Конструкция эндоскопически имплантируемого датчика с поддержкой беспроводной связи для мониторинга pH с приемником на основе диода Шоттки с нулевым смещением

Протокол показывает изготовление беспроводного имплантируемого датчика pH, который передает данные на полностью пассивный приемник, обеспечивая очень энергоэффективную доставку данных от одного имплантируемого устройства к другому. Датчик может быть изготовлен вручную и общедоступными методами. Далее способ передачи данных может быть непосредственно повторно использован при разработке различных имплантируемых устройств.

Очень важно тщательно проверять беспроводной датчик pH после каждого шага. Компоненты, используемые для его изготовления, очень малы, и может произойти короткое замыкание или неправильное размещение во время изготовления. Для начала поместите датчик pH ISFET, установленный на печатной плате, на плоской поверхности и припаяйте 15-миллиметровый участок фторированного этиленпропиленового кабеля к паяным электродам датчика pH без загрязнения красителя и печатной платы флюсом.

Смешайте не менее двух миллилитров двухкомпонентной эпоксидной смолы, чтобы инкапсулировать припаянные электроды, а затем используйте черную непрозрачную эпоксидную смолу для последующего контроля. Наблюдайте за легкой видимостью деталей датчиков, подвергающихся воздействию окружающей среды без непрозрачной эпоксидной смолы. Переложите смешанную эпоксидную смолу на один миллилитр шприц с 0,5-миллиметровой плоской иглой и покройте область пайки датчиков рН эпоксидной смолой, обеспечив покрытие всей площади электродов печатной платы и открытой проволоки.

Осмотрите область покрытия под микроскопом на наличие любых металлических деталей без покрытия. После повторения процесса нанесения покрытия из непокрытого металла обрежьте провода по длине и углу, затем покройте концы припоем, чтобы избежать износа. После размещения печатной платы с компонентами в положении стороной вверх нанесите паяльную пасту на все открытые позолоченные прокладки.

Далее поместите пассивные и активные компоненты с помощью пинцета. После пайки и охлаждения до комнатной температуры осмотрите печатную плату под микроскопом, чтобы убедиться в размещении компонентов и замыканий. Запрограммируйте прошивку на микроконтроллер и настройте программное обеспечение для программирования так, как описано в тексте.

Затем настройте программатор на питание устройства напряжением примерно 2,5 вольта. Затем отпаяйте пять проводов после программирования. Припаяйте два держателя батарей к противоположной части печатной платы.

Затем припаяйте датчик pH в сборе к клеммам печатной платы, затем вставьте две батареи AG1 в держатели батарей. После получения эпоксидной смолы инкапсулируйте устройство с эпоксидной смолой, как описано ранее. Дайте эпоксидной смоле отверждаться при комнатной температуре.

Прикрепите проволочный крючок к устройству каплей быстроотверждаемой эпоксидной смолы. После отверждения при комнатной температуре датчик pH может быть расположен на нижней левой стороне имплантируемого устройства. Припаяйте компоненты с помощью паяльного пистолета.

Чтобы снова изготовить ректенна-приемник или продолжить работу без согласования приемника, используйте значения компонентов, представленных здесь, и пропустите запись диаграммы S11 Smith на следующем шаге. В противном случае припаяйте разъем SMA к печатной плате. Подключите вход векторного анализатора цепей к разъему SMA.

Запишите диаграмму S11 Smith ректенны. Наблюдайте за реакцией и регистрируйте импеданс. Используйте программное обеспечение калькулятора согласования импеданса для определения значений соответствующих компонентов.

Припаяйте компоненты, соответствующие импедансу, и проверьте под микроскопом короткие замыкания и размещение компонентов. После измерения с помощью анализатора спектра еще раз подтвердите, что отношение напряжения стоячей волны составляет менее трех от 300 до 500 мегагерц. В противном случае повторите с различными совпадающими компонентами.

После активации устройства после 24 часов с момента установки батареи проверьте выход датчика, наблюдая за сигналом, отображаемым в осциллографе. Готовят 2% раствор соляной кислоты и 100 миллимолярный буферный раствор с рН четыре, рН семь и рН 10. Погрузите капсулу в каждый стакан и запишите не менее трех образцов.

Измерьте период между вторым и третьим импульсом. А после заполнения его в предоставленной электронной таблице определите калибровочные коэффициенты для датчика pH с помощью электронной таблицы. После подготовки ex vivo эндоскопической свиной модели желудка и длинного сегмента пищевода схватите датчик снаружи с помощью гемостатического зажима.

Вставьте эндоскоп с датчиком в зажим стандартным способом в модель. Поместив зажим с датчиком близко к нижнему пищеводному сфинктеру, поверните эндоскоп против стенки пищевода, откройте зажим и затем надавите на стенку пищевода. Закройте и отпустите клип.

Пока датчик остается прикрепленным к стенке пищевода в нужном месте, извлеките эндоскоп. Поместите приемник в пределах 10 сантиметров от имплантированного датчика. Вводят в пищевод 50 миллилитров растворов с различными значениями рН и наблюдают за изменениями реакции датчика.

Втягивайте эндоскоп после каждой инъекции и считывайте значение не ранее, чем через 30 секунд после инъекции и используйте электронную таблицу для расчета рН, измеренного датчиком. Промыть пищевод 100 миллилитрами деионизированной воды между инъекционными растворами с разным рН. Когда пассивный приемник ректенны был помещен в непосредственной близости от устройства измерения pH, наблюдались явные скачки напряжения при передаче устройства.

Первые два коротких импульса были импульсами синхронизации. Время между вторым и третьим импульсом линейно переводится в рН среды, которой подвергался датчик. На основе простой двухточечной калибровки с буферами pH four и pH 10 датчик возвращал стабильные и воспроизводимые показания значения pH.

Среднее и стандартное отклонение погрешностей составляли 0,25 и 0,30 при испытаниях в растворах и стаканах и составляли 0,31 и 0,36 в модели ex vivo. Эффект антенны мобильного телефона с активным GSM-вызовом оказал лишь незначительное негативное влияние на получение данных от датчика, как показано на расстоянии 20 сантиметров, 10 сантиметров и пяти сантиметров между краем телефона и приемником. Инкапсуляция датчика должна быть выполнена и проверена должным образом, чтобы продлить срок службы устройства при имплантации.

Далее решающее значение имеет правильное размещение гемостатического зажима. Это исследование прокладывает путь для развития беспроводных сетей имплантируемых устройств, создавая энергоэффективный способ передачи данных, особенно с точки зрения приемника.