Ανάπτυξη ηλεκτρονικού βιοαισθητήρα

Abstract

Σκοπός της εργασίας διπλωματικής εργασίας ήταν η μελέτη της συμπεριφοράς ενός πυκνωτή ενδοδιαπλεκόμενων ηλεκτροδίων ο οποίος μπορεί να ενσωματωθεί σε έναν αισθητήρα μέτρησης του κορονοϊού SARS-CoV-2. Ο εν λόγω πυκνωτής έχει την ιδιότητα αλλαγής της χωρητικότητάς του ανάλογα με το είδος, την περιεκτικότητα και την ποσότητα του υλικού που εναποτίθεται στην επιφάνειά του. Στο θεωρητικό μέρος της εργασίας, πραγματοποιήθηκε μελέτη της δομής του κορονοϊού SARS-CoV-2 και μάλιστα των σωματιδίων που τον αποτελούν με ιδιαίτερη έμφαση στην γλυκοπρωτεΐνη αιχμής (S) μέσω της οποίας πραγματοποιείται η είσοδος των κορωνοϊών στα κύτταρα ξενιστές. Ως κυτταρικός υποδοχέας έχει αναγνωριστεί το ένζυμο μετατροπής αγγειοτενσίνης 2 (ACE2) αφού παρέχει ιική είσοδο στα ανθρώπινα κύτταρα μέσω της σύνδεσής του με την γλυκοπρωτεΐνη S. Στη συνέχεια πραγματοποιήθηκε ενδελεχής μελέτη της δομής και της χωρητικότητας του πυκνωτή ενδοδιαπλεκόμενων ηλεκτροδίων καθώς και μερικών κυκλωμάτων μέτρησης της χωρητικότητάς του με διάφορες τεχνικές όπως την μέτρηση της σταθεράς χρόνου φόρτισης και εκφόρτισης του πυκνωτή, την χρήση του χρονιστή 555, την χρήση τελεστικών ενισχυτών και την μέθοδο του συντονισμού. Η κάθε μία τεχνική δύνανται να προτιμηθεί ανάλογα τις ανάγκες του κυκλώματος και ανάλογα της τάξης μεγέθους της χωρητικότητας του πυκνωτή. Η μελέτη αυτή επεκτάθηκε και στην περιγραφή των αναγκαίων μικροελεγκτών και των λειτουργιών τους που απαιτεί ένα κύκλωμα για να μπορεί να μετρήσει την χωρητικότητα ενός πυκνωτή. Στο πειραματικό μέρος της εργασίας, πραγματοποιήθηκε ο σχεδιασμός, η ανάπτυξη αλλά και η κατασκευή πυκνωτή ενδοδιαπλεκόμενων ηλεκτροδίων. Μελετήθηκε η συμπεριφορά του μέσω κάποιων πειραματικών μετρήσεων, σε κυκλώματα RC και LC αφού προηγήθηκε η μελέτη της συμπεριφοράς των απλών συμβατικών πυκνωτών σε αντίστοιχα κυκλώματα. Στόχος ήταν ανάλογα με την ποσότητα και την περιεκτικότητα του υγρού που εναποτίθεται στην επιφάνειά του να μπορεί να ανιχνευθεί η αλλαγή της χωρητικότητάς του μέσω ενός κυκλώματος συντονισμού που θα περιγραφεί αναλυτικά στην πορεία. Τέλος, παρουσιάζεται η κατασκευή ενός ηλεκτρονικού κυκλώματος βασισμένο σε έναν μικροελεγκτή της οικογένειας μικροελεγκτών ESP32, το οποίο έχει την δυνατότητα παραγωγής σήματος μεταβλητής συχνότητας αλλά και εμφάνισης της απόκρισης ενός κυκλώματος σε μία συσκευή όπως σε έναν υπολογιστή.