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Articolo metodologico

Costruzione di un sensore impiantabile endoscopicamente abilitato wireless per il monitoraggio del pH con ricevitore basato su diodi Schottky a polarizzazione zero

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DOI:

10.3791/62864

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27 agosto 2021

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1Department of Medical Biophysics and Medical Informatics, Third Faculty of Medicine, Charles University, 2Department of General Surgery, Third Faculty of Medicine, Charles University, University Hospital Královské Vinohrady, 3Department of Internal Medicine, Third Faculty of Medicine, Charles University, University Hospital Královské Vinohrady

In questo articolo

Sommario

Il manoscritto presenta un sensore di pH impiantabile in miniatura con uscita wireless modulata ASK insieme a un circuito ricevitore completamente passivo basato su diodi Schottky a polarizzazione zero. Questa soluzione può essere utilizzata come base nello sviluppo di dispositivi di terapia elettrostimolante calibrati in vivo e per il monitoraggio ambulatoriale del pH.

Abstract

Il monitoraggio ambulatoriale del pH del reflusso patologico è un'opportunità per osservare la relazione tra sintomi ed esposizione dell'esofago al reflusso acido o non acido. Questo documento descrive un metodo per lo sviluppo, la produzione e l'impianto di un sensore di pH wireless in miniatura. Il sensore è progettato per essere impiantato endoscopicamente con una singola clip emostatica. Viene inoltre costruito e testato un ricevitore completamente passivo basato su rectenna basato su un diodo Schottky a polarizzazione zero. Per costruire il dispositivo, sono stati utilizzati un circuito stampato a due strati e componenti pronti all'uso. Un microcontrollore miniaturizzato con periferiche analogiche integrate viene utilizzato come front-end analogico per il sensore a transistor a effetto di campo sensibile agli ioni (ISFET) e per generare un segnale digitale che viene trasmesso con un chip trasmettitore di commutazione di ampiezza. Il dispositivo è alimentato da due celle alcaline primarie. Il dispositivo impiantabile ha un volume totale di 0,6 cm3 e un peso di 1,2 grammi, e le sue prestazioni sono state verificate in un modello ex vivo (esofago suino e stomaco). Successivamente, è stato costruito un ricevitore passivo basato su rectenna a ingombro ridotto che può essere facilmente integrato in un ricevitore esterno o nel neurostimolatore impiantabile e ha dimostrato di ricevere il segnale RF dall'impianto quando si trova in prossimità (20 cm) di esso. Le dimensioni ridotte del sensore forniscono un monitoraggio continuo del pH con un'ostruzione minima dell'esofago. Il sensore potrebbe essere utilizzato nella pratica clinica di routine per il monitoraggio del pH esofageo 24/96 ore senza la necessità di inserire un catetere nasale. La natura "a potenza zero" del ricevitore consente inoltre l'uso del sensore per la calibrazione automatica in vivo di dispositivi di neurostimolazione in miniatura dello sfintere esofageo inferiore. Un controllo attivo basato su sensori consente lo sviluppo di algoritmi avanzati per ridurre al minimo l'energia utilizzata per ottenere un risultato clinico desiderabile. Uno degli esempi di tale algoritmo sarebbe un sistema a circuito chiuso per la terapia di neurostimolazione su richiesta della malattia da reflusso gastroesofageo (GERD).

Introduzione

Il Montreal Consensus definisce la malattia da reflusso gastroesofageo (GERD) come "una condizione che si sviluppa quando il reflusso del contenuto dello stomaco provoca sintomi spiacevoli e / o complicazioni". Può essere associato ad altre complicazioni specifiche come stenosi esofagee, esofago di Barrett o adenocarcinoma esofageo. La GERD colpisce circa il 20% della popolazione adulta, principalmente nei paesi con un elevato status economico1.

Il monitoraggio ambulatoriale del pH del reflusso patologico (tempo di esposizione acida superiore al 6%) consente di distinguere la relazione tra sintomi e reflusso gastroesofageo acido o non acido2,3. Nei pazienti che non rispondono alla terapia con PPI (inibitori della pompa protonica), il monitoraggio del pH può rispondere se si tratta di reflusso gastroesofageo patologico e perché il paziente non risponde alla terapia PPI standard. Attualmente sono offerte varie opzioni di monitoraggio del pH e dell'impedenza. Una delle possibilità più recenti è il monitoraggio wireless mediante dispositivi impiantabili4,5.

La GERD è associata al disturbo dello sfintere esofageo inferiore (LES), in cui le contrazioni mostrate durante la manometria esofagea non sono patologiche ma hanno un'ampiezza ridotta nella GERD a lungo termine. LES è costituito da muscolatura liscia e mantiene contrazioni toniche dovute a fattori miogenici e neurogenici. Si rilassa a causa dell'inibizione vagale-mediata che coinvolge l'ossido nitrico come neurotrasmettitore6.

È stato dimostrato che la stimolazione elettrica con due coppie di elettrodi aumenta il tempo di contrazione del LES in un modello di reflusso canino7. Il rilassamento del LES, compresa la pressione residua durante la deglutizione, non è stato influenzato dalla stimolazione sia a bassa che ad alta frequenza. La stimolazione ad alta frequenza è una scelta ovvia perché richiede meno energia e prolunga la durata della batteria.

Sebbene il trattamento di elettrostimolazione (ET) dello sfintere esofageo inferiore sia un concetto relativamente nuovo nel trattamento dei pazienti con GERD, questa terapia si è dimostrata sicura ed efficace. Questa forma di trattamento ha dimostrato di fornire un sollievo significativo e duraturo dai sintomi della GERD, eliminando la necessità di un trattamento con PPI e riducendo l'esposizione all'acido esofageo8,9,10.

L'attuale sensore di pH all'avanguardia per la diagnostica di GERD è il dispositivo Bravo11,12. Con un volume stimato di 1,7 cm3, può essere impiantato direttamente nell'esofago con o senza feedback endoscopico visivo e fornisce un monitoraggio 24 ore + del pH nell'esofago.

Considerando che la terapia di elettrostimolazione è una delle alternative più promettenti per il trattamento della GERD che non risponde alla terapia standard8,13, ha senso fornire i dati dal sensore di pH al neurostimolatore. La recente ricerca mostra un chiaro percorso verso lo sviluppo futuro in questo campo che porterà a rigidi dispositivi impiantabili all-in-one che risiederanno nel sito di neurostimolazione14,15. A tale scopo, l'ISFET (transistor a effetto di campo sensibile agli ioni) è uno dei migliori tipi di sensori a causa della sua natura miniaturizzata, della possibilità di integrazione su chip di un elettrodo di riferimento (oro in questo caso) e di una sensibilità sufficientemente elevata. Sul silicio, l'ISFET assomiglia alla struttura di un MOSFET standard (Metal Oxide Semiconductor Field Effect Transistor). Tuttavia, il cancello, normalmente collegato ad un terminale elettrico, viene sostituito da uno strato di materiale attivo a diretto contatto con l'ambiente circostante. Nel caso di ISFET sensibili al pH, questo strato è formato da nitruro di silicio (Si3N4)16.

Il principale svantaggio dei dispositivi impiantabili endoscopicamente è la limitazione intrinseca delle dimensioni della batteria, che può portare a una durata ridotta di questi dispositivi o motivare i produttori a sviluppare algoritmi avanzati che forniranno l'effetto richiesto a un costo energetico inferiore. Uno degli esempi di tale algoritmo sarebbe un sistema a circuito chiuso per la terapia di neurostimolazione su richiesta di GERD. Simile ai misuratori di glucosio continui (CGM) + sistemi di pompe per insulina17, un tale sistema impiegherebbe un sensore di pH esofageo o un altro sensore per rilevare la pressione corrente dello sfintere esofageo inferiore insieme a un'unità di neurostimolazione.

La risposta alla terapia di neurostimolazione e i requisiti per i modelli di neurostimolazione possono essere individuali13. Pertanto, è importante sviluppare sensori indipendenti che potrebbero essere utilizzati sia per la diagnosi e la caratterizzazione della disfunzione o per partecipare attivamente alla calibrazione del sistema di neurostimolazione in base alle esigenze individuali dei pazienti18. Questi sensori dovrebbero essere il più piccoli possibile per non influire sulla normale funzionalità dell'organo.

Questo manoscritto descrive un metodo di progettazione e fabbricazione di un sensore di pH basato su ISFET con trasmettitore ASK (amplitude-shift keying) e un ricevitore passivo basato su rectenna a ingombro ridotto. Sulla base della semplice architettura della soluzione, i dati di pH possono essere ricevuti da un ricevitore esterno o persino dal neurostimolatore impiantabile senza alcun volume significativo o penalità di potenza. La modulazione ASK viene scelta a causa della natura del ricevitore passivo, che è in grado di rilevare solo la potenza del segnale RF ricevuto (spesso chiamata "potenza del segnale ricevuto"). Il diagramma schematico, che è incorporato come materiale supplementare, mostra la costruzione del dispositivo. È alimentato direttamente da due batterie alcaline AG1, che forniscono una tensione compresa tra 2,0-3,0 V (in base allo stato di carica). Le batterie alimentano il microcontrollore interno, che utilizza le sue periferiche ADC (convertitore analogico-digitale), DAC (convertitore digitale-analogico), amplificatore di funzionamento interno e FVR (riferimento a tensione fissa) per polarizzare il sensore di pH ISFET. La tensione di "gate" risultante (l'elettrodo di riferimento in oro) è proporzionale al pH dell'ambiente circostante. Una corrente ids stabile è fornita da un resistore di rilevamento R2 lato basso. La sorgente del sensore ISFET è collegata all'ingresso non invertente dell'amplificatore operazionale, mentre l'ingresso invertente è collegato alla tensione di uscita del modulo DAC impostata su 960 mV. L'uscita dell'amplificatore operazionale è collegata al perno di scarico dell'ISFET. Questo amplificatore operazionale regola la tensione di drenaggio in modo che la differenza di tensione sul resistore R2 sia sempre di 960 mV; quindi, una corrente di polarizzazione costante di 29 μA scorre attraverso l'ISFET (quando è in normale funzionamento). La tensione di gate viene quindi misurata con un ADC. Il microcontrollore accende quindi il trasmettitore RF tramite uno dei pin GPIO (general purpose input/output) e trasmette la sequenza. Il circuito del trasmettitore RF coinvolge un cristallo e una rete corrispondente che abbina l'uscita a 50 Ω impedenza.

Per gli esperimenti qui dimostrati, abbiamo usato uno stomaco di maiale con una lunga sezione dell'esofago montato in un modello di plastica standardizzato. Questo è un modello comunemente usato per praticare tecniche endoscopiche come ESD (dissezione sottomucosa endoscopica), POEM (miotomia endoscopica orale), resezione endoscopica della mucosa (EMR), emostasi, ecc. Per quanto riguarda i parametri anatomici più vicini possibili che si avvicinano agli organi umani, abbiamo usato lo stomaco e l'esofago di maiali del peso di 40-50 kg.

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Protocollo

Nessun animale vivente è stato coinvolto in questo studio. L'esperimento è stato eseguito su un modello ex vivo costituito da un esofago suino e dallo stomaco. Lo stomaco e l'esofago sono stati acquistati da una macelleria locale come prodotto standard. Questa procedura è conforme alle leggi ceche e la preferiamo a causa del principio "3R" (sostituzione, riduzione e perfezionamento).

1. Fabbricazione del gruppo sensore di pH

NOTA: osservare le precauzioni per la manipolazione di componenti sensibili alle scariche elettrostatiche (ESD) durante la fabbricazione del gruppo sensore di pH. Fare attenzione quando si lavora con il saldatore.

  1. Posizionare il sensore di pH ISFET montato su un circuito stampato (PCB) su una superficie piana. Individuare i contatti saldabili.
  2. Tagliare i contatti saldabili, in modo che la loro lunghezza non sia superiore a 3 mm.
  3. Saldare una sezione di 15 mm di cavo rivestito in etilene propilene fluorurato (FEP) agli elettrodi saldabili del sensore di pH. Non pulire meccanicamente o chimicamente il gruppo stampo nudo. Cercare di evitare la contaminazione dello stampo e del PCB con flusso durante la saldatura.
  4. Ispezionare il gruppo sensore-cavo di pH al microscopio per circuiti aperti e cortocircuiti. Quindi, controlla i pantaloncini con un tester aperto-corto. Un assieme correttamente preparato in questa fase è illustrato nella Figura 1.
  5. Pulire il gruppo del sensore di pH in un pulitore ad ultrasuoni per 5 minuti a 70 °C in una soluzione al 5% di rimozione del flusso in acqua. La gamma ottimale di potenza degli ultrasuoni è 50-100 W / l. Non superare i 100 W/l.
  6. Risciacquare il gruppo sensore di pH in alcool isopropilico di grado tecnico per almeno 3 minuti e lasciarlo asciugare in forno a 80 °C per 15 minuti.
  7. Posizionare tutti i sensori di pH su una superficie piana (nel caso in cui ne vengano preparati più contemporaneamente) prima di procedere al passaggio successivo.
  8. Mescolare una quantità appropriata di resina epossidica in due parti per l'incapsulamento degli elettrodi saldati. Utilizzare un minimo di 2 ml per consentire una miscelazione accurata. Utilizzare resina epossidica opaca nera per consentire l'ispezione successiva: parti del sensore esposte all'ambiente saranno viste più facilmente in quanto non avranno resina epossidica opaca su di esse
  9. Trasferire la resina epossidica mista in una siringa da 1 mL con un ago piatto da 0,5 mm.
  10. Rivestire l'area di saldatura dei sensori di pH con resina epossidica. Assicurarsi di rivestire l'intera area degli elettrodi PCB e il filo esposto.
  11. Lasciare polimerizzare la resina epossidica a temperatura ambiente o elevata (80 °C max), per questo studio sono stati utilizzati 50 °C con la resina epossidica elencata nella Tabella dei materiali.
  12. Ispezionare l'area rivestita al microscopio. Se sono esposte parti metalliche non rivestite (elettrodo PCB o filo), ripetere i passaggi 1.8-1.11 fino a quando non ci sono segni visivi di metallo non rivestito.
  13. Tagliare i fili alla lunghezza e all'angolo mostrati nella Figura 2. Rivestire le estremità con saldatura per evitare lo sfilacciamento.

2. Fabbricazione dell'assemblaggio elettronico

NOTA: Osservare le precauzioni per la manipolazione di componenti sensibili all'ESD durante la fabbricazione dell'elettronica. Fare attenzione quando si lavora con il saldatore e la pistola ad aria calda.

  1. Posizionare il PCB (prodotto sulla base dei file supplementari "pcb1.zip" e del diagramma schematico "schematic.png") su una superficie piana, i componenti sono rivolti verso l'alto.
  2. Applicare la pasta saldante su tutti i cuscinetti placcati in oro a vista.
  3. Posizionare tutti i componenti passivi e attivi utilizzando una pinzetta in base alla Figura 3 e alla Tabella dei materiali.
  4. Riscaldare il PCB con la pistola ad aria calda per saldare i componenti. Riscaldare gradualmente il PCB a 150 °C per 2 minuti per espellere l'acqua residua dalle confezioni e attivare il flusso nella pasta saldante. Quindi, riscaldare il PCB a 260 °C per saldare i componenti. Lasciare raffreddare il PCB a temperatura ambiente, non spostarlo durante l'intero processo di saldatura.
  5. Dopo la saldatura e il raffreddamento a temperatura ambiente, ispezionare il PCB al microscopio per verificare il corretto posizionamento di tutti i componenti e i pantaloncini. Se non si osservano pantaloncini o posizionamento errato dei componenti, ignorare il passaggio 2.6.
  6. Riparare eventuali pantaloncini o posizionamento errato dei componenti con una pistola saldante o una pistola ad aria calda. Andare al passaggio 2.5.
  7. Saldare 5 fili ai componenti (cavi di alimentazione e programmazione) come mostrato nella Figura 4.
  8. Per collegare il PCB al programmatore, collegare i fili saldati nel passaggio 2.7. al connettore del programmatore.
  9. Programmare il firmware (vedere Risultati rappresentativi per una spiegazione dettagliata del file da utilizzare) al microcontroller. Utilizzare la procedura descritta in precedenza per configurare il software di programmazione19. Impostare il programmatore per alimentare il dispositivo con una tensione di circa 2,5 V. Scollegare i 5 fili dopo la programmazione.
  10. Posizionare il PCB su una superficie piana, lato componente verso l'alto. Saldare il filo dell'antenna in rame AWG38 (lunghezza di 3 cm) come mostrato nella Figura 5 e avvolgerlo attorno al bordo del PCB. Fissare il filo dell'antenna al bordo del PCB con un adesivo cianoacrilato. Saldare gli altri due ponticelli a filo con filo di rame SWG38 come mostrato nella Figura 5. Evitare il contatto elettrico con altri componenti.
  11. Metti il PCB su una superficie piana, il componente è rivolto verso il basso.
  12. Saldare due portabatterie nella parte opposta del PCB, come mostrato nella Figura 6.
  13. Saldare il gruppo del sensore di pH ai terminali sul PCB, come mostrato nella Figura 7.
  14. Inserire due batterie AG1 nei portabatterie.
    NOTA: non procedere con questo passaggio e i passaggi successivi in questa sezione prima di 24 ore prima del test e dell'impianto endoscopico del sensore.
  15. Preparare una quantità appropriata di resina epossidica come descritto al punto 1.8. per l'incapsulamento del dispositivo.
  16. Incapsulare il dispositivo con la resina epossidica utilizzando la stessa procedura descritta al punto 1.9 (siringa con ago). Lasciare polimerizzare la resina epossidica a temperatura ambiente o leggermente elevata (non superare i 50 °C a causa della presenza di batterie). Vedere la Figura 8 per i risultati corretti dell'incapsulamento.
  17. Creare un gancio in filo di titanio secondo la Figura 9.
    NOTA: Il titanio (Grado II) è stato scelto per la sua biocompatibilità e il track record di utilizzo in dispositivi medici impiantabili. Può essere utilizzato anche l'acciaio inossidabile. Tuttavia, il tipo e il trattamento termico devono essere scelti con attenzione poiché alcuni tipi di acciaio inossidabile sono molto fragili.
  18. Collegare il gancio del filo al dispositivo con una goccia di resina epossidica a indurimento rapido (vedere Figura 10) e lasciarlo polimerizzare a temperatura ambiente o a temperatura leggermente elevata (massimo 50 °C). Il sensore di pH si trova nella parte inferiore sinistra del dispositivo impiantabile.
  19. Il sensore si attiva 24 ore dopo l'inserimento delle batterie. Nel frattempo, procedere con il passaggio 3.
    NOTA: Sospendere il protocollo ora se è possibile completare il passaggio 3 entro 24 ore dall'inserimento delle batterie.

3. Fabbricazione del ricevitore rectenna passivo

  1. Posizionare il PCB (prodotto sulla base del file supplementare "pcb2.zip"). per la rectenna su una superficie piana.
  2. Saldare i componenti utilizzando il metodo della pasta saldante descritto nei passaggi 2.2-2.6 o utilizzare una pistola di saldatura secondo la Figura 11A.
    NOTA: se lo sperimentatore decide di produrre nuovamente il ricevitore rectenna (è stato precedentemente fabbricato e abbinato) o non desidera procedere con la corrispondenza del ricevitore, utilizzare i valori dei componenti precedentemente determinati dallo sperimentatore o forniti nella Figura 11B e saltare i passaggi 3.5-3.7.
  3. Saldare il connettore SMA al PCB.
  4. Ispezionare il PCB al microscopio. Se si osservano dei pantaloncini o il posizionamento errato dei componenti, risolvere i problemi.
  5. Collegare un ingresso dell'analizzatore di rete vettoriale al connettore SMA.
  6. Registra il grafico S11 Smith della rectenna da 300-500 MHz con larghezza di banda di risoluzione 1 kHz. Osservare la risposta e registrare l'impedenza a 431,7 MHz. Utilizzare un software di calcolo della corrispondenza dell'impedenza per determinare i valori dei componenti corrispondenti. Il grafico di Smith di esempio è mostrato nella Figura 12A.
  7. Saldare i componenti corrispondenti all'impedenza e ispezionare al microscopio i cortocircuiti e il posizionamento dei componenti.
  8. Misurare nuovamente con l'analizzatore di spettro e confermare che il rapporto di tensione ad onda stazionaria (VSWR) è inferiore a 3 tra 300-500 MHz (all'interno del cerchio ciano esterno mostrato nella Figura 12B). In caso contrario, ripetere con diversi componenti corrispondenti o continuare con le prestazioni ridotte della rectenna in mente.
  9. Collegare l'antenna a banda 433 MHz al connettore SMA. Collegare un oscilloscopio all'uscita rectenna.
  10. Impostare l'oscilloscopio su funzionamento a canale singolo, base temporale di rotolamento, modalità CC, base temporale 500 ms/div e scala di tensione 5 mV/div.

4. Test del dispositivo

NOTA: i seguenti passaggi richiedono l'uso di sostanze chimiche. Studiare in anticipo le schede di sicurezza dei materiali delle sostanze chimiche e utilizzare dispositivi di protezione adeguati e pratiche di laboratorio comuni durante la manipolazione.

  1. Ispezionare l'uscita del sensore osservando il segnale mostrato sull'oscilloscopio. L'output di esempio è mostrato nella Figura 13,14. Il dispositivo sarà attivo dopo 24 ore dall'inserimento delle batterie. Il periodo di trasmissione dell'uscita del sensore di pH varia a seconda del file che è stato programmato al microcontrollore (vedere Risultati rappresentativi per una spiegazione dettagliata).
  2. Preparare la soluzione di acido cloridrico al 2% (usare cautela quando si maneggia l'acido cloridrico). Preparare soluzioni tampone da 100 mM di pH 4 (ftalato di idrogeno di potassio/ acido cloridrico), pH 7 (potassio diidrogeno fosfato / idrossido di sodio) e pH 10 (carbonato di sodio / carbonato acido di sodio) utilizzando procedure di laboratorio standard e contrassegnare i becher.
  3. Verificare il pH di tutti e quattro i becher utilizzando un pHmetro calibrato. Regolare se necessario.
  4. Immergere la capsula in ogni becher e registrare almeno 3 campioni. Misurare il periodo tra il secondo e il terzo impulso e compilarlo nel foglio di calcolo fornito (File supplementare 1). Determinare i coefficienti di calibrazione per il sensore di pH utilizzando il foglio di calcolo.
  5. Dopo la calibrazione, misurare il tempo tra il secondo e il terzo impulso e inserirlo nel foglio di calcolo per determinare il pH della soluzione a cui è esposto il sensore di pH.

5. Impianto endoscopico del sensore

  1. Preparare un modello sucino endoscopico ex vivo composto dallo stomaco e da un lungo segmento dell'esofago.
  2. Afferrare il sensore esternamente con una clip emostatica, come mostrato nella Figura 15 e nella Figura 16.
  3. Inserire l'endoscopio con il sensore nella clip nel modo standard nel modello.
  4. Posizionare la clip con il sensore vicino allo sfintere esofageo inferiore.
  5. Ruotare l'endoscopio contro la parete esofagea, aprire la clip e quindi spingere verso la parete esofagea. Chiudete la clip e rilasciatela. Il sensore rimarrà attaccato alla parete esofagea nella posizione desiderata, come mostrato in Figura 17D e Figura 17E.
  6. Estrarre l'endoscopio.

6. Esperimento dopo l'impianto

NOTA: i seguenti passaggi richiedono l'uso di sostanze chimiche. Studiare in anticipo le schede di sicurezza dei materiali delle sostanze chimiche e utilizzare dispositivi di protezione adeguati e pratiche di laboratorio comuni durante la manipolazione.

  1. Posizionare il ricevitore entro 10 cm (massimo) dal sensore impiantato.
  2. Iniettare 50 mL delle soluzioni con vari valori di pH nell'esofago, come mostrato nella Figura 18, e osservare i cambiamenti nella risposta del sensore. Ritrarre l'endoscopio dopo ogni iniezione e leggere il valore non prima di 30 s dopo l'iniezione. Lavare l'esofago con 100 ml di acqua deionizzata tra le soluzioni di iniezione con pH diverso.
  3. Utilizzare il foglio di calcolo (File supplementare 1) per calcolare il pH misurato dal sensore.

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Risultati

Un dispositivo in grado di rilevare autonomamente il pH e la trasmissione wireless del valore del pH è stato costruito con successo, come mostrato nella Figura 8. Il dispositivo costruito è un modello in miniatura; pesa 1,2 g e ha un volume di 0,6 cm3. Le dimensioni approssimative sono 18 mm x 8,5 mm x 4,5 mm. Come mostrato in Figura 15, Figura 16 e Figura 17, può essere impi...

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Discussione

Questo metodo è adatto per i ricercatori che lavorano allo sviluppo di nuovi dispositivi medici impiantabili attivi. Richiede un livello di competenza nella produzione di prototipi elettronici con componenti a montaggio superficiale. I passaggi critici del protocollo sono legati alla produzione dell'elettronica, in particolare popolando i PCB, che è soggetta a errori dell'operatore nel posizionamento e nella saldatura di piccoli componenti. Quindi, un corretto incapsulamento è fondamentale per prolungare la durata del di...

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Dichiarazioni

Gli autori non hanno nulla da dichiarare.

Ringraziamenti

Gli autori riconoscono con gratitudine la Charles University (progetto GA UK No 176119) per aver sostenuto questo studio. Questo lavoro è stato supportato dal programma di ricerca della Charles University PROGRES Q 28 (Oncologia).

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Materiali

Elenco dei materiali utilizzati in questo articolo
NomeAziendaNumero di catalogoCommenti
Batteria AG1PanasonicSR621SWDue batterie per un impianto
PortabatteriaMYOUNGMY-521-01
Filo smaltato di rame per l'antennaFilo pro-POWERQSE - diametro 0,15 mm, 38 SWG
Epossidico per incapsulamentoLoctiteEA M-31 CLepossidico in due parti di grado medico conforme alla ISO10993
per sensore dipHMolex / Temp-Flex100057-0273
Detergente per flussanteShestoUTFLLU05Preparare una soluzione al 5% in acqua deionizzata per la pulizia mediante sonicazione
Clip emostaticaBoston Scientific
Pistola ad aria calda + saldatoreW.E.P.Modello 706Qualsiasi saldatore in grado di saldare con stagno e pistola ad aria calda in grado di mantenere 260 ° C può essere utilizzato
Software di adattamento dell'impedenzaSoftware Iowa HillsDiagramma di SmithPuò essere scaricato da http://www.iowahills.com/9SmithChartPage.html - in alternativa, qualsiasi software di progettazione RF supporta il calcolo dei componenti di adattamento dell'impedenza
Sensore di pH ISFET su un PCBWinSenseWIPSOrdina un modello premontato su un PCB con elettrodo di riferimento in oro su chip
PHmetro da laboratorioHanna InstrumentsHI2210-02Utilizzato con HI1131B sonda a vetro
Programmatore MicrocontorllerMicrochipPICkit 3Possono essere utilizzati anche altri programmatori compatibili con PIC16
Stomaco di maiale con esofagoAllevamento suino localeOttenuto da circa 40... Maiale da 50 kgÈ importante che lo stomaco includa l'intera lunghezza dell'esofago.
Circuito stampato - ricevitoreScegli il fornitore di PCB preferitoIn base ai dati pcb2.zipUno strato, spessore 0,8 mm, FR4, senza maschera
Circuito stampato - sensoreScegli il fornitore di PCB preferitoIn base ai dati pcb1.zipDue strati con PTH, spessore 0,6 mm, FR4, 2x maschera
Ricevitore - 0RVishayCRCW04020000Z0EDCVedere la Figura 12 e la Figura 13 per il posizionamento
Ricevitore - 1,5 pFMurataGRM0225C1C1R5CA03LVedere la Figura 12 e la Figura 13 per
posizionamento Ricevitore - 100 pFMurataGRM0225C1E101JA02LVedere la Figura 12 e la Figura 13 per
posizionamento Ricevitore - 33 nHPulse ElectronicsPE-0402CL330JTTVedere la Figura 12 e la Figura 13 per il posizionamento
Ricevitore - Diodi schottky RFMACOMMA4E2200B1-287TVedere la Figura 12 e la Figura 13 per posizionamento
Ricevitore - Antenna SMALPRSANT-433MS
Ricevitore - Connettore SMALinx TechnologiesCONSMA001Vedere Figura 12 e Figura 13 per il posizionamento
Sensore - C1Murata GRM0225C1H8R0DA03L8 pF 0402 condensatore
Sensore - C2MurataGRM0225C1H8R0DA03L8 pF 0402
condensatore Sensore - C3MurataGCM155R71H102KA37D1 nF 0402 condensatore
Sensore - C4MurataGRM0225C1H1R8BA03L1,8 pF
Sensore - C5VishayCRCW04020000Z0EDCPosizionare il resistore 0R 0402 o utilizzare per abbinare l'antenna
Sensore - C6Murata GRM155C81C105KE11J1 uF 0402
condensatore Sensore - C7MurataGRM155C81C105KE11J1 uF 0402 condensatore
Sensore - C8MurataGRM022R61A104ME01L100 nF 0402
condensatore Sensore - IC1MicrochipMICRF113YM6-TRMICRF113 trasmettitore RF
Sensore - IC2MicrochipPIC16LF1704-I/MLPIC16LF1704 microcontrollore a bassa potenza
Sensore - R1VishayCRCW040210K0FKEDC10 kOhm 0402
resistore Sensore - R2VishayResistore CRCW040233K0FKEDC33 kOhm 0402
Sensore - R3Vishay CRCW04021K00FKEDC1 kOhm 0402 resistore
Sensore - R5VishayCRCW040210K0FKEDC10 kOhm 0402 resistore
Sensore - X1ABRACONABM8W-13.4916MHZ-8-J2Z-T33,2 x 2,5 mm 13,4916 MHz Cristallo 8 pF
Filo di titanioSigma-AldrichGF368464340,125 mm
Analizzatore di rete vettorialemini SOLUZIONI RADIOminiVNA TinyÈ possibile utilizzare altri analizzatori di rete vettoriale: la frequenza di funzionamento richiesta è 300– 500 MHz, larghezza di banda di risoluzione uguale o inferiore a 1 MHz, potenza di uscita non superiore a 0 dBm e gamma dinamica preferibilmente migliore di 60 dB per il front-end ricevente
Cavo FEP Resolution il il

Riferimenti

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