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.
Bu içeriği görüntülemek için JoVE aboneliğiniz gereklidir. Giriş yapın veya ücretsiz denemenizi bugün başlatın.
Yöntem makalesi
Zero-Bias Schottky Diyot Tabanlı Alıcı ile pH İzleme için Kablosuz Özellikli Endoskopik Olarak Yerleştirilebilir Sensör yapımı
Bu makalede
Özet
Özet
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.
Giriş
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. ÜFE (proton pompa inhibitörü) tedavisine yanıt vermeyen hastalarda pH takibi patolojik gastroözofageal reflü olup olmadığını ve hastanın neden standart PPI tedavisine yanıt vermediğini cevaplayabilir. Şu anda çeşitli pH ve empedans izleme seçenekleri sunulmaktadır. Yeni olasılıklardan biri, implante edilebilir cihazlar kullanarak kablosuz izleme4,5'tir.
GERD, özofagus manometrisi sırasında gösterilen kasılmaların patolojik olmadığı, ancak uzun süreli GERD'de genliklerinin azaldığı alt özofagus sfinkter (LES) bozukluğu ile ilişkilidir. LES düz kaslardan oluşur ve miyojenik ve nörojenik faktörlere bağlı tonik kasılmalarını korur. Nörotransmitter olarak nitrik oksit içeren vagal aracılı inhibisyon nedeniyle gevşer6.
İki çift elektrotlu elektriksel stimülasyonun bir köpek reflü modelinde LES'in kasılma süresini artırdığı kanıtlanmıştır7. Yutma sırasındaki kalıntı basıncı da dahil olmak üzere LES'in gevşemesi hem düşük hem de yüksek frekanslı stimülasyondan etkilenmedi. Yüksek frekanslı stimülasyon, daha az güç gerektirdiği ve pil ömrünü uzattığı için bariz bir seçimdir.
Gerd'li hastaların tedavisinde alt özofagus sfinkterinin elektrostimülasyon tedavisi (ET) nispeten yeni bir kavram olmasına rağmen, bu tedavinin güvenli ve etkili olduğu gösterilmiştir. Bu tedavi şeklinin, PPI tedavisi ihtiyacını ortadan kaldırırken ve özofagus asidi maruziyetini azaltırken GERD semptomlarından önemli ve kalıcı bir rahatlama sağladığı gösterilmiştir8,9,10.
GERD tanısı için mevcut son teknoloji ürünü pH sensörü Bravo cihazıdır11,12. Tahmini 1,7 cm3 hacminde, görsel endoskopik geri bildirimli veya görsel endoskopik geri bildirim olmadan doğrudan yemek borusuna yerleştirilmekte ve yemek borusunda pH'ın 24 saat+ izlenmesini sağlar.
Elektrostimülasyon tedavisinin, standart tedaviye yanıt vermeyen GERD tedavisinde en umut verici alternatiflerden biri olduğu düşünülürse8,13, pH sensöründen nörostimülatöre kadar verileri sağlamak mantıklıdır. Son araştırmalar, nörostimülasyon bölgesinde yer alacak sert hepsi bir arada implante edilebilir cihazlara yol açacak bu alanda gelecekteki gelişime açık bir yol göstermektedir14,15. Bu amaçla, ISFET (iyona duyarlı alan etkili transistör), minyatür doğası, bir referans elektrodunun (bu durumda altın) çip üzerinde entegrasyon olasılığı ve yeterince yüksek hassasiyet nedeniyle en iyi sensör türlerinden biridir. Silikonda, ISFET standart bir MOSFET (Metal Oksit Yarı İletken Alan Etkisi Transistörü) yapısına benzer. Bununla birlikte, normalde bir elektrik terminaline bağlı olan kapı, çevredeki çevreyle doğrudan temas halinde bir aktif malzeme tabakası ile değiştirilir. pH'a duyarlı ISFET'ler söz konusu olduğunda, bu tabaka silikon nitrür (Si3N4)16 ile oluşur.
Endoskopik olarak implante edilebilir cihazların temel dezavantajı, pil boyutunun doğal sınırlamasıdır, bu da bu cihazların ömrünün azalmasına neden olabilir veya üreticileri gerekli etkiyi daha düşük bir enerji maliyetiyle sağlayacak gelişmiş algoritmalar geliştirmeye motive edebilir. Böyle bir algoritmanın örneklerinden biri, GERD'nin isteğe bağlı nörostimülasyon tedavisi için kapalı döngü bir sistem olacaktır. Sürekli glikoz ölçerler (CGM) + insülin pompası sistemlerine benzer şekilde17, böyle bir sistem, bir nörostimülasyon ünitesi ile birlikte alt özofagus sfinkterinin mevcut basıncını tespit etmek için bir özofagus pH sensörü veya başka bir sensör kullanır.
Nörostimülasyon tedavisine yanıt ve nörostimülasyon patinasyon gereksinimleri bireysel olabilir13. Bu nedenle, disfonksiyonun tanısı ve karakterizasyonu için kullanılabilecek bağımsız sensörler geliştirmek veya nörostimülasyon sisteminin hastaların bireysel gereksinimlerine göre kalibre edilmesine aktif olarak katılmak önemlidir18. Bu sensörler organın normal işlevselliğini etkilememek için mümkün olduğunca küçük olmalıdır.
Bu makalede, genlik kaydırmalı anahtarlama (ASK) vericisi ve küçük bir ayak izi pasif rectenna tabanlı alıcı ile ISFET tabanlı bir pH sensörünün tasarlanması ve imal edilmesi yöntemi açıklanmaktadır. Çözeltinin basit mimarisine dayanarak, pH verileri harici bir alıcı veya hatta implante edilebilir nörostimülatör tarafından önemli bir hacim veya güç cezası olmadan alınabilir. ASK modülasyonu, yalnızca alınan RF sinyal gücünü (genellikle "alınan sinyal gücü" olarak adlandırılır) algılayabilen pasif alıcının doğası nedeniyle seçilir. Tamamlayıcı malzeme olarak katıştırılmış şematik diyagram, cihazın yapımını gösterir. Doğrudan 2.0-3.0 V arasında bir voltaj sağlayan iki AG1 alkalin pilden (şarj durumuna bağlı olarak) güç alır. Piller, ISFET pH sensörünü önyargılı yapmak için ADC (analogdan dijitale dönüştürücü), DAC (dijitalden analoga dönüştürücü), dahili çalışma amplifikatörü ve FVR (sabit voltaj referansı) çevre birimlerini kullanan dahili mikrodenetleyiciye güç sağlar. Elde eden "kapı" gerilimi (altın referans elektrot) çevredeki ortamın pH'ı ile orantılıdır. Kararlı bir Kimlik akımı , düşük taraflı bir R2 algılama direnci ile sağlanır. ISFET sensörünün kaynağı operasyonel amplifikatörün ters olmayan girişine bağlanırken, ters giriş 960 mV olarak ayarlanmış DAC modülünün çıkış gerilimine bağlanır. Operasyonel amplifikatörün çıkışı ISFET'in tahliye pimine bağlıdır. Bu operasyonel amplifikatör tahliye voltajını düzenler, böylece R2 direncindeki voltaj farkı her zaman 960 mV'dir; böylece, ISFET üzerinden (normal çalışma sırasında) 29 μA'lık sabit bir sapma akımı akar. Kapı gerilimi daha sonra bir ADC ile ölçülür. Mikrodenetleyici daha sonra GPIO (genel amaçlı giriş/çıkış) pimlerinden biri aracılığıyla RF vericisine güç verir ve diziyi iletir. RF verici devresi, çıkışı 50 Ω empedansla eşleştiren kristal ve eşleşen bir ağ içerir.
Burada gösterilen deneyler için, yemek borusunun uzun bir bölümüne sahip bir domuz midesi kullandık. Bu, ESD (endoskopik submukozal diseksiyon), POEM (oral endoskopik miyotomi), endoskopik mukozal rezeksiyon (EMR), hemostaz vb. İnsan organlarına yaklaşan mümkün olan en yakın anatomik parametrelerle ilgili olarak, 40-50 kg ağırlığındaki domuzların midesini ve yemek borusunu kullandık.
Erişim kısıtlı. Bu içeriği görüntülemek için lütfen giriş yapın veya deneme sürümünü başlatın.
Protokol
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.
- Baskılı bir devre kartına (PCB) monte edilmiş ISFET pH sensörünü düz bir yüzeye yerleştirin. Lehimlenebilir kontakları bulun.
- Lehimlenebilir kontakları kesin, böylece uzunlukları 3 mm'den uzun değildir.
- Florlu etilen propilen (FEP) kaplı kablonun 15 mm'lik bir bölümünü pH sensörünün lehimlenebilir elektrotlarına lehimler. Çıplak kalıp tertibatını mekanik veya kimyasal olarak temizlemeyin. Lehimleme sırasında kalıp ve PCB'nin akı ile kirlenmesini önlemeye çalışın.
- pH sensör kablosu tertibatını mikroskop altında açık devreler ve şortlar için inceleyin. Ardından, şortları açık-kısa bir test cihazıyla kontrol edin. Bu aşamada doğru hazırlanmış bir montaj Şekil 1'de gösterilmiştir.
- pH sensör tertibatını ultrasonik bir temizleyicide 70 °C'de 5 dakika boyunca suda % 5'lik bir akı sökücü çözeltisinde temizleyin. Ultrason gücünün optimum aralığı 50-100 W / l'dir. 100 W/l'yi aşmayın.
- pH sensör tertibatını teknik sınıf izopropil alkolde en az 3 dakika durulayın ve 80 °C'de bir fırında 15 dakika kurumasına izin verin.
- Bir sonraki adıma geçmeden önce tüm pH sensörlerini düz bir yüzeye yerleştirin (aynı anda birden fazla hazırlanması durumunda).
- Lehimlenmiş elektrotların kapsüllenmesi için uygun miktarda iki parçalı epoksi karıştırın. Kapsamlı karıştırmaya izin vermek için en az 2 mL kullanın. Daha sonra incelemeye izin vermek için siyah opak epoksi kullanın - sensörün çevreye maruz kalan kısımları, üzerinde opak epoksi olmayacağı için daha kolay görülecektir
- Karışık epoksiyi 0,5 mm düz uç iğnesi ile 1 mL şırıngaya aktarın.
- pH sensörlerinin lehim alanını epoksi ile kapla. PCB elektrotlarının ve açıkta kalan telin tüm alanını kaplayıp kaplayıp kaplamayı unutmayın.
- Epoksi kürün odada veya yüksek sıcaklıkta (maksimum 80 °C) izin verin, bu çalışma için Malzeme Tablosunda listelenen epoksi ile 50 °C kullanılmıştır.
- Kaplamalı alanı mikroskop altında inceleyin. Kaplamasız metal parçalar (PCB elektrot veya tel) maruz kalırsa, kaplamasız metalin görsel belirtisi olmayana kadar 1.8-1.11 adımlarını tekrarlayın.
- Telleri Şekil 2'de gösterilen uzunluk ve açıya kadar kesin. Yıpranmamak için uçlarını lehimle kapla.
2. Elektronik montajın imalatı
NOT: Elektroniğin imalatı boyunca ESD'ye duyarlı bileşenlerin kullanımı için önlemlere uyun. Lehimleme demiri ve sıcak hava tabancası ile çalışırken dikkatli olun.
- PCB'yi ("pcb1.zip" ek dosyalarına ve şematik diyagram "şematik.png" temel alınarak üretilmiştir) düz bir yüzeye yerleştirin, bileşenler yan yana.
- Maruz kalan tüm altın kaplama pedlere lehim macunu uygulayın.
- Şekil 3 ve Malzeme Tablosuna göre tüm pasif ve aktif bileşenleri cımbız kullanarak yerleştirin.
- Bileşenleri lehim etmek için PCB'yi sıcak hava tabancasıyla ısıtın. Paketlerden artık suyu dışarı çıkarmak ve lehim macunundaki akıyı etkinleştirmek için PCB'yi kademeli olarak 2 dakika boyunca 150 °C'ye ısıtın. Ardından, bileşenleri lehim etmek için PCB'yi 260 °C'ye ısıtın. PCB'yi oda sıcaklığına soğumaya bırakın, tüm lehimleme işlemi sırasında hareket ettirmeyin.
- Lehimleme ve oda sıcaklığına kadar soğutulduktan sonra, tüm bileşenlerin ve şortların doğru yerleşimini doğrulamak için PCB'yi mikroskop altında inceleyin. Şort veya yanlış bileşen yerleşimi gözlenmezse, 2.6 adımlarını atlayın.
- Lehim tabancası veya sıcak hava tabancası ile herhangi bir şort veya yanlış bileşen yerleşimini onarın. 2.5.
- Şekil 4'te gösterildiği gibi bileşenlere (güç ve programlama kabloları) lehim 5 tel.
- PCB'yi programcıya bağlamak için, 2.7 adımında lehimlenmiş kabloları bağlayın. programcının bağlayıcısına.
- Mikrodenetleyiciye program bellenimi (hangi dosyanın kullanılacağına ilişkin ayrıntılı bir açıklama için Temsilci Sonuçları'na bakın). Programlama yazılımını ayarlamak için önceden açıklanan yordamı kullanın19. Programcıyı, programlamadan sonra 5 kabloyu yaklaşık 2,5 V voltajla güç vermeye ayarlayın.
- PCB'yi düz bir yüzeye yerleştirin, bileşen tarafı yukarı. Şekil 5'te gösterildiği gibi AWG38 bakır anten telini (3 cm uzunluğunda) lehimleyin ve PCB'nin kenarına sarın. Anten telini bir siyanoakrilat yapıştırıcı ile PCB'nin kenarına sabitle. Şekil 5'te gösterildiği gibi diğer iki tel jumper'ı SWG38 bakır tel ile lehimle. Diğer bileşenlerle elektrik kontağından kaçının.
- PCB'yi düz bir yüzeye, bileşen tarafı aşağıya koyun.
- Şekil 6'da gösterildiği gibi PCB'nin karşı kısmına iki pil tutucu lehim.
- Şekil 7'de gösterildiği gibi pH sensör tertibatını PCB'deki terminallere lehimler.
- Pil tutuculara iki AG1 pil takın.
NOT: Sensörün test edilmesi ve endoskopik implantasyonundan önce bu adıma ve sonraki adımlara 24 saatten daha erken devam etmeyin. - Adım 1.8'de açıklandığı gibi uygun miktarda epoksi hazırlayın. cihazın kapsüllenmesi için.
- 1.9. adımda (iğneli şırınga) açıklanan prosedürü kullanarak cihazı epoksi ile kapsülleyin. Epoksiyi oda sıcaklığında veya hafifçe yüksek sıcaklıkta kürleyi bırakın (pillerin varlığı nedeniyle 50 °C'yi aşmayın). Doğru kapsülleme sonuçları için Şekil 8'e bakın.
- Şekil 9'a göre bir titanyum tel kanca oluşturun.
NOT: Titanyum (Grade II), biyouyumluluğu ve implante edilebilir tıbbi cihazlarda kullanım geçmişi nedeniyle seçilmiştir. Paslanmaz çelik de kullanılabilir. Bununla birlikte, bazı paslanmaz çelik tipleri çok kırılgan olduğu için tip ve ısıl işlem dikkatlice seçilmelidir. - Tel kancayı bir damla hızlı kürleme epoksisi ile cihaza takın (bkz. Şekil 10) ve oda sıcaklığında veya hafifçe yüksek sıcaklıkta (maksimum 50 °C) kürlensin. pH sensörü implante edilebilir cihazın sol alt tarafında bulunur.
- Sensör, pillerin takılmasının ardından 24 saat aktif hale gelir. Bu arada, 3.
NOT: Pillerin takılması mümkün olduğunda 3.
3. Pasif rectenna alıcısının imalatı
- PCB'ye yerleştirin ("pcb2.zip" ek dosyasına göre üretilmiştir). düz bir yüzeydeki dikdörtgen için.
- 2.2-2.6 adımlarında açıklanan lehim macunu yöntemini kullanarak bileşenleri lehimler veya Şekil 11A'ya göre bir lehim tabancası kullanın.
NOT: Deneyci rectenna alıcısını yeniden üretmeye karar verirse (daha önce üretilmiş ve eşleştirilmiştir) veya alıcı eşleştirmesine devam etmek istemiyorsa, daha önce deneyci tarafından belirlenen veya Şekil 11B'de sağlanan bileşenlerin değerlerini kullanın ve 3.5-3.7 adımlarını atlayın. - SMA konektörünü PCB'ye lehimle.
- PCB'yi mikroskop altında inceleyin. Herhangi bir şort veya yanlış bileşen yerleşimi gözlenirse, sorunları düzeltin.
- SMA bağlayıcısına bir vektör ağ çözümleyicisi girişi takın.
- 1 kHz çözünürlük bant genişliği ile 300-500 MHz'den rectenna'nın S11 Smith grafiğini kaydedin. Yanıtı gözlemleyin ve empedansı 431,7 MHz'de kaydedin. Örnek Smith grafiği Şekil 12A'da gösterilmiştir.
- Empedans eşleştirme bileşenlerini lehimler ve kısa devreler ve bileşen yerleşimi için mikroskop altında inceleyin.
- Spektrum analizörü ile tekrar ölçün ve voltaj duran dalga oranının (VSWR) 300-500 MHz arasında 3'in altında olduğunu onaylayın ( Şekil 12B'de gösterilen dış siyan çemberinin içinde). Değilse, farklı eşleşen bileşenlerle tekrarlayın veya rectenna'nın azaltılmış performansını göz önünde bulundurarak devam edin.
- 433 MHz bant antenini SMA konektörüne bağlayın. Bir osiloskopu rectenna çıkışına bağlayın.
- Osiloskopu tek kanallı çalışma, yuvarlanma süresi tabanı, DC modu, 500 ms/div zaman tabanı ve 5 mV/div gerilim ölçeğine ayarlayın.
4. Cihazın test
NOT: Aşağıdaki adımlar kimyasalların kullanılmasını gerektirir. Kimyasalların malzeme güvenliği veri sayfalarını önceden inceleyin ve bunları manipüle ederken uygun koruyucu ekipman ve yaygın laboratuvar uygulamalarını kullanın.
- Osiloskopta gösterilen sinyali gözlemleyerek sensörün çıkışını inceleyin. Örnek çıktı Şekil 13,14'te gösterilmiştir. Cihaz, pillerin takılmasını 24 saat geçtikten sonra aktif olacaktır. pH sensörünün çıkışını iletme süresi, mikrodenetleyiciye programlanan dosyaya bağlı olarak değişir (ayrıntılı bir açıklama için Temsilci Sonuçları'na bakın).
- % 2 hidroklorik asit çözeltisi hazırlayın (hidroklorik asit kullanırken dikkatli olun). Standart laboratuvar prosedürlerini kullanarak pH 4 (potasyum hidrojen fitalat/hidroklorik asit), pH 7 (potasyum dihidrojen fosfat/sodyum hidroksit) ve pH 10 (sodyum karbonat/sodyum hidrojen karbonat) 100 mM tampon çözeltileri hazırlayın ve gagaları işaretleyin.
- Kalibre edilmiş bir pH ölçer kullanarak dört gaganın da pH'ını doğrulayın. Gerekirse ayarlayın.
- Kapsülü her kabın içine batırın ve en az 3 örnek kaydedin. İkinci ve üçüncü darbe arasındaki süreyi ölçün ve sağlanan elektronik tabloya doldurun (Ek Dosya 1). Elektronik tabloyu kullanarak pH sensörünün kalibrasyon katsayılarını belirleyin.
- Kalibrasyondan sonra, ikinci ve üçüncü darbe arasındaki süreyi ölçün ve pH sensörünün maruz kaldığı çözeltinin pH'ını belirlemek için elektronik tabloya girin.
5. Sensörün endoskopik implantasyonu
- Mideden ve yemek borusunun uzun bir bölümünden oluşan bir ex vivo endoskopik porcine modeli hazırlayın.
- Şekil 15 ve Şekil 16'da gösterildiği gibi sensörü hemostatik bir klipsle harici olarak kavrayın.
- Endoskopu klipsteki sensörle birlikte modele standart şekilde yerleştirin.
- Sensörü alt özofagus sfinkterine yakın bir konuma getirin.
- Endoskopu özofagus duvarına doğru döndürün, klipsi açın ve ardından özofagus duvarına doğru itin. Klibi kapatın ve bırakın. Sensör, Şekil 17D ve Şekil 17E'de gösterildiği gibi, istenen yerde yemek borusu duvarına bağlı kalacaktır.
- Endoskopu çıkar.
6. İmplantasyondan sonra deney yapın
NOT: Aşağıdaki adımlar kimyasalların kullanılmasını gerektirir. Kimyasalların malzeme güvenliği veri sayfalarını önceden inceleyin ve bunları manipüle ederken uygun koruyucu ekipman ve yaygın laboratuvar uygulamalarını kullanın.
- Alıcıyı implante sensörün 10 cm (maksimum) içine yerleştirin.
- Şekil 18'de gösterildiği gibi, çeşitli pH değerlerine sahip çözeltilerin 50 mL'lik kısmını yemek borusuna enjekte edin ve sensörün tepkislerindeki değişiklikleri gözlemleyin. Her enjeksiyondan sonra endoskopu geri alın ve enjeksiyondan sonra değeri en az 30 sn olarak okuyun. Yemek borusunu farklı pH'lı enjekte çözeltileri arasında 100 mL deiyonize su ile yıkayın.
- Sensör tarafından ölçülen pH'ı hesaplamak için elektronik tabloyu (Ek Dosya 1) kullanın.
Erişim kısıtlı. Bu içeriği görüntülemek için lütfen giriş yapın veya deneme sürümünü başlatın.
Sonuçlar
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...
Erişim kısıtlı. Bu içeriği görüntülemek için lütfen giriş yapın veya deneme sürümünü başlatın.
Tartışma
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...
Erişim kısıtlı. Bu içeriği görüntülemek için lütfen giriş yapın veya deneme sürümünü başlatın.
Açıklamalar
Yazarların beyan edecek bir şeyi yok.
Teşekkürler
Yazarlar, bu çalışmayı desteklenerek Charles Üniversitesi'ni (proje GA UK No 176119) minnetle kabul ederler. Bu çalışma Charles Üniversitesi araştırma programı PROGRES Q 28 (Onkoloji) tarafından desteklendi.
Erişim kısıtlı. Bu içeriği görüntülemek için lütfen giriş yapın veya deneme sürümünü başlatın.
Malzemeler
| Ad | Şirket | Katalog numarası | Yorumlar |
|---|---|---|---|
| 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 |
Kaynaklar
- El-Serag, H. B., Sweet, S., Winchester, C. C., Dent, J. Update on the epidemiology of gastro-oesophageal reflux disease: a systematic review. Gut. 63 (6), 871-880 (2014).
- Gyawali, C. P., et al. Modern diagnosis of GERD: the Lyon Consensus. Gut. 67 (7), 1351-1362 (2018).
- Cesario, S., et al. Diagnosis of GERD in typical and atypical manifestations. Acta Biomedica. 89 (5), 33-39 (2018).
- Sifrim, D., Gyawali, C. P. Prolonged wireless pH monitoring or 24-hour catheter-based pH impedance monitoring: Who, When, and Why. American Journal of Gastroenterology. 115 (8), 1150-1152 (2020).
- Chae, S., Richter, J. E. Wireless 24, 48, and 96 Hour or impedance or oropharyngeal prolonged pH monitoring: Which test, when, and why for GERD. Current Gastroenterology Reports. 20 (11), 52(2018).
- Furness, J. B., Callaghan, B. P., Rivera, L. R., Cho, H. -J. The enteric nervous system and gastrointestinal innervation: integrated local and central control. Adv Exp Med Biol. 817, 39-71 (2014).
- Sanmiguel, C. P., et al. Effect of electrical stimulation of the LES on LES pressure in a canine model. American Journal of Physiology-Gastrointestinal and Liver Physiology. 295 (2), 389-394 (2008).
- Rodríguez, L., et al. Electrical stimulation therapy of the lower esophageal sphincter is successful in treating GERD: final results of open-label prospective trial. Surgical Endoscopy. 27 (4), 1083-1092 (2013).
- Rinsma, N. F., Bouvy, N. D., Masclee, A. A. M., Conchillo, J. M. Electrical stimulation therapy for gastroesophageal reflux disease. Journal of Neurogastroenterology and Motility. 20 (3), 287-293 (2014).
- Rodríguez, L., et al. Two-year results of intermittent electrical stimulation of the lower esophageal sphincter treatment of gastroesophageal reflux disease. Surgery. 157 (3), 556-567 (2015).
- Kwiatek, M. A., Pandolfino, J. E. The BravoTM pH capsule system. Digestive and Liver Disease. 40 (3), 156-160 (2008).
- Karamanolis, G., et al. Bravo 48-hour wireless pH monitoring in patients with non-cardiac chest pain. objective gastroesophageal reflux disease parameters predict the responses to proton pump inhibitors. Journal of Neurogastroenterology and Motility. 18 (2), 169-173 (2012).
- Rodríguez, L., et al. Two-year results of intermittent electrical stimulation of the lower esophageal sphincter treatment of gastroesophageal reflux disease. Surgery (United States). 157 (3), 556-567 (2015).
- Hajer, J., Novák, M., Rosina, J. Wirelessly powered endoscopically implantable devices into the submucosa as the possible treatment of gastroesophageal reflux disease. Gastroenterology Research and Practice. 2019, 1-7 (2019).
- Deb, S., et al. Development of innovative techniques for the endoscopic implantation and securing of a novel, wireless, miniature gastrostimulator (with videos). Gastrointestinal Endoscopy. 76 (1), 179-184 (2012).
- Shin, P., Mikolajick, T., Ryssel, H. pH Sensing Properties of ISFETs with LPCVD Silicon Nitride Sensitive-Gate. The Journal of Electrical Engineering and Information Science. 2, 82-87 (1997).
- Benhamou, P. -Y., et al. Closed-loop insulin delivery in adults with type 1 diabetes in real-life conditions: a 12-week multicentre, open-label randomised controlled crossover trial. The Lancet Digital Health. 1 (1), 17-25 (2019).
- Nikolic, M., et al. Tailored modern GERD therapy - steps towards the development of an aid to guide personalized anti-reflux surgery. Scientific Reports. 9 (1), 19174(2019).
- Hajer, J., Novák, M. Autonomous and rechargeable microneurostimulator endoscopically implantable into the submucosa. Journal of Visualized Experiments: JoVE. (139), e57268(2018).
- Pavelka, M., Roth, J. Parietal Cells Of Stomach: Secretion Of Acid. Functional Ultrastructure. , Springer. Vienna. 202-203 (2010).
- Jones, R. D., Neuman, M. R., Sanders, G., Cross, F. S. Miniature antimony pH electrodes for measuring gastroesophageal reflux. The Annals of Thoracic Surgery. 33 (5), 491-495 (1982).
- Avago technologies designing detectors for RF/ID tags application note 1089. , Available from: http://docs.avagotech.com/docs/AV02-1577EN (2008).
- Waugh, R. W., Buted, R. R. The zero bias schottky diode detector at temperature extremes-problems and solutions. Proceedings of the WIRELESS Symposium. , 175-183 (1996).
- Satoh, Y., Ikata, O., Miyashita, T. RF SAW filters. , Available from: http://www.te.chiba-u.jp/lab/ken/Symp/Symp2001/PAPER/SATOH.pdf (2011).
- Soffer, E. Effect of electrical stimulation of the lower esophageal sphincter in gastroesophageal reflux disease patients refractory to proton pump inhibitors. World Journal of Gastrointestinal Pharmacology and Therapeutics. 7 (1), 145(2016).
- Microsemi ZL70323 MICS-band RF miniaturized standard implant module (MiniSIM). , Available from: https://www.microsemi.com/document-portal/doc_download/135307-zl70323-datasheet (2015).
Erişim kısıtlı. Bu içeriği görüntülemek için lütfen giriş yapın veya deneme sürümünü başlatın.
Yeniden basım ve izinler
