WO2021163773A1 - Sistema para interpretação da medição de bioanalitos - Google Patents

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WO2021163773A1
WO2021163773A1 PCT/BR2020/050305 BR2020050305W WO2021163773A1 WO 2021163773 A1 WO2021163773 A1 WO 2021163773A1 BR 2020050305 W BR2020050305 W BR 2020050305W WO 2021163773 A1 WO2021163773 A1 WO 2021163773A1
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antenna
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bioanalyte
frequency
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PCT/BR2020/050305
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Nilton BRAZ GIRALDELLI
Original Assignee
Braz Giraldelli Nilton
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    • A61B—DIAGNOSIS; SURGERY; IDENTIFICATION
    • A61B5/00—Measuring for diagnostic purposes; Identification of persons
    • A61B5/05—Detecting, measuring or recording for diagnosis by means of electric currents or magnetic fields; Measuring using microwaves or radio waves 
    • A—HUMAN NECESSITIES
    • A61—MEDICAL OR VETERINARY SCIENCE; HYGIENE
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    • G—PHYSICS
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    • G01R—MEASURING ELECTRIC VARIABLES; MEASURING MAGNETIC VARIABLES
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    • G01R17/02—Arrangements in which the value to be measured is automatically compared with a reference value
    • G—PHYSICS
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    • G01R—MEASURING ELECTRIC VARIABLES; MEASURING MAGNETIC VARIABLES
    • G01R23/00—Arrangements for measuring frequencies; Arrangements for analysing frequency spectra
    • G01R23/005—Circuits for comparing several input signals and for indicating the result of this comparison, e.g. equal, different, greater, smaller (comparing phase or frequency of 2 mutually independent oscillations in demodulators)
    • H—ELECTRICITY
    • H04—ELECTRIC COMMUNICATION TECHNIQUE
    • H04W—WIRELESS COMMUNICATION NETWORKS
    • H04W4/00—Services specially adapted for wireless communication networks; Facilities therefor
    • H04W4/80—Services using short range communication, e.g. near-field communication [NFC], radio-frequency identification [RFID] or low energy communication

Definitions

  • the present invention belongs to the field of measurement and communication systems, more specifically to a system for the interpretation of the measurement of bioanalytes and subsequent communication with other devices to send the collected information.
  • a potential is applied between the working electrode and a reference electrode, although some sensors use a two electrode configuration (working electrode and counter-reference), combining the counter and reference electrodes.
  • the solution proposed here allows the information collected by the measurement devices to be interpreted and transmitted to external devices, enabling its use to inform the user about the health conditions pertaining to the measured bioanalytes.
  • Figure 1 illustrates the construction and arrangement between the antenna (At), the chip (Cl) and the connecting element (Li).
  • Figure 2 illustrates the conversion logic of the signal obtained in information by the chip (Cl) of the device, highlighting the sampler (Am), the quantizer (Qt) and the converter (Cv).
  • Figure 3 illustrates the arrangement of the system of the present innovation, which shows the generation of the signal at the antenna (At), the reception and processing of the signal by the chip (Cl) and the sending of information to the external NFC device (DE ).
  • Figure 4 shows a hypothetical table of readings performed by the system of this innovation.
  • Figure 5 shows the voltage detected by the chip (Cl), highlighting the peak of resistance, in this example, close to 800ms.
  • Figure 6 shows the relationship between oxidation resistance (RF) and glucose concentration, with the maximum oxidation peak.
  • the innovation proposed here consists of a system for interpreting the information collected by an individual's bioanalyte monitoring device and sending this interpreted information to an external device (DE), using an integrated circuit, in the form of a chip (Cl), which receives the signals generated by an antenna (At) and processes them in order to generate information that reflects the concentration of the bioanalyte being measured.
  • bioanalyte the substance or biological component that is the target of analysis in an assay so that its properties can be measured, as they cannot be measured in themselves. For example, you cannot measure a table, but its height, width, etc. Likewise, you cannot measure glucose, but you can measure its concentration. In this example “glucose” is the component and “concentration” is the measurable property.
  • the integrated circuit (Cl) is activated by the approach of an external device (DE) equipped with communication by approach field (or near-field communication, also known by the abbreviation NFC), allowing the transmission of information from the chip (Cl ) to the external device (DE) for interpretation and presentation of the treated information to the user.
  • DE external device
  • NFC near-field communication
  • an antenna (At) interacts with the bioanalyte to be measured and generates an electrical signal (Si) proportional to the concentration of the bioanalyte.
  • This signal (Si) is then received by the chip (Cl) and treated to generate information (If) that can be used by the external device (DE).
  • the antenna (At) operates with a previously defined transmission frequency.
  • this antenna (At) is a TAG NFC antenna with a transmission frequency of 13.56MHz and uses ISO 14443A/B or ISO 15693 communication protocols.
  • the antenna (At) is energized by the approach of the external device (DE) equipped with NFC, being traversed by an electric current that sweeps its path at different frequencies, up to 13.56MHz at intervals of 0.01MHz, reaching the circuit (Cl) that perceives an eventual delay in the transmission of some frequency.
  • the chip (Cl) receives the electrical charge, while the biosensor, already in contact with the dermis, started its oxidation process. This oxidation interferes with the way the electrical charge travels through the biosensor.
  • the magnetic field For each frequency traveled, the magnetic field generates a noise and, the greater the noise (or change in frequency), the more difficult it is for the biosensor to complete the transit of electric current and reach the next frequency.
  • the circuit (Cl) of the system described here is provided with a programming, a software, which interprets the delayed frequencies identified in an information corresponding to the concentration of measured bioanalyte, as described, sending this information to the external device (DE ) through the antenna (At), using its transmission frequency.
  • the measurement will always be started at the 0.01Mhz point and, when the current travels through the biosensor, at some point we will have a difficulty in reading, generating a delay in the measurement.
  • This calculation for the delay results in the corresponding frequency and, by correspondence, the definition of the bioanalyte concentration.
  • the integrated circuit (Cl) of RF operates through a sampler (Am), which performs the sampling of analytes produced by the organism, associated with a quantizer (Qt), which validates the amount of information received of changes in frequency, which are sufficient to make the conversion of analog signals to digital (binary), and specific programming in the external device (DE) is responsible for making the conversion (Cv) itself, transforming the collected information into equivalent concentration of bioanalyte.
  • Am sampler
  • Qt quantizer
  • DE specific programming in the external device

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Abstract

A presente inovação se refere a um sistema para interpretar a medição de bioanalitos obtidas por um sensor e gerar informações relativas à sua concentração a um dispositivo externo dispositivo dotado de comunicação por campo de aproximação, mediante o tratamento do sinal elétrico originado pela interação com o bioanalito analisado e captado por uma antena TAG.

Description

RELATÓRIO DESCRITIVO
SISTEMA PARA INTERPRETAÇÃO DA MEDIÇÃO DE BIOANALITOS Campo da invenção
[001] A presente invenção pertence ao campo dos sistemas de medição e de comunicação, mais especificamente a um sistema para a interpretação da medição de bioanalitos e a subsequente comunicação com outros dispositivos para envio das informações coletadas.
Histórico da invenção
[002] A adoção de aparelhos portáteis para medir os níveis de bioanalitos, como, por exemplo, a glicose, facilitou sobremaneira a prática de monitoramento do estado de saúde dos usuários, possibilitando o automonitoramento e dispensando os ensaios de laboratório para dosagem de bioanalitos.
[003] Atualmente, apresentam-se aparelhos que podem ler as informações à distância, utilizando um implante ou uma agulha, inseridos no corpo do paciente, que interagem com o organismo e emitem uma informação traduzida por um aparelho externo, permitindo maior conforto e rapidez.
[004] Entretanto, todos estes dispositivos e métodos embutem o inconveniente de invadir o corpo do paciente para obter uma amostra de sangue ou de fluidos corporais para poder fazer a leitura dos níveis do bioanalito.
[005] Como ilustração, temos os dispositivos que medem a glicose no sangue a partir de um movimento de lancetar que corta os pequenos e abundantes vasos capilares no plexo vascular superficial sob a epiderme, acessíveis por todo o corpo.
[006] Já os atuais sensores comerciais de glicose de medição indireta de glicose do espaço intersticial utilizam eletrodos enzimáticos amperométricos baseados na glicose-oxidase (GOx), cujo princípio de operação é a medição da corrente que flui de uma reação de oxidação, em um eletrodo de trabalho, para uma reação de redução, em um contra-eletrodo.
[007] Para esse fim, um potencial é aplicado entre o eletrodo de trabalho e um eletrodo de referência, embora alguns sensores usem uma configuração de dois eletrodos (eletrodo de trabalho e contra-referência), combinando os eletrodos do contador e de referência.
[008] A partir daí, o envio das informações coletadas a um dispositivo externo passa a ser o desafio, de modo a possibilitar uma comunicação rápida e confiá- vel, possibilitando a tomada de decisões pelo usuário.
[009] A solução aqui proposta permite que as informações coletadas pelos dispositivos de medição sejam interpretadas e transmitidas a dispositivos externos, possibilitando seu uso para informar o usuário acerca das condições de saúde atinentes aos bioanalitos medidos.
Descrição das figuras
[010] A Figura 1 ilustra a construção e o arranjo entre a antena (At), o chip (Cl) e o elemento de ligação (Li).
[011] A Figura 2 ilustra a lógica de conversão do sinal obtido em informação pelo chip (Cl) do dispositivo, destacando o amostrador (Am), o quantizador (Qt) e o conversor (Cv).
[012] A Figura 3 ilustra o arranjo do sistema da presente inovação, onde se evidencia a geração do sinal na antena (At), a recepção e tratamento do sinal pelo chip (Cl) e o envio da informação ao dispositivo externo NFC (DE).
[013] A Figura 4 mostra uma tabela hipotética de leituras realizadas pelo sistema da presente inovação.
[014] A Figura 5 mostra a tensão detectada pelo chip (Cl), destacando o auge da resistência, neste exemplo, próximo a 800ms. [015] A Figura 6 mostra a relação entre a resistência de oxidação (RF) e a concentração de glicose, com o pico máximo de oxidação.
Descrição da inovação
[016] A inovação aqui proposta consiste em um sistema de interpretação das informações coletadas por um dispositivo de monitoramento de bioanalitos de um indivíduo e o envio dessas informações interpretadas a um dispositivo externo (DE), utilizando um circuito integrado, na forma de um chip (Cl), que recebe os sinais gerados por uma antena (At) e os processa de modo a gerar uma informação que reflita a concentração do bioanalito objeto da medição.
[017] Chamamos de "bioanalito" a substância ou componente biológico que é alvo de análise em um ensaio de modo que se possa medir suas propriedades, já que em si não podem ser medidos. Por exemplo, não se pode medir uma mesa, mas sua altura, largura etc. Da mesma forma, não se pode medir a glicose, mas pode-se medir sua concentração. Neste exemplo "glicose" é o componente e "concentração" é a propriedade mensurável.
[018] O circuito integrado (Cl) é ativado pela aproximação de um dispositivo externo (DE) dotado de comunicação por campo de aproximação (ou near-field communication, também conhecida pela abreviação NFC), permitindo a transmissão das informações do chip (Cl) ao dispositivo externo (DE) para interpretação e apresentação das informações tratadas ao usuário.
[019] No sistema proposto pela presente inovação, uma antena (At) interage com o bioanalito a ser medido e gera um sinal elétrico (Si) proporcional à concentração do bioanalito. Este sinal (Si) é, então, recebido pelo chip (Cl) e tratado para gerar uma informação (If) passível de uso pelo dispositivo externo (DE).
[020] No sistema aqui proposto, a antena (At) opera com uma frequência de transmissão previamente definida. Em uma configuração preferencial, essa antena (At) é uma antena TAG NFC com frequência de transmissão de 13,56MHz e utiliza os protocolos de comunicação ISO 14443A/B ou ISO 15693.
[021] Na operação do sistema aqui descrito, a antena (At) é energizada pela aproximação do dispositivo externo (DE) dotado de NFC, sendo percorrida por uma corrente elétrica que varre seu percurso em diferentes frequências, até 13,56MHz em intervalos de 0,01MHz, atingindo o circuito (Cl) que percebe um eventual atraso na transmissão de alguma frequência.
[022] Para estabelecer a percepção da ligação entre frequência e ponto de medição, o chip (Cl) recebe a carga elétrica, enquanto o biossensor, já em contato com a com a derme, iniciou seu processo de oxidação. Essa oxidação interfere no modo como a carga elétrica percorre o biossensor.
[023] Para cada frequência percorrida, o campo magnético gera um ruído e, quanto maior o ruído (ou mudança de frequência), mais difícil é para o biossensor concluir o trânsito da corrente elétrica e chegar na próxima frequência.
[024] Esta variação de sinal pode ser visualizada na Figura 5, onde se percebe que o aumento de tensão, causado pela resistência à passagem de corrente, é detec- tado pelo circuito integrado (Cl). No exemplo ilustrado, a tensão se inicia próximo aos 700ms e seu auge ocorre nos 800ms.
[025] É possível, então, relacionar a resistência de oxidação (RF) e a concentração de glicose, como ilustrado na Figura 6. No exemplo ali representado, uma RF máxima de 3,4 Mhz corresponde a uma medição de analito de 121mg/dl.
[026] Portanto, em algum momento do percurso pela antena (At), a onda que a percorre sofrerá alguma dificuldade para seguir em seu trajeto até o final da frequência de 13,56MHz, devido à oxidação sofrida pela antena (At). Este ponto é correspondente ao pico de resistência detectado pelo circuito (Cl) e, portanto, a uma determinada concentração de bioanalito.
[027] Esta frequência em atraso corresponde a uma concentração do bioanalito medido, uma vez que sua medição gerou, na antena (At) um nível de oxidação correspondente à sua concentração e esta oxidação interfere nas frequências que percorrem o corpo da antena (At).
[028] O circuito (Cl) do sistema aqui descrito é provido de uma programação, um software, que interpreta as frequências em atraso identificadas em uma informação correspondente à concentração de bioanalito medido, tal como descrito, enviando esta informação ao dispositivo externo (DE) por meio da antena (At), utilizando sua frequência de transmissão.
[029] Em um exemplo ilustrativo, representado na Figura 4, a aproximação do dispositivo externo (DE) permite uma primeira leitura da frequência, que corresponder a uma determinada concentração de glicose no indivíduo.
[030] Neste processo, a medição sempre vai ser iniciada no ponto 0,01Mhz e, quando a corrente percorrer o biossensor, em algum ponto teremos uma dificuldade para a leitura gerando um atraso na medição. Esse cálculo para o atraso resulta na frequência correspondente e, por correspondência, na definição da concentração do bioanalito.
[031] Para explicar como se dá o cálculo do atraso da medição para refletir a concentração de bioanalito, precisamos entender que o tempo definido para corrente elétrica completar o ciclo de leitura é de 0,074s, que é o tempo necessário para a corrente percorrer todas as linhas da frequência, de 0,01MHz a 13,56MHz. [032] Ou seja, em até 0,074s a corrente elétrica oscila em virtude da dificuldade que a oxidação na antena (At) impõe no percurso, reduzindo o valor máximo da frequência a 13,56 Mhz, como ilustrado abaixo: 13,56 MHz
Figure imgf000006_0001
[033] O circuito integrado (Cl) de RF (rádio frequência) opera por meio de um amostrador (Am), que realiza a amostragem de analitos produzidos pelo organismo, associado a um quantizador (Qt), que valida a quantidade de informações vindas das alterações ocorridas na frequência, que são suficientes para fazer a conversão dos sinais analógicos para digitais (binários), e uma programação específica no dispositivo externo (DE) é responsável por fazer a conversão (Cv) em si, transformando a informação coletada em concentração equivalente de bioa- nalito.
[034] Esta inovação não se limita às representações aqui comentadas ou ilustradas, devendo ser compreendida em seu amplo escopo. Muitas modificações e outras representações do invento virão à mente daquele versado na técnica à qual essa inovação pertence, tendo o benefício do ensinamento apresentado nas descrições anteriores e desenhos anexos. Além disso, é para ser entendido que o invento não está limitado à forma específica revelada, e que modificações e outras formas são entendidas como inclusas dentro do escopo das reivindicações anexas. Embora termos específicos sejam empregados aqui, eles são usados somente de forma genérica e descritiva e não como propósito de limitação.

Claims

REIVINDICAÇÕES
1) Sistema para interpretação da medição de bioanalitos caracterizado por compreender uma antena (At) e um circuito integrado (Cl), capazes de medir a concentração de um bioanalito por meio da leitura da frequência de uma corrente elétrica no percurso da dita antena (At) realizada pelo dito circuito integrado (Cl), dita corrente elétrica promovida pela aproximação de um dispositivo externo (DE) dotado de tecnologia NFC, dito circuito integrado (Cl) dotado de uma programação capaz de realizar a operação de comparação da frequência com a concentração de bioanalito, sendo a dita antena (At) capaz de emitir um sinal ao dispositivo externo (DE) correspondente à operação de comparação realizada pelo circuito integrado (Cl).
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