Capítulo 3 Desarrollo del glucómetro del proyecto

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Capítulo 3 Desarrollo del glucómetro del proyecto

En este capítulo se describirá la parte analógica del sistema que incluye la
medición de glucosa y los circuitos de acondicionamiento de señal que será
enviada al sistema digital que será descrito en el siguiente capítulo

Para realizar el proyecto se utilizaron tiras reactivas de la marca Accu-Chek, las
cuales fueron seleccionadas por su facilidad de obtención, para que a futuro los
pacientes no tuvieran complicaciones para conseguirlas. Igualmente se usó la
base de las tiras la cual fue extraída de un glucómetro de la misma marca. La
tabla de especificaciones tanto del glucómetro como de las tiras se encuentran
en el Anexo A: Glucómetro y tiras reactivas.
Soluciones de prueba
Se necesitó preparar soluciones de glucosa para realizar las pruebas con el
glucómetro, simulando éstas la acción de la sangre. En la Tabla 2, se ilustran
los rangos de glucosa con relación al estado del paciente. Debido a esto, se
prepararon soluciones en un rango de 50 a 600 mg/dl de glucosa.
Tabla 2. Significado de valores de glucosa
en el cuerpo humano
Glucosa Significado en el cuerpo humano
(mg/dl)
50 hipoglucemia
90 a 110 glucemia normal
150 glucemia después de ingerir alimentos
200 hiperglucemia leve
400 hiperglucemia alta
600 hiperglucemia muy alta

Utilizando la base para las tiras del Glucómetro Accu-Chek Performa, se
realizaron diversas pruebas para obtener la resistencia entre cada una de las
seis terminales del dispositivo. Para esto, se utilizaron soluciones preparadas
de dextrosa disuelta en agua bi-destilada, la cual daba los distintos valores de
concentración de glucosa en miligramos por decilitro (mg/dl) que es la unidad
de medida más común para la concentración de glucosa.
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Para la preparación de las soluciones se utilizaron los siguientes componentes:
Vaso de precipitados de 500 ml.
Agua destilada 2 ½ l
10 goteros de 50 ml.
Dextrosa
Primero se realizaron pruebas para calcular cuanta glucosa se utilizaría para
obtener las concentraciones necesarias, para esto, en el vaso de precipitados
se puso a hervir 500 ml de agua destilada, Figura 5, para después agregar
0.300 g de dextrosa y así se obtuvo la solución de 146 mg/dl de glucosa,
después se tomó la mitad del vaso de precipitados (250 ml) y se reservó en un
contenedor, para después volver a llenar el vaso hasta 500 y así se obtuvo una
solución de 79 mg/dl, y finalmente se repitió el proceso de reservar para
nuevamente llenar y obtener una solución de 44 mg/dl.

(a)vaso de precipitado con (b)Calentando el agua bi- (c)Goteros con soluciones de
agua bi-destilada destilado. glucosa
Figura 5 preparando soluciones de
glucosa.

De la misma manera se repitió el proceso para 0.200g de dextrosa, y se obtuvo
una solución de 100 mg/dl, después 51, 26 y finalmente 16 mg/dl. Después se
procedió a la calibración de las soluciones con un glucómetro Accu-Chek
Performa.
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Al obtener estos resultados, se determinaron las cantidades de dextrosa que se
debía usar para obtener las soluciones con las concentraciones necesarias
restantes, y para usar una menor cantidad de agua destilada. Finalmente se
midieron las soluciones con el glucómetro y se llenaron los goteros, Figura 5 c,
obteniéndose las soluciones resumidas en la Tabla 3.
Tabla 3 Concentraciones de glucosa en
soluciones
Glucosa
Agua Glucosa
deseada Dextrosa
destilada obtenida
mg/dl mg
ml mg/dl
50 113 500 51
100 205 500 100
150 310 500 146
200 82.1 100 425
300 123.2 100 360
400 164.3 100 531
500 205.4 100 hi
600 246 100 hi

Caracterización de las tiras reactivas
Como mencionó, se utilizaron tiras reactivas de la marca Accu-Chek. En la
imagen de la Figura 6 (a), se puede observar una tira a la cual se le retiro la
cubierta plástica que las cubre, para poder identificar las terminales de
medición.
En la Figura 2Figura 6 (b) se puede observar la base extraída del glucómetro
Accu-Chek Performa, la cual solo se retiró para poder leer y analizar las tiras
reactivas de una manera más adecuada, a esta base, se le soldaron cables
debido a que al desoldarla sus terminales quedaron muy pequeñas lo cual
dificultaba su uso.
Al final del proyecto, solo quedaron soldadas las terminales que se utilizaron,
para evitar confusiones con respecto a éstas.

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1 3 5

2 4 6

Figura 6 (a) Numeración de las terminales
de tiras reactivas y (b)base para éstas

Cuando se tuvieron las soluciones con diferentes concentraciones de glucosa,
se procedió, primero, a la medición de las resistencias entre las terminales de
la tira reactiva sin glucosa en ellas; obteniendo la siguiente tabla:
Tabla 4 Resistencia en terminales de la tira
reactiva sin la presencia de glucosa.
Terminales Resistencia
1 2 360.1Ω 245.2Ω
1 3 0.00 0.00
1 4 0.00 0.00
1 5 0.00 0.00
1 6 0.00 0.00
2 3 0.00 0.00
2 4 0.00 0.00
2 5 0.00 0.00
2 6 0.00 0.00
3 4 0.00 0.00
3 5 0.00 0.00
3 6 0.00 0.00
4 5 0.00 0.00
4 6 0.00 0.00
5 6 0.631kΩ 0.638 kΩ

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Después de medir la resistencia entre terminales se procedió a probar la
respuesta de las terminales de las tiras reactivas bajo diferentes
concentraciones de glucosa obteniéndose la Tabla 5
Tabla 5 Mediciones de resistencias en valor
a concentraciones de glucosa de 100, 200 y
400 mg/dl de glucosa.
Terminales
100 mg/dl 100 mg/dl 200 mg/dl 200 mg/dl 200 mg/dl 400 mg/dl 400 mg/dl 400 mg/dl
1 2 .225kΩ .225kΩ .223kΩ .223kΩ .223kΩ .228kΩ .228kΩ .228kΩ
1 3 927.kΩ 919.kΩ 779.kΩ 738.kΩ 757.kΩ 620.kΩ 520.kΩ 655kΩ
1 4 916.kΩ 910.kΩ 759.kΩ 716.kΩ 740.kΩ 660.kΩ 659.kΩ 656.kΩ
1 5 846.kΩ 846.kΩ 767.kΩ 761.kΩ 764.kΩ 652.kΩ 663.kΩ 718kΩ
1 6 852.kΩ 853.kΩ 770.kΩ 752.kΩ 768.kΩ 773.kΩ 775kΩ 667kΩ
2 3 974.kΩ 905.kΩ 734.kΩ 761.kΩ 797.kΩ 687.kΩ 628.kΩ 659.kΩ
2 4 924.kΩ 904.kΩ 775.kΩ 734.kΩ 755.kΩ 605.kΩ 655.kΩ 678.kΩ
2 5 858.kΩ 853.kΩ 761.kΩ 769.kΩ 774.kΩ 710.kΩ 796.kΩ 700.kΩ
2 6 840.kΩ 849.kΩ 749.kΩ 761.kΩ 774.kΩ 749.kΩ 708.kΩ 796.kΩ
3 4 853.kΩ 753.kΩ 832.kΩ 750.kΩ 710.kΩ 181.kΩ 171.kΩ 165.2kΩ
3 5 764.kΩ 733.kΩ 703.kΩ 624.kΩ 706.kΩ 192.1kΩ 194.kΩ 169.4kΩ
3 6 672.kΩ 691.kΩ 610.kΩ 709.kΩ 673.kΩ 184.kΩ 176.kΩ 186.2kΩ
4 5 730.kΩ 756.kΩ 789.kΩ 805.kΩ 685.kΩ 178.kΩ 173.kΩ 191.kΩ
4 6 788.kΩ 783.kΩ 698.kΩ 723.kΩ 709.kΩ 194.3kΩ 171.2kΩ 169.kΩ
5 6 .641kΩ .641kΩ .631kΩ .631kΩ .631kΩ .644kΩ .644kΩ .644kΩ

En base a lo obtenido en la Tabla 5, se puede observar que el comportamiento
más estable lo tuvieron las terminales 1 2, 1 3 y 2 3, el primer par de terminales
quedó descartado debido a que se pudo observar que las mediciones no
cambiaban de manera significativa y que aún sin glucosa tenía un valor base y
se decidió que era mejor una sin valor base para determinar fácilmente su
cambio con respecto al tiempo.
Finalmente se seleccionó la terminal 1 3 debido a que se observó una mayor
diferencia entre resistencias con respecto a la solución de glucosa.
Desarrollo del glucómetro
Para el circuito para amplificación del voltaje que se quiere se utilizó un
amplificador de instrumentación TL082IN conectado con una resistencia de
10kΩ como primera etapa y después a un amplificador operacional LM741 con
una configuración inversora y una ganancia de 0.5, como se muestra en el
siguiente diagrama, Figura 7. Los voltajes de alimentación que se le dieron a
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los amplificadores fueron de ±12V dc. La parte de la tira reactiva entra en el pin
2 del TL082IN siendo antes alimentada por una fuente de 3.3 V dc.
-12v
V3
10K 10K
R R
TL022 LM741
4 45
2 20K 2
1 6
- -
3 3
R Glucosa
+ R +
8 U2A 71 U1
V1
3.3v
V2
12v

Figura 7 Circuito con ganancia de 0.5

Después con la ayuda de un osciloscopio de la marca Tektronix, modelo
TDS1012B utilizándolo en modo de almacenamiento USB, se obtuvieron las
gráficas de caracterización del sensor, y al mismo tiempo obtener los valores
exactos de voltaje para poder realizar una interpolación y obtener una
ecuación.

Figura 8 (a) Curva de caracterización con
solución de 50 mg/dl y (b) curva de
caracterización con solución de 600
mg/dl.

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Una vez hechas las pruebas se analizaron las gráficas de la Figura 8 y las
demás obtenidas con ayuda del osciloscopio, se concentraron los voltajes en la
Tabla 6, para después obtener las gráficas en la Figura 9, donde no se pudo
observar alguna tendencia favorable para el estudio, a pesar de tomar en
cuenta los segundos del 1 al 5. Cabe señalar que se toman las lectura en los
segundo de 1 al 5 debida a que los glucómetros comerciales dan su medición
típicamente en el segundo 5.
Tabla 6 Voltajes obtenidos mediante
osciloscopio con diferentes concentraciones
de glucosa.
Glucosa  Voltaje en 
(mg/dl)  Tiempo=1s  Tiempo=2s  Tiempo=3s  Tiempo=4s  Tiempo=5s 
0  0.00V  0.00V  0.00V  0.00V  0.00V 
50  4.94V  2.55V  1.43V  1.43V  1.28V 
100  4.70V  2.48V  1.73V  1.48V  1.35V 
150  5.05V  2.75V  1.55V  1.55V  1.33V 
200  5.25V  3.50V  2.05V  1.53V  1.23V 
250  5.33V  2.95V  1.65V  1.65V  1.50V 
300  5.05V  2.95V  1.70V  1.35V  1.18V 
350  5.27V  3.23V  1.40V  1.40V  1.21V 
400  5.08V  3.55V  1.90V  1.43V  1.23V 
450  5.28V  3.45V  1.33V  1.33V  1.15V 
500  4.80V  2.70V  1.80V  1.45V  1.30V 
550  5.20V  3.40V  1.45V  1.45V  1.30V 
600  5.25V  3.30V  1.70V  1.30V  1.15V 

En la Figura 9 se pueden observar las gráficas en los primeros cinco segundos
en los cuales se realizó la medición; no pudiendo encontrarse tendencia
favorable alguna. En la figura con el tiempo= 5s, se esperaba encontrar una
gráfica favorable con los datos para formular la ecuación que caracterizara el
comportamiento de las tiras reactivas, debido a que no se encontró se procedió
a un nuevo análisis de las tiras.

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Figura 9 Respuesta del circuito detector a
diferentes tiempos

Después de analizar los resultados anteriores, se concluyó que se había
cometido un error en la selección de las terminales, debido a que de acuerdo a
la forma de las tiras, las terminales 1 y 2, Figura 10, forman un sensor para
detección de flexiones en la tira reactiva, mientras que las terminales 5 y 6,
Figura 10, forman un sensor de temperatura, es decir, las terminales 1y 2 en
conjunto con las 5 y 6 forman un circuito de compensación de flexión y
temperatura en el glucómetro. Por lo tanto al elegir las terminales 1 y 3, se
había procedido incorrectamente porque se medía otra cosa y no la glucosa,
las terminales correctas para tomar mediciones de glucosa debían ser la 3 y 4.
24
1
2
6
5

Figura 10 Terminales de latirá reactiva que
conforman el circuito de compensación de
flexión y temperatura del circuito.

Por lo tanto, después de rectificar las terminales a utilizar, se obtuvieron las
mediciones reportadas en la Tabla 7.
Tabla 7. Valores de glucosa y sus
equivalentes en resistencia eléctrica.
Glucosa Resistencia
(mg/dl) kΩ
43 590
148 500
325 188
431 181
533 175
mayor de 600 175

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Después se procedió a conectar el circuito mostrado en el diagrama de la
Figura 11, pero se pudo observar que la señal era muy pequeña como para
reducirla a la mitad, así que se procedió a dejar la ganancia en 1 cambiando la
resistencia de 20kΩ a 10kΩ, quedando de la siguiente manera.
-12v
V3
10K 10K
R R
TL022 LM741
4 45
2 10K 2
1 6
- -
3 3
R Glucosa
+ R +
8 U2A 71 U1
V1
3.3v
V2
12v

Figura 11 Circuito de amplificación con
ganancia de 1.

Sin embargo debido a la forma de señal que se obtenía se decidió cambiar la
ganancia del circuito inversor a 5 para amplificarlas lo suficiente, después
entraría a un circuito restador el cual resta 1.5 a la señal que entra al Arduino
quedando el circuito como en la Figura 12..

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