Budowa bezprzewodowego endoskopowo wszczepialnego czujnika do monitorowania pH z odbiornikiem opartym na diodzie Schottky'ego o zerowym odchyleniu

Protokół pokazuje produkcję bezprzewodowego wszczepialnego czujnika pH, który przesyła dane do w pełni pasywnego odbiornika, umożliwiając bardzo energooszczędne dostarczanie danych z jednego wszczepialnego urządzenia do drugiego. Czujnik może być wytwarzany ręcznie i powszechnie dostępnymi technikami. Następnie, metoda transmisji danych może być bezpośrednio ponownie wykorzystana w rozwoju różnych urządzeń do implantacji.

Bardzo ważne jest, aby dokładnie sprawdzić bezprzewodowy czujnik pH po każdym kroku. Komponenty użyte do jego produkcji są bardzo małe i może dojść do zwarć lub niewłaściwego przemieszczenia podczas produkcji. Na początek umieść czujnik pH ISFET zamontowany na płytce drukowanej na płaskiej powierzchni i 15-milimetrowy odcinek pokrytego fluorowanym etylenem i propylenem do elektrod lutowniczych czujnika pH bez zanieczyszczania barwnika i płytki drukowanej topnikiem.

Wymieszaj co najmniej dwa mililitry dwuskładnikowej żywicy epoksydowej, aby otoczyć lutowane elektrody, a następnie użyj czarnej, nieprzezroczystej żywicy epoksydowej do późniejszej kontroli. Zwróć uwagę na łatwą widoczność części czujnika wystawionych na działanie środowiska bez nieprzezroczystej żywicy epoksydowej. Przenieś zmieszaną żywicę epoksydową do jednomililitrowej strzykawki z płaską igłą o długości 0,5 milimetra i pokryj obszar czujników pH żywicą epoksydową, zapewniając pokrycie całego obszaru elektrod PCB i odsłoniętego drutu.

Sprawdź powlekany obszar pod mikroskopem pod kątem niepokrytych odsłoniętych części metalowych. Po powtórzeniu procesu powlekania niepowlekanego metalu, przytnij druty na długość i kąt, a następnie pokryj końce lutem, aby uniknąć strzępienia. Po umieszczeniu płytki PCB z komponentami w pozycji stroną do góry, nałóż pastę lutowniczą na wszystkie odsłonięte pozłacane pady.

Następnie umieść elementy pasywne i aktywne za pomocą pęsety. Po przylutowaniu i schłodzeniu do temperatury pokojowej sprawdź płytkę drukowaną pod mikroskopem, aby zweryfikować rozmieszczenie elementów i zwarć. Zaprogramuj oprogramowanie układowe do mikrokontrolera i skonfiguruj oprogramowanie do programowania zgodnie z opisem w tekście.

Następnie ustaw programator tak, aby zasilał urządzenie napięciem około 2,5 wolta. Następnie po zaprogramowaniu wylutuj pięć przewodów. dwa uchwyty baterii do przeciwnej części płytki drukowanej.

Następnie zespół czujnika pH do zacisków płytki drukowanej, a następnie włóż dwie baterie AG1 do uchwytów baterii. Po przygotowaniu żywicy epoksydowej należy zamknąć urządzenie żywicą epoksydową zgodnie z wcześniejszym opisem. Pozwól żywicy epoksydowej utwardzić się w temperaturze pokojowej.

Przymocuj druciany hak do urządzenia za pomocą kropli szybko utwardzającej się żywicy epoksydowej. Po utwardzeniu w temperaturze pokojowej czujnik pH może znajdować się w lewym dolnym rogu wszczepialnego urządzenia. elementy za pomocą pistoletu lutowniczego.

Aby ponownie wyprodukować odbiornik rectenna lub kontynuować bez dopasowania odbiornika, skorzystaj z podanych tutaj wartości komponentów i pomiń nagrywanie wykresu S11 Smith w następnym kroku. W przeciwnym razie złącze SMA do płytki drukowanej. Podłącz dane wejściowe wektorowego analizatora sieci do złącza SMA.

Zapisz wykres S11 Smitha prostownika. Obserwuj odpowiedź i zapisz impedancję. Użyj oprogramowania do kalkulatora dopasowania impedancji, aby określić wartości pasujących komponentów.

elementy pasujące do impedancji i sprawdź pod mikroskopem pod kątem zwarć i rozmieszczenia komponentów. Po ponownym pomiarze za pomocą analizatora widma upewnij się, że stosunek fali stojącej napięcia wynosi poniżej trzech w zakresie od 300 do 500 megaherców. W przeciwnym razie powtórz z różnymi pasującymi komponentami.

Po aktywacji urządzenia po 24 godzinach od włożenia baterii należy sprawdzić wyjście czujnika, obserwując sygnał pokazany na oscyloskopie. Przygotować 2% roztwór kwasu solnego i 100-milimolowy roztwór buforowy o pH cztery, pH siódmym i pH 10. Zanurzyć kapsułkę w każdej zlewce i pobrać co najmniej trzy próbki.

Zmierz okres między drugim a trzecim impulsem. A po wypełnieniu go w dostarczonym arkuszu kalkulacyjnym określ współczynniki kalibracji dla czujnika pH za pomocą arkusza kalkulacyjnego. Po przygotowaniu ex vivo endoskopowego modelu wieprzowego żołądka i długiego odcinka przełyku, chwyć czujnik zewnętrznie za pomocą klipsa hemostatycznego.

Włóż endoskop z czujnikiem w klipsie w standardowy sposób do modelu. Po umieszczeniu klipsa z czujnikiem blisko dolnego zwieracza przełyku, należy obrócić endoskop przy ścianie przełyku, otworzyć klips, a następnie docisnąć w kierunku ściany przełyku. Zamknij i zwolnij zacisk.

Podczas gdy czujnik pozostaje przymocowany do ściany przełyku w żądanym miejscu, wyjmij endoskop. Umieść odbiornik w odległości nie większej niż 10 centymetrów od wszczepionego czujnika. Wstrzyknij 50 mililitrów roztworów o różnych wartościach pH do przełyku i obserwuj zmiany w odpowiedzi czujnika.

Wycofaj endoskop po każdym wstrzyknięciu i odczytaj wartość nie wcześniej niż 30 sekund po wstrzyknięciu, a następnie użyj arkusza kalkulacyjnego do obliczenia pH zmierzonego przez czujnik. Przemyj przełyk 100 mililitrami dejonizowanej wody między wstrzykiwanymi roztworami o różnym pH. Gdy pasywny odbiornik rectenna został umieszczony w pobliżu czujnika pH, zaobserwowano wyraźne skoki napięcia podczas nadawania przez urządzenie.

Pierwsze dwa krótkie impulsy były impulsami synchronizacyjnymi. Czas między drugim a trzecim impulsem przekłada się liniowo na pH środowiska, któremu został poddany czujnik. W oparciu o prostą dwupunktową kalibrację z pH 4 i pH 10, czujnik zwrócił stabilne i powtarzalne odczyty wartości pH.

Średnia i odchylenie standardowe błędów wynosiły 0,25 i 0,30 w testach w roztworach i zlewkach oraz wynosiły 0,31 i 0,36 w modelu ex vivo. Wpływ anteny telefonu komórkowego z aktywnym połączeniem GSM miał tylko niewielki negatywny wpływ na odbiór danych z czujnika, co wykazano dla odległości 20 centymetrów, 10 centymetrów i pięciu centymetrów między krawędzią telefonu a odbiornikiem. Hermetyzacja czujnika musi być wykonana i odpowiednio sprawdzona, aby przedłużyć żywotność urządzenia po wszczepieniu.

Następnie kluczowe znaczenie ma prawidłowe umieszczenie klipsa hemostatycznego. Badania te torują drogę do rozwoju sieci bezprzewodowych urządzeń wszczepialnych, tworząc energooszczędny sposób przesyłania danych, zwłaszcza z punktu widzenia odbiorcy.