طراحی و شبیه‌‏سازی کنترل‏‌کننده میکروپمپ تحویل دارو با استفاده از همبسته‌‏کننده موج صوتی سطحی

نوع مقاله: مقاله کامل پژوهشی

نویسندگان

1 دانشجوی کارشناسی ارشد مهندسی برق و کامپیوتر، گروه مهندسی الکترونیک، دانشکده مهندسی برق و کامپیوتر، دانشگاه سیستان و بلوچستان

2 استادیار، گروه مهندسی الکترونیک، دانشکده مهندسی برق و کامپیوتر، دانشگاه سیستان و بلوچستان

3 استادیار، گروه مهندسی مخابرات، دانشکده مهندسی برق و کامپیوتر، دانشگاه سیستان و بلوچستان

10.22041/ijbme.2014.13283

چکیده

در این مقاله، کنترل‏‌کننده‏‌ راه دور برای تحریک دقیق میکروپمپ قابل کاشت سیستم تحویل دارو در فرکانس 956 مگاهرتز، با تغذیه سرخود و با استفاده از زیرلایة پیزوالکتریک طراحی شده است. برای این منظور تأثیر زیرلایة لیتیوم‌ ‏نیوبیت در اندازه ولتاژ تحریک، نسبت سیگنال به نویز، تلفات جایگذاری، پهنای باند و قسمت‏های حقیقی و موهومی ادمیتانس قطعه بررسی شده است. نتایج محاسبات تحلیلی و شبیه‌‏سازی عددی قطعه، ولتاژ تحریک را برای زیرلایه پیزوالکتریک لیتیوم ‏نیوبیت 5.8 ولت نشان می‌دهد. با افزایش فرکانس مرکزی تحریک، پهنای‏ باند محاسبه ‏شده 160 مگاهرتز است و ایمنی تحریک قطعه با کد بارکر تأمین می‌شود. با توجه به نتایج بدست آمده، نسبت سیگنال به نویز محاسبه ‏شده 26.52 دسی ‏بل است. تلفات جایگذاری محاسبه ‏شده 2.1 دسی ‏بلاست که مقداری قابل قبول بمنظور انتقال حداکثر توان است. جابه‌‏جایی بدست آمده از دیافراگم میکروپمپ با توجه به ولتاژ تحریک تولیدی از زیرلایه پیزوالکتریک، 9.3353 نانومتر است که آزاد‏سازی دارو از مخزن میکروپمپ را مطمئن‏ می‌‏سازد. در مجموع، نتایج محاسبات تحلیلی و شبیه‌‌سازی عددی، عملکرد مناسب قطعه طراحی شده را در تحریک قطعه تزریق دارو نشان می‏‌دهد.

کلیدواژه‌ها

موضوعات


عنوان مقاله [English]

Design and Simulation of a Drug Delivery Micropump Controller Using Surface Acoustic Wave Correlator

نویسندگان [English]

  • Seyed Ali Naghi Ahmadi 1
  • Tahere Fanaei Sheykhol-Eslami 2
  • Mehri Mehrjoo 3
  • Morteza Maleki 1
1 M.Sc, Electronic Engineering Department, Faculty of Electrical and computer Engineering, Sistan and Baluchestan University
2 Assistant Professor, Electronic Engineering Department, Faculty of Electrical and computer Engineering, Sistan and Baluchestan University
3 Assistant Professor, communication Engineering Department, Faculty of Electrical and computer Engineering, Sistan and Baluchestan University
چکیده [English]

A secure self-biased remote controller for a drug delivery system, working at 956 MHz, is designed using piezoelectric substrate containing an implantable micropump. For this purpose, the effect of Lithium Niobate substrate on the actuation voltage, signal to noise ratio, insertion loss, bandwidth, and real and imaginary part of the admittance are investigated. The results of analytical calculation and numerical simulation show that the actuation voltage of the Lithium Niobate substrate is about 5.8 V, and the calculated bandwidth is 160 MHz with the signal to noise ratio of 26.52 dB. The security for actuation of the device is assured with Barker code. The insertion loss is equal to 2.1 dB which is adequate for maximum power transfer. Numerical simulation indicates that the generated voltage could create a displacement about 9.3353 nm in the conductive diaphragm, which is enough to ascertain the correct drug delivery by the micropomp. According to the analytical calculations and numerical simulations, the performance of the designed controller is qualified to correctly stimulate the drug delivery device.

کلیدواژه‌ها [English]

  • Drug Delivery
  • Correlator
  • Surface Acoustic Wave (SAW)
  • Micropump
  • Micro-ElectroMechanical Systems (MEMS)

[1]     I. Jones, L. Ricciardi, L. Hall, H. Hansen, V. Varadan, C. Bertram, S. Maddocks, S. Enderling, D. Saint , S. Al-Sarawi, and D. Abbott, “Wireless RF commonication in biomedical application,” Smart Materials and Structures, vol. 17, no. 2, 2008.

[2]     H. Yu, J. Kwon, and E. Kim, “Microfluidic mixer and transporter based on pzt self-focusing acoustic transducers,” Journal of Microelectromechanical Systems, vol. 15, no. 4, pp. 1015–1024, 2006.

[3]     N. Nguyen, A. Meng, J. Black, and R. White, Integrated flow sensor for in situ measurement and control of acoustic streaming in flexural plate wave micropumps, Sensors and Actuators vol. 79, no. 2, pp. 115–12, 2000.

[4]     V. Kaajakari, A. Sathaye, and A. Lal, “A frequency addressable ultrasonic microfluidic actuator array,” in Proc. of 11th International Conference on Solid State Sensors and Actuators Transducers01/Eurosensors XV, pp. 958–96, 2011.

[5]     L. Cao, S. Mantell, and D. Polla, Implantable medical drug delivery systems using microelectromechanical systems technology, in Proceeding Of the 1st International Conference on Microtechnologies in Medicine and Biology, pp. 487–490, 2000.

[6]     A. C. Tikka, S. F. Al-Sarawi, and D. Abbott, “A Remotely Interrogatable Passive Microactuator using SAW Correlation,” IEEE Proceeding, 3rd International Conference on Sensing Technology, Tainan, Taiwan, Nov. 30 – Dec. 3, 2008.

[7]     E. E. L. Pararas, D. A. Borkholder, Jeffrey T. Borenstein, “Microsystems technologies for drug delivery to the inner ear,” Advanced Drug Delivery Reviews, Elsevier, 2012.

[8]     A. H. Hamie, E. Ghafar-Zadeh, M. Sawan, “An Implantable Micropump Prototype for Focal Drug Delivery,” Proceeding of IEEE international symposium on medical measurements and application, 2013.

[9]     M. Kasaee Kopaei, A. Mehdizadeh, D. C. Ranasinghe, S. Al-Sarawi, “A Novel Hybrid Approach for Wireless Powering of Biomedical Implants,” Proceeding of IEEE international confrance of intelligent sensor, sensor networks and information processing, 2013.

[10] A. C. Tikka, S. Al-Sarawi, D. Abbott, M. S .K. Wong and J. D. Schutzm, “Improving the Security and Actuation of Wireless Controlled Microvalve,” Proc. of SPIE Smart Structures, Devices, and Systems III, Vol. 6414, 64140U, 2007.

[11] C. K. Campbell, Surface acoustic wave devices for mobile and wireless communications: Access Online via Elsevier, 1998.

[12] R. W. Brocato, Programmable SAW Development, Sandia Report: Sandia National Laboratories, 2004.

[13] Y. Abramov, “Super-Wideband High Bit-Rate SAW Correlator”, Ultrasonic Symposium, IEEE, Rotterdam-The Netherlands, 2005.

[14] M. Hribšek, Surface Acoustic Wave Devices in Communications, Scientific Technical Review, vol. LVIII, no.2, 2008.

[15] W. C. Wilson, G. M. Atkinson, “Rapid SAW Sensor Development Tools,” Conference on Fly-by-Wireless for Aerospace Vehic les, Grapevine United State, 2007.