Kalium Selbstmessung technische Umsetzung und Marktpotential. Stefan Rohringer, Development Center Graz 7. März 2018

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Achim Glöckner
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1 Kalium Selbstmessung technische Umsetzung und Marktpotential Stefan Rohringer, Development Center Graz 7. März 2018

2 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

3 Infineon Technologies 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. Part of your life. Part of tomorrow. 3

Über Infineon Geschäftssegmente Automotive 17% (ATV) 31% 42% 10% Umsatz GJ 2017 Finanzen [Mio. ] 5.795 3.843 4.

063 Mitarbeiter Etwa 37.500 Mitarbeiter weltweit (Stand: Sept. 2017) Amerika 3.

000 Mitarbeiter Automotive Power Smart card ICs 9,8% 14,4% 15,5% 15,2% 17,1% 377 620 897 982 1208 GJ 13 GJ 14 GJ

4 Über Infineon Geschäftssegmente Automotive 17% (ATV) 31% 42% 10% Umsatz GJ 2017 Finanzen [Mio. ] Industrial Power Control (IPC) Power Management & Multimarket (PMM) Chip Card & Security (CCS) Mitarbeiter Etwa Mitarbeiter weltweit (Stand: Sept. 2017) Amerika Mitarbeiter 36 F&E- und 18 Fertigungsstandorte Marktposition Europa Mitarbeiter Asien/Pazifik Mitarbeiter Automotive Power Smart card ICs 9,8% 14,4% 15,5% 15,2% 17,1% GJ 13 GJ 14 GJ 15 GJ 16 FY 17 Umsatz Segmentergebnis Marge # 2 # 1 Strategy Analytics, April 2017 IHS Markit, Technology Group, August 2017 # 1 IHS Markit, Technology Group, Juli

Unternehmensüberblick Geschäftsjahr 2017 (per 30.09.

Wirtschaftsgüter 113,1 37,1 Mio. Mio. Beschäftigte 3.

785 MA Linz (F&E) 120 MA Wien (Vertrieb) 10 MA Graz

Services, Klagenfurt KAI, Villach Beteiligungen Ausland

Technologies (Kulim) Sdn Bhd, Malaysia (P) Villach (F&E,

5 Unternehmensüberblick Geschäftsjahr 2017 (per ) 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 % F&E-Aufwand in % d. Umsatzes MA Linz (F&E) 120 MA Wien (Vertrieb) 10 MA Graz (F&E) 330 MA Beteiligungen Inland DICE, Linz IT Services, Klagenfurt KAI, Villach Beteiligungen Ausland Infineon Technologies Romania SCS (F&E) Infineon Technologies (Kulim) Sdn Bhd, Malaysia (P) Villach (F&E, P, G, IT) MA internationale Headquarter-Funktionen Klagenfurt (IT) 163 MA internationale Headquarter-Funktion Linz Wien Graz Klagenfurt Villach 5

6 Messungen mit NFC Messstreifen 6

7 Elektrochemische Messmethoden Elektrochemische Messmethoden werden in der analytischen Chemie eingesetzt um ein Analyt durch Messung des elektrischen Potentials oder des elektrischen Stromes zu untersuchen Potentiometrie Voltammetrie Amperometrie Die Differenz des elektrischen Potentials wird gemessen (zwei Elektroden) Der Strom durch den Analyten wird gemessen während das Potential aktiv verändert wird (drei Elektroden) Coulometrie Impedanz Spektroskopie 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 7

8 NFC Messstreifen - Anwendungen Ermöglichte Testmethoden Impedanzspektro skopie Elektrochemische Messmethoden Amperometrie Voltammetrie Potentiometrie Ziel Anwendungen 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 8

Kooperationsprojekt k@home Kalium Konzentration Messung im Blut Zwei separate Sensoren: 1) Kalium Konzentration Messung 2)

Identification Grain): NFC Interface Hochimpedanz Potentiometrisches Interface (K) Amperometrisches Interface (Hämolyse) NFC

9 Kooperationsprojekt 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 gefördert durch Antenne ASIG Sensoren Medizinische Tests 9

Kooperationsprojekt k@home Messmethoden für K + und Hämolyse Detektion Kalium Messung Potentiometrie ASIG Hochimpedanz Potentiometrie Interface ist

im Analyten (Blut) Hämolyse Detektion - Amperometrie Kontrollfunktion für korrekte Blutabnahme (ohne Hämolyse) Durch Messung des Stromes kann

10 Kooperationsprojekt 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 10

11 Konstruktion des Kalium und Hämolyse Sensors Filter Halterung Filter Mikrokanal Abdeckung Mikrokanal Seitenwände Elektrische Isolation gefördert durch Elektroden Leiterbahnen und Kontakte Polymer Substrat 11

Kooperationsprojekt k@home Kalium Überwachung zu Hause Markt Potential 95 Millionen Patienten in der EU 95 Millionen Patienten in den USA

12 Kooperationsprojekt 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: gefördert durch einem Volumen von 690 Millionen Messstreifen pro Jahr 12

13 Grundkonstruktion von NFC Messstreifen Elektroden ASIG NFC Antenne Analyt Reservoir Beschichtung der Elektroden Flexibles Substrat 13

14 ASIG (µ-chip) Block Diagram RFID Reader optional external antennas HF and/or UHF RFID Antenna UHF Power Converter RX & TX Power Management Unit DCDC Converter Vbat Battery 3.3 x 3.3mm² 0.75mAh 4.1V on-chip UHF antenna HF Power Converter RX & TX Communication Interface Sensor Interface DAC ADC On-Chip Sensor external sensors Capacitor 4 x 3mm² 2.2µF 11V IPDIA On-chip Antenna RFID HF/NFC Small On-Chip Capacitor Nonvolatile Memory SPI Slave NCS SCK MOSI MISO GPIO 8 PP s ADC Monitoring and Temperature Logger Vext VDD Polling IDES Sensor Impedance Spectroscopy DC to MHz AIT Carbon Pressure Sensor 2000x200µm 2.4mm 2.4mm µctrl external Sensors, Memory On-chip Sensor Electrodes Impedance Spectroscopy, Amperometry, Potentiometry Single Nanowire Sensor Amperometric Measurements Tyndall 3D Nanowire Array Sensor Amperometric Measurements Tyndall 14

15 NFC Messtreifen mit verschiedenen Sensoren Feuchtigkeit und Temperatur Sensor Druck Sensor unbeschichtete Elektroden NFC Antenne ASIG Kalium Sensor 15

Infineon Austria Innovations-Jahreskreis 2018 Innovation Accelerator 17/18 Results Dec. 2018 Ready SiC, Go IFAT Innovation Award 2018 Submission Jan.-Feb.

18 Nov Feb WinterSchool SiC 26.02.-02.03.18 Innovation Accelerator 18/19 Kick-Off 5.10.2018 SummerSchool Digitalization 27.08.

16 Infineon Austria Innovations-Jahreskreis 2018 Innovation Accelerator 17/18 Results Dec Ready SiC, Go IFAT Innovation Award 2018 Submission Jan.-Feb PhD-Excellence Kickoff & Uni-Event ( ) Dec Jan Innovation Accelerator 2017/18 1 st Review IFX Innovation Week Campeon Nov Feb WinterSchool SiC Innovation Accelerator 18/19 Kick-Off SummerSchool Digitalization Oct Sep Aug Jahreskreis 2018 March May Apr 19 th Innovation Days & Innovation Awards & POWERcon Innovation Accelerator 18/19 July June call for ideas: Innovation Accelerator 17/18 2 nd Review ( ) 16

NFC Messtreifen universelles, flexibles Konzept Eine einfache Messung mit zugeordnetem Messstreifen und einem Mobile Phone zu jeder Zeit an jedem Ort Blut Urin Speichel Wasser div.

17 NFC Messtreifen universelles, flexibles Konzept Eine einfache Messung mit zugeordnetem Messstreifen und einem Mobile Phone zu jeder Zeit an jedem Ort Blut Urin Speichel Wasser div. Flüssigkeiten Mich interessieren Flüssigkeitsparameter Flüssigkeitstropfen liquid 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 17

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