CZ2019228A3

CZ2019228A3 - Zařízení pro namátkové měření glykemie a způsob jeho použití

Info

Publication number: CZ2019228A3
Application number: CZ2019-228A
Authority: CZ
Inventors: Marek Novák
Original assignee: Xglu S.R.O.
Priority date: 2019-04-11
Filing date: 2019-04-11
Publication date: 2020-06-17
Also published as: WO2020207514A1; CZ308359B6; ZA202107334B; CN113677985B; EA202190991A1; US20220017936A1; CN113677985A

Abstract

Zařízení je sestaveno z alespoň jednoho jednorázového biosenzoru (2) pro aplikaci krevního vzorku, dále z vyhodnocovací elektroniky (1) pro načtení a zpracování informace z jednorázového biosenzoru (2) s aplikovaným krevním vzorkem, a dále z displeje (7) pro zobrazení informace z vyhodnocovací elektroniky (1). Jednorázové biosenzory (2) a displej (7) jsou uspořádány do společného paronepropustně uzavíratelného prostoru, přičemž je displej (7) hygroskopický pro navázání vzdušné vlhkosti, která by jinak byla navázána jednorázovými biosenzory (2). Displej (7), vyhodnocovací elektronika (1) a jednorázové biosenzory (2) mohou být uspořádány na společném nosném substrátu (4), přičemž je nosný substrát (4) opatřen odnímatelným a/nebo otevíratelným paronepropustným obalem. Jednorázové biosenzory (2) mohou být od nosného substrátu (4) oddělitelné.

Description

Zařízení pro namátkové měření glykemie a způsob jeho použití

Oblast techniky

Vynález se týká oblasti in-vitro diagnostických jednorázových zařízení pro měření glykemie pomocí vzorku z kapky krve, zejména u diabetiků.

Dosavadní stav techniky

Zařízení pro měření koncentrace glukózy v krvi, tzv. glykemie, se obecně nazývá glukometrem. Glukometry jsou určené zejména pro diabetiky, či osoby s poruchou hospodaření s krevním cukrem, ať už vlivem cukrovky, či z jiných zdravotních příčin. Měření glykemie se zpravidla provádí pomocí jednorázového biosenzoru, na který se aplikuje vzorek z kapky kapilární krve uživatele. Nejčastěji je kapka krve získána z prstů ruky uživatele. Jednorázový biosenzor může být integrován v jednorázovém měřicím proužku, který se po aplikaci vzorku krve vloží do zařízení obsahujícího vyhodnocovací elektroniku měření a displej pro zobrazení vyhodnocené informace z měření, které jsou uloženy v plastovém tělese tvořící schránku zařízení. Displej je zpravidla realizován jako LCD nebo OLED displej, a musí umět zobrazit alespoň hodnotu koncentrace glukózy v krvi. Zařízení je opatřeno vhodným zdrojem energie, např. baterií, či fotovoltaickým pruhem.

Inovací v oblasti měření glykemie jsou kontinuální senzory pro měření glykemie, které jsou schopny měření desítek až stovek hodnot denně v intervalech po několika minutách. Tyto typy senzorů jsou vhodné hlavně pro diabetiky I. typu na intenzifikovaném inzulínovém režimu. Pro ostatní pacienty, jejichž léčebný režim je charakterizován méně častým měřením (několikrát týdně až dvakrát denně), není použití jak standardních glukometrů, tak kontinuálních glukometrů, příliš vhodné, a to jak z hlediska komfortu pacienta, který musí poměrně objemné elektronické zařízení nosit s sebou a uchovávat, tak z hlediska pořizovací ceny zařízení.

V některých případech je potřeba, aby existovalo zařízení pro měření glykemie umožňující namátkové, jinými slovy nepravidelné měření, jako např. při tzv. jednodenním screeningu, kdy uživatel s podezřením na problémy s krevním cukrem, si ve vybraný den týdne, či měsíce, dělá po dobu jednoho dne pravidelná měření, která mají za úkol odhalit skryté zdravotní problémy. Současně je problematická ochrana jednorázových biosenzorů u glukometrů s nepravidelným užíváním před vzdušnou vlhkostí, zejména po rozbalení továrního obalu a použití jednou za čas jen zlomku obsažených jednorázových senzorů uložených v otevřeném továrním obalu. V dnešní době je to v drtivé většině případů řešeno přidáním desikantu buďto do těla obalu s jednorázovými měřicími biosenzory, nebo ve formě pytlíku s vlastnostmi desikantu, přičemž obě řešení nepříznivě ovlivňují výrobní cenu, skladnost, a v neposlední řadě i množství vyprodukovaného odpadního materiálu. Občasní uživatelé nemají zájem investovat prostředky do glukometrů, které jsou specializovány na pravidelná měření v intenzivním režimu, a současně ani do glukometrů, které mají oddělenou elektronickou vyhodnocovací jednotku a externí zásobník s jednorázovými biosenzory opatřený desikantem, neboť snižují uživateli komfort povinností jejich souběžného opatrování.

Výše uvedený problém řeší vynález z dokumentu US 2004/0138543 AI, který prezentuje zařízení tvořené jedinou schránkou, uvnitř které jsou uspořádány, jak jednorázové biosenzory, tak vyhodnocovací elektronika. Nevýhody zařízení spočívají v tom, že použité jednorázové biosenzory se vracejí do nitra zařízení, což snižuje hygienickou čistotu, a navíc nejsou jednorázové biosenzory chráněny před navázáním vzdušné vlhkosti, takže postupem času dochází k jejich degradaci.

- 1 CZ 2019 - 228 A3

Výše uvedený problém s hygienou a s ochranou před vzdušnou vlhkostí řeší vynález z dokumentu US 2018/085041 AI, který prezentuje jednorázové biosenzory v pouzdře opatřeném sorbenty pro pohlcování vlhkosti a jiných kontaminantů. Po použití vynálezu je možné použitý biosenzor zlikvidovat, přičemž déletrvající nepravidelné používání od rozbalení továrního obalu nemá vliv na degradaci biosenzorů díky sorbentům pohlcujícím vzdušnou vlhkost. Nevýhody vynálezu spočívají vtom, že biosenzory jsou opatřeny pouzdry s desikantem, což prodražuje výrobu zařízení podle vynálezu a zatěžuje životní prostředí nadbytečným odpadním materiálem.

Úkolem vynálezu je vytvoření zařízení pro namátkové měření glykemie, ve kterém by byla zachována jakost jednorázových biosenzorů dlouho po rozbalení továrního obalu, zejména jejich ochrannou před vzdušnou vlhkostí občasně znovu vpouštěnou do nitra obalu při každém použití části z v obalu uložených jednorázových biosenzorů, které by používalo jen nezbytné minimum komponent, aby bylo skladné a uživateli příliš nenarušovalo jeho komfort, a aby díky svému jednorázovému charakteru zatěžovalo životní prostředí jen nezbytnou zátěží, a současně, které by mělo pro svoji jednorázovou povahu nízké pořizovací náklady.

Podstata vynálezu

Vytčený úkol je vyřešen zařízením pro namátkové měření glykemie podle níže uvedeného vynálezu.

Zařízení pro namátkové měření glykemie je sestaveno z alespoň jednoho jednorázového biosenzorů pro aplikaci krevního vzorku. Dále je zařízení podle vynálezu sestaveno z vyhodnocovací elektroniky pro načtení a zpracování informace z jednorázového biosenzorů s aplikovaným krevním vzorkem. A v neposlední řadě je součástí zařízení podle vynálezu displeje pro zobrazení informace s výsledkem měření odeslané z vyhodnocovací elektroniky.

Podstata vynálezu spočívá vtom, že jednorázové biosenzory a displej jsou uspořádány do společného paronepropustně uzavíratelného prostoru, přičemž je displej hygroskopický.

Výhodou vynálezu je, že displej, který je nedílnou součástí zařízení na sebe převezme roli desikantu, který má za úkol chránit jednorázové biosenzory před vzdušnou vlhkostí při nefrekventovaném odebírání jednorázových biosenzorů pro namátková měření. Absence samostatného desikantu snižuje nároky na velikost zařízení a jeho obalů, snižuje množství produkovaného odpadu, navíc snižuje pořizovací náklady na zařízení.

Ve výhodném provedení zařízení podle vynálezu jsou displej, vyhodnocovací elektronika a jednorázové biosenzory uspořádány na společném nosném substrátu. Výhodou společného nosného substrátu je kompaktnost celého zařízení. Navíc konstrukce podle tohoto vynálezu řeší jeden z největších problémů enzymatických senzorů a to jejich vysokou náchylnost na vlhkost. Dnes je nutné, aby byl proužek umístěn v prostředí s řízenou vlhkostí, v praxi zpravidla v krabičce s vhodným desikantem (např. silikagel). To je ale u daného typu konstrukce krajně nevýhodné, jednorázové glukometry zpracované na ploché podložce jsou optimalizovány pro nízkou tloušťku a přidání dalšího objektu do obalu nepříznivě ovlivní skladovatelnost. Uživatel si snáze pohlídá, zda má u sebe jediný předmět, oproti dosavadnímu stavu techniky, kdy u sebe musí nosit elektronické zařízení a zásobník s jednorázovými biosenzory.

V dalším výhodném provedení zařízení podle vynálezu jsou jednorázové biosenzory od nosného substrátu oddělitelné. To je výhodné proto, že je možné použitý biosenzor odlomit prsty ruky od nosného substrátu a zlikvidovat jej, aby z hygienického hlediska nebyl rizikem pro zbylé nepoužité jednorázové biosenzory a celé zařízení.

V dalším výhodném provedení zařízení podle vynálezu je displej elektrochromický, přičemž jeho elektrolyt má vlastnosti desikantu. Dnes standardně používané displeje ve spotřební elektronice a

-2CZ 2019 - 228 A3 ve zdravotnických prostředcích jsou hlavně typu LED, LCD a OLED. Tyto typy displejů se vyznačují poměrně velkou výrobní cenou, zatímco displej v zařízení podle vynálezu je realizován z hlediska nákladů na výrobně laciném elektrochromickém principu, který je vhodný pro jednorázová zařízení, která jsou po spotřebování vhozena do odpadu. S výhodou je koncentrace soli v elektrochromickém displeji nastavena tak, aby se roztok elektrolytu elektrochromického displeje při běžné pokojové teplotě a tlaku choval jako desikant, tedy tlak par vody v okolním vzduchu byl větší, než tlak par v elektrolytu. V takovém případě bude docházet k přesunu vody z okolního prostředí do elektrolytu displeje. Tím dojde k přenosu vlhkosti z oblasti biosenzorů, kde je vlhkost nežádoucí, do elektrolytu displeje, kde je vlhkost naopak velice žádoucí.

V dalším výhodném provedení zařízení podle vynálezu obsahuje elektrolyt elektrochromického displeje alespoň jednu chemickou látku ze skupiny chlorid zinečnatý, chlorid vápenatý, chlorid železitý, uhličitan draselný, fosforečnan draselný, dusičnan draselný, hydroxid draselný, hydroxid sodný. A současně je výhodné provedení, pokud elektrochromický displej obsahuje alespoň jednu elektrochromickou látku ze skupiny viologen, komplexní sloučenina železa, PEDOT:PSS, polyanilin, polypyrrol.

To je výhodné z důvodu, že většina elektrochromických displejů, které jsou aktuálně používané v jiných oblastech techniky, je postavena na toxických rozpouštědlech s vysokým bodem varu, případně iontových kapalinách. Vysoký bod varu efektivně snižuje tlak par rozpouštědla, které se pak odpařuje z displeje pomaleji. Toxicita a obtížnost nalezení polymerů a lepidel, které by organickým rozpouštědlům odolávaly, je pak největší negativem známých elektrochromických displejů. Konstrukce zařízení podle tohoto vynálezu představuje výhodné konstrukční řešení, ve kterém displej zařízení vhodným složením elektrolytu a elektrochromických látek a koncepcí zastupuje funkci desikantu, přičemž jeho výrobní náklady jsou velice výhodné pro nasazení v uvedeném vynálezu, a navíc dopad na životní prostředí z hlediska odpadového hospodářství je pro uvedené použití ve vynálezu minimální.

V dalším výhodném provedení zařízení podle vynálezu je displej opatřen paropropustnou krycí bariérovou vrstvou pro kapaliny na bázi vody. Krycí bariérová vrstva chrání displej před poškozením, zejména před nasáknutím kapalnou vodou. Displej musí přijímat vzdušnou vlhkost v podobě par, ale nemůže mu být dovoleno jednorázově nasát větší objem vody v podobě kapaliny pro zachování jeho funkce, jako ochranného desikantu.

V dalším výhodném provedení zařízení podle vynálezu jsou jednorázové biosenzory opatřeny alespoň jedním enzymem ze skupiny glukozaoxidáza, glukozadehydrogenáza, peroxidáza. Tyto enzymy jsou výhodné pro amperometrické vyhodnocování obsahu glukózy ve vzorku krve, ale současně jsou velice náchylné na navázání vzdušné vlhkosti. Vynález umožňuje jejich nasazení, neboť je před vzdušnou vlhkostí dokáže dobře chránit.

V dalším výhodném provedení zařízení podle vynálezu zahrnuje vyhodnocovací elektronika alespoň jeden paměťový prostředek s uloženými kalibračními konstantami jednorázových biosenzorů. Pokud jsou kalibrační konstanty biosenzorů uloženy do paměti vyhodnocovací elektroniky v rámci výroby zařízení, tak odpadá povinnost kalibrovat vyhodnocovací elektroniku na každý použitý biosenzor, čímž může být vyhodnocovací elektronika zjednodušena. Navíc je měření glykemie urychleno. Tento paměťový prostředek může být dále použit pro uložení kalibračních konstant frekvenčního oscilátoru. Dnes jsou v elektronice využívány hlavně krystalové oscilátory, které vykazují velikou přesnost, nevýhodou je jejich cena. Stabilní oscilátor lze přitom vytvořit přímo na čipu. Jeho nevýhodou je ovšem nepřesnost výstupní frekvence, kterou lze kompenzovat tak, že se při výrobě kromě kalibračních konstant pro jednorázové senzory změří frekvence oscilátoru a na základě toho se vypočtou a do paměťového prostředku uloží konstanty, které zajistí, že časování bude u všech výrobků přesné.

Součástí vynálezu je také způsob použití výše uvedeného zařízení pro namátkové měření glykemie, jehož podstata spočívá v tom, že se vynalezené zařízení použije v rámci

-3 CZ 2019 - 228 A3 tzv. jednodenního screeningu. Použití zařízení právě na jednodenní screeningy je výhodné z důvodu, že současný stav nabízí pouze glukometry pro intenzivní každodenní měření glykemie. Vynalezené zařízení perfektně pokrývá potřeby uživatelů, kteří mají při sobě malé a levné zařízení, jenž použijí jednou za čas.

Mezi hlavní výhody vynálezu patří eliminace extra vkládaného desikantu, dále kompaktnost, nízké výrobní náklady, hygieničnost, vhodnost pro nefrekventované používání a snížená odpadová zátěž.

Objasnění výkresů

Uvedený vynález bude blíže objasněn na následujících vyobrazeních, kde:

obr. 1 znázorňuje boční pohled na zařízení, obr. 2 znázorňuje pohled na zařízení s v nedokončeném stavu před přeložením podložky a před uložením vrchní elektrody displeje, obr. 3 znázorňuje blokové schéma vyhodnocovací elektroniky, obr. 4 znázorňuje algoritmus fungování vyhodnocovací elektroniky.

Příklady uskutečnění vynálezu

Na obr. 1 je znázorněno zařízení podle vynálezu v pohledu z boku. Zdroj energie 10 a vyhodnocovací elektronika 1 v tomto provedení jsou uspořádány ve směru plochého nosného substrátu 4 za sebou.

Na obr. 2 je vyobrazen horní pohled na zařízení shora v nedokončeném stavu před přeložením nosného substrátu 4 a před uložením společné elektrody 9 displeje 7, kde zařízení je sestaveno z plochého nosného substrátu 4, z elektrod 8 displeje 7 tištěných vodivým inkoustem, ze druhé průhledné společné elektrody 9 displeje, z vyhodnocovací elektroniky J_, ze zdroje 10 energie v podobě baterie, z tří jednorázových měřicích proužků 3. Dále je vyobrazeno zeslabení v nosném substrátu 4 pro mechanické odtržení jednorázových měřicích proužků 3. Zařízení je dále sestaveno ze zemnicích elektrod biosenzorů 2, z pracovních elektrod biosenzorů 2, z chemie biosenzorů 2 a z elektrovodivých cest tvořících elektrická propojení 5 jednotlivých prvků zařízení. Nosný substrát 4 pro realizaci tohoto vynálezu je realizován pomocí lesklé polyethylenové fólie (PET) o tloušťce 125 mikrometrů ošetřené korónovým výbojem pro lepší přilnavost inkoustu. Na této fólii jsou pomocí technologie sítotisku a elektrovodivého stříbrného inkoustu (Creative Materials 125-15) realizovány vodivé obrazce tvořící elektrická propojení 5. Podle jednoho příkladu provedení je realizováno celkem dvacet jedna separátních elektrod 8 displeje 7, tvořících část elektrochromického displeje 7, uspořádaných do tří skupin po sedmi elektrodách 8, kdy každá skupina představuje jednu číslici reprezentovanou sedmi segmenty, dále jednu společnou elektrodu 9 displeje 7, tři jednorázové měřicí proužky 3 pro měření glykemie a dva kontakty pro připojení zdroje energie 10 - baterie. Zařízení podle předloženého vynálezu má více odtržením oddělitelných jednorázových měřicích proužků 3 opatřených biosenzory 2 pro měření glykemie. V příkladném provedení, které je nej výhodnější, má zařízení tři až osm jednorázových měřicích proužků 3, přičemž na obr. 2 jsou pro přehlednost znázorněny jen tři jednorázové měřicí proužky 3 opatřené biosenzory 2. V rámci předloženého vynálezu ovšem mohou být uspořádány také jen dva jednorázové měřicí proužky 3 nebo naopak více než osm, například dvanáct, jednorázových měřicích proužků 3. Vyšší počet jednorázových měřicích proužků 3 je výhodný z hlediska poměru ceny zařízení k počtu jeho použití, menší počet jednorázových měřicích proužků 3 dovoluje snadnější manipulaci při použití.

-4CZ 2019 - 228 A3

Vyhodnocovací elektronika 1 pro použití v zařízení podle vynálezu byla vytvořena pomocí technologie CMOS, specificky na 180 nm CMOS technologii. Obsahem vyhodnocovací elektroniky 1 je v první řadě napěťová reference 18 a oscilátor 12. Vhodný způsob realizace oscilátoru 12 je popsán např. v publikaci „A 51-nW 32.7-kHz CMOS relaxation oscillator with half-period pre-charge compensation scheme for ultra-low power systems“, DOI 10.1109/ISCAS.2016.7527369. Tento oscilátor 12 je v systému zapojen tak, že je neustále napájen a poskytuje výstupní kmitočet pro ostatní obvody. Napěťovou referenci 18 lze realizovat jako tzv. „bandgap“ napěťovou referenci. Konkrétní způsob realizace popisuje přihláška vynálezu US 7078958 B2. Napěťovou referenci 18 musí být možné pro snížení spotřeby integrovaného obvodu vypnout, např. spínačem s PMOS tranzistorem zapojeným jako tzv. „highside“ spínač. Další částí integrovaného obvodu vyhodnocovací elektroniky 1 je teplotní senzor 19. Jeho realizace je popsána např. v přihlášce vynálezu EP 1081477 Al. Podobně jako u napěťové reference 18 lze teplotní senzor 19 vypnout, například odpojením napájecího napětí.

Vyhodnocovací elektronika 1 podle tohoto vynálezu je zapouzdřena v tomto konkrétním případě provedení do pouzdra kompatibilního s technikou povrchové montáže, konkrétně QFN (quad flat no-lead typ pouzdra).

Na obr. 3 je znázorněno blokové schéma vyhodnocovací elektroniky 1. Vyhodnocovací elektronika 1 zahrnuje hlavní logickou část 11 obsahující stavový automat a rozhraní pro komunikaci s ostatními periferiemi v integrovaném obvodu, dále jednou programovatelný paměťový prostředek 13 pro uložení kalibračních konstant při výrobě, oscilátor 12 pro generování hodinového kmitočtu pro logické obvody, výstup testovacího rozhraní 24 pro připojení přístroje pro testování zařízení a zápis do jednou programovatelného paměťového prostředku 13, řadič displeje 14, výstup displeje 15, napěťovou referenci 18, teplotní senzor 19, AD převodník 17, generátor bias napětí 21, transimpedanční zesilovač 20, obvod pro detekci nasátí vzorku 16, obvod 22 uzemnění proužků 3 a výstupy 23 pro proužky 3.

Algoritmus fungování vyhodnocovací elektroniky 1, který je znázorněn na obr. 4, je aktivován změnou stavu obvodu 16 pro detekci nasátí vzorku, po kterém následuje měření teploty, detekce, do kterého proužku 3 byl nasát vzorek, čekání po dobu A cyklů, přivedení bias napětí na neinvertující vstup transimpedančního zesilovače 20, čekání po dobu B cyklů, měření napětí na výstupu transimpedančního zesilovače 20, odpojení bias napětí, výpočet hodnoty glykemie a její zobrazení po dobu C cyklů, nebo do odtržení proužku 3. Poté přechází vyhodnocovací elektronika 1 do režimu, kdy je vše kromě detekce nasátí vzorku vypnuté. Pokud je měření teploty mimo zadaný rozsah, na displeji 7 se zobrazí chybová hláška a po C cyklech nebo odtržení proužku 3 přejde vyhodnocovací elektronika 1 do vypnutého režimu s výjimkou obvodu 16 pro detekci nasátí vzorku.

Řadič 14 displeje 7 je realizován pomocí dvaceti dvou push-pull driverů společně s řídicí logikou. Push-pull driver je tvořen dvěma tranzistory realizovanými na CMOS technologii, jedním P-MOS a jedním N-MOS tranzistorem. Gate obou tranzistorů jsou propojeny a ty tvoří vstup jednoho push-pull driveru. Source P-MOS je propojen s napájecím napětím, drain N-MOS tranzistoru je propojen se zemí a zbývající dva vývody obou tranzistorů jsou propojeny. Ty pak tvoří výstup 15 řadiče 14 displeje 7. Dvacet jedna těchto řadičů 14 tvoří řadiče jednotlivých elektrod 8 elektrochromického displeje 7, zatímco dvacátý druhý obvod je řadič 14 společné elektrody 9 displeje 7. Řídicí logika má celkem dvacet tři vstupů. Dvacet jedna vstupů jsou stavy jednotlivých displejových segmentů, dvacátý druhý vstup připojí nebo odpojí napájení řadiče 14 displeje 7 a dvacátý třetí vstup nastavuje polaritu. Dvacet dva výstupů push-pull obvodů je vyvedeno na výstupní vývody vyhodnocovací elektroniky E

Obvod 16 pro detekci nasátí vzorku je v tomto konkrétním případě provedení výpočetní elektroniky 1 tvořen tak, že jsou ve fázi, kdy se čeká na nasátí vzorku, uzemněny zemní elektrody všech jednorázových měřicích proužků 3 obvodem 22 pro uzemnění proužků 3. K jedné z dalších

-5 CZ 2019 - 228 A3 elektrod každého proužku 3 jsou připojeny pull-up rezistory, v tomto konkrétním případě provedení realizovány přímo na integrovaném obvodu vyhodnocovací elektroniky 1. Při přiložení krevního vzorku na proužek 3 dojde ke skokovému snížení elektrického odporu, což se projeví vznikem úbytku napětí na pull-up rezistoru. Toto snížení odporu je detekováno jednoduchým komparátorem a dojde k aktivaci zařízení. V dalším kroku dojde k detekci, který jednorázový měřicí proužek 3 byl použit. Toho se dosáhne odpojením všech zemních elektrod proužků 3 od země a jejich postupným připojováním obvodem 22 pro uzemnění proužků 3. V momentě, kdy je detekován úbytek, byl identifikován proužek 3, do kterého byl nasát krevní vzorek. Dále následuje samotné měření.

Transimpedanční zesilovač 20 slouží k měření proudu generovaného jednorázovým měřicím proužkem 3. Tento proud je přitom úměrný množství glukózy v krevním vzorku. N je počet jednorázových měřicích proužků 3. Neinvertující vstup operačního zesilovače 20 je připojen na výstupy pracovních elektrod jednorázových měřicích proužků 3. Zemní elektroda je připojena na obvod 22 pro uzemnění proužků 3. Na neinvertující vstup operačního zesilovače 20 je připojeno kladné předpětí, v tomto konkrétním provedení vynálezu 300 mV. Toto napětí je generováno generátorem 21 bias napětí, v tomto případě provedení realizovaným pomocí operačního zesilovače 20, který má invertující vstup propojený s výstupem a na neinvertující vstup je připojen odporový dělič, který z napětí napěťové reference vytvoří napětí 300 mV. Toto napětí je možné logickým výstupem sepnout nebo odpojit, resp. připojit neinvertující vstup na 0 V.

Hlavní logická část 11 je tvořena několika samostatnými moduly. Prvním modulem je AD převodník 17, v tomto provedení integrovaného obvodu typu SÁR (successive approximation register). Na vstupu AD převodníku 17 je analogový multiplexer, který obsahuje celkem tři vstupy. Příklad provedení AD převodníku 17 je popsán v patentové přihlášce US 4323887 A. Referencí pro tento AD převodník 17 je výstup napěťové reference 18. Výstupem AD převodníku 17 je hodnota napětí transformovaná do dvojkové soustavy. Druhým modulem je modul stavového automatu. Tento automat přechází mezi několika funkčními stavy. Výchozím funkčním stavem je funkční stav „spánek“. V tomto funkčním stavu čeká stavový automat na změnu logického stavu obvodu 16 detekce nasátí vzorku. Po změně přejde do stavu začátek měření. Prvním krokem na začátku měření je změření teploty okolního prostředí. Analogový multiplexer AD převodníku 17 se přepne na vstup teplotního senzoru 19 a změří se napětí na teplotním senzoru 19. Tato hodnota se uloží do paměti v hlavní logické části. Pokud je teplota mimo povolený rozsah, v tomto případě provedení vynálezu nižší než 0 °C a vyšší než 40 °C, vypíše se na displeji chybová hláška po dobu jedné minuty (konstanta C) nebo do odtržení proužku 3 a zařízení přejde do režimu spánku. Pokud je teplota v definovaném rámci, přejde se do stavu, při kterém se na neinvertující vstup transimpedančního zesilovače 20 přivede nulové napětí a poté se čeká po počet cyklů před programovaný v jednou programovatelném paměťovém prostředku 13 uvnitř hlavní logické části 11. V tomto konkrétním případě provedení vynálezu se čeká šest sekund, tedy počet cyklů oscilátoru 12 odpovídajícím šesti sekundám (konstanta A). Poté se na neinvertující vstup transimpedančního zesilovače 20 přivede kladné napětí (v tomto konkrétním případě provedení 300 mV) a čeká se po počet cyklů před programovaný v jednou programovatelném paměťovém prostředku 13 uvnitř hlavní logické části 11, v tomto případě provedení jeden a půl sekundy (konstanta B). Poté se AD převodníkem 17 změří hodnota výstupu transimpedančního zesilovače 20, která je přímo úměrná koncentraci glykemie v měřeném vzorku. Tato hodnota se dále zpracuje v aritmetickologické jednotce hlavní logické části 11, ve které se na základě změřené teploty a změřeného napětí na výstupu transimpedančního zesilovače 20 vypočte hodnota glykemie. Konstanty pro výpočet této hodnoty jsou uloženy v jednou programovatelném paměťovém prostředku 13. Hodnota glykemie se následně v tomto případě provedení pomocí BCD dekodéru interpretuje v mmol/1 jednotkách a nechá se vykreslit prostřednictvím řadiče 14 displeje 7 změnou barev jednotlivých segmentů elektrochromického displeje 7. Po dokončení měření přejde glukometr do stavu „spánku“. Časový interval po zobrazení hodnoty na displeji 7 je v tomto konkrétním provedení vynálezu jedna minuta (konstanta C) nebo odtržení jednorázového měřicího proužku 3, které je elektricky detekováno

- 6 CZ 2019 - 228 A3 změnou komparační úrovně v obvodu 16 pro detekci nasátí krevního vzorku, podle toho, která z těchto událostí nastane dříve.

Jednorázové měřicí proužky 3, v tomto konkrétním případě provedení tři, jsou realizovány podle patentu US 5951836 A stím rozdílem, že spodní plastová vrstva je realizována společně se zbytkem zařízení tak, aby měřicí proužky 3 tvořily se zbytkem zařízení jeden celek. Dále jsou měřicí proužky 3 opatřeny výřezem, díky kterému lze jednotlivé měřicí proužky 3 ručně odtrhnout od zbytku zařízení. Následujícím krokem je vodivé uchycení vyhodnocovací elektroniky 1 na plochý nosný substrát 4 pomocí elektricky vodivého lepidla 6, v tomto konkrétním případě provedení vynálezu pomocí anizotropně vodivé pásky ACF7303 (3M). Pomocí stejné anizotropně vodivé pásky jsou na podložce připevněny pasivní komponenty, v tomto případě provedení rezistor připojený k pinům propojeným s invertujícím vstupem resp. výstupem operačního zesilovače obvodu potenciostatu a dva keramické kondenzátory o hodnotě 1 nF a 100 nF zapojené paralelně k napájecímu napětí. Napájení je řešeno v tomto konkrétním případě provedení primárním lithiovým článkem typu CR2012, který tvoří zdroj 10 energie. Vodivé spojení pólů lithiového článku se zařízením je vyřešeno použitím izotropně vodivého lepidla (Creative Materials 118-15A) pro záporný i kladný pól baterie.

Materiál elektrochromického displeje 7 je realizován pomocí směsi polárního rozpouštědla a soli, která tvoří elektrolyt, a elektrochromicky aktivní látky. Elektrolytem v tomto konkrétním případě provedení je 50% vodní roztok chloridu zinečnatého. Chlorid zinečnatý je charakteristický tím, že je vysoce hygroskopický. Do tohoto elektrolytu je následně přimícháno jedno hmotnostní procento paraquatu, který je elektrochromicky aktivní látkou. Elektrody 8 displeje 7 - 3x7 segmentů tvořící tři číslice, jsou natisknuty na nosný substrát 4 stříbrným vodivým inkoustem. Společná elektroda 9 umístěná na nosném substrátu 4 je také natištěna stříbrným inkoustem. Na elektrody 8 displeje 7 a společnou elektrodu 9 je umístěn materiál elektrochromického displeje 7. Nevyobrazená krycí vrstva je vyrobena z vodotěsného a vodní páře permeabilního materiálu v podobě fólie, v tomto případě provedení z materiálu OPSITE

FLEXIGRID, který je tvořen polyethylentereftalátovou fólií o tloušťce 0,025 mm s mikropóry s průměrem 2 mikrometry, přičemž počet mikropórů na milimetr čtvereční je nastaven pro propustnost 225 g/m² / při tloušťce 25 mikrometrů. Krycí vrstva je umístěna na materiál elektrochromického displeje 7. Tím je dokončena konstrukce elektrochromického displeje 7 s funkcí desikantu.

Dalšími vyzkoušenými vhodnými chemickými látkami pro použití v elektrolytu displeje 7 jsou chlorid vápenatý, chlorid železitý, uhličitan draselný, fosforečnan draselný, dusičnan draselný, hydroxid draselný a hydroxid sodný.

Při konstrukci displeje 7 pro toto zařízení bylo rovněž experimentováno s dalšími elektrochromickými látkami, konkrétně s polyanilinem, který vykazoval malý kontrast. Dále byly testovány sloučeniny bismutu, fungující na základě elektro depozice černých částic bismutu na povrch elektrod 8. U takových displejů 7 byl problém extrémní množství energie nutné ke kompletnímu probarvení segmentu, až lOx vyšší než u viologenu. Dalším testovaným materiálem byl ferrokyanid železitý, se kterým bylo dosaženo dobrého kontrastu. Použití viologenu je pro konstrukci zařízení dle tohoto vynálezu nej výhodnější. Výhodné je také použití ferrokyanidu železitého.

Zařízení je testováno pomocí testovacího přípravku a testovací sekvence, jejímž účelem je v tomto konkrétním případě provedení testu spojitosti elektrických propojení 5, testování napětí napěťové reference 18. testování funkce AD převodníku 17. měření frekvence oscilátoru 12. zápisu hodnot do jednou programovatelného paměťového prostředku 13 a ukončení testu. Testování spojitosti drah je řešeno přiložením matrice testovacích bodů na nosný substrát 4 s vytištěnými elektrickými propojeními 5 a osazený vyhodnocovací elektronikou 1 s ostatními pasivními součástkami. Prostřednictvím komunikačního rozhraní je vyhodnocovací elektronika 1

-7 CZ 2019 - 228 A3 instruována tak, aby postupně přivedla kladné napájecí napětí na každý vstup a výstup jednotlivě. Testovací přípravek kontroluje, jestli jsou všechny vodivé cesty spojité a případně jestli mezi libovolnými dvěma vodivými cestami není zkrat. Po úspěšném dokončení tohoto testu je otestována funkčnost AD převodníku 17 a napěťové reference 18. Na pracovní elektrody jednorázových měřicích proužků 3 je přivedeno tzv. „bias“ napětí, které je změřeno testovacím přípravkem a zároveň s tím je změřena hodnota tohoto „bias“ napětí AD převodníkem 17 a porovnána s očekávanou hodnotou. Pokud je změřený výsledek v souladu, v tomto případě provedení s tolerancí pod 1 % oproti skutečné hodnotě, přikročí se k další části testu, kterou je měření frekvence oscilátoru 12. Na jednom z výstupních vývodů integrovaného obvodu vyhodnocovací elektroniky 1 se objeví obdélníkový signál, v tomto případě provedení shodný s frekvencí oscilátoru 12, tato frekvence je změřena a na základě ní jsou určeny konstanty, které jsou v následujícím kroku zapsány do jednou programovatelného paměťového prostředku 13 vyhodnocovací elektroniky J_. Těmito konstantami jsou v tomto případě provedení sériové číslo zařízení, které je pro každý vyráběný přístroj odlišné, dále konstantu A, která v tomto případě odpovídá frekvenci oscilátoru v Hz vynásobené šesti sekundami, konstantu B, která odpovídá frekvenci oscilátoru v Hz vynásobené jeden a půl sekundami a konstanty C, která odpovídá frekvenci oscilátoru v Hz vynásobené šedesáti sekundami. Po zapsání kalibračních konstant a ukončení všech předchozích fází testu je testování zařízení dokončeno. V případě selhání libovolného z jmenovaných testů je zařízení vyřazeno.

Průmyslová využitelnost

Zařízení pro namátkové měření glykemie a způsob jeho použití podle vynálezu naleznou uplatnění ve zdravotnictví.

Claims

PATENTOVÉ NÁROKY

1. Zařízení pro namátkové měření glykemie sestávající z alespoň jednoho jednorázového biosenzoru (2) pro aplikaci krevního vzorku, dále z vyhodnocovací elektroniky (1) pro načtení a zpracování informace z jednorázového biosenzoru (2) s aplikovaným krevním vzorkem, a dále z displeje (7) pro zobrazení informace z vyhodnocovací elektroniky (1), vyznačující se tím, že jednorázové biosenzory (2) a displej (7) jsou uspořádány do společného paronepropustně uzavíratelného prostoru, přičemž je displej (7) hygroskopický.
2. Zařízení podle nároku 1, vyznačující se tím, že displej (7), vyhodnocovací elektronika (1) a jednorázové biosenzory (2) jsou uspořádány na společném nosném substrátu (4).
3. Zařízení podle nároku 2, vyznačující se tím, že jednorázové biosenzory (2) jsou od nosného substrátu (4) oddělitelné.
4. Zařízení podle některého z nároků 1 až 3, vyznačující se tím, že displej (7) je elektrochromický, přičemž jeho elektrolyt má vlastnosti desikantu.
5. Zařízení podle nároku 4, vyznačující se tím, že elektrolyt elektrochromického displeje (7) obsahuje alespoň jednu chemickou látkou ze skupiny chlorid zinečnatý, chlorid vápenatý, chlorid železitý, uhličitan draselný, fosforečnan draselný, dusičnan draselný, hydroxid draselný, hydroxid sodný.

-8 CZ 2019 - 228 A3
6. Zařízení podle nároku 4 nebo 5, vyznačující se tím, že elektrochromický displej (7) obsahuje alespoň jednu elektrochromickou látku ze skupiny viologenů, komplexních sloučenin železa, PEDOT:PSS, polyanilin, polypyrrol.
7. Zařízení podle některého z nároků 1 až 6, vyznačující se tím, že displej (7) je opatřen paropropustnou krycí bariérovou vrstvou pro kapaliny na bázi vody.
8. Zařízení podle některého z nároků 1 až 7, vyznačující se tím, že jednorázové biosenzory (2) jsou opatřeny alespoň jedním enzymem ze skupiny glukozaoxidáza, glukozadehydrogenáza, peroxidáza.
9. Zařízení podle některého z nároků 1 až 8, vyznačující se tím, že vyhodnocovací elektronika (1) zahrnuje alespoň jeden paměťový prostředek (13) s uloženými kalibračními konstantami jednorázových biosenzorů (2) a/nebo frekvence oscilátoru.
10. Způsob použití zařízení pro namátkové měření glykemie vytvořeného podle některého z nároků 1 až 9, vyznačující se tím, že se použije v rámci tzv. jednodenního screeningu.