sor osm´otico
O prot´otipo do sensor osm´otico, ilustrado nas figuras 5.7 e 5.8, foi fornecido pela HVE (Vestfold University College), Noruega. O sensor foi constru´ıdo de a¸co oxid´avel 316L e usado para explorar as caracter´ısticas do sensor e da membrana num sistema de referˆencia. O prot´otipo de 16 mm de diˆametro incorpora na sua base (A) um tradutor de press˜ao absoluto MEMS de sil´ıcio embebido com uma gama dinˆamica de 15 psi (1,03 bar) (SW415 PRT, SensorNor, Norway).
Para o sistema de monitoriza¸c˜ao de glicose desenvolvido nesta disserta¸c˜ao foram pre- parados um total de dois transdutores de press˜ao idˆenticos, cujo esquema de contac- tos el´ectricos se encontra apresentado na figura 5.9. Como o transdutor de press˜ao que ir´a ser incorporado no prot´otipo ´e absoluto tornou-se necess´aria a utiliza¸c˜ao de um sensor de referˆencia com caracter´ısticas idˆenticas (SW415 PRT, SensorNor, Norway), localizado externamente ao prot´otipo (como por exemplo no PCB da placa de aquisi¸c˜ao de dados) de modo a compensar as varia¸c˜oes de press˜ao atmosf´erica. Como se pode ver pela figura 5.10, os transdutores de press˜ao s˜ao essencialmente constitu´ıdos por uma ponte de 4 resistˆencias de 12KΩ.
A
B
Figura 5.7 – Carca¸ca met´alica do sensor osm´otico. A) Ambos os lados da base e a integra¸c˜ao
do transdutor de press˜ao; B) Ambos os lados da placa frontal, com e sem a placa estabilizadora
de apoio.
C
D
A
B
E
Figura 5.8 – Os componentes integrantes do prot´otipo do sensor osm´otico consistem na
base (A), placa frontal (B), placa estabilizadora de apoio (C), O-ring (D) e oito parafusos (E).
No entanto, antes de poder incorporar os transdutores de press˜ao de 2 × 2 mm2 na
carca¸ca met´alica ou na placa de aquisi¸c˜ao de dados, estes necessitaram de ser sujeito a diversas etapas, ilustradas na figura 5.11:
5.3. CONSTITUIC¸ ˜AO E MONTAGEM DO PROT ´OTIPO DO SENSOR OSM ´OTICO 105
1 2 3 4 5 6
PSUB NEPI VDD PP VSS PN SW415
Figura 5.9 – Contactos el´ectricos dos transdutores de press˜ao duplos absolutos (SW415 PRT, SensorNor, Norway ). O sinal entre os pinos PP e PN representam o sinal de sa´ıda do transdutor de press˜ao.
Transdutor de pressão
Placa de suporte do transdutor de pressão
Figura 5.10 – Sistema el´ectrico de liga¸c˜oes do transdutor de press˜ao `a placa de suporte
de sil´ıcio. Os pinos P-Substrate,N-EPI e VCC do sensor de press˜ao s˜ao ligados a um PAD
da placa de suporte; os pinos PP, PN e VSS do transdutor de press˜ao s˜ao ligados por wire bonding aos restantes PADs da placa de suporte.
placas de suporte de sil´ıcio com resina ep´oxica (Araldite 2020, Vantigo, Swit- zerland );
• De seguida, os transdutores de press˜ao foram ligados por fios (wire bonding) ao PCB das placas de suporte de sil´ıcio (2), respeitando o esquema do sistema el´ectrico apresentado na figura 5.10;
• Foi realizado o primeiro teste de controlo aos sensores de press˜ao;
• Ap´os a verifica¸c˜ao das respectivas liga¸c˜oes dos sensores, foram soldados fios ligadores `as placas de suporte de sil´ıcio (2);
• Esta etapa exigiu um segundo teste de controlo aos transdutores de press˜ao;
• As liga¸c˜oes provenientes do wire bonding dos dois transdutores de press˜ao foram revestidas na sua totalidade com resina ep´oxica Epotek 353ND (Epoxy Technology Inc., USA), como pode ser visualizado em (3) da figura5.11;
• De novo, prosseguiu-se a um ´ultimo teste de controlo aos sensores de press˜ao;
• Os dois transdutores de press˜ao foram individualmente calibrados de 0 a 1 bar por meio de uma fonte pneum´atica externa, segundo um processo descrito no cap´ıtulo 6.
• Ap´os a confirma¸c˜ao da sua operacionalidade e da respectiva calibra¸c˜ao, o trans- dutor de press˜ao osm´otica foi embutido na sua carca¸ca met´alica. De modo a conseguir isso, a base da cavidade da carca¸ca met´alica destinada `a coloca¸c˜ao do transdutor de press˜ao osm´otica foi previamente revestida com uma pequena camada de silicone de modo a prevenir fugas da solu¸c˜ao de referˆencia intro- duzida no interior da carca¸ca met´alica. Ap´os a coloca¸c˜ao do transdutor de press˜ao osm´otica, foi colocada uma camada de resina ep´oxica (Araldite 2020, Vantigo, Switzerland ) de modo a assegurar a sua posi¸c˜ao na cavidade, antes de poder colocar uma camada final de silicone no topo (4).
• Por fim, ambos os sensores foram integrados e ligados `as respectivas unidades amplificadoras da placa de aquisi¸c˜ao de dados para poder realizar as medi¸c˜oes de press˜ao osm´otica apropriadas e tamb´em descritas de forma pormenorizada no cap´ıtulo 6.
5.3. CONSTITUIC¸ ˜AO E MONTAGEM DO PROT ´OTIPO DO SENSOR OSM ´OTICO 107
4
3
2
1
Figura 5.11 – Etapas de constru¸c˜ao do sensor osm´otico. (1) Transdutor de press˜ao MEMS
(MicroElectroMechanical Systems); (2) Wirebonding do transdutor de press˜ao `a placa de suporte de sil´ıcio; (3) Revestimento do transdutor de press˜ao com resina ep´oxica; (4) Incor- pora¸c˜ao do transdutor de press˜ao na carca¸ca met´alica do sensor osm´otico.
O prot´otipo do sensor osm´otico cont´em ainda um O-ring de 9 × 1,5 mm (Kalrez, Dupont, USA) que separa a base (A) da placa frontal (B), como ilustrado na fi- gura 5.12.
A placa estabilizadora de apoio (C) de 0,3 mm de a¸co oxid´avel, ilustrada tamb´em na figura 5.8, tem por fim estabilizar a membrana de poliamida nanoporosa de osmose reversa (RO – Reverse Osmosis) de 12 mm de diˆametro com peso molecular de corte (MWCO - Molecular-Weight-Cut-Off ) de 0 Dalton (Da). A membrana ´e incorporada atrav´es do encaixe da placa frontal (B) `a base (A), afixando as duas partes com 8 parafusos de 1,0 mm. Esta constitui¸c˜ao das partes integrantes do sensor osm´otico permite a forma¸c˜ao de uma cˆamara interna de referˆencia de 0,5 mm de altura entre a base (A), a membrana e o O-ring comprimido. Ser´a nesta cˆamara de referˆencia onde a solu¸c˜ao de referˆencia de for¸ca osm´otica constante ir´a estar localizada. As membranas de poliamida nanoporosa de osmose reversa (RO – Reverse Osmo- sis) demonstram uma boa capacidade de reten¸c˜ao tanto para albumina como para glicose, obtendo-se uma press˜ao osm´otica elevada e uma taxa de decaimento baixa.
Figura 5.12 – Vis˜ao transversal do prot´otipo do sensor osm´otico. A montagem da carca¸ca do sensor (A - Base, B - Placa frontal e C- Placa estabilizadora de apoio) foi realizada de
modo a que o transdutor de press˜ao de sil´ıcio e a membrana de poliamida nanoporosa de
osmose reversa se opusessem, encontrando-se apenas separados por uma cˆamara de referˆencia extremamente baixa. As unidades encontram-se todas em mm.