Kalium Selbstmessung - joanneum.at · Sauerstoff, Nitrat, pH … • Veterinäre Tests •...

Stefan Rohringer, Development Center Graz 7. März 2018

Kalium Selbstmessung – technische Umsetzung und Marktpotential

Messvorgang in 4 einfachen Schritten

(1) Stich mit einer Lanzette

(2) Sanfte Fingermassage vom Körper zur Spitze

(3) Bluttropfen auf Plasma-Filter des Messstreifen aufbringen

(4) Auslesen des exakten Messergebnisses mit einem NFC smart phone

2 2018-03-07 Copyright © Infineon Technologies AG 2018. All rights reserved.

Part of your life. Part of tomorrow.

Wir machen das Leben einfacher, sicherer und

umweltfreundlicher – mit Technik, die mehr leistet, weniger verbraucht

und für alle verfügbar ist. Mikroelektronik von Infineon ist der

Schlüssel für eine lebenswerte Zukunft.

Infineon Technologies


Über Infineon

Finanzen Marktposition

Geschäftssegmente Mitarbeiter

[Mio. €]

Europa 15.650 Mitarbeiter

Etwa 37.500 Mitarbeiter weltweit (Stand: Sept. 2017)

Amerika 3.850 Mitarbeiter

Asien/Pazifik 18.000 Mitarbeiter

36 F&E- und 18 Fertigungsstandorte

Umsatz Segmentergebnis Marge

377 620 897 982 1208

GJ 13 GJ 14 GJ 15 GJ 16 FY 17

15,2% 15,5% 14,4% 9,8%

3.843 4.320 5.795 6.473

42%

10%

17%

31%

Automotive (ATV)

Industrial Power Control (IPC)

Chip Card & Security (CCS)

Power Management & Multimarket (PMM)

Umsatz GJ 2017

# 2 # 1

Automotive Power Smart card ICs

# 1 Strategy Analytics,

April 2017

IHS Markit, Technology Group,

August 2017

IHS Markit, Technology Group,

Juli 2017

7.063

17,1%


Unternehmensüberblick

Wien (Vertrieb) 10 MA

Graz (F&E) 330 MA

Klagenfurt (IT) 163 MA internationale Headquarter-Funktion

Villach (F&E, P, G, IT) 3.162 MA internationale Headquarter-Funktionen

Beteiligungen Inland DICE, Linz IT Services, Klagenfurt KAI, Villach Beteiligungen Ausland Infineon Technologies Romania SCS (F&E) Infineon Technologies (Kulim) Sdn Bhd, Malaysia (P)

Linz Wien Graz Klagenfurt Villach

Linz (F&E) 120 MA

Geschäftsjahr 2017 (per 30.09.2017) Umsatz € 2.539,6 Mio. Ergebnis vor Steuern € 176,5 Mio. Investitionen € 150,2 Mio. davon in Sachanlagen davon immat. Wirtschaftsgüter

€ €

113,1 37,1

Mio. Mio.

Beschäftigte 3.785 F&E-Aufwand in % d. Umsatzes

17 %

3.785 MA


Messungen mit NFC Messstreifen


Elektrochemische Messmethoden

Die Differenz des elektrischen Potentials wird gemessen (zwei Elektroden)

Der Strom durch den Analyten wird gemessen während das Potential aktiv verändert wird (drei Elektroden)

Der Strom durch die Zelle wird über Zeit gemessen

Wechselspannung wird über einen großen Frequenzbereich an den Elektroden angelegt und der Strom durch den

Analyten wird gemessen

Potentiometrie

Voltammetrie Amperometrie

Coulometrie

Impedanz Spektroskopie

Elektrochemische Messmethoden werden in der analytischen Chemie eingesetzt um ein Analyt durch Messung des elektrischen Potentials oder des elektrischen

Stromes zu untersuchen


NFC Messstreifen - Anwendungen

Elektrochemische Messmethoden

Tests am menschl. Körper

• Blut: Kalium, Glukose, Laktat, ….

• Urin: Ketone, Glukose, C-Peptid, …

• Speichel: Immunglobuline, Cholesterin, Drogen

• Haut: Stress, Wundheilung, Krebs

• Nahrungsmittel Sicherheit: Schwermetalle, Fäulnis, Schimmel, Antibiotika, …

• Wasser Qualität: Leitfähigkeit, gelöste Feststoffe, gelöster Sauerstoff, Nitrat, pH …

• Veterinäre Tests • Industrielle Tests • Drogen Tests

Impedanzspektro skopie

Amperometrie Voltammetrie Potentiometrie

Ermöglichte Testmethoden

Ziel Anwendungen


Kooperationsprojekt k@home Kalium Konzentration Messung im Blut

Zwei separate Sensoren: › 1) Kalium Konzentration Messung › 2) Hämolyse Detektion (zerplatzte Erythrozyten verfälschen die Messung)

CMOS integrierter Chip “ASIG” (Autonomous Sense and Identification Grain): › NFC Interface › Hochimpedanz Potentiometrisches Interface (K) › Amperometrisches Interface (Hämolyse)

NFC (Near Field Communication) Antenne für Datenübertragung und Stromversorgung via Smart Phone

Antenne ASIG Sensoren

gefördert durch

Medizinische Tests


Kooperationsprojekt k@home Messmethoden für K+ und Hämolyse Detektion

Kalium Messung – Potentiometrie › ASIG Hochimpedanz Potentiometrie Interface

ist mit zwei beschichteten Sensor Elektroden verbunden

› Die gemessene Potentialdifferenz zwischen den Elektroden ist ein Maß für die Kalium Konzentration im Analyten (Blut)

Hämolyse Detektion - Amperometrie › Kontrollfunktion für korrekte Blutabnahme

(ohne Hämolyse) › Durch Messung des Stromes kann Hämolyse

im Bluttropfen detektiert werden › Bei Detektion von Hämolyse ist das

Messergebnis verfälscht und die Messung muss wiederholt werden

gefördert durch


Konstruktion des Kalium und Hämolyse Sensors

Filter Halterung

Filter

Mikrokanal Abdeckung

Mikrokanal Seitenwände

Elektrische Isolation

Elektroden Leiterbahnen und Kontakte Polymer Substrat

gefördert durch


Kooperationsprojekt k@home Kalium Überwachung zu Hause – Markt Potential

95 Millionen Patienten in der EU

95 Millionen Patienten in den USA

Annahmen:

nur 1% der Patienten Messen K+

Eine Messung pro Tag

resultieren in:

einem Volumen von 690 Millionen

Messstreifen pro Jahr

gefördert durch


Grundkonstruktion von NFC Messstreifen

Elektroden

Analyt Reservoir

Beschichtung der Elektroden

„ASIG“ NFC Antenne

Flexibles Substrat


ASIG (µ-Chip) Block Diagram

DAC

ADC

On-

Chi

p S

enso

rSensor Interface

Power ManagementUnit

DCDCConverter

Communication Interface

UHFPower

ConverterRX & TX

HFPower

ConverterRX & TX

ADC Monitoring and

Temperature LoggerSPI

Slave GPION

CS

SC

K

MO

SI

MIS

O

PP

’s VDDPolling

Vext

Vbat

RFID Reader

on-chip UHF antenna

optional external antennas

HF and/or UHF RFID Antenna

externalsensors

8

Non-volatile Memory

Small On-Chip

Capacitor

Battery 3.3 x 3.3mm²

0.75mAh 4.1V

Capacitor 4 x 3mm² 2.2µF 11V

IPDIA

IDES Sensor Impedance Spectroscopy

DC to MHz AIT

3D Nanowire Array Sensor Amperometric Measurements

Tyndall

Single Nanowire Sensor Amperometric Measurements Tyndall

2.4mm

2.4m

m

On-chip Antenna RFID HF/NFC

On-chip Sensor Electrodes Impedance Spectroscopy, Amperometry, Potentiometry

µCtrl external Sensors, Memory …

Carbon Pressure Sensor

2000x200µm


NFC Messtreifen mit verschiedenen Sensoren

NFC Antenne

ASIG

Druck Sensor

Feuchtigkeit und Temperatur Sensor

Kalium Sensor

unbeschichtete Elektroden


Infineon Austria Innovations-Jahreskreis 2018

Jahreskreis 2018

Jan

Feb

March

Apr

May

June July

Aug

Sep

Oct

Nov

Dec

WinterSchool SiC 26.02.-02.03.18

IFAT Innovation Award 2018 Submission Jan.-Feb. 2018

Innovation Accelerator 2017/18 1st Review 26.01.18

19th Innovation Days & Innovation Awards & POWERcon 23.-25.04.18

Innovation Accelerator 18/19 call for ideas: 23.04.-29.05.18

Innovation Accelerator 17/18 2nd Review (25.06.2018)

IFX Innovation Week Campeon 22.-26.10.18

Innovation Accelerator 18/19 Kick-Off 5.10.2018

SummerSchool “Digitalization” 27.08.-31.08.18

Ready SiC, Go

PhD-Excellence Kickoff & Uni-Event (6.11.18)

Innovation Accelerator 17/18 Results Dec. 2018


NFC Messtreifen – universelles, flexibles Konzept

liquid

Blut Urin Speichel Wasser div. Flüssigkeiten

Eine einfache Messung mit zugeordnetem Messstreifen und einem Mobile Phone zu jeder Zeit an jedem Ort

Mich interessieren Flüssigkeitsparameter

Flüssigkeitstropfen auf den Messstreifen

Mobile Phone an den Messstreifen legen Test App starten exakte Messergebnisse innerhalb weniger Sekunden

Ergebnisse können unmittelbar zur weiteren Analyse versendet werden


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