל הילברט כדי לאופטימיזציה של פיזור השדה האלקטרומגנטי ולהבטיח מיקום עקבי של דגימות שתן על סלייד זכוכית מעל LDR כדי להקל על קישור אופטי שניתן לשחזר. התוצאות מדגישות את יעילות ה-LDR בתרגום התכונות האופטיות של השתן, המשתנות בריכוזאוריאה 7, לאימפדנס RF משתנה. ממצא בולט הוא המתאם הליניארי בין גודל S₂₁ ל...

Access restricted. Please log in or start a trial to view this content.

Disclosures

$$\rightleftharpoonup{xx}$$ $$\longleftharp{xx}$$, $$\longrightharp{xx}$$,

למחברים אין ניגודי עניינים להצהיר עליהם.

Acknowledgements

$$\rightleftharpoonup{xx}$$ $$\longleftharp{xx}$$, $$\longrightharp{xx}$$,

המחברים מביעים את תודתם הכנה למרכז הבינלאומי למחקר יישומי ותיאורטי (IATRC), בגדד, עיראק, על מתן מתקני מעבדות ותמיכה טכנית. מחקר זה לא קיבל מענקים ספציפיים מסוכנויות מימון במגזר הציבורי, המסחרי או הלא-רווחי.

Access restricted. Please log in or start a trial to view this content.

Materials

List of materials used in this article
NameCompanyCatalog NumberComments
סטודיו מיקרוגל CSTדאסו סיסט ו-egrave; MES2023סימולציה אלקטרומגנטית בגל מלא
מולטימטר דיגיטליפלוק87Vלצורך אימות התנגדות
מים מזוקקיםספק מקומילא זמיןלדילול דגימות וניקוי
אמבט חריטהגנרילא זמיןמבוקרת טמפרטורה, 50 מעלות; C
אתנול (70%)מרק100983לניקוי שקופיות זכוכית
כלוריד ברזלי (FeCl3)סיגמא-אלדריץ'157740תמיסה של 0.5 מ', חומר חריטה
למינציה מצופה נחושת FR4גנרילא זמיןחד-צדדי, בעובי 1.6 מ"מ, ואפסילון; r 4.3
שקופיות זכוכיתקורנינג2947-75X2575 מ"מ ופעמים; 25 מ"מ ופעמים; 1 מ"מ, למיקום דגימה
פלטה חמהגנרילא זמיןלפיתוח וריפוי
מקור אורLED גנרילא זמיןנורית LED לבנה, טמפרטורת צבע של 6000 K, עוצמה קבועה של 1000 לוקס
נגד תלוי אור (LDR)גנרי (GL5528)GL5528התנגדות: 10 ק"ו-אומגה; (קל), 1 MΩ (כהה); קוטר 5 מ"מ
MATLABMathWorksR2023bניתוח נתונים וסיווג KNN; ארגז כלים לסטטיסטיקה ולמידת מכונה
ערכת כיול מכניתאג'ילנט85052DOpen, short, load, through (OSLT) לכיול שני פורטים
מיקרופיפטהאפנדורף31200000620.5– 10 ומיקרו; טווח נפח L
מיקרוסופט אקסלמיקרוסופטמשרד 365רישום וניתוח נתונים
אוסצילוסקופטקטרוניקסTBS1052Bלמדידת מתח יציאה של מיישר
פוטומסקמנהגלא זמיןמסכת כרום ברזולוציה גבוהה עם דפוס חיישנים
פוטוריסטמיקרוכימיהSU-8 2000פוטוריזסט שלילי לפוטוליתוגרפיה
טיפים של פיפטהאפנדורף30015.1190.01– 10 ומיקרו; L, סטרילי
מיכלי דגימה מפוליפרופילןתרמו פישר342020-0030מיכלים סטריליים בנפח 30 מ"ל
מעגל מיישר RFמנהגלא זמיןמבוסס דיודה של שוטקי; ממיר RF למתח DC
מחבר שיגור קצה נקבי של SMAאמפנול RF13216950 & Omega;, לחיבור מיקרוסטריפ
אוריאה (לסמיקינג)סיגמא-אלדריץ'U5128דרגת תרופות, > טוהר של 99.5%
מערכת חשיפה ל-UVקרל סוסMA6זמן חשיפה: 120 שניות
מנתח רשת וקטורית (VNA)אג'ילנטסדרת PNAטווח תדרים: 0.1– 4 גיגה-הרץ, רוחב פס IF: 100 הרץ, נקודות סריקה: 1001

References

$$\rightleftharpoonup{xx}$$ $$\longleftharp{xx}$$, $$\longrightharp{xx}$$,
  1. Al-Hadeethi, S. T., Elwi, T. A., Ibrahim, A. A. A printed reconfigurable monopole antenna based on a novel metamaterial structure for 5G applications. Micromachines. 14 (1), 131(2023).
  2. Kamil, R. A., et al. On the enhancement anomaly detection for RF bio-sensors by computing artificial networks using machine learning techniques. Infocommun J. 17 (2), 89-95 (2025).
  3. Elwi, T. A., Noori, N. M., Majeed, M. N. On the performance of adaptive intelligent wireless sensor nodes nanostructured array for IoT applications. Int J Telecommun Emerg Technol. 9 (2), 29-39 (2023).
  4. Anwer, A. I., Abdul Hassain, Z. A., Elwi, T. A. A theoretical study to design a microwave sensor for biomedical detections. AIP Conf Proc, 2787 (1), 090014(2023).
  5. Nano and micro based antennas and sensors and methods of making same. U.S. Patent. , 8692716 (2014).
  6. Abdulsattar, R. K., Al-Kaltakchi, M. T. S., Mocanu, I. A., Al-Behadili, A. A., Abdu Hassain, Z. A. Study on sensing urine concentrations in water using a microwave sensor based on Hilbert structure. Sensors. 24 (11), 3528(2024).
  7. Al-Gburi, R. M., et al. Microwave-based breast cancer detection using a high-gain Vivaldi antenna and metasurface neural network approach for medical diagnostics. Frequenz. 79 (7–8), 311-325 (2025).
  8. Elwi, T. A., et al. On the performance of a photonic reconfigurable electromagnetic band gap antenna array for 5G applications. IEEE Access. 12, 60849-60862 (2024).
  9. Elwi, T. A., et al. On the performance of metamaterial based printed circuit antenna for blood glucose level sensing applications: a case study. Infocommun J. XVI (1), 56-63 (2024).
  10. Elwi, T. A., et al. Orbital angular momentum based slot array antenna for modern applications. J Eng Sustain Dev. 28 (3), 375-383 (2024).
  11. Al-Saegh, A. M., Elwi, T. A., et al. AI-based investigation and mitigation of rain effect on channel performance with aid of a novel 3D slot array antenna design for high throughput satellite system. IEEE Access. 12, 29926-29939 (2024).
  12. Al-Adhami, A., Al-Adhami, Y., Elwi, T. A. A 3D antenna array based solar cell integration for modern MIMO systems. Infocommun J. 15 (4), 10-16 (2023).
  13. Jwair, M. H., Elwi, T. A., Khamas, S. K., Farajidavar, A., Ismail, A. B. Circularly polarized metamaterial patch antenna circuitry for modern MIMO applications. Iraqi J Inf Commun Technol. 6 (3), 65-75 (2023).
  14. Abood, M. S., Elwi, T. A., et al. An LSTM-based network slicing classification future predictive framework for optimized resource allocation in C-V2X. IEEE Access. 11, 129300-129310 (2023).
  15. Khalid, A. R., Muqdad, S. S., Elwi, T. A., Abdul Hassain, Z. A., Muhsin, M. Y. Artificial neural network approach for estimation of moisture content in crude oil by using a microwave sensor. Int J Microw Opt Technol. 18 (5), 511-519 (2023).
  16. Jwair, M. H., Elwi, T. A., et al. Intelligent metasurface layer for direct antenna amplitude modulation scheme. IEEE Access. 11, 77506-77517 (2023).
  17. Hussein, H., Atasoy, F., Elwi, T. A. Origami antenna array shaped mosque of Muhammed Al-Fatih for visual sight enhancement in modern 5G MIMO networks. J Eng Sustain Dev. 27 (4), 417-428 (2023).
  18. Ali, L., Ilyas, M., Elwi, T. A. A metamaterial-based compact MIMO antenna array incorporating Hilbert fractal design for enhanced 5G wireless communication networks. Math Model Eng Probl. 10 (3), 930-936 (2023).
  19. Afsar, M. N., Birch, J. R., Clarke, R. N. The measurement of the properties of materials. Proc IEEE. 74 (1), 183-199 (1986).
  20. Schwan, H. P., Foster, K. R. RF-field interactions with biological systems: electrical properties and biophysical mechanisms. Proc IEEE. 68 (1), 104-113 (1980).
  21. Gabriel, S., Lau, R. W., Gabriel, C. The dielectric properties of biological tissues: II. Measurements in the frequency range 10 Hz to 20 GHz. Phys Med Biol. 41 (11), 2251-2269 (1996).
  22. Jaspard, F., Nadi, M. Dielectric properties of blood: an investigation of haematocrit dependence. Physiol Meas. 24 (1), 137-147 (2003).
  23. Omer, A. E., et al. Low-cost portable microwave sensor for non-invasive monitoring of blood glucose level: novel design utilizing a four-cell CSRR hexagonal configuration. Sci Rep. 10 (1), 15200(2020).
  24. Li, C. H., Chen, K. W., Yang, C. L., Lin, C. H., Hsieh, K. C. A urine testing chip based on the complementary split-ring resonator and microfluidic channel. 2018 IEEE Micro Electro Mechanical Systems (MEMS), Belfast, UK, , (2018).
  25. Abdul Hassain, Z. A., Farhan, M. J., Oleiwi, T. A. Compact fractal microwave sensor with capacitive loading for accurate HbA1c monitoring. 2025 5th International Conference on Artificial Intelligence and Signal Processing (AISP), Vijayawada, India, , (2025).
  26. Lee, C. S., Yang, C. L. Thickness and permittivity measurement in multi-layered dielectric structures using complementary split-ring resonators. IEEE Sens J. 14 (3), 695700(2014).
  27. Withayachumnankul, W., et al. Metamaterial-based microfluidic sensor for dielectric characterization. Sens Actuators A Phys. 189, 233-237 (2013).
  28. Ebrahimi, A., Scott, J., Ghorbani, K. Ultrahigh-sensitivity microwave sensor for microfluidic complex permittivity measurement. IEEE Trans Microw Theory Tech. 67 (10), 4269-4277 (2019).
  29. Zarifi, M. H., Daneshmand, M. Liquid sensing using planar microwave resonators: a review. IEEE Sens J. 17 (13), 3998-4010 (2017).
  30. Salim, A., Lim, S. Review of recent metamaterial microfluidic sensors. Sensors. 18 (1), 232(2018).
  31. Schueler, M., et al. Metamaterial inspired microwave sensors. IEEE Microw Mag. 13 (2), 57-68 (2012).
  32. Mason, A., et al. A review of microwave sensing for liquid quality monitoring. Sensors. 18 (4), 1122(2018).
  33. Velez, P., et al. Microwave microfluidic sensors based on metamaterials. IEEE J Microw. 1 (1), 243-256 (2021).

Access restricted. Please log in or start a trial to view this content.

Reprints and Permissions

Request permission to reuse the text or figures of this JoVE article

Request Permission

Tags

Microwave SensorUrea DetectionUrine AnalysisOptical ControlLight Dependent ResistorCircular Spiral InductorInterdigital CapacitorResonance FrequencyChemical EtchingNeural Network Model

Related Articles