A System for Wireless Power Transfer of Micro-Systems In-Vivo Implantable in Freely Moving Animals

A system for wireless power transfer of micro-systems in-vivo implantable in small animals is presented. The described solution uses a servo-controlled transmitter moved under the animal moving space. The solution minimizes the power irradiation while enabling animal speeds up to 30 cm/s. An x-y movable magnetic coil transmits the required power with a level able to keep constant the received energy. A permanent magnet on board of the implantable micro-system and an array of magnetic sensors form a coil tracking system capable of an alignment accuracy as good as 1 cm. The power is transferred over the optimized remote powering link at 13.56 MHz. The received ac signal is converted to dc voltage with a passive full-wave integrated rectifier and the voltage regulator supplies 1.8 V for the implantable sensor system. Experimental measurement on a complete prototype verifies the system performance

Intelligent cage for remotely powered freely moving animal telemetry systems

Grundsätzlich ist für die nachhaltige Nutzung einer Lagerstätte die Kenntnis der Geologie von signifikanter Bedeutung. Unter Einbeziehung und Aufbereitung vielfältiger Eingangsdaten wurde erstmals eine komplexe geologische Interpretation des Werra-Kaligebietes vorgelegt, die sowohl das Suprasalinar und Salinar als auch das Subsalinar umfasst. Mit Hilfe eines eigens zu diesem Zweck erstellten 3D-Strukturmodells wurden Untersuchungen zu Auswirkungen struktureller und geologischer Merkmale auf wesentliche Eigenschaften der Lagerstätte durchgeführt. So erfolgte u. a. die Analyse der Verteilung der Wertstoffgehalte der sich im Abbau befindlichen Kaliflöze im Hinblick auf das 3D-Strukturmodell. Auch wurden die Häufigkeit, die räumliche Verteilung und die Größe von Gasereignissen im Kontext zur geologischen Entwicklung des Werra-Kaligebietes untersucht. Die vorgelegte Dissertation stellt einen Beitrag zur Erforschung der Beckenentwicklung dar und ermöglicht eine Übertragung gewonnener Erkenntnisse auf zukünftige Abbaubereiche der Lagerstätte.:Inhaltsverzeichnis 1 Einführung 2 Präzisierung der Aufgabenstellung 3 Wissenschaftlicher Kenntnisstand zum Werra-Kaligebiet 3.1 Geographische und topographische Situation 3.2 Regionalgeologischer Rahmen 3.2.1 Paläogeographie 3.2.2 Tektonische Einordnung und Entwicklung 3.2.3 Strukturinventar von Subsalinar, Salinar und Suprasalinar im Werra- Kaligebiet 3.2.3.1 Tektonische Erscheinungsformen im Subsalinar 3.2.3.2 Tektonische Erscheinungsformen im Salinar 3.2.3.3 Tektonische Erscheinungsformen im Suprasalinar 3.3 Stratigraphische Gliederung 3.3.1 Präzechstein 3.3.2 Zechstein 3.3.3 Postzechstein 4 Eingangsdaten und methodische Vorgehensweise 4.1 Arbeitsvorbereitung und Datenaufbereitung 4.1.1 Digitales Geländemodell 4.1.2 Geologische Karten 4.1.3 Bohrungsdaten aus Tagesbohrungen 4.1.4 Grubenrissliche Unterlagen 4.1.4.1 Bohrungsdaten aus Untertagebohrungen 4.1.4.2 Fazies- und Strukturdaten 4.1.4.3 Vulkanitvorkommen 4.1.4.4 Gasereignisse 4.1.4.5 Wertstoffgehalte 4.1.5 Georadardaten 4.1.6 Seismikdaten 4.1.7 Geomagnetik 4.1.8 Gravimetrie 4.2 Eingangsdaten und Geomodellierung 4.2.1 Definition Modellraum und stratigraphische Tabelle 4.2.2 Eingangsdaten und Erstellung Störungen 4.2.3 Eingangsdaten und Erstellung der Horizonte 5 Ergebnisse 5.1 Ergebnis der geologischen Modellierung 5.2 Güte des 3D-Strukturmodells 5.3 Auswertung des 3D-Strukturmodells 5.3.1 Isobathenpläne ausgewählter stratigraphischer Horizonte 5.3.2 Isopachenpläne ausgewählter stratigraphischer Abschnitte 5.3.3 Geologische Profile 5.3.4 Fazieskarten und Störungszonen 5.3.5 Ergebnisse zu Wertstoffgehalten 5.3.6 Ergebnisse zu Gasereignissen und Vulkanitvorkommen 5.3.6.1 Häufigkeit der Gasereignisse 5.3.6.2 Größe der Gas-Salz-Ausbrüche 5.3.6.3 Beziehungen der Häufigkeit von Gasereignissen, der Größe von Gas-Salz- Ausbrüchen, der Fazies und der Eigenschaften der Vulkanite 6 Diskussion der Ergebnisse 6.1 Ableitung zur Senkungsentwicklung des Arbeitsgebietes 6.2 Differenzierte geologische Entwicklung des Arbeitsgebietes unter Berücksichtigung einzelner Strukturelemente 6.2.1 Beginn des Zechstein 6.2.2 Verlauf Zechstein 6.2.3 Trias 6.2.4 Jura und Kreide 6.2.5 Tertiär 6.3 Fazielle Ausbildung der Kaliflöze in Bezug zu der geologischen Entwicklung des Arbeitsgebietes 6.4 Wertstoffverteilung der Kaliflöze im Hinblick auf die geologische Entwicklung des Arbeitsgebietes 6.5 Gasimprägnationen 6.6 Auswirkungen und Übertragbarkeit der Ergebnisse 7 Zusammenfassung 8 Fazit und Ausblic

Integrated Electronics to Control and Readout Electrochemical Biosensors for Implantable Applications

Biosensors can effectively be used to monitor multiple metabolites such as glucose, lactate, ATP and drugs in the human body. Continuous monitoring of these metabolites is essential for patients with chronic or critical conditions. Moreover, this can be used to tune the dosage of a drug for each individual patient, in order to achieve personalized therapy. Implantable medical devices (IMDs) based on biosensors are emerging as a valid alternative for blood tests in laboratories. They can provide continuous monitoring while reduce the test costs. The potentiostat plays a fundamental role in modern biosensors. A potentiostat is an electronic device that controls the electrochemical cell, using three electrodes, and runs the electrochemical measurement. In particular the IMDs require a low-power, fully-integrated, and autonomous potentiostats to control and readout the biosensors. This thesis describes two integrated circuits (ICs) to control and readout multi-target biosensors: LOPHIC and ARIC. They enable chronoamperometry and cyclic voltammetrymeasurements and consume sub-mW power. The design, implementation, characterisation, and validation with biosensors are presented for each IC. To support the calibration of the biosensors with environmental parameters, ARIC includes circuitry to measure the pHand temperature of the analyte through an Iridiumoxide pH sensor and an off-chip resistor-temperature detector (RTD). In particular, novel circuits to convert resistor value into digital are designed for RTD readout. ARIC is integrated into two IMDs aimed for health-care monitoring and personalized therapy. The control and readout of the embedded sensor arrays have been successfully achieved, thanks to ARIC, and validated for glucose and paracetamol measurements while it is remotely powered through an inductive link. To ensure the security and privacy of IMDs, a lightweight cryptographic system (LCS) is presented. This is the first ASIC implementation of a cryptosystem for IMDs, and is integrated into ARIC. The resulting system provides a unique and fundamental capability by immediately encrypting and signing the sensor data upon its creation within the body. Nano-structures such as Carbon nanotubes have been widely used to improve the sensitivity of the biosensors. However, in most of the cases, they introduce more noise into the measurements and produce a large background current. In this thesis the noise of the sensors incorporating CNTs is studied for the first time. The effect of CNTs as well as sensor geometry on the signal to noise ratio of the sensors is investigated experimentally. To remove the background current of the sensors, a differential readout scheme has been proposed. In particular, a novel differential readout IC is designed and implemented that measures inputcurrents within a wide dynamic range and produces a digital output that corresponds to the -informative- redox current of the biosensor