Constructie van een draadloos-enabled endoscopisch implanteerbare sensor voor pH-bewaking met Zero-Bias Schottky diode-gebaseerde ontvanger

Het protocol toont de fabricage van draadloze implanteerbare pH-sensoren die gegevens verzenden naar een volledig passieve ontvanger, waardoor zeer energie-efficiënte levering van gegevens van het ene implanteerbare apparaat naar het andere mogelijk is. De sensor kan met de hand en met algemeen beschikbare technieken worden vervaardigd. Vervolgens kan de methode van gegevensoverdracht direct worden hergebruikt bij de ontwikkeling van verschillende implanteerbare apparaten.

Het is van cruciaal belang om de draadloze pH-sensor na elke stap grondig te inspecteren. De componenten die worden gebruikt voor de fabricage zijn erg klein en kortsluiting of misplaatsing tijdens de fabricage kan optreden. Plaats om te beginnen de ISFET pH-sensor gemonteerd op een PCB op een plat oppervlak en soldeer een 15 millimeter sectie van gefluoreerde ethyleenpropyleen-gecoate kabel naar de soldeerbare elektroden van de pH-sensor zonder kleurstof en PCB te verontreinigen met flux.

Meng minimaal twee milliliter tweedelige epoxy om de gesoldeerde elektroden in te kapselen en gebruik vervolgens zwarte ondoorzichtige epoxy voor latere inspectie. Observeer de gemakkelijke zichtbaarheid van sensoronderdelen die worden blootgesteld aan de omgeving zonder ondoorzichtige epoxy. Breng de gemengde epoxy over in een spuit van één milliliter met een 0,5 millimeter platte naald en bestrijk het soldeergebied van pH-sensoren met epoxy, waardoor het hele gebied van PCB-elektroden en de blootgestelde draad wordt bedekt.

Inspecteer het gecoate gebied onder een microscoop op ongecoate blootgestelde metalen onderdelen. Na het herhalen van het coatingproces van ongecoat metaal, snijdt u de draden in de lengte en hoek en bedekt u vervolgens de uiteinden met soldeer om rafels te voorkomen. Nadat u de PCB met componenten in een side-up positie hebt geplaatst, brengt u soldeerpasta aan op alle blootgestelde vergulde pads.

Plaats vervolgens passieve en actieve componenten met een pincet. Na het solderen en afkoelen tot kamertemperatuur, inspecteer de PCB onder de microscoop om de plaatsing van de componenten en shorts te verifiëren. Programmeer firmware op de microcontroller en stel de programmeersoftware in zoals beschreven in de tekst.

Stel vervolgens de programmeur in om het apparaat van stroom te voorzien met een spanning van ongeveer 2,5 volt. Desoldeer vervolgens de vijf draden na het programmeren. Soldeer twee batterijhouders aan het tegenovergestelde deel van de printplaat.

Soldeer vervolgens de pH-sensorassemblage aan de polen van de printplaat en plaats vervolgens twee AG1-batterijen in de batterijhouders. Na het voorbereiden van epoxy, kapselt u het apparaat in met de epoxy zoals eerder beschreven. Laat de epoxy uitharden bij kamertemperatuur.

Bevestig de draadhaak aan het apparaat met een druppel snel uithardende epoxy. Na uitharding bij kamertemperatuur kan de pH-sensor zich linksonder in het implanteerbare apparaat bevinden. Soldeer de onderdelen met behulp van het soldeerpistool.

Om de rectenna-ontvanger opnieuw te vervaardigen of door te gaan zonder dat de ontvanger overeenkomt, gebruikt u de waarden van de hier geleverde componenten en slaat u de opname van de S11 Smith-grafiek in de volgende stap over. Soldeer anders de SMA-connector aan de printplaat. Sluit een vectornetwerkanalysatoringang aan op de SMA-connector.

Neem de S11 Smith-hitlijst van de rectenna op. Observeer de reactie en noteer de impedantie. Gebruik een impedantie matching calculator software om de waarden van overeenkomende componenten te bepalen.

Soldeer de impedantie-overeenkomende componenten en inspecteer onder een microscoop op kortsluiting en plaatsing van componenten. Bevestig na het opnieuw meten met de spectrumanalysator dat de spanningsstandgolfverhouding tussen 300 en 500 megahertz onder de drie ligt. Herhaal dit anders met verschillende overeenkomende componenten.

Nadat het apparaat is geactiveerd na 24 uur na het plaatsen van de batterij, inspecteert u de uitgang van de sensor door het signaal in de oscilloscoop te observeren. Bereid 2% zoutzuuroplossing en 100 millimolar bufferoplossing van pH vier, pH zeven en pH 10. Dompel de capsule onder in elk bekerglas en neem ten minste drie monsters op.

Meet de periode tussen de tweede en derde puls. En nadat u deze in de meegeleverde spreadsheet hebt ingevuld, bepaalt u de kalibratiecoëfficiënten voor de pH-sensor met behulp van de spreadsheet. Na het voorbereiden van een ex vivo endoscopisch varkensmodel van de maag en een lang segment van de slokdarm, grijpt u de sensor extern vast met een hemostatische clip.

Plaats de endoscoop met de sensor in de clip op de standaard manier in het model. Nadat u de clip met de sensor dicht bij de onderste slokdarmsfincter hebt geplaatst, draait u de endoscoop tegen de slokdarmwand, opent u de clip en duwt u vervolgens naar de slokdarmwand. Sluit de clip en laat deze los.

Terwijl de sensor op de gewenste locatie aan de slokdarmwand blijft bevestigd, haalt u de endoscoop eruit. Plaats de ontvanger binnen 10 centimeter van de geïmplanteerde sensor. Injecteer 50 milliliter van de oplossingen met verschillende pH-waarden in de slokdarm en observeer de veranderingen in de reactie van de sensor.

Trek de endoscoop na elke injectie terug en lees de waarde niet eerder dan 30 seconden na injectie en gebruik de spreadsheet om de door de sensor gemeten pH te berekenen. Was de slokdarm met 100 milliliter gedeïoniseerd water tussen het injecteren van oplossingen met verschillende pH. Wanneer de passieve rectenna-ontvanger in de buurt van het pH-detectieapparaat werd geplaatst, werden duidelijke spanningspieken waargenomen wanneer het apparaat aan het verzenden was.

De eerste twee korte pulsen waren synchronisatiepulsen. De tijd tussen de tweede en derde puls vertaalt zich lineair naar de pH van de omgeving waaraan de sensor werd blootgesteld. Op basis van een eenvoudige tweepuntskalibratie met de buffers van pH vier en pH 10 retourneerde de sensor stabiele en herhaalbare pH-waardemetingen.

De gemiddelde en standaarddeviatie van fouten waren 0,25 en 0,30 bij testen in oplossingen en bekers en waren 0,31 en 0,36 in een ex vivo model. Het effect van een mobiele telefoonantenne met een actieve GSM-oproep had slechts een klein negatief effect op het ontvangen van de gegevens van de sensor, zoals gedemonstreerd voor 20 centimeter, 10 centimeter en vijf centimeter afstand tussen de rand van de telefoon en de ontvanger. De inkapseling van de sensor moet op de juiste manier worden uitgevoerd en geïnspecteerd om de levensduur van het apparaat te verlengen wanneer het wordt geïmplanteerd.

Vervolgens is de juiste plaatsing van de hemostatische clip van cruciaal belang. Dit onderzoek maakt de weg vrij voor de ontwikkeling van draadloze netwerken van implanteerbare apparaten door een energie-efficiënte manier te creëren om gegevens over te dragen, vooral vanuit het oogpunt van de ontvanger.