Name: construction of a wireless-enabled endoscopically implantable sensor for ph monitoring with zero-bias schottky diode-based receiver
Uploaded: 2021-08-27T13:30:00
Description: Watch this Scientific Journal Video about Construction of a Wireless-Enabled Endoscopically Implantable Sensor for pH Monitoring with Zero-Bias Schottky Diode-based Receiver at JoVE.com

המחברים מודים תודה לאוניברסיטת צ'ארלס (פרויקט GA UK No 176119) על תמיכתה במחקר זה. עבודה זו נתמכה על ידי תוכנית המחקר של אוניברסיטת צ'ארלס PROGRES Q 28 (אונקולוגיה).

במחקר זה לא היו מעורבים בעלי חיים חיים. הניסוי בוצע במודל ex vivo המורכב מוושט חזירי ובטן. הקיבה והוושט נרכשו מקצבייה מקומית כמוצר הסטנדרטי שלהם. הליך זה הוא בהתאם לחוקים הצ'כיים, ואנו מעדיפים אותו בגלל עיקרון "3R" (החלפה, הפחתה ועידון).
1. ייצור הרכבה של חיישן ה-pH
<p class="jove_content"...

<ol>
	<li>El-Serag, H. B., Sweet, S., Winchester, C. C., Dent, J. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Update+on+the+epidemiology+of+gastro-oesophageal+reflux+disease:+a+systematic+review.">Update on the epidemiology of gastro-oesophageal reflux disease: a systematic review.</a> Gut. 63 (6), 871-880 (2014).</li><li>Gyawali, C. P., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Modern+diagnosis+of+GERD:+the+Lyon+Consensus.">Modern diagnosis of GERD: the Lyon Consensus.</a> Gut. 67 (7), 1351-1362 (2018).</li><li>Cesario, S., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Diagnosis+of+GERD+in+typical+and+atypical+manifestations.">Diagnosis of GERD in typical and atypical manifestations.</a> Acta Biomedica. 89 (5), 33-39 (2018).</li><li>Sifrim, D., Gyawali, C. P. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Prolonged+wireless+pH+monitoring+or+24-hour+catheter-based+pH+impedance+monitoring:+Who,+When,+and+Why.">Prolonged wireless pH monitoring or 24-hour catheter-based pH impedance monitoring: Who, When, and Why.</a> American Journal of Gastroenterology. 115 (8), 1150-1152 (2020).</li><li>Chae, S., Richter, J. E. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Wireless+24,+48,+and+96+Hour+or+impedance+or+oropharyngeal+prolonged+pH+monitoring:+Which+test,+when,+and+why+for+GERD.">Wireless 24, 48, and 96 Hour or impedance or oropharyngeal prolonged pH monitoring: Which test, when, and why for GERD.</a> Current Gastroenterology Reports. 20 (11), 52 (2018).</li><li>Furness, J. B., Callaghan, B. P., Rivera, L. R., Cho, H. -. J. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=The+enteric+nervous+system+and+gastrointestinal+innervation:+integrated+local+and+central+control.">The enteric nervous system and gastrointestinal innervation: integrated local and central control.</a> Adv Exp Med Biol. 817, 39-71 (2014).</li><li>Sanmiguel, C. P., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Effect+of+electrical+stimulation+of+the+LES+on+LES+pressure+in+a+canine+model.">Effect of electrical stimulation of the LES on LES pressure in a canine model.</a> American Journal of Physiology-Gastrointestinal and Liver Physiology. 295 (2), 389-394 (2008).</li><li>Rodr&#237;guez, L., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Electrical+stimulation+therapy+of+the+lower+esophageal+sphincter+is+successful+in+treating+GERD:+final+results+of+open-label+prospective+trial.">Electrical stimulation therapy of the lower esophageal sphincter is successful in treating GERD: final results of open-label prospective trial.</a> Surgical Endoscopy. 27 (4), 1083-1092 (2013).</li><li>Rinsma, N. F., Bouvy, N. D., Masclee, A. A. M., Conchillo, J. M. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Electrical+stimulation+therapy+for+gastroesophageal+reflux+disease.">Electrical stimulation therapy for gastroesophageal reflux disease.</a> Journal of Neurogastroenterology and Motility. 20 (3), 287-293 (2014).</li><li>Rodr&#237;guez, L., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Two-year+results+of+intermittent+electrical+stimulation+of+the+lower+esophageal+sphincter+treatment+of+gastroesophageal+reflux+disease.">Two-year results of intermittent electrical stimulation of the lower esophageal sphincter treatment of gastroesophageal reflux disease.</a> Surgery. 157 (3), 556-567 (2015).</li><li>Kwiatek, M. A., Pandolfino, J. E. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=The+BravoTM+pH+capsule+system.">The BravoTM pH capsule system.</a> Digestive and Liver Disease. 40 (3), 156-160 (2008).</li><li>Karamanolis, G., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=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.">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.</a> Journal of Neurogastroenterology and Motility. 18 (2), 169-173 (2012).</li><li>Rodr&#237;guez, L., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Two-year+results+of+intermittent+electrical+stimulation+of+the+lower+esophageal+sphincter+treatment+of+gastroesophageal+reflux+disease.">Two-year results of intermittent electrical stimulation of the lower esophageal sphincter treatment of gastroesophageal reflux disease.</a> Surgery (United States). 157 (3), 556-567 (2015).</li><li>Hajer, J., Nov&#225;k, M., Rosina, J. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Wirelessly+powered+endoscopically+implantable+devices+into+the+submucosa+as+the+possible+treatment+of+gastroesophageal+reflux+disease.">Wirelessly powered endoscopically implantable devices into the submucosa as the possible treatment of gastroesophageal reflux disease.</a> Gastroenterology Research and Practice. 2019, 1-7 (2019).</li><li>Deb, S., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Development+of+innovative+techniques+for+the+endoscopic+implantation+and+securing+of+a+novel,+wireless,+miniature+gastrostimulator+(with+videos).">Development of innovative techniques for the endoscopic implantation and securing of a novel, wireless, miniature gastrostimulator (with videos).</a> Gastrointestinal Endoscopy. 76 (1), 179-184 (2012).</li><li>Shin, P., Mikolajick, T., Ryssel, H. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=pH+Sensing+Properties+of+ISFETs+with+LPCVD+Silicon+Nitride+Sensitive-Gate.">pH Sensing Properties of ISFETs with LPCVD Silicon Nitride Sensitive-Gate.</a> The Journal of Electrical Engineering and Information Science. 2, 82-87 (1997).</li><li>Benhamou, P. -. Y., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Closed-loop+insulin+delivery+in+adults+with+type+1+diabetes+in+real-life+conditions:+a+12-week+multicentre,+open-label+randomised+controlled+crossover+trial.">Closed-loop insulin delivery in adults with type 1 diabetes in real-life conditions: a 12-week multicentre, open-label randomised controlled crossover trial.</a> The Lancet Digital Health. 1 (1), 17-25 (2019).</li><li>Nikolic, M., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Tailored+modern+GERD+therapy+-+steps+towards+the+development+of+an+aid+to+guide+personalized+anti-reflux+surgery.">Tailored modern GERD therapy - steps towards the development of an aid to guide personalized anti-reflux surgery.</a> Scientific Reports. 9 (1), 19174 (2019).</li><li>Hajer, J., Nov&#225;k, M. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Autonomous+and+rechargeable+microneurostimulator+endoscopically+implantable+into+the+submucosa.">Autonomous and rechargeable microneurostimulator endoscopically implantable into the submucosa.</a> Journal of Visualized Experiments: JoVE. (139), e57268 (2018).</li><li>Pavelka, M., Roth, J. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Parietal+Cells+Of+Stomach:+Secretion+Of+Acid.">Parietal Cells Of Stomach: Secretion Of Acid.</a> Functional Ultrastructure. , 202-203 (2010).</li><li>Jones, R. D., Neuman, M. R., Sanders, G., Cross, F. S. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Miniature+antimony+pH+electrodes+for+measuring+gastroesophageal+reflux.">Miniature antimony pH electrodes for measuring gastroesophageal reflux.</a> The Annals of Thoracic Surgery. 33 (5), 491-495 (1982).</li><li>Waugh, R. W., Buted, R. R. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=The+zero+bias+schottky+diode+detector+at+temperature+extremes-problems+and+solutions.">The zero bias schottky diode detector at temperature extremes-problems and solutions.</a> Proceedings of the WIRELESS Symposium. , 175-183 (1996).</li><li>Soffer, E. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Effect+of+electrical+stimulation+of+the+lower+esophageal+sphincter+in+gastroesophageal+reflux+disease+patients+refractory+to+proton+pump+inhibitors.">Effect of electrical stimulation of the lower esophageal sphincter in gastroesophageal reflux disease patients refractory to proton pump inhibitors.</a> World Journal of Gastrointestinal Pharmacology and Therapeutics. 7 (1), 145 (2016).</li><li>. Microsemi ZL70323 MICS-band RF miniaturized standard implant module (MiniSIM) Available from: <a target="_blank" href="https://www.microsemi.com/document-portal/doc_download/135307-zl70323-datasheet">https://www.microsemi.com/document-portal/doc_download/135307-zl70323-datasheet</a> (2015)</li></ol>

שיטה זו מתאימה לחוקרים העובדים על פיתוח מכשירים רפואיים מושתלים פעילים חדשניים. זה דורש רמה של מיומנות בייצור של אבות טיפוס אלקטרוניים עם רכיבי הרכבה על פני השטח. השלבים הקריטיים בפרוטוקול קשורים לייצור האלקטרוניקה, במיוחד אכלוס ה- PCB, הנוטה לשגיאת מפעיל במיקום והלחמה של רכיבים קטנים. לאח?...

קונצנזוס מונטריאול מגדיר מחלת ריפלוקס gastroesophageal (GERD) כמו "מצב המתפתח כאשר refluxing התוכן של הבטן גורם לתסמינים לא נעימים ו /או סיבוכים". זה עשוי להיות קשור לסיבוכים ספציפיים אחרים כגון ההחמרות הוושט, הוושט של בארט, או אדנוקרצינומה הוושט. GERD משפיע על כ-20% מהאוכלוסייה הבוגרת, בעיקר במדינות עם מצב כלכלי גבוה1.
ניטור חומציות אמבולטורי של ריפלוקס פתולוגי (זמן חשיפה לחומצה של יותר מ -6%) מאפשר לנו להבחין בין הסימפטומים לבין ריפלוקס גסטרו-ושט חומצי או לא חומצי2,3. בחולים שאינם מגיבים לטיפול PPI (מעכב משאבת פרוטון), ניטור pH יכול לענות אם זה ריפלוקס גסטרו-ושט פתולוגי ומדוע המטופל אינו מגיב לטיפול PPI סטנדרטי. אפשרויות ניטור pH ועכבות שונות מוצעות כעת. אחת האפשרויות החדשות יותר היא ניטור אלחוטי באמצעות התקנים מושתלים4,5.
GERD קשורה עם הפרעת הסוגר הוושט התחתון (LES), שבו הצירים המוצגים במהלך מנומטריה הוושט אינם פתולוגיים אבל יש משרעת מופחתת GERD לטווח ארוך. LES מורכב שריר חלק ושומר על התכווצויות טוניק בשל גורמים מיוגניים ונוירוגניים. זה מרגיע בשל עיכוב בתיווך vagal מעורבים תחמוצת החנקן כמו נוירוטרנסמיטר6.
גירוי חשמלי עם שני זוגות של אלקטרודות הוכח להגדיל את זמן ההתכווצות של LES במודל ריפלוקס כלבים7. הרפיה של LES כולל הלחץ שיורית במהלך הבליעה לא הושפעו גירוי בתדר נמוך וגבוה כאחד. גירוי בתדר גבוה הוא בחירה ברורה מכיוון שהוא דורש פחות כוח ומאריך את חיי הסוללה.
למרות טיפול אלקטרוסטימולציה (ET) של הסוגר הוושט התחתון הוא מושג חדש יחסית בטיפול בחולים עם GERD, טיפול זה הוכח להיות בטוח ויעיל. צורה זו של טיפול הוכח לספק הקלה משמעותית ומתמשכת מן הסימפטומים של GERD תוך ביטול הצורך בטיפול PPI והפחתת חשיפה חומצה הוושט8,9,10.
חיישן ה- pH החדיש הנוכחי לאבחון GERD הוא התקן בראבו11,12. בנפח מוערך של 1.7 cm3, זה יכול להיות מושתל ישירות לתוך הוושט עם או בלי משוב אנדוסקופי חזותי ומספק 24 שעות + ניטור של pH בוושט.
בהתחשב בכך טיפול electrostimulation היא אחת החלופות המבטיחות ביותר לטיפול GERD לא מגיב לטיפול סטנדרטי8,13, זה הגיוני לספק את הנתונים מחיישן ה- pH לנוירוסטימולטור. המחקר האחרון מראה דרך ברורה להתפתחות עתידית בתחום זה אשר יוביל מכשירים מושתלים All-in-One נוקשים אשר ישכון באתר של גירוי עצבי14,15. לשם כך, ISFET (טרנזיסטור אפקט שדה רגיש יונים) הוא אחד הסוגים הטובים ביותר של חיישנים בגלל אופיו הזעיר, האפשרות של שילוב על שבב של אלקטרודה ייחוס (זהב במקרה זה), ורגישות גבוהה מספיק. על סיליקון, ISFET דומה למבנה של MOSFET סטנדרטי (תחמוצת מתכת מוליך למחצה שדה אפקט טרנזיסטור). עם זאת, השער, המחובר בדרך כלל למסוף חשמלי, מוחלף בשכבה של חומר פעיל במגע ישיר עם הסביבה. במקרה של ISFETs רגישים ל- pH, שכבה זו נוצרת על ידי סיליקון nitride (Si3N4)16.
החיסרון העיקרי של מכשירים מושתלים אנדוסקופיים הוא המגבלה המובנית של גודל הסוללה, אשר עלול להוביל לאורך חיים מופחת של מכשירים אלה או להניע את היצרנים לפתח אלגוריתמים מתקדמים שיספקו את האפקט הנדרש בעלות אנרגיה נמוכה יותר. אחת הדוגמאות של אלגוריתם כזה תהיה מערכת לולאה סגורה לטיפול בגינוי עצבי לפי דרישה של GERD. בדומה למוני גלוקוז רציפים (CGM) + מערכות משאבת אינסולין17, מערכת כזו תעסיק חיישן pH בוושט או חיישן אחר כדי לזהות את הלחץ הנוכחי של הסוגר הוושט התחתון יחד עם יחידת גירוי עצבי.
התגובה לטיפול גירוי עצבי ואת הדרישות עבור דפוסי גירוי עצבי יכול להיות אינדיבידואלי13. לכן, חשוב לפתח חיישנים עצמאיים שיכולים לשמש לאבחון ואפיון של תפקוד לקוי או להשתתף באופן פעיל בכיול מערכת גירוי עצבי על פי הדרישות האישיות של החולים18. חיישנים אלה צריכים להיות קטנים ככל האפשר כדי לא להשפיע על הפונקציונליות הרגילה של האיבר.
כתב יד זה מתאר שיטה של עיצוב וידוק של חיישן pH מבוסס ISFET עם משדר משרעת-shifting (ASK) ומקלט פסיבי בעל טביעת רגל קטנה. בהתבסס על הארכיטקטורה הפשוטה של הפתרון, נתוני ה- pH יכולים להתקבל על ידי מקלט חיצוני או אפילו neurostimulator מושתל ללא כל נפח משמעותי או עונש כוח. אפנון ASK נבחר בשל אופיו של המקלט הפסיבי, המסוגל לזהות רק כוח אות RF שהתקבל (המכונה לעתים קרובות "עוצמת אות שהתקבלה"). התרשים הסכמטי, המוטבע כחומר משלים, מציג את בניית ההתקן. הוא מופעל ישירות משתי סוללות אלקליין AG1, המספקות מתח בין 2.0-3.0 V (בהתבסס על מצב הטעינה). הסוללות מפעילות את המיקרו-בקר הפנימי, המשתמש ב- ADC (ממיר אנלוגי לדיגיטלי), DAC (ממיר דיגיטלי לאנלוגי), מגבר תפעול פנימי וציוד FVR (ייחוס במתח קבוע) כדי להטות את חיישן ה- pH של ISFET. מתח "שער" וכתוצאה מכך (אלקטרודה התייחסות הזהב) הוא פרופורציונלי ל- pH של הסביבה שמסביב. זרם זהות יציב מסופק על ידי נגד חישת R2 בצד נמוך. המקור של חיישן ISFET מחובר לקלט הלא הפוך של המגבר התפעולי, בעוד שהקלט ההפוך מחובר למתח היציאה של מודול DAC המוגדר ל- 960 mV. הפלט של המגבר התפעולי מחובר לפין הניקוז של ISFET. מגבר תפעולי זה מווסת את מתח הניקוז כך שהפרש המתח בנגד R2 הוא תמיד 960 mV; לכן, זרם הטיה קבוע של 29 μA זורם דרך ISFET (כאשר בפעולה רגילה). מתח השער נמדד לאחר מכן באמצעות ADC. לאחר מכן, המיקרו-בקר מפעיל את משדר ה-RF באמצעות אחד מפיני ה-GPIO (קלט/פלט למטרה כללית) ומשדר את הרצף. מעגל משדר RF כרוך ברשת קריסטלית ומתאימה התואמת את הפלט ל-50 Ω עכום.
לניסויים שהוכחו כאן, השתמשנו בקיבה של חזיר עם חלק ארוך של הוושט רכוב במודל פלסטיק סטנדרטי. זהו מודל נפוץ לתרגול טכניקות אנדוסקופיות כגון ESD (ניתוח תת-אמוסקופי אנדוסקופי), שיר (מיוטומיה אנדוסקופית אוראלי), כריתה רית אנדוסקופית (EMR), המוסטזיס וכו '. לגבי הפרמטרים האנטומיים הקרובים ביותר האפשריים המתקרבים לאיברים אנושיים, השתמשנו בקיבה ובוושט של חזירים במשקל 40-50 ק"ג.

<table border="1" fo:keep-together.within-page="1" fo:keep-with-next.within-page="always">
	<tbody>
		<tr>
			<td>AG1 battery</td>
			<td>Panasonic</td>
			<td>SR621SW</td>
			<td>Two batteries per one implant</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Battery holder</td>
			<td>MYOUNG</td>
			<td>MY-521-01</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Copper enamel wire for the antenna</td>
			<td>pro-POWER</td>
			<td>QSE Wire - 0.15 mm diameter, 38 SWG</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Epoxy for encapsulation</td>
			<td>Loctite</td>
			<td>EA M-31 CL</td>
			<td>Two-part medical-grade ISO10993 compliant epoxy</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>FEP cable for pH sensor</td>
			<td>Molex / Temp-Flex</td>
			<td>100057-0273</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Flux cleaner</td>
			<td>Shesto</td>
			<td>UTFLLU05</td>
			<td>Prepare 5% solution in deionized water for cleaning by sonication</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Hemostatic clip</td>
			<td>Boston Scientific</td>
			<td>Resolution</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Hot air gun + soldering iron</td>
			<td>W.E.P.</td>
			<td>Model 706</td>
			<td>Any soldering iron capable of soldering with tin and hot-air gun capable of maintaining 260 &#176;C can be used</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Impedance matching software</td>
			<td>Iowa Hills Software</td>
			<td>Smith Chart</td>
			<td>Can be downloaded from http://www.iowahills.com/9SmithChartPage.html - alternatively, any RF design software supports calculation of impedance matching components</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>ISFET pH sensor on a PCB</td>
			<td>WinSense</td>
			<td>WIPS</td>
			<td>Order a model pre-mounted on a PCB with on-chip gold reference electrode</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Laboratory pH meter</td>
			<td>Hanna Instruments</td>
			<td>HI2210-02</td>
			<td>Used with HI1131B glass probe</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Microcontorller programmer</td>
			<td>Microchip</td>
			<td>PICkit 3</td>
			<td>Other PIC16 compatible programmers can be also used</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Pig stomach with esophagus</td>
			<td>Local pig farm</td>
			<td>Obtained from approx. 40&#8211;50 kg pig</td>
			<td>It is important that the stomach includes a full length of the esophagus.</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Printed circuit board - receiver</td>
			<td>Choose preferred PCB supplier</td>
			<td>According to pcb2.zip data</td>
			<td>One layer, 0.8 mm thickness, FR4, no mask</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Printed circuit board - sensor</td>
			<td>Choose preferred PCB supplier</td>
			<td>According to pcb1.zip data</td>
			<td>Two-layer with PTH, 0.6 mm thickness, FR4, 2x mask</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Receiver - 0R</td>
			<td>Vishay</td>
			<td>CRCW04020000Z0EDC</td>
			<td>See Figure 12 and Figure 13 for placement</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Receiver - 1.5 pF</td>
			<td>Murata</td>
			<td>GRM0225C1C1R5CA03L</td>
			<td>See Figure 12 and Figure 13 for placement</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Receiver - 100 pF</td>
			<td>Murata</td>
			<td>GRM0225C1E101JA02L</td>
			<td>See Figure 12 and Figure 13 for placement</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Receiver - 33 nH</td>
			<td>Pulse Electronics</td>
			<td>PE-0402CL330JTT</td>
			<td>See Figure 12 and Figure13 for placement</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Receiver - RF schottky diodes</td>
			<td>MACOM</td>
			<td>MA4E2200B1-287T</td>
			<td>See Figure 12 and Figure 13 for placement</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Receiver - SMA antenna</td>
			<td>LPRS</td>
			<td>ANT-433MS</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Receiver - SMA connector</td>
			<td>Linx Technologies</td>
			<td>CONSMA001</td>
			<td>See Figure 12 and Figure 13 for placement</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Sensor - C1</td>
			<td>Murata</td>
			<td>GRM0225C1H8R0DA03L</td>
			<td>8 pF 0402 capacitor</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Sensor - C2</td>
			<td>Murata</td>
			<td>GRM0225C1H8R0DA03L</td>
			<td>8 pF 0402 capacitor</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Sensor - C3</td>
			<td>Murata</td>
			<td>GCM155R71H102KA37D</td>
			<td>1 nF 0402 capacitor</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Sensor - C4</td>
			<td>Murata</td>
			<td>GRM0225C1H1R8BA03L</td>
			<td>1.8 pF</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Sensor - C5</td>
			<td>Vishay</td>
			<td>CRCW04020000Z0EDC</td>
			<td>Place 0R 0402 resistor or use to match the antenna</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Sensor - C6</td>
			<td>Murata</td>
			<td>GRM155C81C105KE11J</td>
			<td>1 uF 0402 capacitor</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Sensor - C7</td>
			<td>Murata</td>
			<td>GRM155C81C105KE11J</td>
			<td>1 uF 0402 capacitor</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Sensor - C8</td>
			<td>Murata</td>
			<td>GRM022R61A104ME01L</td>
			<td>100 nF 0402 capacitor</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Sensor - IC1</td>
			<td>Microchip</td>
			<td>MICRF113YM6-TR</td>
			<td>MICRF113 RF transmitter</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Sensor - IC2</td>
			<td>Microchip</td>
			<td>PIC16LF1704-I/ML</td>
			<td>PIC16LF1704 low-power microcontroller</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Sensor - R1</td>
			<td>Vishay</td>
			<td>CRCW040210K0FKEDC</td>
			<td>10 kOhm 0402 resistor</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Sensor - R2</td>
			<td>Vishay</td>
			<td>CRCW040233K0FKEDC</td>
			<td>33 kOhm 0402 resistor</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Sensor - R3</td>
			<td>Vishay</td>
			<td>CRCW04021K00FKEDC</td>
			<td>1 kOhm 0402 resistor</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Sensor - R5</td>
			<td>Vishay</td>
			<td>CRCW040210K0FKEDC</td>
			<td>10 kOhm 0402 resistor</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Sensor - X1</td>
			<td>ABRACON</td>
			<td>ABM8W-13.4916MHZ-8-J2Z-T3</td>
			<td>3.2 x 2.5 mm 13.4916 MHz 8 pF crystal</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Titanium wire</td>
			<td>Sigma-Aldrich</td>
			<td>GF36846434</td>
			<td>0.125 mm titanium wire</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Vector network analyzer</td>
			<td>mini RADIO SOLUTIONS</td>
			<td>miniVNA Tiny</td>
			<td>Other vector network analyzers can be used - the required operation frequency is 300&#8211;500 MHz, resolution bandwidth equal or lower than 1 MHz, output power of no more than 0 dBm and dynamic range preferably better than 60 dB for the receiving front-end</td>
		</tr>
	</tbody>
</table>

construction of a wireless-enabled endoscopically implantable sensor for ph monitoring with zero-bias schottky diode-based receiver

ניטור pH אמבולטורי של ריפלוקס פתולוגי הוא הזדמנות להתבונן בקשר בין הסימפטומים לבין חשיפה של הוושט צרבת או לא חומצי. מאמר זה מתאר שיטה לפיתוח, ייצור והשתלה של חיישן pH זעיר התומך אלחוטית. החיישן מתוכנן להיות מושתל אנדוסקופי עם קליפ hemostatic יחיד. מקלט פסיבי לחלוטין המבוסס על דיודת שוטקי עם אפס הטיה נבנה ונבדק גם הוא. כדי לבנות את ההתקן, נעשה שימוש בלוח מעגלים מודפס דו-שכבתי וברכיבים מחוץ למדף. מיקרו-בקר זעיר עם ציוד היקפי אנלוגי משולב משמש כקצה קדמי אנלוגי לחיישן טרנזיסטור בעל אפקט שדה רגיש ליונים (ISFET) ולייצור אות דיגיטלי המועבר עם שבב משדר משרעת. ההתקן מופעל על-ידי שני תאים אלקליין ראשיים. המכשיר המושתל בעל נפח כולל של 0.6 ס"מ ומשקל של 1.2 גרם, וביצועיו אומתו במודל ex vivo (ושט חזירי ובטן). לאחר מכן, מקלט פסיבי בעל טביעת רגל קטנה, אשר ניתן לשלב בקלות במקלט חיצוני או במומחה הנוירוסטימולטור המושתל, נבנה והוכח כמקבל את אות ה- RF מהשתל כאשר הוא נמצא בסמיכות (20 ס"מ) אליו. הגודל הקטן של החיישן מספק ניטור pH רציף עם חסימה מינימלית של הוושט. החיישן יכול לשמש בפועל קליני שגרתי לניטור pH הוושט 24/96 h ללא צורך להכניס קטטר לאף. אופיו "בעל הספק אפס" של המקלט מאפשר גם שימוש בחיישן לכיול אוטומטי של התקני גירוי עצבי של הוושט התחתון. בקרה פעילה מבוססת חיישנים מאפשרת פיתוח אלגוריתמים מתקדמים כדי למזער את האנרגיה המשמשת להשגת תוצאה קלינית רצויה. אחת הדוגמאות של אלגוריתם כזה תהיה מערכת לולאה סגורה לטיפול ברמת גירוי עצבי לפי דרישה של מחלת ריפלוקס גסטרו-ושט (GERD).

התקן המסוגל חישת pH אוטונומית ושידור אלחוטי של ערך ה-pH נבנה בהצלחה, כפי שמוצג באיור 8. המכשיר הבנוי הוא דגם מיניאטורי; הוא שוקל 1.2 גרם ויש לו נפח של 0.6 cm3. הממדים המשוערים הם 18 מ"מ x 8.5 מ"מ x 4.5 מ"מ. כפי שניתן לראות באיור 15, איור 16 <strong class...

Watch this Scientific Journal Video about Construction of a Wireless-Enabled Endoscopically Implantable Sensor for pH Monitoring with Zero-Bias Schottky Diode-based Receiver at JoVE.com

Construction of a Wireless-Enabled Endoscopically Implantable Sensor for pH Monitoring with Zero-Bias Schottky Diode-based Receiver

כתב היד מציג חיישן pH מושתל מיניאטורי עם פלט אלחוטי מווסת ASK יחד עם מעגל מקלט פסיבי לחלוטין המבוסס על דיודות שוטקי עם אפס הטיה. פתרון זה יכול לשמש כבסיס לפיתוח של מכשירי טיפול electrostimulation מכויל in vivo לניטור pH אמבולטורי.

בניית חיישן אנדוסקופי התומך באנדוסקופיה לניטור pH עם מקלט מבוסס דיודת סטוקי עם אפס הטיה

Ambulatory pH monitoring of pathological reflux is an opportunity to observe the relationship between symptoms and exposure of the esophagus to acidic or ...

הפרוטוקול מציג ייצור של חיישן pH מושתל אלחוטי המשדר נתונים למקלט פסיבי מלא, ומאפשר אספקת נתונים יעילה מאוד ממכשיר מושתל אחד למשנהו. החיישן יכול להיות מיוצר ביד על ידי טכניקות נפוצות. לאחר מכן, ניתן לעשות שימוש חוזר באופן ישיר בשיטת העברת הנתונים בפיתוח מכשירים מושתלים שונים.חשוב לבדוק ביסודיות את חיישן ה-pH האלחוטי לאחר כל שלב. הרכיבים המשמשים לייצור שלה הם קטנים מאוד קצרים או במקומה במהלך הייצור יכול להתרחש. ראשית, הנח את חיישן ה- pH של ISFET מותקן על PCB על משטח שטוח והלחמה קטע של 15 מ"מ של כבל מצופה אתילן פרופילן פלואורי לאלקטרודות ההלחמה של חיישן ה- pH מבלי לזהם צבע ו- PCB בשטף.מערבבים מינימום של שני מיליליטר של אפוקסי שני חלקים כדי לתמצת את האלקטרודות המולחמות ולאחר מכן להשתמש אפוקסי אטום שחור לבדיקה מאוחרת יותר. שים לב לנראות הקלה של חלקי חיישנים החשופים לסביבה ללא אפוקסי אטום. מעבירים את האפוקסי המעורב למזרק מיליליטר אחד עם מחט שטוחה 0.5 מ"מ ומכסים את אזור ההלחמה של חיישני pH באפוקסי, ומבטיחים ציפוי של כל האזור של אלקטרודות PCB והחוט החשוף.בדוק את האזור המצופה תחת מיקרוסקופ עבור כל חלקי מתכת חשופים לא מצופים. לאחר חזרה על תהליך הציפוי של מתכת לא מצופה, לקצץ את החוטים לאורך ולזווית, ולאחר מכן לצפות את הקצוות עם הלחמה כדי למנוע fraying. לאחר הנחת PCB עם רכיבים במצב צד למעלה, להחיל הדבק הלחמה על כל רפידות מצופות זהב חשופות.לאחר מכן, מקם רכיבים פסיביים ופעילים באמצעות פינצטה. לאחר הלחמה וקירור לטמפרטורת החדר, בדוק את PCB מתחת למיקרוסקופ כדי לאמת את המיקום של הרכיבים והמכנסיים הקצרים. תכנת את הקושחה לבקר המיקרו והגדר את תוכנת התכנות כמתואר בטקסט.לאחר מכן, הגדר את המתכנת כדי להפעיל את המכשיר עם מתח של כ 2.5 וולט. ואז דה-הלחמה חמשת החוטים לאחר תכנות. הלחמה שני מחזיקי סוללות לחלק הנגדי של ה- PCB.לאחר מכן, הלחמת הרכבה חיישן pH למסופים של PCB, ולאחר מכן להכניס שתי סוללות AG1 לתוך מחזיקי הסוללה. לאחר הכנת אפוקסי, לתמצת את המכשיר עם אפוקסי כפי שתואר בעבר. תן לאפוקסי לרפא בטמפרטורת החדר.חבר את וו החוט למכשיר עם טיפה של אפוקסי ריפוי מהיר. לאחר ריפוי בטמפרטורת החדר, חיישן pH יכול להיות ממוקם בצד השמאלי התחתון של המכשיר המושתל. הלחמה את הרכיבים באמצעות אקדח ההלחמה.כדי לייצר שוב את מקלט rectenna או להמשיך ללא התאמת מקלט, השתמש בערכים של הרכיבים המסופקים כאן ולדלג על ההקלטה של תרשים S11 Smith בשלב הבא. אחרת, הלחמה את מחבר SMA ל- PCB. צרף קלט מנתח רשת וקטורי למחבר SMA.הקלט את תרשים S11 סמית של rectenna. שים לב לתגובה ותיעד את העכבה. השתמש בתוכנת מחשבון תואמת מכשולים כדי לקבוע את הערכים של רכיבים תואמים.הלחימו את הרכיבים התואמים לעקלה ובחנו תחת מיקרוסקופ לקצר חשמלי ומיקום רכיבים. לאחר מדידה עם מנתח ספקטרום שוב, לאשר כי יחס גל עומד מתח הוא מתחת לשלושה בין 300 ל 500 מגה הרץ. אחרת, חזור על הפעולה עם רכיבים תואמים שונים.לאחר הפעלת ההתקן לאחר 24 שעות של החדרת הסוללה, בדוק את פלט החיישן על-ידי התבוננות באות המוצג באוסקילוסקופ. הכן 2%תמיסה חומצה הידרוכלורית ופתרון חיץ 100 מילימולר של pH ארבע, pH שבע, ו- pH 10. תטביעו את הקפסולה בכל ותקליטו לפחות שלוש דגימות.מדוד את התקופה שבין הפעימה השנייה והשלישית. ולאחר מילויו בגיליון האלקטרוני שסופק, קבעו את מקדמי הכיול עבור חיישן ה-pH באמצעות הגיליון האלקטרוני. לאחר הכנת דגם חזירים אנדוסקופי ex vivo של הקיבה וקטע ארוך של הוושט, לתפוס את החיישן חיצונית עם קליפ hemostatic.הכנס את האנדוסקופ עם החיישן בקליפ בדרך הרגילה לדגם. לאחר הצבת הקליפ עם החיישן קרוב הסוגר הוושט התחתון, לסובב את האנדוסקופ נגד הקיר הוושט, לפתוח את הקליפ ולאחר מכן לדחוף לכיוון הקיר הוושט. סגור ושחרר את הסרטון.בעוד החיישן נשאר מחובר לקיר הוושט במיקום הרצוי, לחלץ את האנדוסקופ. מניחים את המקלט בטווח של 10 ס"מ מהחיישן המושתל. הזריקו 50 מיליליטר של הפתרונות עם ערכי pH שונים לוושט והתבוננו בשינויים בתגובת החיישן.חזור על האנדוסקופ לאחר כל זריקה וקרא את הערך לא לפני 30 שניות לאחר ההזרקה והשתמש בגיליון האלקטרוני כדי לחשב את ה- pH הנמדד על ידי החיישן. לשטוף את הוושט עם 100 מיליליטר של מים deionized בין הזרקת פתרונות עם pH שונה. כאשר מקלט rectenna הפסיבי הוכנס לקרבה של התקן חישת pH, קוצים מתח ברור נצפו כאשר המכשיר היה משדר.שני הפולסים הקצרים הראשונים היו פולסים סנכרון. הזמן שבין הפעימה השנייה לשלישית מתרגם באופן ליניארי ל- pH של הסביבה שהחיישן היה נתון לה. בהתבסס על כיול פשוט של שתי נקודות עם המאגרים של pH 4 ו- pH 10, החיישן החזיר קריאות ערך pH יציבות וחזורות.הממוצע וסטיית התקן של שגיאות היו 0.25 ו-0.30 כאשר נבדקו בפתרונות וכוסות והיו 0.31 ו-0.36 בדגם ex vivo. ההשפעה של אנטנת טלפון נייד עם שיחת GSM פעילה הייתה השפעה שלילית קלה בלבד על קבלת הנתונים מהחיישן כפי שהודגם עבור 20 ס"מ, 10 ס"מ, ומרחק של חמישה סנטימטרים בין קצה הטלפון למקלט. אנקפסולציה של החיישן חייב להיעשות ולבדוק כראוי כדי להאריך את חיי המכשיר כאשר מושתל.לאחר מכן, המיקום הנכון של קליפ hemostatic הוא קריטי. מחקר זה סולל את הדרך לפיתוח רשתות אלחוטיות של התקנים מושתלים על ידי יצירת דרך חסכונית באנרגיה להעביר נתונים במיוחד מנקודת המבט של המקלט.

Research

JoVE Journal

Bioengineering

Biomolecular Detection employing the Interferometric Reflectance Imaging Sensor (IRIS)

Biomolecular Detection employing the Interferometric Reflectance Imaging Sensor IRIS

Biomolecular איתור העסקת ההחזרה interferometric דימות חיישן (IRIS)

The sensitive measurement of biomolecular interactions has use in many fields and industries such as basic biology and microbiology, ...

Monitoring Protein Adsorption with Solid-state Nanopores

חלבון ניטור ספיחה עם מצב מוצק nanopores

Solid-state nanopores have been used to perform measurements at the single-molecule level to examine the local structure and flexibility of nucleic acids ...

Hollow Microneedle-based Sensor for Multiplexed Transdermal Electrochemical Sensing

חיישן הולו Microneedle מבוסס על מרובב דרך העור אלקטרוכימי חישה

The development of a minimally invasive multiplexed monitoring system for rapid analysis of biologically-relevant molecules could offer individuals ...

Mass Cytometry: Protocol for Daily Tuning and Running Cell Samples on a CyTOF Mass Cytometer

Cytometry המוני: פרוטוקול לכוונון יומי ודגימות תאים פועלים על Cytometer המוני CyTOF

In recent years, the rapid analysis of single cells has commonly been performed using flow cytometry and fluorescently-labeled antibodies. However, the ...

Tissue Engineering: Construction of a Multicellular 3D Scaffold for the Delivery of Layered Cell Sheets

הנדסת רקמות: בנייה תאית 3D פיגום למשלוח גיליונות סלולריים שכבות

Many tissues, such as the adult human hearts, are unable to adequately regenerate after damage.2,3 Strategies in tissue engineering propose innovations to ...

Construction and Characterization of a Novel Vocal Fold Bioreactor

בנייה ואפיון של Bioreactor פולד רומן וקאלי

In vitro engineering of mechanically active tissues requires the presentation of physiologically relevant mechanical conditions to cultured cells. To ...

Biomembrane Fabrication by the Solvent-assisted Lipid Bilayer (SALB) Method

Biomembrane Fabrication by the Solvent-assisted Lipid Bilayer SALB Method

ייצור Biomembrane ידי השומנים bilayer (SALB) השיטה בסיוע מרכך

In order to mimic cell membranes, the supported lipid bilayer (SLB) is an attractive platform which enables in vitro investigation of membrane-related ...

Real Time Monitoring of Intracellular Bile Acid Dynamics Using a Genetically Encoded FRET-based Bile Acid Sensor

ניטור בזמן אמת של תאיים חומצות מרה Dynamics שימוש חומצות מרה חיישן מבוסס סריג גנטי מקודד

F&#246;rster Resonance Energy Transfer (FRET) has become a powerful tool for monitoring protein folding, interaction and localization in single cells. ...

Extraction of Plant-based Capsules for Microencapsulation Applications

הפקת קפסולות צמחית עבור יישומי מיקרואנקפסולציה

Microcapsules derived from plant-based spores or pollen provide a robust platform for a diverse range of microencapsulation applications. Sporopollenin ...

Construction and Setup of a Bench-scale Algal Photosynthetic Bioreactor with Temperature, Light, and pH Monitoring for Kinetic Growth Tests

בנייה והתקנה של אלגורית מידה של אלגוריה ביאוריאקטור פוטוסינתטי עם טמפרטורה, אור, וניטור pH עבור בדיקות צמיחה קינטית

The optimal design and operation of photosynthetic bioreactors (PBRs) for microalgal cultivation is essential for improving the environmental and economic ...