November 21 – 23, 2012 Electrochemical microsensors for non–invasive measurement of partial pressure of O2 and CO2 in arterial blood by in vivo epidermal method

Tadeusz Palko Warsaw University of Technology(Poland)

Forum is part – financed by Podlaskie Region

Mikro- i Nano-Systemy w Chemii i Diagnostyce Biomedycznej

Mikroczujniki elektrochemiczne do nieinwazyjnego pomiaru prężności O2 i CO2 we krwi tętniczej Tadeusz Pałko, Józef Przytulski, Włodzimierz Łukasik

Instytut Metrologii iInżynierii Biomedycznej Politechniki Warszawskiej ul. Św. A. Boboli 8; 02 -525 Warszawa tel: 22 848 37 64; fax: 22 234 8663

http://imiib.mchtr.pw.edu.pl

ZADANIA: 1. Opracowanie założeń do projektu czujników. 2. Opracowanie konstrukcji i technologii czujników naskórnych pO2 , pCO2 oraz odpowiednich mikroukładów i układów pomiarowych. 3. Badania i testowanie układów pomiarowych oraz opracowanie …metod i systemów kalibracji czujników do gazometrii krwi. 4.Testowanie opracowanych urządzeń do pomiaru pO2 i pCO2, popularyzacja uzyskanych wyników.

Schemat blokowy układu do pomiaru pO2 Temperatura

UKŁAD GRZANIA

ZASILACZ

U CZUJNIK pO2 I

WZMACNIACZ Z UKŁADEM POLARYZACJI CZUJNIKA

O2

skóra zero

czułość

UKŁAD PREZENTACJI I KOMUNIKACJI

WYKRESY KRZYWYCH POLAROGRAFICZNYCH DLA RÓŻNYCH STĘŻEŃ TLENU

2

2

I[nA]

U [V]

I[nA]

Stężenie O2 [%]

Model czujnika pO2

Pomiar pO2

Pomiar pO2 z okluzją

Schemat blokowy układu do pomiaru pCO2 PC

Układ pomiaru i regulacji temperatury

Czujnik pCO2

Układ sterowania i komunikacji

ISFET D

Elektrolit CO2

S Eref

Skóra

Membrana

Układ pomiarowy

Przetwornik A/C z programowanym wzmocnieniem

Wyświetlacz LCD

Czujnik pCO2 Reakcja: _ + CO2 + H2O ↔ H2CO3 ↔ H + CO3 Zależność między pH i pCO2: pH = A – log pCO2 ∆ (log pCO2 ) = S ∆pH S = -0,9 ÷ -1

Głowica do testowania struktur BSC – ISFET

TESTOWANIE STRUKTUR BSC-ISFET Struktury BSC- ISFET z dodatkową izolacją z azotku krzemu zostały wykonane przez ITE w dwóch rozmiarach: 3 mm i 5 mm. Opracowano projekt i wykonano układ elektroniczny urządzenia do testowania struktur BSC-ISFET. Opracowano model cyfrowy (program CAD - SolidWorks) i fizyczny głowicy do testowania struktur BSC- ISFET, która stanowi interfejs do w/w układu. Dodatkowa izolacja z azotku krzemu tranzystora BSC – ISFET, obniża jego czułość do około 45 mV/pH i zwiększa odporność na zakłócenia optyczne

Model czujnika pCO2

Wyniki pomiarów eksperymentalnych

9,9 % CO2 t1

Wyniki pomiarów eksperymentalnych

5% CO2

t1

9,9 % CO2

t2

Fotografia stanowiska do badań eksperymentalnych

PROMOCJE Pałko T., Przytulski J., Łukasik W.: Układ grzania i termostatowania modelu naskórnego czujnika prężności O2 w krwi. Plakat na Konferencję w Białowieży 2011. Ekwińska M.A., Jaroszewicz B., Domański K., Grabiec P., Zaborowski M., Tomaszewski D., Pałko T., Przytulski J., Łukasik W., Dawgul M., Pijanowska D.: Transcutaneous blood capnometry sensor head based on Back Side Contacted ISFET. Poster on 9 Intern. Conf. MECHATRONICS 2011 Warsaw, September 21- 24, 2011. Prezentacja wyników osiągniętych w zadaniu 4d projektu MNS- DIAG na Forum BEST OF EAST – FOR EASTERN PARTNERSHIP , November 28-30, 2011, Warsaw, Poland •Pałko T., Przytulski J., Łukasik W. – Model naskórnego czujnika prężności tlenu we krwi z układem termostatowania. XI Konferencja Naukowa Czujniki Optoelektroniczne i Elektroniczne COE 2010 Nałęczów, 20-23.06.2010 Model naskórnego czujnika prężności tlenu w krwi –Elektronika 12/2010 s.91 Pałko T., Przytulski J., Łukasik W. - Transcutaneous sensor for CO2 , Światowy Kongres Fizyki Medycznej i Inżynierii Biomedycznej, Beijing, Chiny 26-31 maja 2012r. Pałko T., Przytulski J., Łukasik W. - Model naskórnego czujnika prężności CO2 , XII Konferencja Naukowa Czujniki Optoelektroniczne i Elektroniczne, Karpacz, 24-27.06.2012 M. A. Ekwińska, B. Jaroszewicz, K. Domański, P. Grabiec, M. Zaborowski, D. Tomaszewski, T. Pałko, J. Przytulski, W. Łukasik, M. Dawgul, D. Pijanowska - BSC ISFET as transcutaneous blood capnometry sensor. III National Conference of Nano and Micromechanics 4–6 July 2012 IPPT PAN, Warszawa

PUBLIKACJE Ekwińska M.A., Jaroszewicz B., Domański K., Grabiec P., Zaborowski M., Tomaszewski D. Pałko T., Przytulski J., Łukasik W., Dawgul M., Pijanowska D.: Transcutaneous blood capnometry sensor head based on Back Side Contacted ISFET. Mechatronics. Resent technological and scientific advances. Springer – Verlag Berlin Heidelberg 2011, 607-614. M. A. Ekwińska, B. Jaroszewicz, K. Domański, P. Grabiec, M. Zaborowski, D. Tomaszewski, T. Pałko, J. Przytulski, W. Łukasik, M. Dawgul, D. Pijanowska - BSC ISFET as transcutaneous blood capnometry sensor. - w przygotowaniu

DZIĘKUJĘ ZA UWAGĘ

Wyniki termostatowania naskórnego czujnika pO2

↑

moment of sensor location on the skin

November 21 – 23, 2012 Electrochemical microsensors for non–invasive measurement of partial pressure of O2 and CO2 in arterial blood by in vivo epidermal method

Tadeusz Palko Warsaw University of Technology(Poland)

Forum is part – financed by Podlaskie Region