Nghiên cứu phát triển cảm biến không dây thụ động nhằm phát hiện và phân tích chất lỏng sử dụng cấu trúc điện cực đồng phẳng PCB
79 lượt xemDOI:
https://doi.org/10.54939/1859-1043.j.mst.96.2024.116-123Từ khóa:
Phát hiện dung dịch; Cảm biến không dây thụ động LC; Bảng mạch in; Cảm biến glucose.Tóm tắt
Trong quá trình phát triển kinh tế toàn cầu hiện nay, lĩnh vực chăm sóc sức khỏe là một trong những lĩnh vực đang nhận được nhiều sự quan tâm của xã hội, đặc biệt là cùng với những tiến bộ của các công nghệ chẩn đoán y tế hiện nay. Các cảm biến glucose, chủ yếu là cảm biến điện hóa, đã phát triển qua bốn thế hệ, ba thế hệ đầu tiên dựa trên enzym với ưu điểm là độ nhạy và hiệu quả chi phí, mặc dù có nhược điểm do sự phụ thuộc vào hoạt động enzym và sự dễ bị ảnh hưởng của môi trường. Các tiến bộ gần đây cho phép theo dõi glucose trong máu không xâm lấn, sử dụng các kỹ thuật quang học, sóng vô tuyến và điện hóa, cung cấp những lợi ích đa dạng mà không cần xâm nhập vào mô. Trong số đó, kỹ thuật cảm biến trở kháng là một phương án tiếp cận nổi bật với tính linh hoạt cao và khả năng tích hợp vào các thiết bị cầm tay. Nghiên cứu này đề xuất một phương pháp cảm biến trở kháng không dây thụ động sử dụng kỹ thuật cảm biến cuộn cảm – tụ điện (LC) và cấu hình điện cực đồng phẳng trên bảng mạch in (PCE) để phát hiện mẫu dung dịch. Hệ thống đề xuất tích hợp một cấu trúc hai điện cực đồng phẳng với một cuộn cảm có cấu trúc xoắn ốc dạng vuông để đánh giá tính chất điện của chất lỏng và phân loại các loại chất lỏng khác nhau trong mẫu. Hiệu quả của cấu trúc đề xuất này này đã được đánh giá thực nghiệm thông qua các thí nghiệm với dung dịch NaCl và glucose, xác nhận khả năng tích hợp các điện cực coplanar trên PCB vào các cấu trúc cảm biến không dây LC thông thường cho việc phát hiện và phân tích dung dịch.
Tài liệu tham khảo
[1]. Weibel M K and H J Bright, “The glucose oxidase mechanism. Interpretation of the pH dependence” The Journal of biological chemistry, vol. 246, no. 9, pp. 2734–44, (1971), [Online]. Available: http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed/4324339 DOI: https://doi.org/10.1016/S0021-9258(18)62246-X
[2]. Yoo Eun-Hyung and Soo-Youn Lee, “Glucose Biosensors: An Overview of Use in Clinical Practice,” Sensors, vol. 10, no. 5, pp. 4558–4576, (2010), doi: 10.3390/s100504558. DOI: https://doi.org/10.3390/s100504558
[3]. Balas Costas, “Review of biomedical optical imaging—a powerful, non-invasive, non-ionizing technology for improving in vivo diagnosis,” Measurement Science and Technology, vol. 20, no. 10, p. 104020, (2009), doi: 10.1088/0957-0233/20/10/104020. DOI: https://doi.org/10.1088/0957-0233/20/10/104020
[4]. Walther Julia, Maria Gaertner, Peter Cimalla, Anke Burkhardt, Lars Kirsten, Sven Meissner, and Edmund Koch, “Optical coherence tomography in biomedical research,” Analytical and Bioanalytical Chemistry, vol. 400, no. 9, pp. 2721–2743, (2011), doi: 10.1007/s00216-011-5052-x. DOI: https://doi.org/10.1007/s00216-011-5052-x
[5]. Boppart Stephen A., Amy L. Oldenburg, Chenyang Xu, and Daniel L. Marks, “Optical probes and techniques for molecular contrast enhancement in coherence imaging,” Journal of Biomedical Optics, vol. 10, no. 4, p. 041208, (2005), doi: 10.1117/1.2008974. DOI: https://doi.org/10.1117/1.2008974
[6]. Kollias Nikiforos and Georgios N. Stamatas, “Optical Non-Invasive Approaches to Diagnosis of Skin Diseases,” Journal of Investigative Dermatology Symposium Proceedings, vol. 7, no. 1, pp. 64–75, (2002), doi: 10.1046/j.1523-1747.2002.19635.x. DOI: https://doi.org/10.1046/j.1523-1747.2002.19635.x
[7]. Naikoo Gowhar A., Hiba Salim, Israr U. Hassan, Tasbiha Awan, Fareeha Arshad, Mona Z. Pedram, Waqar Ahmed, and Ahsanulhaq Qurashi, “Recent Advances in Non-Enzymatic Glucose Sensors Based on Metal and Metal Oxide Nanostructures for Diabetes Management- A Review,” Frontiers in Chemistry, vol. 9, (2021), doi: 10.3389/fchem.2021.748957. DOI: https://doi.org/10.3389/fchem.2021.748957
[8]. Li Hong, Haibo Xu, Shiru Lin, and Yi Jia, “A Wireless Resonant LC Sensor for Glucose Detection,” in The 9th International Electronic Conference on Sensors and Applications, (2022), p. 29. doi: 10.3390/ecsa-9-13365. DOI: https://doi.org/10.3390/ecsa-9-13365
[9]. Jang Chorom, Hee-Jo Lee, and Jong-Gwan Yook, “Radio-Frequency Biosensors for Real-Time and Continuous Glucose Detection,” Sensors, vol. 21, no. 5, p. 1843, (2021), doi: 10.3390/s21051843. DOI: https://doi.org/10.3390/s21051843
[10]. Li Yang, Zhao Yao, Wenjing Yue, Chunwei Zhang, Song Gao, and Cong Wang, “Reusable, Non-Invasive, and Ultrafast Radio Frequency Biosensor Based on Optimized Integrated Passive Device Fabrication Process for Quantitative Detection of Glucose Levels,” Sensors, vol. 20, no. 6, p. 1565, (2020), doi: 10.3390/s20061565. DOI: https://doi.org/10.3390/s20061565
[11]. Zafar Hima, Asma Channa, Varun Jeoti, and Goran M. Stojanović, “Comprehensive Review on Wearable Sweat-Glucose Sensors for Continuous Glucose Monitoring,” Sensors, vol. 22, no. 2, p. 638, (2022), doi: 10.3390/s22020638. DOI: https://doi.org/10.3390/s22020638
[12]. Dautta Manik, Muhannad Alshetaiwi, Jens Escobar, and Peter Tseng, “Passive and wireless, implantable glucose sensing with phenylboronic acid hydrogel-interlayer RF resonators,” Biosensors and Bioelectronics, vol. 151, p. 112004, (2020), doi: 10.1016/j.bios.2020.112004. DOI: https://doi.org/10.1016/j.bios.2020.112004
[13]. Moschou Despina and Angeliki Tserepi, “The lab-on-PCB approach: tackling the μTAS commercial upscaling bottleneck,” Lab on a Chip, vol. 17, no. 8, pp. 1388–1405, (2017), doi: 10.1039/c7lc00121e. DOI: https://doi.org/10.1039/C7LC00121E
[14]. Kontakis Konstatinos, Anastasios Petropoulos, Grigoris Kaltsas, Thanassis Speliotis, and Evangelos Gogolides, “A novel microfluidic integration technology for PCB-based devices: Application to microflow sensing,” Microelectronic Engineering, vol. 86, no. 4–6, pp. 1382–1384, (2009), doi: 10.1016/j.mee.2009.01.088. DOI: https://doi.org/10.1016/j.mee.2009.01.088
[15]. Liu Robin Hui, Piotr Grodzinski, Jianing Yang, and Ralf Lenigk, “Self-Contained, Fully Integrated Biochips for Sample Preparation, PCR Amplification and DNA Microarray Analysis,” Integrated Biochips for DNA Analysis, vol. 76, no. 7, pp. 46–67, (2008), doi: 10.1007/978-0-387-76759-8_4. DOI: https://doi.org/10.1007/978-0-387-76759-8_4
[16]. Sánchez J. L.Acero, O. Y.F. Henry, H. Joda, B. Werne Solnestam, L. Kvastad, E. Johansson, P. Akan, J. Lundeberg, N. Lladach, D. Ramakrishnan, I. Riley, and C. K. O’Sullivan, “Multiplex PCB-based electrochemical detection of cancer biomarkers using MLPA-barcode approach,” Biosensors and Bioelectronics, vol. 82, pp. 224–232, (2016), doi: 10.1016/j.bios.2016.04.018. DOI: https://doi.org/10.1016/j.bios.2016.04.018
[17]. M. Lewis A, L. L. Wu, S. Babikian, M. Bachman, J. G Santiago, “SI: An Integrated Printed Circuit Board Device for Cell Lysis and Nucleic Acid Extraction S-1 S-4 Temperature-induced pressure S-2 S-3 Experimental Rayleigh num-,” Analytical Chemistry, pp. 1–7, (2012).
[18]. Do Quang Loc, Tung Thanh Bui, Anh Bao Hoang, Pham Van Thanh, Chun Ping Jen, and Trinh Chu Duc, “Development of a Passive Capacitively Coupled Contactless Conductivity Detection (PC4D) Sensor System for Fluidic Channel Analysis Toward Point-of-Care Applications,” IEEE Sensors Journal, vol. 19, no. 15, pp. 6371–6380, (2019), doi: 10.1109/JSEN.2019.2908179. DOI: https://doi.org/10.1109/JSEN.2019.2908179
[19]. Miao Fengjuan, Hao Wu, Bairui Tao, and Yu Zang, “A passive-chipless LC carbon dioxide sensor with non-contact ZnO/CuO/RGO nanocomposites at room temperature,” Vacuum, vol. 215, p. 112261, (2023), doi: 10.1016/j.vacuum.2023.112261. DOI: https://doi.org/10.1016/j.vacuum.2023.112261
[20]. He Denghui, Yuanhui Cui, Fangchao Ming, and Weiping Wu, “Advancements in Passive Wireless Sensors, Materials, Devices, and Applications,” Sensors, vol. 23, no. 19, p. 8200, (2023), doi: 10.3390/s23198200. DOI: https://doi.org/10.3390/s23198200
