CN104330444A - 具有近距离无线通信基础的电气化学性生物传感器及利用其测定成分的方法 - Google Patents
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Abstract
本发明提供一种利用与智能手机类似的无线通信机器进行联动可进行成分测定的近距离无线通信基础的电气化学性生物传感器及利用其测定成分的方法,所述近距离无线通信基础的电气化学性生物传感器,其特征在于,包括壳体(10),形成试料流入通道(14a);成分测定电极(20),设置在所述壳体(10)的内部测定试料的特定成分;反应试药部(30),设置在所述壳体(10)的内部与试料进行反应;试料识别电极(40),设置在所述壳体(10)的内部识别试料的流入;天线(50),与智能机器(200)或测定器(210)接收传送信号及电力;控制用IC芯片(60),控制所述成分测定电极(20)、试料识别电极(40)、天线(50)。
Description
技术领域
本发明涉及一种具有近距离无线通信基础的电气化学性生物传感器及利用其成分测定的方法,更具体地说近距离可以与无线通信的机器,即智能手机、智能平板机等类似的智能机器联动对人或者动物的血液或者体液等的生物成分用监控显示的以近距离无线通信为基础的天线和IC(IC;Integrated Circuit)芯片形成一体化制造的电气化学性生物传感器及利用其成分测定的方法。
背景技术
最近现代人的饮食习惯趋向于西方化,因此造成被糖尿病、高血脂症、血栓患者等所谓的成人疾病所困扰的人们不断增加,年轻女性因为过度的减肥造成身体的铁成分缺失造成贫血患者激增。测量这样疾病的轻重与否简单的方法是测量血液内的生物成分。生物成分测定包括测量血糖、贫血、血液凝固等各种成分的量,优点是一般人不用去医院就可以判断出特定成分的数值是否在正常范围内。
生物成分测定中最简单的方法中其中之一是利用电气化学一次性生物传感器从手指尖抽出的血液注入到条后电气化学性或者利用光度法对输出信号定量分析,这样的方法在测定机上可显示可用成分量,因为不需要专业知识因此适合普通人。
以往的电气化学性生物传感器在‘专利文献1’已公开。图1是以往的电气化学性生物传感器的图示。以往的电气化学性生物传感器1由作业电极2、基准电极3及检体识别电极4形成的下板5;形成检体插入流路6在下板上叠层的中板7;中板上叠层的上板8构成,作业电极2、基准电极3及检体识别电极4的连接端子9插入到测定器,如图2所示,测定器 上显示血液的特定成分。
但是这样的以往的电气化学性生物传感器,使用者需要单独购买测定器从经济方面增加了负担,存在旅行等移动时测定器需要携带的问题。
现有技术文献
专利文献
(专利文献001)KR10-1003077B1(2010.12.21)
发明内容
(要解决的技术问题)
本发明为了解决上述问题,提供一种不用单独的携带测定器,可利用具有近距离无线通信[NFC;Near Field Communication或者RFID;Radio-Frequency Identification]功能的智能机器进行诊断生物成分的数值的近距离无线通信为基础,即,天线和IC芯片形成一体化制造的电气化学性生物传感器及利用其测定成分的方法。
(解决问题的手段)
为解决如上课题,根据本发明近距离无线通信的电气化学性生物传感器,其特征在于,包括:壳体,形成试料流入通道;成分测定电极,设置在所述壳体的内部测定试料的特定成分;反应试药部,设置在所述壳体的内部与试料进行反应;试料识别电极,设置在所述壳体的内部识别试料的流入;天线,与智能机器或测定器接收传送信号及电力;控制用IC芯片,控制所述成分测定电极、试料识别电极、天线。
根据利用本发明近距离无线通信的电气化学性生物传感器测定成分的方法,其特征在于,包括:近距离无线通信的电气化学性生物传感器的试料流入通道内使试料流入的试料注入阶段;所述近距离无线通信的电气化学性生物传感器内使智能机器接近的临近阶段;使所述智能机器的NFC功能启动,向所述近距离无线通信的电气化学性生物传感器供给电力,通过所述试料识别电极判断试料是否流入的试料流入是否判断阶段;通过所述成分测定电极对需要测定的成分量进行测定的测定阶段;已测定的成分量输入到处理器内含的算法,对数值进行计算的内部处理阶段;通过所述 天线所述智能机器或者测定器内计算的结果进行传送的传送阶段;及所述智能机器或者测定器接收到信号的话,利用智能机器或者测定器内含的应用程序在显示器进行显示或用扬声器进行语音提示的接收及显示阶段。
发明效果
根据本发明近距离无线通信的电气化学性生物传感器不需要单独另购买测定器,可以购买单个的条因此在经济上节约成本,并且现代人可以利用随身携带的智能机器,即便在旅行时忘记携带测定器时也可以对血糖、贫血、血液凝固时间等的做出现场诊断。
附图说明
图1是以往的电气化学性生物传感器分解示意图。
图2是结合于以往的电气化学性生物传感器的测定器。
图3是根据本发明近距离无线通信的电气化学性生物传感器的概念图。
图4是根据本发明近距离无线通信的电气化学性生物传感器的立体图及分解立体图。
图5是根据本发明近距离无线通信的电气化学性生物传感器内控制用IC芯片的内部构成图。
图6是利用生物传感器测定器或者智能机器的实施形态。
图7是根据本发明利用近距离无线通信的电气化学性生物传感器成分测定方法的流程图。
图8是根据本发明近距离无线通信的电气化学性生物传感器应用在医疗支援系统的构成图。
(标号说明)
10:壳体 12:下板
14:中板 14a:试料流入通道
16:上板 16a:空气排出口
20:成分测定电极 30:反应试药部
40:试料识别电极 50:天线
60:控制用IC芯片 61:变速器
62:信号感应器 63:处理器
64:A/D转换器 65:电力生成器
66:放大器 67:信号变换器
100:根据本发明近距离无线通信的电气化学性生物传感器
200、300:智能机器 210:测定器
400:管理服务器
具体实施方式
下面是通过根据本发明近距离无线通信的电气化学性生物传感器及利用其成分测定的方法的参照附图更详细的说明。
图3是根据本发明近距离无线通信的电气化学性生物传感器的概念图。图4是根据本发明近距离无线通信的电气化学性生物传感器的立体图及分解立体图。图5是根据本发明近距离无线通信的电气化学性生物传感器内控制用IC芯片的内部构成图。图6是利用生物传感器测定器或者智能机器的实施形态。
本发明的基本技术思想与图3所示一致,在近距离无线通信的电气化学性生物传感器100传感的测定值不需要另购买测定器,可在已经在大部分人群中普及的智能机器200上显示诊断结果。
根据本发明近距离无线通信的电气化学性生物传感器100,包括:壳体10,形成试料流入通道14a;成分测定电极20,设置在所述壳体10的内部测定试料的特定成分;反应试药部30,设置在所述壳体10的内部与试料进行反应;试料识别电极40,设置在所述壳体10的内部识别试料的流入;天线50,与智能机器或测定器接收传送信号及电力;控制用IC芯片60,控制所述成分测定电极20、试料识别电极40、天线50。即,根据本发明近距离无线通信的电气化学性生物传感器100由形成试料流入通道14a的壳体10和其内部形成的成分测定电极20、反应试药部30、试料识别电极40、天线及控制用集合电路芯片60(以下简称‘控制用IC芯片等’)构成,控制用IC芯片等考虑到为制造商提供便利在壳体10内部合适位置 形成。
如果考虑到制造的便利性,参考图4b,壳体10的3层的构造,即,由下板12、中板14及上板16的多层构造为可优选。上中下各板的虽没有制约,但为了在制造、印刷、保管、包装等的方面更加容易,制造成条形态为优选。以下是本发明的壳体10由下板12、中板14及上板16的多层构造形成的实施形态说明。
在下板12形成成分测定电极20、反应试药部30、试药识别电极40、天线50及控制用IC芯片60。
下板12一面是安装成分测定电极20、反应试药部30、试料识别电极40、天线50及控制用IC芯片60,另一面是作为根据本发明近距离无线通信的电气化学性生物传感器100的外面形成的构成要素,例如在柔性印刷电路板(FPCB:Flexible Printed Circuit Board)可以使用PET(PET:Polyethylene Terephatalate,聚对苯二甲酸乙二醇酯)膜、PI(PI:Polyimide,聚酰亚胺)膜。这里聚酯膜等在下板12例举的理由为近距离无线通信的电气化学性生物传感器100在血液等的试料流入测定后,因条1次性用过之后很难再次使用,尽可能的优选使用节约制造成本的材料。因此,根据本发明近距离无线通信的电气化学性生物传感器的制造工艺上最大的优点是使用聚酯膜、聚酰亚胺膜等的情况时下板12内安装的成分测定电极20、试料识别电极40及天线50并非各个分别形成,而是用丝网印刷、凹版印刷、镀膜、激光制图、湿法刻蚀或者镀金方式一次性的工艺并可同时形成,降低大批量生产制造费用。这时,成分测定电极20,试料识别电极40及天线50的材质为金、白金、银、铝、钯、铜、铜镀镍或者铜镍金顺序镀金的铜镍金合金中任何一种,根据各金属的特性不同可选择丝网印刷、凹版印刷、溅射镀膜、激光制图、湿法刻蚀、镀金等适当的方法。
成分测定电极20是由临近的一对电极构成,一对电极之间流入的试料在反应试药部30进行反应,测定变动的电的特性,从而掌握试料里包含需要测定的成分的量的一种构成要素。
反应试药部30作为与试料的需测定的成分进行反应后使试料的电气化学性特性发生变化的一种构成要素,生物试料和选择性的反应的反应试 药,例如酶、特定高分子物质等固定形成。反应试药部30为了测定血糖、贫血、血液凝固时间等,需选择合适的与各个指标成分可反应的反应试药。反应试药部30可优选的在一对成分测定电极20的表面固定,其理由是在成分测定电极20测定试料的电气性特性,如果以反应试药固定在成分测定电极20表面的结构,试料的电气化学性特性的变化可最敏感的进行测定。
试料识别电极40配置临近于成分测定电极20,作为感应充分量的生物试料是否流入的一种构成要素,与图4所示一致,可在成分测定电极20之间的试料流入通道14a下端部形成。或者图1所示的也可以像以往技术一样从试料流入通道14a角度看可形成在成分测定电极20的后方。图4图示的试料识别电极40的配置与图1图示的试料识别电极40的配置具有共同点的构造,也就是都需要成分测定电极20内流入充分量的试料后,试料才可以流入试料识别电极40。如果试料识别电极40作为可以感应成分测定电极20内试料充分流入的一种构成的话,将没有形状与配置的局限。
天线50在下板12上形成,作为与外部的智能机器200或者测定器210接收和传输信号(数据或者控制命令)及电力的一种构成要素,通常薄膜或者厚膜形态的导线以一定的模式重叠缠绕的形态形成。天线的规格(导线幅宽、模式等)根据近距离无线通信的频率、到达距离、每小时能量传送量的不同发生变化,这一点对于一般的技术人员设计方面的事项,因此具体的说明省略。
控制用IC芯片60与成分测定电极20、试料识别电极40及天线50连接,从与智能机器200或者测定机210临近的天线50处生成电力并利用此能量在成分测定电极20及试料识别电极40执行电气化学性信号检测,测定出的成分的数据通过电线50向外部的智能机器200或者测定器210传送。控制用IC芯片60与图5一致,包括调制器61、信号感应器62、处理器63、A/D转换器64,根据需要还包括电力生成器65、放大器66或者信号变换器67。
调制器61作为将测定的数据传送向智能机器200或者测定器210,在内含测定数据的信号传送时调制出合适的波形的一种构成要素,根据现在 的近距离无线通信标准调制多种频带的信号传送到天线50。
信号感应器62感应通过电线50接收到从智能机器200或者测定器210传送的数据或者控制命令,传送到处理器63的一种构成要素。通过调制器61和信号感应器62,使根据本发明的近距离无线通信的电气化学性生物传感器100与智能机器200或者测定器210之间可以通信。
处理器63作为一种处理从处理智能机器200或者测定器210传送的命令,通过试料识别电极40感知试料的识别,利用成分测定电极20将需要测定的成分量数据化的一种构成要素,属于一种微处理器。
A/D转换器64作为一种将模拟信号变换成数字信号的构成要素,在成分测定电极20感知到与电流一样的模拟信号,将其变换成处理器63内可以进行处理的数字信号后提供给处理器63。
电力生成器65作为根据本发明近距离无线通信的电气化学性生物传感器100没有电池的被动型时,从外部智能机器200或者测定器210接收到电力,生成调制器61、处理器63等的驱动时所需电力的一种构成要素,如果内部存在电池的情况下可以省略电力生成器65。
放大器66作为增加信号大小的一种构成要素,在试料识别电极40、成分测定电极20感应到的信号非常微弱的情况时对其进行增幅使信号处理变得容易。放大器66在处理器63性能良好的情况或者在试料识别电极40、成分测定电极20感应的信号大小非常充分的情况下可以省略。
信号变换器67作为在试料识别电极40、成分测定电极20感应到的信号在处理时变换成合适的形态的一种构成要素,例如可以是电流变换为电压。通常,电子元件是输入电压值后进行处理的情况较多,因此普通利用将电流值转换成电压值的信号变换器67。信号变换器67根据本发明近距离无线通信的电气化学性生物传感器100内部的元件设计,如果可以处理电流值的情况下可以省略。
控制用IC芯片60根据试料识别电极40的类型不同从静电容量的变化可以识别试料的流入(非接触式),施加电压并感应流动的电流量的变化,从而可以识别试料的流入(接触式)。不论哪种方法感应到试料流入,控制用IC芯片60向成分测定电极20施加电压并测定电流和测定变化。反应试药部30及根据反应的成分的种类不同达到稳定状态(steady state) 的时间会有多少的差异,所定的时间超过后控制用IC芯片60在成分测定电极20感应到测定的电的特性的变化量后通过天线50传送到外部的智能机器200或者测定器210。
控制用IC芯片60的动作时所需的电力通过天线50从外部的智能机器200或者测定器210处供给或者从内置电池处供给。在近距离无线通信,控制用IC芯片60的电力从外部的智能机器200或者测定器210处生成的类型是被动型(Passive type),内置可以供给电力的电池的类型属于主动型(Active type),主动型的情况对于电池本身及为了电池的内置需增加工艺,造成费用的上升,因此根据本发明近距离无线通信的电气化学性生物传感器100属被动型,即,优选包括电力生成器65的构造。但是,智能机器200或者测定器210与根据本发明的近距离无线通信的电气化学性生物传感器100之间距离较远的情况为了通信需要大量的电力时,根据本发明近距离无线通信的电气化学性生物传感器100可以另内置电池。
对控制用IC芯片60包括电力生成器65的被动型情况进行说明。利用根据本发明近距离无线通信的电气化学性生物传感器100为了对特定成分的测定需要将智能机器200或者测定器210靠近生物传感器(现今所谓NFC的标准化近距离无线通信的频率宽幅为13.56MHz,最大动作距离为20cm以内,普通在10cm以为使用。RFID的情况在频率宽幅或者动作距离会不同)。智能机器200或者测定器210接近生物传感器的话在智能机器200或者测定器210内天线50会发生电磁感应现象,控制用IC芯片60的电力发生器65通过这样的电磁感应对传达的电力适当变换和生成所需要的电压并供给内部的元件。测定出的成分的数据通过天线50传达到外部的智能机器200或者测定器210,利用智能机器200或者测定器210内设置的应用,通过处理在智能机器200或者测定器210通过显示器对数值显示或通过扬声器进行语言向导。
中板14由板块形成,一侧由可以流入试料的试料流入通道14a形成。中板14的材质优选为可以防止成分测定电极20、试料识别电极40及天线50之间断路的绝缘材质,要使下板12天线50和外部智能机器200或者测定器210之间的可以近距离无线通信,必须是在NFC、RFID等多种频率宽幅可以使用的材质。因此中板14的材质与下板12相同,可以是PET、 PI。中板14叠加在下板12的上部,对下板12上形成的成分测量电极20、反应试药部30、试料识别电极40、天线50及控制用IC芯片60从外部起到保护作用。
上板16是由板块形成,下板12与中板14叠层结合后叠加在上部,在中板14形成的试料流入通道14a对应的位置可形成空气排出口16a。下板12、中板14、上板16按顺序形成叠层,中板14的试料流入通道14a形成毛细管,试料通过毛细管现象从试料流入通道14a的入口,自动向试料流入通道14a的内部流入。这时,在上板16形成空气排出口16a的情况时,通过空气排出口16a将根据试料的流入量的多少进行空气的排出减少内部的压力,使试料的流入时更加容易。
图6是生物传感器利用测定器或者智能机器的事实形态的图示。根据本发明近距离无线通信的电气化学性生物传感器100作为与天线50一体化的构造,参照图6(a)所示的NFC功能通过装载的测定器210显示出测定值或者参照图6(b)所示的NFC/RFID功能通过内置的智能机器200显示出测定值。这时,天线50的具体形态成为NEC标签或者RFID标签。本发明的基本技术思想是无需另单独购买一个测定器而是使用已经广泛持有的智能机器,本发明里所说的利用NFC/RFID可参照图6b所示的NFC/RFID功能利用内置的智能机器200与根据本发明的近距离无线通信的电气化学性生物传感器100进行通信为可优选。
下面,关于利用根据本发明近距离无线通信的电气化学性生物传感器对成分测定方法进行说明。图7是根据本发明利用近距离无线通信的电气化学性生物传感器成分测定方法的流程图。
1.试料投入阶段S10:根据本发明近距离无线通信的电气化学性生物传感器100在试料投入通道14a使试料流入。
2.临近阶段S20:使智能机器200或者测定器210接近根据本发明的近距离无线通信的电气化学性生物传感器100。
3.判断试料是否流入阶段S30:智能机器200或者测定器210的NFC功能启动为根据本发明的近距离无线通信的电气化学性生物传感器100供给电力,通过试料识别电极40判断试料是否充分流入。判断试料充分流入时进入下一个阶段,如流入的试料不充分时则维持在临近阶段S20,持 续测定试料是否流入。
4.测定阶段S40:通过成分测定电极20测定需要测定的成分量。
5.内部处理阶段S50:根据已测定出的成分量不同增幅、A/D转换后,输入到处理器63内置的算法对数值进行计算。
6.传送阶段S60:通过天线50向外部的智能机器200或者测定器210传送计算出的结果。
7.接收及显示阶段S70:智能机器200或者测定器210内接收到信号后,利用智能机器200或者测定器210内置的应用程序等在显示器进行显示或者由扬声器进行语音向导。
下面,利用根据本发明的近距离无线通信的电气化学性生物传感器的一个应用实例对医疗支援系统进行说明。图8是根据本发明近距离无线通信的电气化学性生物传感器应用在医疗支援系统的构成图。
利用根据本发明的近距离无线通信的电气化学性生物传感器的医疗支援系统是根据本发明的近距离无线通信的电气化学性生物传感器100,包括使用者的智能机器200或者测定器210、保护者的智能机器300及管理服务器400,下面对使用者的血液作为试料的情况进行说明。
根据本发明的近距离无线通信的电气化学性生物传感器100及使用者的智能机器200或者测定器210与上述说明一致,再次省略重复说明。
保护者的智能机器300从使用者的智能机器200或者管理服务器400接收到使用者的血糖量等的信息,可对使用者的健康状况进行观察。例如在使用者接近低血糖的状况时并在使用者失去意识之前,保护者通过联系通知使用者摄取糖分,预防发生危险。
管理服务器400作为反复的测定使用者的血糖量等进行储存,对使用者、保护者或者医生对使用者的健康状况的输入通过监控器控制。省去了医护人员对使用者时刻的询问时引起的不便,可直接通过管理服务器400储存的数据观察后对患者的病史或者现状准确的进行诊断。并且管理服务器400周期性的向使用的智能机器200或者测定器210发出血糖测定的信息,可以防止使用者遗忘血糖测定的时期。
Claims (12)
1.一种近距离无线通信基础的电气化学性生物传感器(100),其特征在于,包括:
壳体(10),形成试料流入通道(14a);
成分测定电极(20),设置在所述壳体(10)的内部测定试料的特定成分;
反应试药部(30),设置在所述壳体(10)的内部与试料进行反应;
试料识别电极(40),设置在所述壳体(10)的内部识别试料的流入;
天线(50),与智能机器(200)或测定器(210)接收传送信号及电力及
控制用IC芯片(60),控制所述成分测定电极(20)、试料识别电极(40)、天线(50)。
2.根据权利要求1所述的近距离无线通信基础的电气化学性生物传感器(100),其特征在于,
所述壳体(10)由上板(12)、中板(14)及上板(16)叠层构造形成,
在所述下板(12)形成所述成分测定电极(20)、反应试药部(30)、试料识别电极(40)、天线(50)及控制用IC芯片(60);
在所述中板(14)形成试料流入通道(14a)。
3.根据权利要求1所述的近距离无线通信基础的电气化学性生物传感器(100),其特征在于,
所述反应试药部(30),在所述成分测定电极(20)的一对的电极表面上固定与生物试料有选择性的进行反应的反应试药形成。
4.根据权利要求1所述的近距离无线通信基础的电气化学性生物传感器(100),其特征在于,
控制用IC芯片(60)与成分测定电极(20)、试料识别电极(40)及天线(50)连接,
从所述成分测定电极(20)及试料识别电极(40)处接收电力信号,
通过所述天线(50)测定出的成分数据传送到所述智能机器(200)或者测定器(210)。
5.根据权利要求1所述的近距离无线通信基础的电气化学性生物传感器(100),其特征在于,
所述控制用IC芯片(60),包括:调制器(61),内含测定数据的信号传送时调制出合适的波形;
信号感应器(62),感应通过所述天线(50)接收到从智能机器(200)或者测定器(210)传送的数据或者控制命令;
处理器(63),处理从智能机器(200)或者测定器(210)传送的命令,通过试料识别电极(40)感应试料的识别,利用所述成分测定电极(20)将需要测定的成分量数据化;
A/D转换器(64),将模拟信号变换成数字信号。
6.根据权利要求5所述的近距离无线通信基础的电气化学性生物传感器(100),其特征在于,还包括:
从所述智能机器(200)或者测定器(210)接收到电力后生成所需电力的电力生成器(65),增幅信号的大小的放大器(66)或是将电流变换成电压的信号变换器(67)中至少任何一项。
7.根据权利要求1所述的近距离无线通信基础的电气化学性生物传感器(100),其特征在于,
所述控制用IC芯片(60),通过试料的流入测量静电容量识别的非接触式进行试料的流入识别,或者施加电压并感应流动的电流量变化从而识别试料流入的接触式,进行试料的流入识别。
8.根据权利要求1所述的近距离无线通信基础的电气化学性生物传感器(100),其特征在于,
所述天线(50)为NFC标签或者RFID标签。
9.根据权利要求1所述的近距离无线通信基础的电气化学性生物传感器(100),其特征在于,还包括:
所述成分测定电极(20)、试料识别电极(40)及天线(50)的材质为金、白金、银、铝、钯、铜、铜镀镍或者铜镍金顺序镀金的铜镍金合金中任何一种。
10.利用根据权利要求1~9项中任何一项所述的近距离无线通信基础的电气化学性生物传感器测定成分的方法,其特征在于,包括:
试料投入阶段(S10),在试料投入通道(14a)使试料流入;
临近阶段(S20),使智能机器(200)或者测定器(210)接近所述近距离无线通信的电气化学性生物传感器(100);
判断试料是否流入阶段(S30),所述智能机器(200)或者测定器(210)的NFC功能启动为所述近距离无线通信的电气化学性生物传感器(100)供给电力,通过试料识别电极(40)判断试料是否充分流入;
测定阶段(S40),通过所述成分测定电极(20)测定需要测定的成分量;
内部处理阶段(S50),已测定的成分量输入到处理器(63)内置的算法对数值进行计算;
传送阶段(S60),通过所述天线(50)向所述智能机器(200)或者测定器(210)传送计算出的结果;
接收及显示阶段(S70),所述智能机器(200)或者测定器(210)内接收到信号后,利用智能机器(200)或者测定器(210)内置的应用程序在显示器进行显示或者以扬声器进行语音向导。
11.根据权利要求10所述的利用近距离无线通信基础的电气化学性生物传感器测定成分的方法,其特征在于,
所述判断试料是否流入阶段(S30),判断试料已流入的话执行所述测定阶段(S40),如果判断试料未流入时,则维持在所述临近阶段(S20)持续测定试料是否流入。
12.根据权利要求10所述的利用近距离无线通信基础的电气化学性生物传感器测定成分的方法,其特征在于,
所述判断试料是否流入阶段(S30),非接触式的从静电容量的变化可以识别试料的流入或者接触式的施加电压并感应流动的电流量的变化,从而可以识别试料的流入。
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C02 | Deemed withdrawal of patent application after publication (patent law 2001) | ||
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Application publication date: 20150204 |