Construção de um sensor endoscopicamente implantável habilitado para sem fio para monitoramento de pH com receptor baseado em diodo schottky de viés zero

Summary

O manuscrito apresenta um sensor de pH implantável em miniatura com saída sem fio modulada ASK, juntamente com um circuito receptor totalmente passivo baseado em diodos schottky de viés zero. Esta solução pode ser utilizada como base no desenvolvimento de dispositivos de terapia de eletroestimulação calibrada in vivo e para monitoramento ambulatorial de pH.

Abstract

O monitoramento ambulatorial do refluxo patológico é uma oportunidade de observar a relação entre sintomas e exposição do esôfago ao refluxo ácido ou não ácido. Este artigo descreve um método para o desenvolvimento, fabricação e implantação de um sensor de pH habilitado para sem fio em miniatura. O sensor foi projetado para ser implantado endoscopicamente com um único clipe hemostático. Um receptor totalmente passivo baseado em rectenna baseado em um diodo schottky de viés zero também é construído e testado. Para construir o dispositivo, foram utilizados uma placa de circuito impressa em duas camadas e componentes fora da prateleira. Um microcontrolador em miniatura com periféricos analógicos integrados é usado como uma extremidade frontal analógica para o sensor de transistor de efeito de campo sensível a íons (ISFET) e para gerar um sinal digital que é transmitido com um chip transmissor de chave de mudança de amplitude. O dispositivo é alimentado por duas células alcalinas primárias. O dispositivo implantável tem um volume total de 0,6 ^cm3 e um peso de 1,2 gramas, e seu desempenho foi verificado em um modelo ex vivo (esôfago suíno e estômago). Em seguida, um receptor passivo de pequena pegada à base de rectenna que pode ser facilmente integrado a um receptor externo ou ao neuroestimulador implantável, foi construído e comprovado a receber o sinal RF do implante quando próximo (20 cm) a ele. O pequeno tamanho do sensor fornece monitoramento contínuo de pH com obstrução mínima do esôfago. O sensor pode ser usado na prática clínica de rotina para monitoramento de pH esofágico de 24/96 h sem a necessidade de inserir um cateter nasal. A natureza "de potência zero" do receptor também permite o uso do sensor para calibração in vivo automática de dispositivos de neuroestimulação de esfíncter esofágico inferior em miniatura. Um controle ativo baseado em sensores permite o desenvolvimento de algoritmos avançados para minimizar a energia usada para alcançar um resultado clínico desejável. Um dos exemplos de tal algoritmo seria um sistema de loop fechado para a terapia de neuroestimulação sob demanda da doença do refluxo gastroesofágico (DRD).

Introduction

O Consenso de Montreal define a doença do refluxo gastroesofágico (DRD) como "uma condição que se desenvolve ao refluxo o conteúdo do estômago causa sintomas e/ou complicações desagradáveis". Pode estar associado a outras complicações específicas, como restrições esofágicas, esôfago de Barrett ou adenocarcinoma esofágico. O GERD afeta aproximadamente 20% da população adulta, principalmente em países com alto status ^econômico1.

O monitoramento ambulatorial do refluxo patológico (tempo de exposição ácida superior a 6%) permite distinguir a relação entre sintomas e refluxo gastroesofágico ácido ou não ^....

Protocol

Nenhum animal vivo participou deste estudo. O experimento foi realizado em um modelo ex vivo composto por um esôfago suíno e estômago. O estômago e o esôfago foram comprados de uma carnificina local como seu produto padrão. Este procedimento está de acordo com as leis tchecas, e preferimos isso devido ao princípio "3R" (Substituição, Redução e Refinamento).

1. Fabricação do conjunto do sensor de pH

NOTA: Observe as precauções para o manuseio de componentes sensíveis de descarga eletrostática (ESD) durante toda a fabricação do conjunto do sensor de pH. Tenha cuidado ao trabalhar com o ferro de solda.

Results

Um dispositivo capaz de sensoriamento de pH autônomo e transmissão sem fio do valor do pH foi construído com sucesso, como mostrado na Figura 8. O dispositivo construído é um modelo em miniatura; pesa 1,2 g e tem um volume de 0,6 ^cm3. As dimensões aproximadas são 18 mm x 8,5 mm x 4,5 mm. Como mostrado na Figura 15, Figura 16 e Figura 17, pode ser implantado à proximidade do e.......

Discussion

Este método é adequado para pesquisadores que trabalham no desenvolvimento de novos dispositivos médicos implantáveis ativos. Requer um nível de proficiência na fabricação de protótipos eletrônicos com componentes de montagem de superfície. As etapas críticas do protocolo estão relacionadas à fabricação dos eletrônicos, especialmente a preenchimento dos PCBs, que é propenso a erros do operador na colocação e soldagem de pequenos componentes. Então, o encapsulamento correto é crucial para prolongar a vida útil do disposit.......

Materials

List of materials used in this article

Name	Company	Catalog Number	Comments
Bateria AG1	Panasonic	SR621SW	Duas baterias por um implante
Suporte de bateria	MYOUNG	MY-521-01
Fio de esmalte de cobre para a antena	pro-POWER	QSE Fio - 0,15 mm de diâmetro, 38 SWG
Epóxi para encapsulamento	Loctite	EA M-31 CL	Cabo epóxi FEP compatível com ISO10993 de grau médico de duas partes
para sensor de	pHMolex / Temp-Flex	100057-0273
Limpador de fluxo	Shesto	UTFLLU05	Prepare a solução a 5% em água deionizada para limpeza por sonicação
Clipe hemostático	Resolução científica de Boston
Pistola de ar quente + ferro de solda	W.E.P.	Modelo 706	Qualquer ferro de solda capaz de soldar com estanho e pistola de ar quente capaz de manter 260 ° C pode ser usado
Software de correspondência de impedância	Software Iowa Hills	Smith Chart	Pode ser baixado do http://www.iowahills.com/9SmithChartPage.html - alternativamente, qualquer software de design de RF suporta o cálculo de componentes de correspondência de impedância
Sensor de pH ISFET em uma placa de circuito impresso	WinSense	WIPS	Encomende um modelo pré-montado em uma placa de circuito impresso com eletrodo de referência de ouro no chip
Medidor de pH de laboratório	Hanna Instruments	HI2210-02	Usado com sonda de vidro HI1131B
Programador Microcontorller	Microchip	PICkit 3	Outros programadores compatíveis com PIC16 também podem ser usados
Estômago de porco com esôfago	Fazenda de porcos local	Obtido de aprox. 40– Porco de 50 kg	É importante que o estômago inclua todo o comprimento do esôfago.
Placa de circuito impresso - receptor	Escolha o fornecedor de PCB preferido	De acordo com os dados pcb2.zip	Uma camada, 0,8 mm de espessura, FR4, sem máscara
Placa de circuito impresso - sensor	Escolha o fornecedor de PCB preferido	De acordo com os dados pcb1.zip	Duas camadas com PTH, 0,6 mm de espessura, FR4, 2x máscara
Receptor - 0R	Vishay	CRCW04020000Z0EDC	Veja a Figura 12 e a Figura 13 para colocação
Receptor - 1,5 pF	Murata	GRM0225C1C1R5CA03L	Consulte a Figura 12 e a Figura 13 para posicionamento
Receptor - 100 pF	Murata	GRM0225C1E101JA02L	Consulte a Figura 12 e a Figura 13 para posicionamento
Receptor - 33 nH	Pulse Electronics	PE-0402CL330JTT	Consulte a Figura 12 e a Figura 13 para posicionamento
Receptor - diodos schottky de RF	MACOM	MA4E2200B1-287T	Consulte a Figura 12 e a Figura 13 para colocação
Receptor - Antena SMA	LPRS	ANT-433MS
Receptor - Conector SMA	Linx Technologies	CONSMA001	Veja a Figura 12 e a Figura 13 para colocação
Sensor - C1	Murata	GRM0225C1H8R0DA03L	capacitor de 8 pF 0402
Sensor - C2	Murata	GRM0225C1H8R0DA03L	capacitor de 8 pF 0402
Sensor - C3	Murata	GCM155R71H102KA37D	1 nF 0402 capacitor
Sensor - C4	Murata	GRM0225C1H1R8BA03L	1.8 pF
Sensor - C5	Vishay	CRCW04020000Z0EDC	Place 0R 0402 resistor ou use para combinar com a antena
Sensor - C6	Murata	GRM155C81C105KE11J	1 uF 0402 capacitor
Sensor - C7	Murata	GRM155C81C105KE11J	1 uF 0402 capacitor
Sensor - C8	Murata	GRM022R61A104ME01L	capacitor 100 nF 0402
Sensor - IC1	Microchip	MICRF113YM6-TR	MICRF113 transmissor RF
Sensor - IC2	Microchip	PIC16LF1704-I/ML	PIC16LF1704 microcontrolador de baixa potência
Sensor - R1	Vishay	CRCW040210K0FKEDC	10 kOhm 0402 resistor
Sensor - R2	Vishay	CRCW040233K0FKEDC	33 kOhm 0402 resistor
Sensor - R3	Vishay	CRCW04021K00FKEDC	1 kOhm 0402 resistor
Sensor - R5	Vishay	CRCW040210K0FKEDC	10 kOhm 0402 resistor
Sensor - X1	ABRACON	ABM8W-13.4916MHZ-8-J2Z-T3	3,2 x 2,5 mm 13,4916 MHz 8 pF cristal
Fio de titânio	Sigma-Aldrich	GF36846434	0,125 mm fio de titânio
Analisador de rede vetorial	mini RADIO SOLUTIONS	miniVNA Tiny	Outros analisadores de rede vetorial podem ser usados - a frequência de operação necessária é 300– 500 MHz, largura de banda de resolução igual ou inferior a 1 MHz, potência de saída não superior a 0 dBm e faixa dinâmica preferencialmente melhor que 60 dB para o front-end receptor