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

O protocolo mostra a fabricação de sensor de pH implantável sem fio que transmite dados para um receptor totalmente passivo, permitindo a entrega muito eficiente de dados de um dispositivo implantável para outro. O sensor pode ser fabricado à mão e por técnicas comumente disponíveis. Em seguida, o método de transmissão de dados pode ser reutilizado diretamente no desenvolvimento de diferentes dispositivos implantáveis.

É fundamental inspecionar completamente o sensor de pH sem fio após cada passo. Os componentes utilizados para sua fabricação são muito pequenos e curtos-circuitos ou extravio durante a fabricação podem ocorrer. Para começar, coloque o sensor isfet pH montado em um PCB em uma superfície plana e solde uma seção de 15 milímetros de cabo revestido de etileno fluorado nos eletrodos solda cíveis do sensor pH sem contaminar corante e PCB com fluxo.

Misture um mínimo de dois mililitros de epóxi de duas partes para encapsular os eletrodos soldados e, em seguida, use epóxi opaco preto para inspeção posterior. Observe a fácil visibilidade das peças dos sensores expostas ao ambiente sem epóxi opaco. Transfira o epóxi misto para uma seringa de um mililitro com uma agulha de 0,5 milímetros e cubra a área de solda dos sensores de pH com epóxi, garantindo o revestimento de toda a área de eletrodos PCB e o fio exposto.

Inspecione a área revestida sob um microscópio para obter peças metálicas expostas não revestidas. Depois de repetir o processo de revestimento de metal não revestido, corte os fios ao comprimento e ângulo, em seguida, cubra as extremidades com solda para evitar a desgastação. Depois de colocar PCB com componentes em uma posição lateral para cima, aplique pasta de solda em todas as almofadas banhadas a ouro expostas.

Em seguida, coloque componentes passivos e ativos usando pinças. Após soldar e resfriar até a temperatura ambiente, inspecione o PCB sob o microscópio para verificar a colocação dos componentes e shorts. Programe o firmware para o micro controlador e configure o software de programação conforme descrito no texto.

Em seguida, defina o programador para alimentar o dispositivo com uma tensão de aproximadamente 2,5 volts. Em seguida, des soldar os cinco fios após a programação. Soldar dois suportes de bateria para a parte oposta do PCB.

Em seguida, solde o conjunto do sensor de pH nos terminais do PCB e, em seguida, insira duas baterias AG1 nos porta-baterias. Depois de preparar o epóxi, encapsular o dispositivo com o epóxi como descrito anteriormente. Deixe a cura epóxi à temperatura ambiente.

Conecte o gancho de arame ao dispositivo com uma gota de epóxi de cura rápida. Após a cura à temperatura ambiente, o sensor de pH pode estar localizado no lado inferior esquerdo do dispositivo implantável. Soldar os componentes usando a arma de solda.

Para fabricar o receptor de rectenna novamente ou prosseguir sem correspondência do receptor, use os valores dos componentes fornecidos aqui e pule a gravação do gráfico S11 Smith na próxima etapa. Caso contrário, solde o conector SMA para o PCB. Conecte uma entrada do analisador de rede vetorial ao conector SMA.

Registo o gráfico S11 Smith da rectenna. Observe a resposta e regise a impedância. Use um software calculador de correspondência de impedância para determinar os valores dos componentes correspondentes.

Soldar os componentes correspondentes de impedância e inspecionar sob um microscópio para curtos-circuitos e colocação de componentes. Depois de medir novamente com analisador de espectro, confirme que a relação de onda permanente de tensão está abaixo de três entre 300 e 500 mega-hertz. Caso contrário, repita com diferentes componentes correspondentes.

Depois que o dispositivo for ativado após 24 horas da inserção da bateria, inspecione a saída do sensor observando o sinal mostrado no osciloscópio. Prepare 2% solução de ácido clorídrico e solução tampão de 100 milimões de pH quatro, pH sete e pH 10. Submergir a cápsula em cada béquer e gravar pelo menos três amostras.

Meça o período entre o segundo e o terceiro pulso. E depois de preenchê-lo na planilha fornecida, determine os coeficientes de calibração para o sensor de pH usando a planilha. Depois de preparar um modelo suíno ex vivo endoscópico do estômago e um longo segmento do esôfago, segure o sensor externamente com um clipe hemostático.

Insira o endoscópio com o sensor no clipe da maneira padrão no modelo. Depois de colocar o clipe com o sensor perto do esfíncter esofágico inferior, gire o endoscópio contra a parede do esôfago, abra o clipe e empurre em direção à parede esofágica. Feche e libere o clipe.

Enquanto o sensor permanece ligado à parede do esôfago no local desejado, extraia o endoscópio. Coloque o receptor dentro de 10 centímetros do sensor implantado. Injete 50 mililitros das soluções com vários valores de pH no esôfago e observe as mudanças na resposta do sensor.

Retraia o endoscópio após cada injeção e leia o valor não antes de 30 segundos após a injeção e use a planilha para calcular o pH medido pelo sensor. Lave o esôfago com 100 mililitros de água deionizada entre soluções de injeção com pH diferente. Quando o receptor de retenna passiva foi colocado na proximidade do dispositivo de detecção de pH, foram observados picos de tensão claro quando o dispositivo estava transmitindo.

Os dois primeiros pulsos curtos foram pulsos de sincronização. O tempo entre o segundo e o terceiro pulso se traduz linearmente no pH do ambiente a que o sensor foi submetido. Baseado em uma simples calibração de dois pontos com os buffers de pH quatro e pH 10, o sensor retornou leituras de valor de pH estáveis e repetiveis.

O desvio médio e padrão de erros foi de 0,25 e 0,30 quando testado em soluções e bicos e foram 0,31 e 0,36 em um modelo ex vivo. O efeito de uma antena de telefone celular com uma chamada GSM ativa teve apenas um pequeno efeito negativo no recebimento dos dados do sensor, como demonstrado por 20 centímetros, 10 centímetros e cinco centímetros de distância entre a borda do telefone e o receptor. O encapsulamento do sensor deve ser feito e inspecionado adequadamente para prolongar a vida útil do dispositivo quando implantado.

Em seguida, a colocação correta do clipe hemostático é crítica. Esta pesquisa abre caminho para o desenvolvimento de redes sem fio de dispositivos implantáveis, criando uma maneira eficiente de transferir dados especialmente do ponto de vista receptor.