Method Article

İdrarda üre seviyesi tespiti için optikten kontrollü mikrodalga sensörünün üretimi ve testi

DOI:

10.3791/70483

May 5th, 2026

In This Article

Summary

Loading...
$$\rightleftharpoonup{xx}$$ $$\longleftharp{xx}$$, $$\longrightharp{xx}$$,

Bu protokol, urea'yı tespit etmek için düşük maliyetli, optik olarak kontrollü bir mikrodalga sensörü tanımlar. Işık bağımlı direnç ve fraktal tasarım kullanarak, idrarın optik özelliklerini doğrusal bir RF empedans yanıtına çevirir. FR4 tabanlı tasarım bakım noktası kullanımı için umut vaat etse de, gelecekteki çalışmalar düşük kayıplı materyaller ve taşınabilir bir sistemin klinik doğrulamasını gerektiriyor.

Abstract

Loading...
$$\rightleftharpoonup{xx}$$ $$\longleftharp{xx}$$, $$\longrightharp{xx}$$,

İdrardaki üre seviyelerinin izlenmesi, böbrek fonksiyonu ve hidrasyon durumunu değerlendirmek için çok önemlidir. Mevcut yöntemler genellikle müdahaleci, maliyetli veya zaman alıcı biyokimyasal testlere dayanır ve bunlar bakım noktası veya sürekli izleme için ideal değildir. Bu protokol, üre seviyesi tespiti için tasarlanmış yeni, düşük maliyetli ve son derece hassas bir mikrodalga sensörünün üretimini ve testini açıklar. Sensör, 1.22 GHz rezonans frekansında çalışan FR4 alt tabakası üzerinde dairesel spiral indüktör (CSI), dijital arası kondansör (IDC) ve ışığa bağımlı bir direnç (LDR) entegre eder. Temel yenilik, idrar örneği aracılığıyla sabit bir ışık kaynağına maruz kaldığında, sensörün yerleştirme kaybını (S₂₁) üre konsantrasyonuna göre doğrusal ve ölçülebilir şekilde modüle eden LDR üzerinden optik kontroldür. Tasarım, kırınım etkilerini en aza indirmek ve empedans uyumunu artırmak için geri döngü izi ve Hilbert fraktal kıvılcımları içeriyor; böylece ölçüm doğruluğunu artırıyor. Sensörün sayısal simülasyonunu CST Mikrodalga Stüdyosu kullanarak, kimyasal gravür ile üretimini ve insan idrar örnekleriyle deneysel doğrulamasını detaylandırıyoruz. Sonuçlar, değişken üre seviyeleriyle S₂₁ parametresinde tutarlı ve tekrarlanabilir bir kayma göstermekte; bu durum veri sınıflandırması için bir sinir ağı modeliyle doğrulanmıştır. Bu sensör, invaziv olmayan, gerçek zamanlı biyomedikal tanılar için umut vadeden bir araç sunmaktadır.

Introduction

Loading...
$$\rightleftharpoonup{xx}$$ $$\longleftharp{xx}$$, $$\longrightharp{xx}$$,

Mikrodalga algılama teknolojisi, minimal temas gereksinimleri, yıkıcı olmayan nüfuz ve iyonlaştırıcı olmayan elektromanyetik dalgaların güvenli doğası sayesinde biyolojik materyallerin istilacı olmayan karakterizasyonu için güçlü bir araç olarak ortayaçıkmıştır 1. İdrar gibi vücut sıvılarının dielektrik özellikleri, kimyasal bileşimleri, aralarında üre konsantrasyonu da dahil olmak üzere, mikrodalga yayılımındaki değişikliklerle tespit edilebilirhale gelir 2. Geleneksel mikrodalga sensörleri mevcut olsa da, genellikle hassas hassasiyet, küçültme ve idrar3 gibi karmaşık sıvılarda küçük değişiklikleri tespit etmek için kalite faktörünün (Q-faktörün) optimize edilmesi gibi zorluklarla karşılaşırlar.

Son gelişmeler, sensör performansını artırmak için tamamlayıcı split-halka rezonatörleri (CSRR) ve fraktal yapılar gibi çeşitli rezonatör geometrilerinikullanmıştır 4. Ancak, basit ve düşük maliyetli bir tasarımla yüksek hassasiyete ulaşmak önemli birengel olarak kalmaktadır 5. Burada tanımlanan sensör, CSI ve IDC'yi benzersiz bir optik kontrol mekanizması ile birleştirerek bu sınırlamaları gider6. Bir LDR'nin dahil edilmesi, sensörün RF performansının, idrar örneğinin optik şeffaflığıyla modüle edilmesine olanak tanır; bu da ürekonsantrasyonu 7 ile korelasyondur. Bu, biyokimyasal bir özelliği ölçülebilir bir mikrodalgasinyaline dönüştüren yeni bir dönüştürme mekanizması oluşturur 8.

Bu makale, optik olarak kontrol edilen mikrodalgasensörü 9'un inşasını ve çalıştırılması için ayrıntılı ve adım adım bir protokol sunmaktadır. Tasarım gerekçesi, simülasyon kurulumu, üretim süreci, kalibrasyon prosedürü ve veri analiz yöntemi gibi konuları ele alıyoruz; sonuç yorumlama için makine öğrenimialgoritmasının kullanımını da içeriyor 10. Temsil eden sonuçlar, sensörün insan idrar örneklerindeki üre seviyelerini tespit etme etkililiğini göstererek, tedavi noktası tanı uygulamaları için potansiyelini vurgular.

Bu çalışma boyunca, üre konsantrasyonu, sensörün transdüksiyon mekanizmasından elde edilen normalize konsantrasyon metriğini yansıtmak için mg/mol/cm 3 birimlerinde ifade edilir; bu metrik, birim yol uzunluğu (cm) başına optik zayıflamayı, kütleyle normalize edilen üre (mol) konsantrasyonuna (mol) ve kütle (miligram) ile ilişkilendirir. Standart klinik literatürle karşılaştırmayı kolaylaştırmak için, bu birim aşağıdaki şekilde geleneksel birimlere dönüştürülebilir: 1 mg/mol/cm 3 üre konsantrasyonu, standart ölçüm yolu uzunluğu göz önüne alındığında yaklaşık 1 mg/dL veya üre'nin moleküler ağırlığı (60.06 g/mol) göz önüne alındığında eşdeğer olarak 0.166 mmol/L'ye karşılık gelir. Bu çalışmada incelenen konsantrasyon aralığı (150–450 mg/mol/cm3), klinik olarak önemli 150–450 mg/dL üre seviyelerine karşılık gelir; bu seviyeler normal fizyolojik değerleri (yaklaşık 200–400 mg/dL) ve hafifyükselmeleri kapsar 14. Bu uyum, bulguların standart biyomedikal uygulama bağlamında yorumlanabilirolmasını sağlar 15.

Önerilen sensör tasarımı, genellikle yalnızca dielektrik geçiricilik varyasyonlarına dayanan ve genellikle karmaşık kalibrasyon gerektiren mevcut mikrodalga algılama yaklaşımlarındaki sınırlamaları gideren, düşük maliyetli, invaziv olmayan ve gerçek zamanlı bir üre tespit yöntemi ihtiyacından kaynaklanmaktadır16. Bu çalışmanın yeniliği, doğrudan ve doğrusal bir optikten mikrodalgaya transdüksiyon mekanizmasını mümkün kılan üç farklı tasarım unsurunun entegrasyonundayatmaktadır 17. İlk olarak, dairesel spiral indüktör (CSI) ile dijital arası kondansatörün (IDC) birleşimi, elektromanyetik alanı algılama bölgesinde yoğunlaştıran yüksek Q rezonans yapısı oluşturur ve çevredekiortamda küçük değişikliklere duyarlılığı artırır 18. İkinci olarak, CSI-IDC birleşiminde Hilbert fraktal stublarının dahil edilmesi kırınım etkilerini en aza indirir ve empedans eşleştirmesini optimize eder, böylece ölçüm kararlılığını ve tekrarlanabilirliğiniartırır 19. Üçüncü ve en önemlisi, optik olarak kontrollü bir dönüştürücü eleman olarak LDR'nin tanıtılması, geleneksel mikrodalga sensörlerinden bir sapmadır; Sadece numunenin dielektrik özelliklerine dayanmak yerine, LDR sensörün RF yanıtını, idrar örneğinin optik şeffaflığıyla modüle edilmesini sağlar; bu da ürekonsantrasyonu 20 ile korelasyondur. Bu, biyokimyasal bir özelliği doğrudan sabit rezonansfrekansı 21'de S₂₁'da ölçülebilir bir kaymaya çeviren hibrit optik-mikrodalga transdüksiyon yolu oluşturur. Bildiğimiz kadarıyla, bu çalışma, LDR ile CSI-IDC fraktal güçlendirilmiş rezonatörünü birleştirerek doğrudan doğrusal bir okuma elde eden optik kontrollü mikrodalga sensörünün ilk gösterimini temsil ediyor ve önerilen sensörü invaziv olmayan, gerçek zamanlı bakım noktası tanı için umut vadeden bir platformolarak konumlandırıyor 22.

Sensörün transdüksiyon mekanizması, LDR'nin idrar optik şeffaflığını — üre konsantrasyonuyla ters korelasyonlu — dönüştürdüğü hibrit optik-mikrodalga yoluna dayanır;S₂₁| dairesel spiral indüktör-dijital kondansatör (CSI-IDC) rezonatör23'ün empedans yükünü modüle ederek. Bu doğrusal ilişki, kalibrasyonu basitleştirir ve gerçek zamanlı okuma imkanı sağlar; önerilen tasarımı, yalnızca dielektrik geçiricilik varyasyonlarına dayanan geleneksel mikrodalga sensörlerinden ayırır. Klinik olarak, idrar üre, böbrek fonksiyonu ve hidrasyon durumu için önemli bir biyobelirteçtir ve normal seviyeler 200–400 mg/dL arasında değişir; Sapmalar dehidrasyon, böbrek yetmezliği veya metabolik bozuklukları gösterebilir. Sensör, laboratuvar altyapısı ve eğitimli personel gerektiren altın standart enzimatik testlerin sınırlamalarını ele alır; mikrolitre ölçekli örnekler kullanarak hızlı (<30 sn), düşük maliyetli, invaziv olmayan ölçüm sunar ve bakım noktası uygulamaları potansiyelinidestekler 24.

Access restricted. Please log in or start a trial to view this content.

Protocol

Loading...
$$\rightleftharpoonup{xx}$$ $$\longleftharp{xx}$$, $$\longrightharp{xx}$$,

Etik onay IATRC İnceleme Kurulu'ndan alındı. İnsan idrarı örneklerini içeren tüm prosedürler, Helsinki Bildirgesi'nin ilkelerine uygundu. Tüm katılımcılardan yazılı bilgilendirilmiş onay alındı ve gizliliği korumak için tüm örnekler anonimleştirildi.

Sensör tasarımı ve sayısal simülasyon

Bir sensör tasarımının ilk adımı elektromanyetik bir simülasyon çalıştırmaktır. CST Mikrodalga Stüdyosu, düzeni yapmak için kullanılır; bu düzen, seri olarak dairesel spiral indüktör (CSI) ile dijital arası kondansatörler (IDC) içeren bir rezonatör içerir. Bu parçalar arasında bir uzak mesafeli bağlantı noktası var ve bu bağlantı optik olarak birlikte çalışmalarınısağlıyor. Performansı artırmak için, elektromanyetik alan saçaklanması ve bozulmayı azaltmak amacıyla CSI-IDC birleşimine iki Hilbert fraktal açık stub eklenmiştir. Ayrıca, bant-reddetme filtre yanıtını daha kararlı hale getirmek ve ölçüm doğruluğunu artırmak için toprak düzlemine bir geri döngü yapısıeklenir 26. Tasarım, standart, düşük maliyetli bir FR4 alt tabakasında (εr≈ 4.3, kalınlık 1.6 mm) en iyi şekilde çalışır ve ana operasyonel rezonansı 1.22 GHz'dir. Simüle edilen S-parametrelerini kontrol etmek için eşdeğer bir toplu elemanlı devre modeli oluşturmak ve analiz etmek için yazılım kullandık. Bu, tam dalga elektromanyetik ve devre simülasyonlarının sonuçlarının aynı27 olmasını sağladı. LDR'nin optik dönüştürücü eleman olarak seçilmesi, bu özel mikrodalga algılama mimarisindeki belirgin avantajlarından kaynaklandı. Karmaşık önyargı devreleri gerektiren ve doğrusal olmayan akım-ışık ilişkisi sunan fotodiyotlar veya fototransistörlerin aksine, LDR gelen ışık yoğunluğuna yanıt olarak pasif, doğrusal ve geniş aralıklı dirençli modülasyon sağlar. Bu doğrusal direnç kayması, aktif devre gürültüsü oluşturmadan veya ek sinyal koşullandırması gerektirmeden bitişik mikrodalga rezonatörünün S21'ini doğrudan modüle eder. Ayrıca, uzak mesafeli mesafenin düşük maliyeti, kompakt ayak alanı ve FR4 alt tabakasıyla kusursuz entegrasyonu—harici önyargı hatları gerektirmeden—basit, düşük maliyetli ve invaziv olmayan bir bakım noktası sensörü olan genel tasarım hedefiyle uyumludur.

Önerilen sensörü üre tespit teknolojilerinin daha geniş dünyasında bağlamlandırmak için, yerleşik yöntemlerle kısa bir karşılaştırma gerekmektedir. Enzimatik ureaz yöntemi gibi biyokimyasal testler, klinik altın standartı temsil eder; yüksek hassasiyet ve hassasiyet sunar (tespit sınırları 1–5 mg/dL kadar düşük) ancak özel laboratuvar ekipmanı, eğitimli personel ve tipik 30–60 dakikalık teslim süreleri gerektirir; bu da bakım noktasındaki ortamlarda faydalarını sınırlar. Enzimatik test şeritleri, evde kullanım için uygun hızlı (2–5 dakika), düşük maliyetli, yarı nicel bir alternatif sunar; ancak bu yorumlar öznel olabilen kolorimetrik yoruma dayanır ve hassas konsantrasyon ölçümü için sınırlı hassasiyet sunar. Amperometrik ve potansiyometrik üre biyosensörleri dahil olmak üzere elektrokimyasal sensörler, yüksek hassasiyet sağlar ve gerçek zamanlı algılama sağlar; ancak genellikle karmaşık elektrot üretimi ve enzim immobilizasyonu gerektirir ve zamanla enzim bozulması nedeniyle stabilite sorunları yaşarlar. Buna karşılık, önerilen optik kontrollü mikrodalga sensörü benzersiz bir özellik kombinasyonu sunar: invaziv olmayan optik bağlantı algılama elemanlarıyla doğrudan numune temasını ortadan kaldırarak kirlenme riskini azaltır; ölçüm süresi 30 saniyenin altındadır; düşük maliyetli FR4 altlık üzerine üretim maliyeti en aza indirir; ve üre konsantrasyonu ile yerleşim kaybı (S21) arasındaki doğrusal ilişki kalibrasyonu basitleştirir. Mevcut hassasiyet (1.42 × 10-4 mg/mol/cm3) klinik olarak önemli üre aralıklarının (150–450 mg/dL) kategorik sınıflandırılması için uygundur, ancak daha fazla optimizasyon elektrokimyasal muadillerle karşılaştırılabilir tespit sınırlarını artırabilir. Genel olarak, sensör tamamlayıcı bir niş oluşturur ve laboratuvar düzeyinde hassasiyetin gerekli olmadığı bakım noktası uygulamaları için sadelik, hız ve taşınabilirliği önceliklendirir.

Sensör üretimi

Standart fotolitografi, bitmiş tasarımı tek taraflı bakır kaplamalı FR4 kartına taşır. Yüksek çözünürlüklü bir fotomaske, fotorezist ile lamine edilmiş bir alt alt tabaka üzerinde sensör desenini oluşturmak için kullanılır. Daha sonra desen geliştirilir ve ferrik klorür (FeCl₃) çözeltisine kazılır. Aşındırma ve temizlikten sonra, SubMiniature versiyon A (SMA) konnektörleri giriş ve çıkış mikroşerit portlarına dikkatlice lehimlenir ki ölçümekipmanı 28 bağlanabilsin. Bu süreç, test için hazır olan, düşük profilli bir sensör oluşturur.

Deneysel kurulum ve kalibrasyon

Yüksek kaliteli koaksiyel kablolar kullanılarak, oluşturulan sensör Agilent PNA serisi gibi bir vektör ağ analizörüne (VNA) bağlanır. Mekanik kalibrasyon kiti kullanılarak, kablonun uçlarında tam iki portlu kalibrasyon (Open, Short, Load, Through) yapılır ve sistematik ölçüm hataları giderilir. Sensörün S-parametrelerini ölçmek için VNA, 0.1 GHz'den 4 GHz'e kadar süpürülecek şekilde ayarlanmış ve -10 dBm29 çıkış gücü vardır.

İdrar örneği hazırlama ve ölçüm prosedürü

İdrar örneklerini vermeyi kabul eden katılımcılardan bunu yapmaları istenir. Ölçüm için sabit bir test platformu kurulur: bir LDR, sensörün aktif bölgesinin ortasında tam olarak temiz bir cam slaytın altına yerleştirilir. İlk olarak, LDR sabit yoğunlukta ve örnek olmadan ışıklandırılmış bir S21 ölçümü alınır. Sonrasında, cam kaydırağın ortasına 0.01 mL idrar damlası pipet edilir. S21 spektrumu aynı ışık miktarıyla tekrar kaydedilir. Numunenin üre'ye bağlı optik özellikleri, LDR'nin direncini değiştirir ve bu da sensörün |S21| 1.22 GHz30'da. Çapraz kontaminasyonu önlemek için, cam kaydırak her örnek ölçümü arasında damıtılmış su ve etanol ile temizlenir. On sağlıklı gönüllüden (beş erkek, beş kadın; 25–45 yaş arası) taze idrar örnekleri alındı. Klinik kimya analizörüyle ölçülen temel üre konsantrasyonları 150 ila 450 mg/dL arasında değişiyordu. Kontrollü test aralığı belirlemek için örnekler üç konsantrasyon grubuna ayrıldı: düşük (150–250 mg/dL), orta (251–350 mg/dL) ve yüksek (351–450 mg/dL), her kategoride on örnek bulunmakta. Tüm örnekler toplandıktan sonra 2 saat içinde analiz edildi, kullanılmadığında 4 °C'de saklandı ve ölçüm öncesi oda sıcaklığında dengelendi. Her test için temiz cam slayta 0.01 mL aliquot uygulandı; ölçümler arasında çapraz kirlenme önlemek için slaytlar %70 etanol ve damıtılmış su kullanılaraktemizlendi.

Veri toplama ve analiz

Her ölçümden elde edilen ana bilgi, 1.22 GHz rezonansındaki S21'in (dB) boyutudur. Bu veri seti, MATLAB gibi bir programda çalışan K-En Yakın Komşular (KNN) algoritmasını öğretmek için kullanılır. Model, üre seviyelerini "düşük", "orta" ve "yüksek"31 gibi gruplara ayırmak için S21 büyüklüğünü kullanır. Ayrıca, sensörün konsantrasyon hassasiyeti, değişimin haritalandırılmasıyla ölçülebilirS21| (Δ|S21|) urea konsantrasyonundaki (ΔC) değişime karşı bu duruma karşı gelir. Bu doğrusal ilişkinin eğimi, C = ΔS / ΔC, hassasiyeti gösterir. Sensör dayanıklılığını ve ölçüm güvenilirliğini değerlendirmek için, üç bağımsız gün boyunca üre konsantrasyon kategorisi başına 45 ölçümle (düşük: 150–250 mg/dL, orta ara: 251–350 mg/dL, yüksek: 351–450 mg/dL) bir tekrarlanabilirlik çalışması yapıldı ve toplamda 135 ölçüm yapıldı. Varyasyon katsayısı tüm kategorilerde %0,67 ile %1,07 arasında değişmekte olup, mükemmel ölçüm tekrarlanabilirliğini göstermektedir. Ölçüm belirsizliği, Ölçümde Belirsizliğin İfadesi Rehberi (GUM) çerçevesine göre nicelendirildi; Tip A belirsizliği (tekrarlanan ölçümlerden istatistiksel farklılık) VNA kalibrasyonu (±0,05 dB), sıcaklık dalgalanmaları (±0,01 dB/°C) ve örnek konumlandırma varyasyonları (±0,02 dB) katkılarıyla birleştirildi. Genişletilmiş belirsizlik (k=2, %95 güven aralığı) konsantrasyon kategorisine bağlı olarak ±0,38 dB'den ±0,56 dB'ye kadar değişiyordu. Konsantrasyon hassasiyeti, Δ|S21| ΔC'ye karşı 1,42 × 10-4 (mg/mol/cm3) olarak hesaplandı; %95 güven aralığı 1,35 × 10-4 ile 1,49 ×arasında 10-4 (mg/mol/cm 3) arasında ve belirlenme katsayısı (R 2) 0,94 idi. Hassasiyetteki göreceli genişlemiş belirsizlik %6,2 ± (k = 2) olup, bildirilen hassasiyetin istatistiksel olarak sağlam olduğunu ve sensörün bakım noktası uygulamaları için uygun tekrarlanabilir performans sergilediğini doğrulamaktadır.

Access restricted. Please log in or start a trial to view this content.

Results

Loading...
$$\rightleftharpoonup{xx}$$ $$\longleftharp{xx}$$, $$\longrightharp{xx}$$,

Şekil 1'de tasarlanıp sunulan üretim sırasında, sensörün performansı önce üretilmiş, bkz. Şekil 2, ve herhangi bir örnek olmadan doğrulanmıştır. Ölçülen S-parametreleri, simüle edilen sonuçlarla mükemmel uyum gösterdi; birincil rezonans 1.22 GHz ve S21'de -27 dB'ye ulaştı, Şekil 2'de gösterildiği gibi. Küçük tutarsızlıklar (%<5) üretim toleransları ve lehimleme etkilerine bağlanır.

Access restricted. Please log in or start a trial to view this content.

Discussion

Loading...
$$\rightleftharpoonup{xx}$$ $$\longleftharp{xx}$$, $$\longrightharp{xx}$$,

Protokol, insan idrarında üre tespiti için özel olarak tasarlanmış yenilikçi optik kontrollü mikrodalga sensörünün başarılı gelişimini özetlemektedir. Protokolün temel yönleri, elektromanyetik alan dağılımını optimize etmek ve idrar örneklerinin LDR üzerindeki cam slayt üzerinde tutarlı şekilde yerleştirilmesini sağlamak için Hilbert fraktal stublarının titizlikle tasarlanmasını içerir; böylece tekrarlanabilir optik bağlantı sağlanır. Sonuçlar, uzun mesafeli ilişkinin idrarın optik özell...

Access restricted. Please log in or start a trial to view this content.

Disclosures

Loading...
$$\rightleftharpoonup{xx}$$ $$\longleftharp{xx}$$, $$\longrightharp{xx}$$,

Yazarların beyan edecek çıkar çatışmaları yoktur.

Acknowledgements

Loading...
$$\rightleftharpoonup{xx}$$ $$\longleftharp{xx}$$, $$\longrightharp{xx}$$,

Yazarlar, laboratuvar olanakları ve teknik destek sağladığı için Bağdat, Irak'taki Uluslararası Uygulamalı ve Teorik Araştırma Merkezi'ne (IATRC) içten teşekkürlerini sunarlar. Bu araştırma, kamu, ticari veya kar amacı gütmeyen sektörlerdeki finansman kuruluşlarından özel bir hibe almamıştır.

Access restricted. Please log in or start a trial to view this content.

Materials

List of materials used in this article
NameCompanyCatalog NumberComments
CST Mikrodalga StüdyosuDassault Sistemiè mes2023Tam dalga elektromanyetik simülasyonu
Dijital multimetreŞans87VDirenç doğrulaması için
Distile suYerel tedarikçiYokNumune seyreltme ve temizlik için
Gravür banyosuGenelYokSıcaklık kontrollü, 50°C; C
Etanol (%70)Merck100983Cam slaytların temizlenmesi için
Ferrik klorür (FeCl3)Sigma-Aldrich1577400,5 M çözeltisi, gravür ajanı
FR4 bakır kaplamalı laminatGenelYokTek taraflı, 1,6 mm kalınlığında ve epsilon; r 4.3
Cam kaydıraklarCorning2947-75X2575 mm ve süre; 25 mm ve zamanlar; 1 mm, örnek yerleştirme için
Sıcak plakaGenelYokGeliştirme ve kürleme için
Işık kaynağıGenel LEDYokBeyaz LED, 6000 K renk sıcaklığı, 1000 lüks sabit yoğunluk
Işık bağımlı direnç (LDR)Jenerik (GL5528)GL5528Direnç: 10 kΩ (ışık), 1 MΩ (karanlık); 5 mm çapı
MATLABMathWorksR2023bVeri analizi ve KNN sınıflandırması; İstatistik ve Makine Öğrenimi Araç Kutusu
Mekanik kalibrasyon kitiÇevik85052DOpen, short, load, through (OSLT) ile iki portlu kalibrasyon için
MikropipetEppendorf31200000620.5– 10 µ L hacim aralığı
Microsoft ExcelMicrosoftOffice 365Veri kaydı ve analizi
OsiloskopTektronixTBS1052BDoğrultucu çıkış voltajı ölçümü için
FotomaskeÖzel YapıYokSensör desenine sahip yüksek çözünürlüklü krom maske
FotorezistMicroChemSU-8 2000Fotolitografi için negatif fotorezist
Pipet uçlarıEppendorf30015.1190.01– 10 µ L, steril
Polipropilen numune kaplarıThermo Fisher342020-003030 mL steril kaplar
RF doğrultucu devresiÖzel YapıYokSchottky diyot bazlı; RF'yi DC voltajına dönüştürür
SMA dişi kenar fırlatma konnektörüAmphenol RF13216950 Ω, mikroşerit bağlantısı için
Urea (sivri çiğne için)Sigma-AldrichU5128Farmasötik sınıf, ≥ %99,5 saflık
UV maruz kalma sistemiKarl SussMA6Pozlama süresi: 120 s
Vektör ağ analizörü (VNA)ÇevikPNA SerisiFrekans aralığı: 0.1&ntir; 4 GHz, IF bant bantı: 100 Hz, süpürme noktaları: 1001

References

Loading...
$$\rightleftharpoonup{xx}$$ $$\longleftharp{xx}$$, $$\longrightharp{xx}$$,
  1. Al-Hadeethi, S. T., Elwi, T. A., Ibrahim, A. A. A printed reconfigurable monopole antenna based on a novel metamaterial structure for 5G applications. Micromachines. 14 (1), 131(2023).
  2. Kamil, R. A., et al. On the enhancement anomaly detection for RF bio-sensors by computing artificial networks using machine learning techniques. Infocommun J. 17 (2), 89-95 (2025).
  3. Elwi, T. A., Noori, N. M., Majeed, M. N. On the performance of adaptive intelligent wireless sensor nodes nanostructured array for IoT applications. Int J Telecommun Emerg Technol. 9 (2), 29-39 (2023).
  4. Anwer, A. I., Abdul Hassain, Z. A., Elwi, T. A. A theoretical study to design a microwave sensor for biomedical detections. AIP Conf Proc, 2787 (1), 090014(2023).
  5. Nano and micro based antennas and sensors and methods of making same. U.S. Patent. , 8692716 (2014).
  6. Abdulsattar, R. K., Al-Kaltakchi, M. T. S., Mocanu, I. A., Al-Behadili, A. A., Abdu Hassain, Z. A. Study on sensing urine concentrations in water using a microwave sensor based on Hilbert structure. Sensors. 24 (11), 3528(2024).
  7. Al-Gburi, R. M., et al. Microwave-based breast cancer detection using a high-gain Vivaldi antenna and metasurface neural network approach for medical diagnostics. Frequenz. 79 (7–8), 311-325 (2025).
  8. Elwi, T. A., et al. On the performance of a photonic reconfigurable electromagnetic band gap antenna array for 5G applications. IEEE Access. 12, 60849-60862 (2024).
  9. Elwi, T. A., et al. On the performance of metamaterial based printed circuit antenna for blood glucose level sensing applications: a case study. Infocommun J. XVI (1), 56-63 (2024).
  10. Elwi, T. A., et al. Orbital angular momentum based slot array antenna for modern applications. J Eng Sustain Dev. 28 (3), 375-383 (2024).
  11. Al-Saegh, A. M., Elwi, T. A., et al. AI-based investigation and mitigation of rain effect on channel performance with aid of a novel 3D slot array antenna design for high throughput satellite system. IEEE Access. 12, 29926-29939 (2024).
  12. Al-Adhami, A., Al-Adhami, Y., Elwi, T. A. A 3D antenna array based solar cell integration for modern MIMO systems. Infocommun J. 15 (4), 10-16 (2023).
  13. Jwair, M. H., Elwi, T. A., Khamas, S. K., Farajidavar, A., Ismail, A. B. Circularly polarized metamaterial patch antenna circuitry for modern MIMO applications. Iraqi J Inf Commun Technol. 6 (3), 65-75 (2023).
  14. Abood, M. S., Elwi, T. A., et al. An LSTM-based network slicing classification future predictive framework for optimized resource allocation in C-V2X. IEEE Access. 11, 129300-129310 (2023).
  15. Khalid, A. R., Muqdad, S. S., Elwi, T. A., Abdul Hassain, Z. A., Muhsin, M. Y. Artificial neural network approach for estimation of moisture content in crude oil by using a microwave sensor. Int J Microw Opt Technol. 18 (5), 511-519 (2023).
  16. Jwair, M. H., Elwi, T. A., et al. Intelligent metasurface layer for direct antenna amplitude modulation scheme. IEEE Access. 11, 77506-77517 (2023).
  17. Hussein, H., Atasoy, F., Elwi, T. A. Origami antenna array shaped mosque of Muhammed Al-Fatih for visual sight enhancement in modern 5G MIMO networks. J Eng Sustain Dev. 27 (4), 417-428 (2023).
  18. Ali, L., Ilyas, M., Elwi, T. A. A metamaterial-based compact MIMO antenna array incorporating Hilbert fractal design for enhanced 5G wireless communication networks. Math Model Eng Probl. 10 (3), 930-936 (2023).
  19. Afsar, M. N., Birch, J. R., Clarke, R. N. The measurement of the properties of materials. Proc IEEE. 74 (1), 183-199 (1986).
  20. Schwan, H. P., Foster, K. R. RF-field interactions with biological systems: electrical properties and biophysical mechanisms. Proc IEEE. 68 (1), 104-113 (1980).
  21. Gabriel, S., Lau, R. W., Gabriel, C. The dielectric properties of biological tissues: II. Measurements in the frequency range 10 Hz to 20 GHz. Phys Med Biol. 41 (11), 2251-2269 (1996).
  22. Jaspard, F., Nadi, M. Dielectric properties of blood: an investigation of haematocrit dependence. Physiol Meas. 24 (1), 137-147 (2003).
  23. Omer, A. E., et al. Low-cost portable microwave sensor for non-invasive monitoring of blood glucose level: novel design utilizing a four-cell CSRR hexagonal configuration. Sci Rep. 10 (1), 15200(2020).
  24. Li, C. H., Chen, K. W., Yang, C. L., Lin, C. H., Hsieh, K. C. A urine testing chip based on the complementary split-ring resonator and microfluidic channel. 2018 IEEE Micro Electro Mechanical Systems (MEMS), Belfast, UK, , (2018).
  25. Abdul Hassain, Z. A., Farhan, M. J., Oleiwi, T. A. Compact fractal microwave sensor with capacitive loading for accurate HbA1c monitoring. 2025 5th International Conference on Artificial Intelligence and Signal Processing (AISP), Vijayawada, India, , (2025).
  26. Lee, C. S., Yang, C. L. Thickness and permittivity measurement in multi-layered dielectric structures using complementary split-ring resonators. IEEE Sens J. 14 (3), 695700(2014).
  27. Withayachumnankul, W., et al. Metamaterial-based microfluidic sensor for dielectric characterization. Sens Actuators A Phys. 189, 233-237 (2013).
  28. Ebrahimi, A., Scott, J., Ghorbani, K. Ultrahigh-sensitivity microwave sensor for microfluidic complex permittivity measurement. IEEE Trans Microw Theory Tech. 67 (10), 4269-4277 (2019).
  29. Zarifi, M. H., Daneshmand, M. Liquid sensing using planar microwave resonators: a review. IEEE Sens J. 17 (13), 3998-4010 (2017).
  30. Salim, A., Lim, S. Review of recent metamaterial microfluidic sensors. Sensors. 18 (1), 232(2018).
  31. Schueler, M., et al. Metamaterial inspired microwave sensors. IEEE Microw Mag. 13 (2), 57-68 (2012).
  32. Mason, A., et al. A review of microwave sensing for liquid quality monitoring. Sensors. 18 (4), 1122(2018).
  33. Velez, P., et al. Microwave microfluidic sensors based on metamaterials. IEEE J Microw. 1 (1), 243-256 (2021).

Access restricted. Please log in or start a trial to view this content.

Reprints and Permissions

Request permission to reuse the text or figures of this JoVE article

Request Permission

Tags

Microwave SensorUrea DetectionUrine AnalysisOptical ControlLight Dependent ResistorCircular Spiral InductorInterdigital CapacitorResonance FrequencyChemical EtchingNeural Network Model

Related Articles