Zero-Bias Schottky Diyot Tabanlı Alıcı ile pH İzleme için Kablosuz Özellikli Endoskopik Olarak Yerleştirilebilir Sensör yapımı

Summary

El yazması, sıfır taraflı Schottky diyotlarına dayanan tamamen pasif bir alıcı devresi ile birlikte ASK modüle edilmiş kablosuz çıkışlı minyatür bir implante edilebilir pH sensörü sunar. Bu çözüm , in vivo kalibre edilmiş elektrostimülasyon terapi cihazlarının geliştirilmesinde ve ambülatör pH izleme için temel olarak kullanılabilir.

Abstract

Patolojik reflünün ambulatuvar pH izlenmesi, semptomlar ile yemek borusunun asidik veya asitsiz reflüye maruz kalması arasındaki ilişkiyi gözlemlemek için bir fırsattır. Bu makalede, minyatür kablosuz özellikli pH sensörünün geliştirilmesi, üretilmesi ve implantasyonu için bir yöntem açıklanmaktadır. Sensör, tek bir hemostatik klipsle endoskopik olarak yerleştirilecek şekilde tasarlanmıştır. Sıfır önyargılı Schottky diyotuna dayanan tamamen pasif bir rectenna tabanlı alıcı da inşa edilir ve test edilir. Cihazı oluşturmak için iki katmanlı baskılı devre kartı ve raf dışı bileşenler kullanıldı. Entegre analog periferiklere sahip minyatür bir mikrodenetleyici, iyon duyarlı alan etkili transistör (ISFET) sensörü için analog ön uç olarak ve genlik kaydırma anahtarlama verici çipi ile iletilen dijital bir sinyal üretmek için kullanılır. Cihaz iki birincil alkalin hücresi tarafından desteklenmektedir. İmplante edilebilir cihaz toplam 0,6 ^cm3 hacme ve 1,2 gram ağırlığa sahiptir ve performansı bir ex vivo modelde (porcine yemek borusu ve mide) doğrulanmıştır. Daha sonra, harici bir alıcıya veya implante edilebilir nörostimülatöre kolayca entegre edilebilen küçük bir ayak izi pasif rectenna tabanlı alıcı inşa edildi ve RF sinyalini implanta yakın olduğunda (20 cm) aldığı kanıtlandı. Sensörün küçük boyutu, yemek borusunun minimum tıkanmasıyla sürekli pH izleme sağlar. Sensör, burun kateteri takmaya gerek kalmadan 24/96 saat özofagus pH izlemesi için rutin klinik uygulamada kullanılabilir. Alıcının "sıfır güç" doğası, minyatür alt özofagus sfinkter nörostimülasyon cihazlarının otomatik in-vivo kalibrasyonu için sensörün kullanılmasını da sağlar. Aktif sensör tabanlı kontrol, istenen klinik sonucu elde etmek için kullanılan enerjiyi en aza indirmek için gelişmiş algoritmaların geliştirilmesini sağlar. Böyle bir algoritmanın örneklerinden biri, gastroözofageal reflü hastalığının (GERD) isteğe bağlı nörostimülasyon tedavisi için kapalı döngü bir sistem olacaktır.

Introduction

Montreal Konsensüsü, gastroözofageal reflü hastalığını (GERD) "mide içeriğini reflü yaparken gelişen hoş olmayan semptomlara ve/veya komplikasyonlara neden olan bir durum" olarak tanımlar. Özofagus darlıkları, Barrett özofagus veya özofagus adenokarsinom gibi diğer spesifik komplikasyonlarla ilişkili olabilir. GERD, özellikle ekonomik durumu yüksek ülkelerde yetişkin nüfusun yaklaşık% 20'sini ^etkiler1.

Patolojik reflünün ambülatör pH izlenmesi (%6'dan fazla asit maruziyet süresi), semptomlar ile asidik veya asidik olmayan gastroözofageal reflü arasındaki ilişkiyi ayırt etmemizi ^{sağlar2,3<....}

Protocol

Bu çalışmada hiçbir canlı hayvan yer almadı. Deney, porcine yemek borusu ve mideden oluşan bir ex vivo modeli üzerinde gerçekleştirildi. Mide ve yemek borusu, standart ürün olarak yerel bir kasaplıktan satın alındı. Bu prosedür Çek yasalarına uygundur ve "3R" ilkesi (Değiştirme, Azaltma ve İyileştirme) nedeniyle tercih ediyoruz.

1. pH sensör tertibatının imalatı

NOT: pH sensör tertibatının imalatı boyunca elektrostatik deşarj (ESD) hassas bileşenlerin kullanımı için önlemlere uyun. Lehimleme demiri ile çalışırken dikkatli olun.

1. Baskılı bir devre kartına (PCB) monte edilmiş ISFET pH sensörünü dü....

Results

Şekil 8'de gösterildiği gibi, pH değerinin otonom pH algılama ve kablosuz iletim yeteneğine sahip bir cihaz başarıyla oluşturulmuştır. Üretilen cihaz minyatür bir modeldir; 1.2 g ağırlığında ve 0.6 ^cm3 hacme sahiptir. Yaklaşık boyutlar 18 mm x 8,5 mm x 4,5 mm'dir. Şekil 15, Şekil 16 ve Şekil 17'de gösterildiği gibi, tek bir hemostatik klipsle alt özofagus sfinkterinin yakınlı.......

Discussion

Bu yöntem, yeni aktif implante edilebilir tıbbi cihazların geliştirilmesi üzerinde çalışan araştırmacılar için uygundur. Yüzey montaj bileşenlerine sahip elektronik prototiplerin üretiminde bir yeterlilik seviyesi gerektirir. Protokoldeki kritik adımlar, özellikle küçük bileşenlerin yerleştirilmesi ve lehimlemesinde operatör hatasına eğilimli olan PCB'lerin doldurulmasının elektronik üretimiyle ilgilidir. Daha sonra, doğru kapsülleme, neme ve sıvılara maruz kaldığında cihazın ömrünü uzatmak için çok önemlidir. İmplantasy.......

Materials

List of materials used in this article

Name	Company	Catalog Number	Comments
AG1 akü	Panasonic	SR621SW	Bir implant başına iki pil
Pil tutucu	MYOUNG	MY-521-01
Anten için bakır emaye tel	pro-POWER	QSE Tel - 0,15 mm çap, 38 SWG
Kapsülleme için epoksi	Loctite	EA M-31 CL	pH sensörü
	için iki parçalı tıbbi sınıf ISO10993 uyumlu epoksi FEP kablosuMolex / Temp-Flex	100057-0273
Akı temizleyici	Shesto	UTFLLU05	Sonikasyon ile temizlik için deiyonize suda% 5 çözelti hazırlayın
Hemostatik klips	Boston Scientific	Resolution
Sıcak hava tabancası + havya	WP	Model 706	Kalay ve sıcak hava tabancası ile lehimleme yapabilen herhangi bir havya, 260 ° C; C kullanılabilir
Empedans eşleştirme yazılımı	Iowa Hills Software	Smith Chart	http://www.iowahills.com/9SmithChartPage.html sitesinden indirilebilir - alternatif olarak, herhangi bir RF tasarım yazılımı empedans eşleştirme bileşenlerinin hesaplanmasını destekler
PCB üzerinde ISFET pH sensörü	WinSense	WIPS	Çip üzerinde altın referans elektrotu olan bir PCB'ye önceden monte edilmiş bir model sipariş edin
Laboratuvar pH ölçüm cihazı	Hanna Instruments	HI2210-02	HI1131B cam probu ile birlikte kullanılır
Microcontorller programlayıcı Microchip		PICkit 3	PIC16 uyumlu programlayıcılar da kullanılabilir
Yemek borusu ile domuz midesi	Yerel domuz çiftliği	Yaklaşık 40&ndash'tan elde edildi; 50 kg domuz	midesinin yemek borusunun tam bir uzunluğunu içermesi önemlidir.
Baskılı devre kartı - alıcı	Tercih edilen PCB tedarikçisini seçin	pcb2.zip verilere göre	Tek katman, 0,8 mm kalınlık, FR4, maske yok
Baskılı devre kartı - sensör	Tercih edilen PCB tedarikçisini seçin	pcb1.zip verilere göre	PTH'li iki katmanlı, 0,6 mm kalınlık, FR4, 2x maske
Alıcı - 0R	Vishay	CRCW04020000Z0EDC	Yerleştirme için Şekil 12 ve Şekil 13'e bakın
Alıcı - 1.5 pF	Murata	GRM0225C1C1R5CA03L
Alıcı - 100 pF	Murata	GRM0225C1E101JA02L	Alıcı yerleştirme için Şekil 12 ve Şekil 13'e bakın
33 nH	Darbe Elektroniği	PE-0402CL330JTT	Alıcı
- RF schottky diyotlar	MACOM	MA4E2200B1-287T	için Şekil 12 ve Şekil 13'e bakın. yerleştirme
Alıcı - SMA anteni	LPRS	ANT-433MS
Alıcı - SMA konektörü	Linx Technologies	CONSMA001	Yerleştirme için Şekil 12 ve Şekil 13'e bakınız
Sensör - C1	Murata	GRM0225C1H8R0DA03L	8 pF 0402 kondansatör
Sensör - C2	Murata	GRM0225C1H8R0DA03L	8 pF 0402 kondansatör
Sensör - C3	Murata	GCM155R71H102KA37D	1 nF 0402 kondansatör
Sensör - C4	Murata	GRM0225C1H1R8BA03L	1.8 pF
Sensör - C5	Vishay	CRCW04020000Z0EDC	Place 0R 0402 direnç veya antenle eşleştirmek için kullanın
Sensör - C6	Murata	GRM155C81C105KE11J	1 uF 0402 kondansatör
Sensör - C7	Murata	GRM155C81C105KE11J	1 uF 0402 kondansatör
Sensör - C8	Murata	GRM022R61A104ME01L	100 nF 0402 kondansatör
Sensör - IC1	Microchip	MICRF113YM6-TR	MICRF113 RF verici
Sensör - IC2	Microchip	PIC16LF1704-I/ML	PIC16LF1704 düşük güçlü mikrodenetleyici
Sensör - R1	Vishay	CRCW040210K0FKEDC	10 kOhm 0402 direnç
Sensör - R2	Vishay	CRCW040233K0FKEDC	33 kOhm 0402 direnç
Sensör - R3	Vishay	CRCW04021K00FKEDC	1 kOhm 0402 direnç
Sensör - R5	Vishay	CRCW040210K0FKEDC	10 kOhm 0402 direnç
Sensör - X1	ABRACON	ABM8W-13.4916MHZ-8-J2Z-T3	3.2 x 2.5 mm 13.4916 MHz 8 pF kristal
Titanyum tel	Sigma-Aldrich	GF36846434	0.125 mm titanyum tel
Vektör ağ analizörü	mini RADYO ÇÖZÜMLERİ	miniVNA Tiny	Diğer vektör ağ analizörleri kullanılabilir - gerekli çalışma frekansı 300 < 500 MHz, 1 MHz'e eşit veya daha düşük çözünürlük bant genişliği, 0 dBm'den fazla olmayan çıkış gücü ve alıcı ön uç için tercihen 60 dB'den daha iyi dinamik aralık