Biomedical mobile devices for ubiquitous healthcare consist of biomedical sensors and communication terminal. They have two types of configuration. One is the sensor-network type device using wired or wireless communication with intelligent sensors to acquire biomedical data. The other is the sensor embedded type device, where the data can be acquired directly by itself. There are many examples of sensor network type, such as, fall detection sensor, blood glucose sensor, and ECG sensors networked with commercial PDA phone and commercial phone terminal for ubiquitous healthcare. On the other hand, sensor embedded type mounts blood glucose sensor, accelerometer, and etc. on commercial phone. However, to enable true ubiquitous healthcare, motion sensing is essential, because users go around anywhere and their signals should be measured and monitored, when they are affected by the motion. Therefore, in this paper, two biomedical mobile devices with motion monitoring function were addressed. One is sensor-network type with motion monitoring function, which uses Zigbee communication to measure the ECG, PPG and acceleration. The other is sensor-embedded type with motion monitoring function, which also can measure the data and uses the built-in cellular phone network modem for remote connection. These devices are expected to be useful for ubiquitous healthcare in coming aged society in Korea.
Redox complexes to transport electrons from enzyme to electrodes are very important part in glucose sensor. Pentacyanoferrate-bound aniline ($Fe(CN)_5$-aminopyridine), was prepared as a potential redox mediator in a glucose dehydrogenase (GDH)-glucose sensor. The synthesized pyridyl-$NH_2$ to pentacyanoferrate was characterized by the electrochemical and spectroscopic methods. A amperometric enzyme-linked electrode was developed based on GDH, which catalyses the oxidation of glucose. Glucose was detected using GDH that was co-immobilized with an $Fe(CN)_5$-aminopyridine and gold nano-particles (AuNPs) on ITO electrodes. The $Fe(CN)_5$-aminopyridine and AuNPs immobilized onto ITO electrodes provided about a two times higher electrochemical response compared to that of a bare ITO electrode. As glucose was catalyzed by wired GDH, the electrical signal was monitored at 0.4 V versus Ag/AgCl by cyclic voltammetry. The anode currents was linearly increased in proportion to the glucose concentration over the 0~10 mM range.
Kim Dong-Kyun;Won Jong-Hwa;Potapov Sergey N.;Protasov Evgeniy A.
Journal of the Institute of Electronics Engineers of Korea SC
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v.42
no.2
s.302
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pp.33-38
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2005
In this paper, the sensing unit of a non-invasive blood glucose sensor for home users, using a magneto-resonance absorption method, have been designed and manufactured. The sensor is capable of non-invasively determining blood glucose levels through measuring the 1H spin-lattice relaxation time in human body, The comparison of initial models, with different dimensions and shapes, for the sensing unit has led us to select the materials of the final model, which has adequate size and weight for home use. Through the design optimization using the FEM model, the dimension of final model has been determined to satisfy the required strength and uniformity of the magnetic field in the detecting area.
In order to control glucose concentration during fed-batch culture for antibiotic production, we applied so called “software sensor” which estimates unmeasured variable of interest from measured process variables using software. All data for analysis were collected from industrial scale cultures in a pharmaceutical company. First, we constructed an estimation model for glucose feed rate to keep glucose concentration at target value. In actual fed-batch culture, glucose concentration was kept at relatively high and measured once a day, and the glucose feed rate until the next measurement time was determined by an expert worker based on the actual consumption rate. Fuzzy neural network (FNN) was applied to construct the estimation model. From the simulation results using this model, the average error for glucose concentration was 0.88 g/L. The FNN model was also applied for a special culture to keep glucose concentration at low level. Selecting the optimal input variables, it was possible to simulate the culture with a low glucose concentration from the data sets of relatively high glucose concentration. Next, a simulation model to estimate time course of glucose concentration during one day was constructed using the on-line measurable process variables, since glucose concentration was only measured off-line once a day. Here, the recursive fuzzy neural network (RFNN) was applied for the simulation model. As the result of the simulation, average error of RFNN model was 0.91 g/L and this model was found to be useful to supervise the fed-batch culture.
Transactions on Electrical and Electronic Materials
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v.14
no.5
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pp.273-277
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2013
A unified potentiostat circuit for both $O_2$- and $H_2O_2$- based electrochemical glucose sensors was proposed and its function was verified by circuit simulations and measurement results of a fabricated chip. This circuit consisted of an operational amplifier, a comparator and current mirrors. The proposed circuit was fabricated with a $0.13{\mu}m$ thick oxide CMOS process and an active area of $360{\mu}m{\times}100{\mu}m$. The measurements revealed an input operation range from 0.5 V to 1.6 V in the $H_2O_2$- based bio-sensor and from 1.7 V to 2.6 V in the $O_2$- based bio-sensor with a supply voltage of 3.3 V. The evaluation results showed that the proposed potentiostat circuit is suitable for measuring the electrochemical cell currents of both $O_2$- and $H_2O_2$- based glucose sensors.
A vanadium pentoxide ($V_2O_5$)-based bolometric infrared (IR) sensor has been designed and fabricated using micro electro mechanical systems (MEMS) technology for glucose detection and its resistive characteristics has been illustrated. The proposed bolometric infrared sensor is composed of the vanadium pentoxide array that shows superior temperature coefficient of resistance (TCR) and standard silicon micromachining compatibility. In order to achieve the best performance, deposited $V_2O_5$ thin film is optimized by adequate rapid thermal annealing (RTA) process. Annealed vanadium oxide thin film has demonstrated a linear characteristic and relatively high TCR value (${-4}%/^{\circ}C$). The resistance of vanadium oxide is changed by IR intensity based on glucose concentration.
Flow injection analysis (FIA) system was developed to monitor glucose concentrations in biotechnological processes. A fiber optic oxygen sensor was used to determine consumption of oxygen concentration by reaction of immobilized glucose oxidase (GOD). The GOD was immobilized on VA-Epoxy carrier and integrated into FIA system. A calibration curve for glucose was obtained in the range of 0.5 $g/L{\sim}3.0$ g/L.
Journal of the Korean Applied Science and Technology
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v.35
no.4
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pp.1379-1385
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2018
The hand held voltammetry systems searched diabetic assay using glucose sensor of fluorine nafion doped carbon nanotube electrode (FCNE). An inexpensive graphite carbon pencil was used as an Ag/AgCl reference and Pt counter electrode. Upon combining and using three electrode systems, optimum square wave (SW) stripping results were attained to 1.0-9.0 ug/L with 8 points. Statistic RSD precision was of 6.02 % with n=15 in 0.1 mg/L glucose. After a total of 200 second accumulation times, analytical detection limit of 0.8 ug/L was obtained. This developed technique was applied to urine samples from diabetic patients urine for fluid analysis, it was determined that the sensor can be used with a diagnostics in the ex vivo of live cells and non treated biological fluid.
Kim, Gun-Duk;Son, Keun-Sik;Lee, Hak-Soon;Kim, Ki-Do;Lee, Sang-Shin
Korean Journal of Optics and Photonics
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v.19
no.2
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pp.127-131
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2008
A refractometric glucose biosensor incorporating a vertically coupled microring resonator in polymers was proposed and realized. The ring was covered with a target analyte of glucose solution with a certain concentration, so that its effective refractive index could be altered and, as a result, the resonance wavelength of the sensor was shifted. Therefore the concentration of the glucose solution can be estimated by observing the shift in the resonance wavelength. Two schemes were exploited for enhancing the sensitivity of the sensor. First, the effective refractive index of the polymeric waveguide used for the resonator sensor was adjusted to approach that of the target analyte as best as possible. Second, the ring waveguide, which serves as a crucial sensing part, was appropriately over-etched to enlarge its contact area with the analyte. The proposed resonator sensor was designed with the beam propagation method. The refractive indices of the core and cladding polymer involved were 1.430 and 1.375 respectively, leading to the waveguide's effective refractive index of ${\sim}1.390$, which is faiirly close to that of the glucose solution of ${\sim}1.333$. The prepared ring resonator with the $400-{\mu}m$ radius exhibited the free spectral range of 0.66 nm, the bandwidth of 0.15 nm, and the quality factor of 10,000. For the sensor operating at 1,550 nm wavelength, the achieved sensitivity was as great as 0.28 pm/(mg/dL), which is equivalent to 200 nm/RIU.
A possibility of the implementation of a quartz crystal sensor to the determination of chemical oxygen demand is examined by checking the electrochemical behavior of the sensor in a glucose solution. Since the surface of a quartz crystal has to be oxidized, a relatively active metal is coated on the surface of a usual 9 MHz AT-cut crystal. The electrochemical behavior is investigated by measuring the changes of current, resonant frequency and resonant resistance while a constant potential is applied. The crystal is installed in a specially designed container, and a quartz crystal analyzer is utilized to measure the frequency and resistance simultaneously. The variations of the measurements are examined at different concentrations of glucose solution, and a proper relation between the concentrations of glucose solution, and a proper relation between the concentration and the measurements is analyzed. As a result, it is found that a linear relation between the concentration of less than 900 ppm and the peak current when a constant potential of -180 mV (SSCE) is applied. The relation can be utilized for the determination of glucose concentration in sea water, and considering a direct relation between gluose concentration and chemical oxygen demand tells a possibility of the measurement of chemical oxygen demand using quartz crystal oscillators.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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