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

Il protocollo mostra la fabbricazione di sensori di pH impiantabili wireless che trasmettono i dati a un ricevitore completamente passivo, consentendo una consegna dei dati molto efficiente dal punto di vista energetico da un dispositivo impiantabile a un altro. Il sensore può essere prodotto a mano e con tecniche comunemente disponibili. Successivamente, il metodo di trasmissione dei dati può essere utilizzato direttamente nello sviluppo di diversi dispositivi impiantabili.

È fondamentale ispezionare a fondo il sensore di pH wireless dopo ogni passaggio. I componenti utilizzati per la sua fabbricazione sono molto piccoli e possono verificarsi cortocircuiti o smarrimento durante la fabbricazione. Per cominciare, posizionare il sensore di pH ISFET montato su un PCB su una superficie piana e saldare una sezione di 15 millimetri di cavo rivestito in etilene propilene fluorurato agli elettrodi saldabili del sensore di pH senza contaminare colorante e PCB con flusso.

Mescolare un minimo di due millilitri di resina epossidica in due parti per incapsulare gli elettrodi saldati e quindi utilizzare resina epossidica opaca nera per un'ispezione successiva. Osservare la facile visibilità delle parti del sensore esposte all'ambiente senza resina epossidica opaca. Trasferire la resina epossidica mista su una siringa da un millilitro con un ago piatto da 0,5 millimetri e rivestire l'area di saldatura dei sensori di pH con resina epossidica, garantendo il rivestimento dell'intera area degli elettrodi PCB e del filo esposto.

Ispezionare l'area rivestita al microscopio per eventuali parti metalliche esposte non rivestite. Dopo aver ripetuto il processo di rivestimento del metallo non rivestito, tagliare i fili alla lunghezza e all'angolo, quindi rivestire le estremità con saldatura per evitare lo sfilacciamento. Dopo aver posizionato il PCB con i componenti in posizione laterale verso l'alto, applicare la pasta saldante a tutti i pad placcati in oro a vista.

Quindi, posizionare i componenti passivi e attivi utilizzando una pinzetta. Dopo la saldatura e il raffreddamento a temperatura ambiente, ispezionare il PCB al microscopio per verificare il posizionamento dei componenti e dei pantaloncini. Programmare il firmware al microcontrollore e impostare il software di programmazione come descritto nel testo.

Quindi, impostare il programmatore per alimentare il dispositivo con una tensione di circa 2,5 volt. Quindi scollegare i cinque fili dopo la programmazione. Saldare due portabatterie nella parte opposta del PCB.

Quindi, saldare il gruppo del sensore di pH ai terminali del PCB, quindi inserire due batterie AG1 nei portabatterie. Dopo aver preparato la resina epossidica, incapsulare il dispositivo con la resina epossidica come descritto in precedenza. Lasciare polimerizzare la resina epossidica a temperatura ambiente.

Collegare il gancio del filo al dispositivo con una goccia di resina epossidica a indurimento rapido. Dopo la polimerizzazione a temperatura ambiente, il sensore di pH potrebbe essere posizionato sul lato inferiore sinistro del dispositivo impiantabile. Saldare i componenti usando la pistola di saldatura.

Per produrre nuovamente il ricevitore rectenna o procedere senza la corrispondenza del ricevitore, utilizzare i valori dei componenti forniti qui e saltare la registrazione del grafico S11 Smith nel passaggio successivo. In caso contrario, saldare il connettore SMA al PCB. Collegare un ingresso dell'analizzatore di rete vettoriale al connettore SMA.

Registra il grafico S11 Smith della rectenna. Osservare la risposta e registrare l'impedenza. Utilizzare un software di calcolo della corrispondenza dell'impedenza per determinare i valori dei componenti corrispondenti.

Saldare i componenti corrispondenti all'impedenza e ispezionare al microscopio i cortocircuiti e il posizionamento dei componenti. Dopo aver misurato nuovamente con l'analizzatore di spettro, confermare che il rapporto di tensione delle onde stazionarie è inferiore a tre tra 300 e 500 megahertz. In caso contrario, ripetere con diversi componenti corrispondenti.

Dopo che il dispositivo è stato attivato dopo 24 ore dall'inserimento della batteria, ispezionare l'uscita del sensore osservando il segnale mostrato nell'oscilloscopio. Preparare una soluzione di acido cloridrico al 2% e una soluzione tampone da 100 millimolari di pH quattro, pH sette e pH 10. Immergere la capsula in ogni becher e registrare almeno tre campioni.

Misurare il periodo tra il secondo e il terzo impulso. E dopo averlo compilato nel foglio di calcolo fornito, determinare i coefficienti di calibrazione per il sensore di pH utilizzando il foglio di calcolo. Dopo aver preparato un modello sucino endoscopico ex vivo dello stomaco e un lungo segmento dell'esofago, afferrare il sensore esternamente con una clip emostatica.

Inserire l'endoscopio con il sensore nella clip nel modo standard nel modello. Dopo aver posizionato la clip con il sensore vicino allo sfintere esofageo inferiore, ruotare l'endoscopio contro la parete esofagea, aprire la clip e quindi spingere verso la parete esofagea. Chiudete e rilasciate la clip.

Mentre il sensore rimane attaccato alla parete esofagea nella posizione desiderata, estrarre l'endoscopio. Posizionare il ricevitore entro 10 centimetri dal sensore impiantato. Iniettare 50 millilitri delle soluzioni con vari valori di pH nell'esofago e osservare i cambiamenti nella risposta del sensore.

Ritrarre l'endoscopio dopo ogni iniezione e leggere il valore non prima di 30 secondi dopo l'iniezione e utilizzare il foglio di calcolo per calcolare il pH misurato dal sensore. Lavare l'esofago con 100 millilitri di acqua deionizzata tra le soluzioni di iniezione con pH diverso. Quando il ricevitore rectenna passivo è stato messo in prossimità del dispositivo di rilevamento del pH, sono stati osservati chiari picchi di tensione durante la trasmissione del dispositivo.

I primi due impulsi brevi erano impulsi di sincronizzazione. Il tempo tra il secondo e il terzo impulso si traduce linearmente nel pH dell'ambiente a cui è stato sottoposto il sensore. Sulla base di una semplice calibrazione a due punti con i tamponi di pH quattro e pH 10, il sensore ha restituito letture stabili e ripetibili del valore del pH.

La deviazione media e standard degli errori era 0,25 e 0,30 quando testata in soluzioni e becher ed erano 0,31 e 0,36 in un modello ex vivo. L'effetto di un'antenna di telefonia mobile con una chiamata GSM attiva ha avuto solo un effetto negativo minore sulla ricezione dei dati dal sensore, come dimostrato per 20 centimetri, 10 centimetri e cinque centimetri di distanza tra il bordo del telefono e il ricevitore. L'incapsulamento del sensore deve essere fatto e ispezionato correttamente per prolungare la durata del dispositivo quando impiantato.

Successivamente, il corretto posizionamento della clip emostatica è fondamentale. Questa ricerca apre la strada allo sviluppo di reti wireless di dispositivi impiantabili creando un modo efficiente dal punto di vista energetico per trasferire i dati soprattutto dal punto di vista del ricevitore.