Отечественная система непрерывного мониторинга глюкозы

Если первая версия устройства имела размеры 40x27 мм (что уже достаточно мало), то вторую мы должны были уменьшить до диаметра 19 мм.

Для этого потребовался кропотливый подбор компонентов: нужно было не только найти самые миниатюрные варианты микросхем, но также убедиться, что они имеют требуемые характеристики, принять во внимание их стоимость и доступность для будущего серийного производства. Задача также решалась плотным расположением компонентов на плате.

Для дальнейшей миниатюризации устройства команде пришлось переработать его схемотехнику и вновь пересмотреть перечень компонентов. От использования NFC пришлось отказаться, так как антенна занимала слишком много места. Теперь для активации электроники используется магнитный датчик размером 1,5х1,5 мм.

Вот как это работает. Внутри аппликатора расположен магнит. Пока магнитный датчик улавливает его магнитное поле, ключ, коммутирующий электронику с батарей, удерживается в закрытом состоянии, что обесточивает основную схему. После установки устройства на кожу магнит остается в аппликаторе – датчик фиксирует ослабление магнитного поля и открывает ключ, подавая питание на схему. Прибор активируется.

Наконец, потребовалось изменить стек платы: если первая версия имела 2 слоя, то новую плату мы спроектировали 4-слойной. Кроме того, для новой версии мы использовали технологии microvia и via-in-pad. Мы также перешли от компоновки на одной стороне к двустороннему расположению компонентов.

При измерении уровня глюкозы в процессе химической реакции производится электрический ток малой величины – порядка нескольких наноампер. Для измерения таких слабых сигналов используются схемы на трансимпедансных усилителях, а также цепи фильтрации для выделения полезного сигнала среди шумов.

Кроме того, чтобы электрохимический датчик выдавал корректные значения, точно отражающие уровень глюкозы, команде пришлось поэкспериментировать с приложением к нему разных напряжений поляризации. Слишком низкое напряжение – реакция не запустится и сигнала не будет. Слишком высокое – и датчик уйдет в насыщение, а показатели станут некорректными.

Системы постоянного мониторинга глюкозы предъявляют жесткие требования к энергопотреблению. Устройства должны сохранять работоспособность в течение не менее одного года во время хранения и не менее 14 дней непрерывной работы после активации пользователем. Это требует оптимизации как на аппаратном, так и на программном уровне.

На аппаратном уровне команда поставила дополнительный ключ на схему электропитания, который физически отключает почти всю электронику от батареи. Это минимизирует токи утечки в режиме хранения. Подключенным к батарее остается только магнитный датчик, среднее энергопотребление которого составляет 20 нА.

На программном уровне энергопотребление удалось снизить за счет настройки мощности радиопередатчика, подбора интервалов передачи данных, интервалов времени между сеансами связи по BLE и ограничения объема передаваемой информации. Мы также использовали классический прием, когда микроконтроллер и периферия устройства переводятся в “сон” между измерениями.

Результаты измерений должны храниться на самом устройстве, а точнее на флеш-памяти микроконтроллера, так как разместить дополнительную память на столь малой плате было невозможно. Флеш-память не износостойка и имеет очень ограниченный объем, поэтому требовалось не допустить частого перезаписывания одних и тех же ячеек.

Для этого мы реализовали циклическое хранение измерений на внутренней флеш-памяти с равномерным распределением износа: данные записываются последовательно, а после заполнения всей памяти новые измерения начинают вытеснять самые старые.

Довести точность измерений до приемлемых отраслевых стандартов за счет переработки схемотехники усиления сигнала и подбора уровня поляризующего напряжения.