ゼロバイアスショットキーダイオードベース受信機を用いたpHモニタリング用ワイヤレス対応内視鏡型埋め込み型センサの構築

このプロトコルは、完全に受動の受信機にデータを送信するワイヤレス埋め込み型pHセンサーの製作を示し、ある埋め込み可能なデバイスから別のデバイスへのデータの非常に電力効率の高い配信を可能にします。センサーは手で、そして一般に利用できる技術によって製造することができる。次に、データ伝送の方法は、異なる埋め込み型デバイスの開発に直接再利用することができます。

ステップごとにワイヤレスpHセンサーを徹底的に検査することが重要です。製造に使用されるコンポーネントは非常に小さく、短絡や製造中の誤配置が発生する可能性があります。まず、ISFET pHセンサーをPCBに取り付けた平らな表面に設置し、15ミリメートルのフッ素エチレンプロピレン被覆ケーブルを、染料とPCBをフラックスで汚染することなくpHセンサーのはんだ式電極に設置します。

2部構成のエポキシを最低2ミリリットル混合して、はんだ付き電極を封入し、後で検査するために黒色の不透明なエポキシを使用します。不透明なエポキシなしで環境にさらされたセンサー部品の容易な可視性を観察する。混合エポキシを0.5ミリメートルのフラットエンドニードルで1ミリリットルのシリンジに移し、pHセンサーのはんだ付け領域をエポキシでコーティングし、PCB電極の全領域と露出したワイヤーのコーティングを保証します。

コーティングされていない露出した金属部品がないか顕微鏡下でコーティングされた領域を検査します。コーティングされていない金属のコーティングプロセスを繰り返した後、ワイヤーを長さと角度にトリミングしてから、ほつれを避けるためにはんだで端をコーティングします。コンポーネントをサイドアップ位置に配置した後、露出したすべての金めっきパッドにはんだペーストを塗布します。

次に、ピンセットを使用して受動コンポーネントとアクティブコンポーネントを配置します。はんだ付けして室温まで冷却した後、顕微鏡下でPCBを検査し、部品とショートパンツの配置を確認します。マイクロコントローラにファームウェアをプログラムし、テキストに記載されているようにプログラミングソフトウェアをセットアップします。

次に、プログラマが約2.5ボルトの電圧でデバイスに電力を供給するように設定します。その後、プログラミング後に5本のワイヤを脱式します。PCBの反対側の部分に2つの電池ホルダーをはんだ。

次に、PHセンサーアセンブリをPCBの端子にはんだ付けし、次に2つのAG1電池をバッテリホルダーに挿入します。エポキシを調製した後、前述のようにエポキシを使用して装置をカプセル化する。エポキシを室温で治しましょう。

高速硬化エポキシのドロップでデバイスにワイヤフックを取り付けます。室温で硬化した後、pHセンサーは、埋め込み型装置の左下に配置することができる。はんだ付け銃を使用してコンポーネントをはんだ付けします。

レクテンナ受信機を再び製造するか、受信機のマッチングなしで処理を進めるには、ここで提供されるコンポーネントの値を使用し、次のステップでS11 Smithチャートの記録をスキップします。それ以外の場合は、SMA コネクタを PCB に対してはんだ付けします。ベクトル ネットワーク アナライザの入力を SMA コネクタに接続します。

レクテンナのS11スミスチャートを記録します。応答を観察し、インピーダンスを記録します。インピーダンスマッチング電卓ソフトウェアを使用して、一致するコンポーネントの値を決定します。

インピーダンスマッチングコンポーネントをはんだ付けし、顕微鏡下で短絡や部品配置を検査します。スペクトラムアナライザで再度測定した後、電圧定在波比が300~500メガヘルツの間で3以下であることを確認します。それ以外の場合は、異なる一致するコンポーネントで繰り返します。

バッテリ挿入のポスト24時間をデバイスがアクティブ化した後、オシロスコープに示す信号を観察してセンサーの出力を検査します。2%塩酸溶液と100ミリモル緩衝液をpH4、pH7、およびpH10を調製する。すべてのビーカーにカプセルを浸し、少なくとも3つのサンプルを記録します。

第2パルスと第3パルスの間の周期を測定します。提供されたスプレッドシートに記入した後、スプレッドシートを使用してpHセンサーのキャリブレーション係数を決定します。胃の外生体内鏡のブタモデルと食道の長いセグメントを準備した後、止血クリップでセンサーを外部につかみます。

内視鏡をクリップ内のセンサーと一緒に標準の方法でモデルに挿入します。下部食道括約筋に近いセンサーでクリップを配置した後、食道壁に対して内視鏡を回転させ、クリップを開いて食道壁に向かって押します。クリップを閉じて放します。

センサーが希望の場所で食道壁に取り付けられたまま、内視鏡を抽出します。埋め込まれたセンサーの10センチメートル以内に受信機を置きます。食道に様々なpH値を持つ溶液の50ミリリットルを注入し、センサーの応答の変化を観察します。

注入のたびに内視鏡を引き込み、射出後30秒以内の値を読み込み、スプレッドシートを使用してセンサーで測定したpHを計算します。異なるpHを注入溶液の間に100ミリリットルの脱イオン水で食道を洗います。受動のレクテンナ受信機をpHセンシング装置の近くに置くと、デバイスが送信しているときに明確な電圧スパイクが観察された。

最初の2つの短いパルスは同期パルスでした。第2パルスと第3パルス間の時間は、センサが受けた環境のpHに直線的に変換されます。pH 4およびpH 10の緩衝を用いた簡単な2点の口径測定に基づいて、センサーは安定した反復可能なpH値の読み取り値を返した。

誤差の平均と標準偏差は、溶液およびビーカーでテストした場合は0.25と0.30であり、ex vivoモデルでは0.31と0.36でした。GSM コールがアクティブな携帯電話のアンテナの効果は、携帯電話と受信機の端との間の距離が 20 センチメートル、10 センチメートル、5 センチの場合に示されているように、センサーからデータを受信する場合にわずかなマイナスの影響しかありませんでした。センサーのカプセル化は、埋め込まれたときにデバイスの寿命を延ばすために、適切に行われ、検査する必要があります。

次に、止血クリップの正しい配置が重要です。この研究は、特に受信機の観点からデータを転送するエネルギー効率の高い方法を作成することにより、埋め込み型デバイスの無線ネットワークの開発への道を開きます。