SK1112024U1 - A portable device for analyzing biomarkers and its method of operation - Google Patents
A portable device for analyzing biomarkers and its method of operation Download PDFInfo
- Publication number
- SK1112024U1 SK1112024U1 SK111-2024U SK1112024U SK1112024U1 SK 1112024 U1 SK1112024 U1 SK 1112024U1 SK 1112024 U SK1112024 U SK 1112024U SK 1112024 U1 SK1112024 U1 SK 1112024U1
- Authority
- SK
- Slovakia
- Prior art keywords
- block
- measurement
- sensor
- portable device
- voltage
- Prior art date
Links
Landscapes
- Investigating Or Analysing Biological Materials (AREA)
Abstract
Je opísané prenosné zariadenie na analýzu biomarkerov a spôsob jeho činnosti. Deklarované technické riešenie pozostáva z riadiaceho modulu (1), ktorý je pripojený na merací modul (2), pričom ten je vodivo prepojený so senzorom (10). V rámci meracieho modulu (2) sa nachádza blok (9) prídavných senzorov osadený v tesnej blízkosti senzora (10), ktorý je napájaný z bloku (6) generovania napätia a ktorého výstup je sledovaný blokom (8) merania malých prúdov, ako aj blokom (7) merania napätia. Celé zariadenie je riadené mikroprocesorom (3), ktorý inicializuje merania na základe užívateľských príkazov získaných prostredníctvom komunikačného rozhrania (4) a ukladá ich do pamäte (5). Samotné meranie prebieha vložením senzora (10) do zariadenia, vytvorením referenčného merania pred pridaním roztokovej matrice s analytom a následnom opakovaní po pridaní.A portable device for analyzing biomarkers and its method of operation is described. The declared technical solution consists of a control module (1), which is connected to a measuring module (2), while the latter is conductively connected to the sensor (10). Within the measurement module (2) there is a block (9) of additional sensors installed in close proximity to the sensor (10), which is powered by the voltage generation block (6) and whose output is monitored by the small current measurement block (8) as well as by the (7) voltage measurements. The entire device is controlled by a microprocessor (3), which initializes measurements based on user commands obtained through the communication interface (4) and stores them in memory (5). The measurement itself takes place by inserting the sensor (10) into the device, creating a reference measurement before adding the solution matrix with the analyte, and then repeating it after the addition.
Description
Deklarovaný vynález spadá do oblasti diagnostických prístrojov. Prenosné zariadenie pre analýzu biomarkerov a spôsob jeho činnosti predstavuje detekčný systém pre mnohé civilizačné ochorenia, ktoré s malými modifikáciami je možné odhaliť. Prenosné zariadenie pre analýzu biomarkerov pracuje na princípe naviazania biomarkerov na senzor s následným divergovaním jeho elektrických charakteristík.The declared invention falls into the field of diagnostic devices. The portable device for the analysis of biomarkers and the way it works is a detection system for many civilizational diseases, which with minor modifications can be detected. The portable device for the analysis of biomarkers works on the principle of binding biomarkers to the sensor with subsequent divergence of its electrical characteristics.
Doterajší stav technikyCurrent state of the art
Analýzy zamerané na parametre, ako je prítomnosť špecifických biomarkerov, ktoré fungujú na princípe molekulárneho rozpoznávania, predstavujú kľúčovú súčasť moderných laboratórnych zdravotníckych testov. Tieto biomarkery, ktoré sú často proteíny alebo iné molekuly produkované v tele ako reakcia na určité ochorenia alebo stavy, umožňujú diagnostikovať a monitorovať zdravotný stav pacienta s vysokou presnosťou. Včasná diagnostika na základe týchto analýz môže výrazne zmierniť priebeh ochorenia a zlepšiť prognózu pre značný podiel pacientov.Analyzes focused on parameters such as the presence of specific biomarkers that work on the principle of molecular recognition are a key part of modern laboratory health tests. These biomarkers, which are often proteins or other molecules produced in the body in response to certain diseases or conditions, make it possible to diagnose and monitor a patient's health with high accuracy. Early diagnosis based on these analyzes can significantly alleviate the course of the disease and improve the prognosis for a significant proportion of patients.
Jednou z najpoužívanejších techník na štúdium a vyhodnocovanie biomarkerov je enzýmová imunoanalýza (ELISA). ELISA je citlivá metóda, ktorá využíva protilátky na detekciu prítomnosti a koncentrácie špecifických biomarkerov v biologických vzorkách, ako sú krv alebo moč. Táto technika je vysoko presná a umožňuje kvantifikáciu aj veľmi nízkych koncentrácií biomarkerov, čo je kľúčové pre včasnú diagnostiku mnohých ochorení. Nevýhodou tejto techniky je však čas potrebný na vykonanie analýzy a potreba špeciálneho laboratórneho vybavenia a prostredia. ELISA testy môžu byť časovo náročné, čo môže obmedziť ich použiteľnosť v urgentných prípadoch. Navyše, vyžadujú si vyškolený personál a adekvátne laboratórne podmienky, čo môže byť pre niektoré zdravotnícke zariadenia problematické. Preto sa v súčasnosti vyvíjajú nové technológie a metódy, ktoré by mohli tieto obmedzenia prekonať. Napríklad, vývoj rýchlych testov založených na biosenzoroch a iných inovatívnych technológiách sľubuje zrýchlenie diagnostického procesu a zjednodušenie analýz, čím sa zlepší dostupnosť a efektivita zdravotnej starostlivosti. Tieto pokroky môžu v budúcnosti priniesť revolúciu v oblasti diagnostiky a monitorovania zdravotného stavu pacientov, čo umožní rýchlejšie a presnejšie zásahy.One of the most used techniques for studying and evaluating biomarkers is enzyme-linked immunosorbent assay (ELISA). ELISA is a sensitive method that uses antibodies to detect the presence and concentration of specific biomarkers in biological samples such as blood or urine. This technique is highly accurate and enables the quantification of even very low concentrations of biomarkers, which is crucial for the early diagnosis of many diseases. However, the disadvantage of this technique is the time required to perform the analysis and the need for special laboratory equipment and environment. ELISA tests can be time-consuming, which may limit their applicability in emergency situations. In addition, they require trained personnel and adequate laboratory conditions, which can be problematic for some medical facilities. Therefore, new technologies and methods are currently being developed that could overcome these limitations. For example, the development of rapid tests based on biosensors and other innovative technologies promises to speed up the diagnostic process and simplify analyses, thereby improving the accessibility and efficiency of healthcare. These advances may revolutionize the diagnosis and monitoring of patients' health in the future, allowing for faster and more accurate interventions.
Biosenzory môžeme zaradiť do podskupiny chemických senzorov, ktoré dokážu detegovať koncentrácie biomarkerov - analytu v roztokovej matrici. Analyt je možné v rámci roztokovej matrice detegovať viacerými spôsobmi, konkrétne pomocou hmotnostného spektrometra s použitím chromatografie, alebo absorpciou žiarenia špecifických vlnových dĺžok, zmenou vodivosti citlivej zachytávanej vrstvy či zmenou dielektrických vlastností. Avšak viaceré vyhodnocovacie metódy sú drahé, veľké a pomalé, preto sa do popredia dostávajú biosenzory na báze organických tranzistorov. Tieto senzory sa vyznačujú prevažne kompaktnosťou, vysokou citlivosťou a aj rýchlou odpoveďou na podnet, pri zachovaní nízkej výrobnej ceny. Z hľadiska konštrukcie je možné biosenzor rozčleniť na samotný prvok a bioreceptory. Práve bioreceptory zohrávajú kľúčovú úlohu pri detekcii zmienených biomarkerov prostredníctvom biochemických reakcií. Jedná sa o špeciálne molekuly, ktoré slúžia na naviazanie analytu. Podľa využívaných bioreceptorov možno klasifikovať biosenzory na: antigénové, enzýmové, DNA, a bunkové. Bioreceptory sú buď kovalentne pripojené k prevodníku alebo sú obsiahnuté v bioaktívnej vrstve. Najčastejšími typmi bioreceptorov v dnešnej dobe sú protilátkové a enzýmové.Biosensors can be classified as a subgroup of chemical sensors that can detect concentrations of biomarkers - analyte in a solution matrix. The analyte can be detected within the solution matrix in several ways, specifically with the help of a mass spectrometer using chromatography, or by absorbing radiation of specific wavelengths, by changing the conductivity of the sensitive captured layer or by changing the dielectric properties. However, several evaluation methods are expensive, large and slow, therefore biosensors based on organic transistors are coming to the fore. These sensors are mainly characterized by their compactness, high sensitivity and quick response to stimuli, while maintaining a low production price. In terms of construction, the biosensor can be divided into the element itself and bioreceptors. It is bioreceptors that play a key role in the detection of the mentioned biomarkers through biochemical reactions. These are special molecules that serve to bind the analyte. According to the bioreceptors used, biosensors can be classified into: antigenic, enzyme, DNA, and cellular. Bioreceptors are either covalently attached to the transducer or contained in the bioactive layer. The most common types of bioreceptors nowadays are antibody and enzyme.
Avšak využitie biosenzorov s bioaktívnou vrstvou sa vyznačuje viacerými nevýhodami, a to prevažne rýchlou degradáciou spôsobenou prostredím. Zároveň interpretácia signálu z biosenzora s bioaktívnou vrstvou si vyžaduje precízne laboratórne vybavenie, čo je v priamom kontraste s nízkymi výrobnými nákladmi samotného senzoru. Uvedené nedostatky poskytli možnosť riešiť tento problém vhodnými technickými prostriedkami, konkrétne pomocou deklarovaného vynálezu prenosného zariadenia pre analýzu biomarkerov a spôsobu jeho činnosti, ktorý pojednáva o senzore na báze organických polovodivých materiálov a kompaktnom zariadení, schopného interpretácie dát zo zmieneného senzoru.However, the use of biosensors with a bioactive layer is characterized by several disadvantages, namely rapid degradation caused by the environment. At the same time, interpreting the signal from a biosensor with a bioactive layer requires precise laboratory equipment, which is in direct contrast to the low production costs of the sensor itself. The mentioned shortcomings provided an opportunity to solve this problem by appropriate technical means, specifically by means of the declared invention of a portable device for the analysis of biomarkers and its method of operation, which deals with a sensor based on organic semiconducting materials and a compact device capable of interpreting data from the mentioned sensor.
Podstata vynálezuThe essence of the invention
Deklarovaný vynález pozostáva zo samotného zariadenia prenosného zariadenia pre analýzu biomarkerov a senzoru. Samotný senzor je tvorený jedným organickým poľom riadených tranzistorom s plávajúcim hradlom (elektróda na plávajúcom potenciáli). Plávajúce hradlo je ošetrené vhodným surfaktantomThe declared invention consists of the device itself of a portable device for the analysis of biomarkers and a sensor. The sensor itself is formed by one organic field controlled by a transistor with a floating gate (electrode at a floating potential). The floating gate is treated with a suitable surfactant
SK 111-2024 U1 zabezpečujúce adsorpciu analytu z roztokovej matrice. OFET je následne ovládaný pomocou hradlového kondenzátora kde zároveň plávajúce hradlo predstavuje elektródu s plávajúcim potenciálom.SK 111-2024 U1 ensuring the adsorption of the analyte from the solution matrix. The OFET is subsequently controlled using a gate capacitor where the floating gate also represents an electrode with a floating potential.
Prenosné zariadenie pre analýzu biomarkerov pozostáva z meracieho a riadiaceho modulu. Riadiaci modul je tvorený prevažne mikroprocesorom zodpovedným za inicializáciu meraní, spracovania a vykreslenie dát na integrovanom displeji zariadenia. Pomocou komunikačného rozhrania je mikroprocesor schopný prenosu nameraných údajov do osobného počítača pre ich ďalšie uloženie prostredníctvom USB. Merací modul je zodpovedný za priebeh meraní na senzore, pričom je ho možné rozčleniť na blok merania malých prúdov, blok generovania napätia, blok merania napätia a blok prídavných senzorov.The portable device for biomarker analysis consists of a measurement and control module. The control module consists mainly of a microprocessor responsible for the initialization of measurements, processing and rendering of data on the integrated display of the device. Using the communication interface, the microprocessor is able to transfer the measured data to a personal computer for further storage via USB. The measurement module is responsible for the course of measurements on the sensor, while it can be divided into a small current measurement block, a voltage generation block, a voltage measurement block and a block of additional sensors.
V bloku merania malých prúdov sa nachádzajú DC/DC meniče ktoré vytvárajú izolované napájanie pre ADC prevodník a samotnú analógovú časť. Na analógovom vstupe meraného signálu ADC prevodníka sa nachádza pre každý kanál dolnopriepustný filter prvého rádu s medznou frekvenciou aspoň 1KHz na odstránenie zrkadlenia spektra spôsobeného pod vzorkovaním signálu. V analógovej časti sa nachádzajú dva transimpedančné prevodníky, ktoré zabezpečujú spoľahlivú konverziu prúdu na napätie s možnosťou prepínania rozsahov. Celá analógová časť bloku merania malých prúdov je tienená, čo zabraňuje vplyvu okolitého rušenia na veľmi citlivú časť transimpedančného zosilňovača. Tienenie je tvorene feromagnetickým plechom ktorý je vodivo spojení s nulovým potenciálom.In the small current measurement block, there are DC/DC converters that create an isolated power supply for the ADC converter and the analog part itself. At the analog input of the measured signal of the ADC converter, there is a first-order low-pass filter for each channel with a cut-off frequency of at least 1KHz to eliminate spectrum mirroring caused by signal sampling. In the analog part, there are two transimpedance converters, which ensure reliable conversion of current to voltage with the possibility of switching ranges. The entire analog part of the small current measurement block is shielded, which prevents the influence of ambient interference on the very sensitive part of the transimpedance amplifier. The shielding is formed by a ferromagnetic sheet which is conductively connected to zero potential.
V bloku merania napätia sa nachádzajú DC/DC meniče, pričom zabezpečujú napájanie ADC prevodníka a analógovej časti. V analógovej časti sa nachádzajú dva napäťové sledovače, ktoré zabezpečujú spoľahlivé sledovanie napätia, s minimálnym vplyvom na meraný signál. Následne je napäťový signál transformovaný pomocou napäťového deliča a ďalej prispôsobení pre ADC prevodník pomocou operačných zosilňovačov. Rovnako ako blok merania malých prúdov, aj tento blok je galvanicky oddelený.There are DC/DC converters in the voltage measurement block, which provide power to the ADC converter and the analog part. In the analog part, there are two voltage trackers, which ensure reliable voltage monitoring, with minimal influence on the measured signal. Subsequently, the voltage signal is transformed using a voltage divider and further adjusted for the ADC converter using operational amplifiers. Like the small current measurement block, this block is also galvanically isolated.
Blok generovania napätia je tvorený DAC prevodníkom, ktorý zabezpečuje konverziu digitálnej hodnoty na analógový signál. Druhou dôležitou časťou je analógová časť, ktorá zosilňuje výstup DAC prevodníka na požadovanú úroveň napätia, maximálne až na ±32V. Ako posledná časť je napájacia časť ktorá dodáva potrebné napätia a prúdy pre jednotlivé časti.The voltage generation block is formed by a DAC converter, which ensures the conversion of a digital value into an analog signal. The second important part is the analog part, which amplifies the output of the DAC converter to the desired voltage level, up to ±32V maximum. The last part is the power supply part which supplies the necessary voltages and currents for individual parts.
V rámci bloku prídavných senzorov sa nachádzajú komerčné senzory zamerané na detekciu teploty, vlhkosti, tlaku a VOC (volatile organic compounds) a elektronické obvody potrebné pre ich korektné fungovanie. Funkcionalita bloku prídavných senzorov spočíva monitorovaní podmienok, pri ktorých prebieha samotné meranie.Within the block of additional sensors there are commercial sensors aimed at detecting temperature, humidity, pressure and VOC (volatile organic compounds) and electronic circuits necessary for their correct functioning. The functionality of the block of additional sensors consists in monitoring the conditions under which the measurement itself takes place.
Všetky bloky meracej časti obsahujú aj galvanický izolátor, ktorý zabezpečuje ich galvanické oddelenie a tým minimalizuje riziko interferencií a prenosu šumu. Taktiež tento optický izolátor zabezpečuje bezpečnú a spoľahlivú komunikáciu medzi meracou kartou a základnou doskou prostredníctvom optického prenosu dát.All blocks of the measuring part also contain a galvanic isolator, which ensures their galvanic separation and thus minimizes the risk of interference and noise transmission. Also, this optical isolator ensures safe and reliable communication between the measuring card and the base board through optical data transmission.
Samotná činnosť zariadenia je podmienená vložením senzoru do zariadenia prenosného zariadenia pre analýzu biomarkerov. Kontakty senzoru sú prepojené s meracím modulom, pričom blok generovania napätia priloží na senzor konštantné napätie. Prostredníctvom bloku merania napätia a bloku malých prúdov je získaná charakteristika organického poľom riadeného tranzistoru s plávajúcim hradlom. Tieto údaje predstavujú referenčné meranie, ktoré je zahájené pred pridaním roztokovej matrice na predĺžené hradlo senzoru. Následne po pridaní roztokovej matrice, ktorá obsahuje analyt dochádza k jeho naviazaniu prostredníctvom surfaktantu na predĺžené hradlo. Následne nábojovo modulované organický tranzistor je ovládané pomocou hradlového ovládacieho kondenzátora, kde plávajúce hradlo predstavuje elektródu s plávajúcim potenciálom. Tým dochádza k zmene jeho prevodovej a výstupnej charakteristiky, ktorá je vyhodnocovaná na základe údajov získaných prostredníctvom bloku merania prúdu a bloku merania napätia.The operation of the device itself is conditioned by the insertion of the sensor into the device of the portable device for the analysis of biomarkers. The contacts of the sensor are connected to the measuring module, while the voltage generation block applies a constant voltage to the sensor. Through the block of voltage measurement and the block of small currents, the characteristic of the organic field controlled transistor with a floating gate is obtained. These data represent a reference measurement that is initiated prior to the addition of the solution matrix to the extended gate of the sensor. Subsequently, after the addition of the solution matrix, which contains the analyte, it is bound by means of the surfactant to the extended gate. Subsequently, the charge-modulated organic transistor is controlled by means of a gate control capacitor, where the floating gate represents an electrode with a floating potential. This changes its transmission and output characteristics, which are evaluated on the basis of data obtained through the current measurement block and the voltage measurement block.
Prehľad obrázkov na výkresochOverview of images on drawings
Obr. č. 1: Bloková schéma prenosného zariadenia pre analýzu biomarkerovfig. no. 1: Block diagram of a portable device for biomarker analysis
Príklady uskutočneniaImplementation examples
Jednotlivé uskutočnenia podľa technického riešenia sú predstavované na ilustráciu a nie ako obmedzenia technických riešení. Odborníci poznajúci stav techniky nájdu alebo budú schopní zistiť s použitím nie viac ako rutinného experimentovania mnoho ekvivalentov k špecifickým uskutočneniam technického riešenia. Aj takéto ekvivalenty budú spadať do rozsahu nasledujúcich nárokov na ochranu.Individual embodiments according to the technical solution are presented for illustration and not as limitations of the technical solutions. Those skilled in the art will find or be able to find, using no more than routine experimentation, many equivalents to specific embodiments of the technical solution. Such equivalents will also fall within the scope of the following protection claims.
SK 111-2024 U1SK 111-2024 U1
Príklad 1Example 1
V tomto príklade konkrétneho uskutočneného systému technického riešenia je opísaný prenosné zariadenie pre analýzu biomarkerov a samotný senzor 10.In this example of a particular implemented system of the technical solution, a portable device for analyzing biomarkers and the sensor 10 itself are described.
Prenosné zariadenie pre analýzu biomarkerov pozostáva z riadiaceho modulu 1 a meracieho modulu 2. Riadiaci modul je tvorený mikroprocesorom 3 zodpovedným za inicializáciu meraní, spracovania a vykreslenie dát na integrovanom displeji zariadenia a uložení v pamäti 5. Pomocou komunikačného rozhrania 4 je mikroprocesor 3 schopný prenosu nameraných údajov do osobného počítača pre ich ďalšie uloženie prostredníctvom USB. Merací modul 2 je zodpovedný za priebeh meraní na senzore 10, pričom je ho možné rozčleniť na blok 8 merania malých prúdov, blok 6 generovania napätia, blok 7 merania napätia a blok 9 prídavných senzorov, pričom všetky bloky s mikroprocesorom 3 komunikujú prostredníctvom PCI-E konektora.The portable device for the analysis of biomarkers consists of a control module 1 and a measurement module 2. The control module consists of a microprocessor 3 responsible for initializing measurements, processing and rendering data on the integrated display of the device and storing them in memory 5. Using the communication interface 4, the microprocessor 3 is capable of transmitting measured data to a personal computer for further storage via USB. The measurement module 2 is responsible for the course of measurements on the sensor 10, while it can be divided into a small current measurement block 8, a voltage generation block 6, a voltage measurement block 7 and a block 9 of additional sensors, while all blocks communicate with the microprocessor 3 via PCI-E connector.
V rámci bloku 8 merania malých prúdov sa nachádzajú dva DC/DC izolované meniče, ktoré vytvárajú izolované napájanie pre ADC prevodník a analógovú časť bloku 8 merania malých prúdov. Prvý DC/DC menič slúži na konverziu napätia z 5V na ±3,3V ktoré je následne stabilizovane LDO stabilizátorom na +2,5V a LDO stabilizátorom na -2,5V ktoré napájajú analógovú časť. Druhy DC/DC menič slúži na konverziu napätia z 5V na 5V ktoré sú následne stabilizovane LDO stabilizátorom na +3,3V pre napája digitálnej časti ADC prevodníka pričom druhy LDO stabilizátorom na +3,3V pre napájanie analógovej časti ADC prevodníka. Okrem týchto dvoch LDO stabilizátorov sa na tomto DC/DC meniči nachádza aj napäťová referencia na 3,3V pre ADC prevodník. V analógovej časti sa nachádzajú dva transimpedančné prevodníky založené na operačných zosilňovačoch. Pričom pre transformáciu prúdu na napätie sú použite kvalite tenkovrstvové metalické SMD odpory s hodnotami 100Ω, 100kΩ a 100ΜΩ, čo reprezentovalo meracie rozsahy +-20nA, +- 16uA a +- 16mA.Within block 8 of small current measurement there are two DC/DC isolated converters that create an isolated power supply for the ADC converter and the analog part of block 8 of small current measurement. The first DC/DC converter serves to convert the voltage from 5V to ±3.3V, which is subsequently stabilized by an LDO stabilizer to +2.5V and an LDO stabilizer to -2.5V, which power the analog part. The type of DC/DC converter is used to convert the voltage from 5V to 5V, which is then stabilized by an LDO stabilizer to +3.3V for powering the digital part of the ADC converter, while the type of LDO stabilizer to +3.3V is used to power the analog part of the ADC converter. In addition to these two LDO stabilizers, there is also a 3.3V voltage reference for the ADC converter on this DC/DC converter. In the analog part, there are two transimpedance converters based on operational amplifiers. While for current to voltage transformation, quality thin-film metallic SMD resistors with values of 100Ω, 100kΩ and 100ΜΩ were used, which represented the measurement ranges of +-20nA, +- 16uA and +- 16mA.
Najdôležitejšia časť v bloku 6 generovania napätia je DAC prevodník, ktorý zabezpečuje konverziu digitálnej hodnoty na analógový signál. Druhou dôležitou časťou je analógová časť ktorá zosilňuje výstup DAC prevodníka na požadovanú úroveň napätia, maximálne až na ±32V.The most important part in block 6 of voltage generation is the DAC converter, which ensures the conversion of a digital value into an analog signal. The second important part is the analog part which amplifies the output of the DAC converter to the desired voltage level, up to ±32V maximum.
Blok 7 merania napätia pozostáva zo šiestich DC/DC izolovaných meničov. Prvý DC/DC menič zabezpečuje napájanie +3,3V pre digitálnu časť ADC prevodníka, pričom ďalšie DC/DC meniče sú s výstupmi prepojené do série a spolu generujú napätia ±36V ktoré je následne stabilizované a napája analógovú časť. V analógovej časti sa nachádzajú dva napäťové sledovače, ktoré zabezpečujú spoľahlivé sledovanie napätia, s minimálnym vplyvom na meraný signál. Tieto napäťové sledovače sú založené na operačných zosilňovačoch. Následné je napäťový signál transformovaný pomocou napäťového deliča a ďalej prispôsobení pre ADC prevodník pomocou operačných zosilňovačov.Block 7 of voltage measurement consists of six DC/DC isolated converters. The first DC/DC converter provides a +3.3V power supply for the digital part of the ADC converter, while the other DC/DC converters are connected in series with the outputs and together generate voltages of ±36V, which is then stabilized and supplies the analog part. In the analog part, there are two voltage trackers, which ensure reliable voltage monitoring, with minimal influence on the measured signal. These voltage followers are based on operational amplifiers. Subsequently, the voltage signal is transformed using a voltage divider and further adjusted for the ADC converter using operational amplifiers.
V bloku 9 prídavných senzorov sa nachádza senzor teploty, vlhkosti a VOC s ich prispôsobovacími komponentmi. Základom zvoleného senzorického prvku je organickým poľom riadený tranzistor s plávajúcim hradlom v štruktúre top contact botom gate. Hrúbka deponovaného organického polovodiča DNTT bola 100 nm, pri zachovaní šírky kanála 100 μm a dĺžkou 5 mm.In block 9 of additional sensors there is a temperature, humidity and VOC sensor with their adjustment components. The basis of the selected sensor element is an organic field-controlled transistor with a floating gate in the top contact botom gate structure. The thickness of the deposited organic semiconductor DNTT was 100 nm, while maintaining a channel width of 100 μm and a length of 5 mm.
Príklad 2Example 2
Princíp činnosti vynálezu prenosného zariadenia pre analýzu biomarkerov je založený na generovaní napäťového signálu prostredníctvom bloku 6 generovania napätia, pričom je súčasne snímaná odozva senzora 10. Konkrétne celé meranie prebieha inicializáciou bloku 7 merania napätia a bloku 8 merania malých prúdov počas generovania napätia. Následne je do prístroja vložený senzor 10, kde je zvolená príslušná metóda merania. Pre meranie senzorických tranzistorov je to meranie prevodovej charakteristiky, kde sa načítajú aj príslušne meracie rozsahy. Po načítaní príslušných parametrov merania sa spustí cyklus merania, ktorý spočíva v nastavení konštantného napätia na elektródy senzora 10 a získania referenčnej prevodovej charakteristiky s postupným rozmietaním napätia v príslušných rozmedziach.The principle of operation of the invention of the portable device for biomarker analysis is based on the generation of a voltage signal through the voltage generation block 6, while the response of the sensor 10 is simultaneously sensed. Specifically, the entire measurement takes place by initializing the voltage measurement block 7 and the small current measurement block 8 during voltage generation. Subsequently, the sensor 10 is inserted into the device, where the appropriate measurement method is selected. For the measurement of sensor transistors, it is the measurement of the transfer characteristic, where the corresponding measurement ranges are also loaded. After reading the relevant measurement parameters, the measurement cycle is started, which consists in setting a constant voltage to the electrodes of the sensor 10 and obtaining a reference transfer characteristic with a gradual sweep of the voltage in the relevant ranges.
Následne je na plávajúce hradlo senzora 10 umiestnená roztoková matrica obsahujúca analyt, ktorý mení potenciál na danom hradle a tým mení jeho výstupné elektrické parametre. Po aplikovaní analytu na plávajúce hradlo je znova vykonané meranie prevodovej charakteristiky senzora 10. Z ktorej je následne vyhodnocovaná miera zmeny parametru prahového napätia, ktoré zodpovedá miere detekcie zvolených látok.Subsequently, a solution matrix containing an analyte is placed on the floating gate of the sensor 10, which changes the potential on the given gate and thereby changes its output electrical parameters. After applying the analyte to the floating gate, the measurement of the transfer characteristic of the sensor 10 is performed again. From this, the rate of change of the threshold voltage parameter, which corresponds to the rate of detection of the selected substances, is subsequently evaluated.
Priemyselná využiteľnosťIndustrial applicability
Priemyselná využiteľnosť deklarovaného technického riešenia. Prenosné zariadenie pre analýzu biomarkerov, spočíva v detekcii analytu v rôznych roztokových matriciach. Zariadenie je preto možné využívať na v zdravotníctve na detekciu prítomnosti konkrétnych biomarkerov v krvi s vysokou presnosťou pri zachovaní nízkej výrobnej a prevádzkovej ceny.Industrial applicability of the declared technical solution. A portable device for the analysis of biomarkers, it consists in the detection of the analyte in different solution matrices. The device can therefore be used in healthcare to detect the presence of specific biomarkers in blood with high accuracy while maintaining a low production and operating price.
SK 111-2024 U1SK 111-2024 U1
Zoznam vzťahových značiekList of relationship tags
1. Riadiaci modul1. Control module
2. Merací modul2. Measuring module
Claims (6)
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
SK111-2024U SK10296Y1 (en) | 2024-06-28 | 2024-06-28 | Portable biomarker analysis device and how it works |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
SK111-2024U SK10296Y1 (en) | 2024-06-28 | 2024-06-28 | Portable biomarker analysis device and how it works |
Publications (2)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
SK1112024U1 true SK1112024U1 (en) | 2024-11-20 |
SK10296Y1 SK10296Y1 (en) | 2025-03-26 |
Family
ID=93461573
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
SK111-2024U SK10296Y1 (en) | 2024-06-28 | 2024-06-28 | Portable biomarker analysis device and how it works |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
SK (1) | SK10296Y1 (en) |
-
2024
- 2024-06-28 SK SK111-2024U patent/SK10296Y1/en unknown
Also Published As
Publication number | Publication date |
---|---|
SK10296Y1 (en) | 2025-03-26 |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
Zhang et al. | Sweat biomarker sensor incorporating picowatt, three-dimensional extended metal gate ion sensitive field effect transistors | |
Rashed et al. | Rapid detection of SARS-CoV-2 antibodies using electrochemical impedance-based detector | |
Fan et al. | A wireless point-of-care testing system for the detection of neuron-specific enolase with microfluidic paper-based analytical devices | |
US7972494B2 (en) | Application of biosensor chips | |
US10258991B2 (en) | High sensitivity multichannel detection device | |
JP5769020B2 (en) | IC chip with multiple electrodes | |
Duarte-Guevara et al. | Characterization of a 1024× 1024 DG-BioFET platform | |
Pradhan et al. | Single-use biomimetic sensors for rapid and sensitive cortisol detection in blood | |
Thewes et al. | CMOS-based biosensor arrays | |
SK1112024U1 (en) | A portable device for analyzing biomarkers and its method of operation | |
Zeng et al. | A LoC Ion Imaging Platform for Spatio-Temporal Characterisation of Ion-Selective Membranes | |
US12140558B2 (en) | Biosensor using FET element and extended gate, and operating method thereof | |
US20140235480A1 (en) | Ultra-sensitive Detection of Analytes | |
Tonello et al. | Screen-printed biosensors for the early detection of biomarkers related to Alzheimer disease: preliminary results | |
Sarangadharan et al. | Blood based biomarker detection using FET biosensor: towards self-health management | |
US20200264126A1 (en) | Electrochemical measurement method and system | |
KR20210060932A (en) | Bio sensor using fet element and extend gate, and operating method thereof | |
JP7492615B2 (en) | Biosensor Chip | |
Bergstrøm et al. | Rapid detection of E. coli cells in urine samples using a self-capacitance touchscreen device | |
de Sá | Development of a controller for gene‐expression analysis using field-effect devices | |
Fernández et al. | Portable measurement system for FET type microsensors based on PSoC microcontroller | |
CN102954988A (en) | System and method for detecting moving state of extracellular ion of organism | |
US20180185838A1 (en) | A biochemical analytical technique | |
WO2025024598A1 (en) | Biomarker detection using graphene field effect transistor sensor arrays and multichannel data acquisition | |
Twiddy et al. | Modular Platform for Mobile Biosensing with Extended Gate Field-Effect Transistors |