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Patent Searching and Data


Title:
EXCHANGE AND/OR STORAGE STATION
Document Type and Number:
WIPO Patent Application WO/2021/052971
Kind Code:
A1
Abstract:
The invention relates to an exchange and/or storage station (10) for the exchange of at least one sensor unit (4, 5, 8, 42, 51) and/or the wet storage of at least one sensor unit (4, 5, 8, 42, 51) of a brush head (1) of a toothbrush (100), comprising at least one mechanical cleaning means for cleaning teeth and the sensor unit (4, 5, 8, 42, 51) for monitoring the health status of a user, as well as comprising an exchange and/or storage chamber (11), wherein the brush head (1) can be introduced into the exchange and/or storage chamber (11) at least in sections.

Inventors:
SCHÄFER CHRISTOPH (CH)
CIRILLO FABIO (CH)
JÄGGI CHRISTIAN (CH)
SCHAFFNER STEFAN (CH)
STÜBINGER STEFAN (CH)
JEZERNIK SASO (CH)
Application Number:
EP2020/075781
Publication Date:
March 25, 2021
Filing Date:
September 15, 2020
Export Citation:
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Assignee:
BIOINITIALS GMBH (CH)
International Classes:
A61B5/00; A46B15/00; A47K1/09; A61B5/145
Foreign References:
US4585119A1986-04-29
GB2067894A1981-08-05
US20060281042A12006-12-14
US20120165698A12012-06-28
US20140005491A12014-01-02
US6623698B22003-09-23
DE102011085747A12013-05-08
AT186493B1956-08-10
AT184692B1956-02-10
DE102006022290A12007-11-15
Other References:
KANYAPAK SOTTHIPOKA ET AL: "Originality/value", JOURNAL OF HEALTH RESEARCH, vol. 32, no. 6, 12 November 2018 (2018-11-12), pages 421 - 431, XP055749807, ISSN: 2586-940X, DOI: 10.1108/JHR-11-2018-082
VON KONCKI ET AL.: "Disposable screen-printed pH-electrode for determination of anticholinesterase activity", BIOSENSORS FOR DIRECT MONITORING OF ENVIRONMENTAL POLLUTANTS IN FIELD, pages 139 ff
Attorney, Agent or Firm:
KLEINE, Hubertus et al. (Bielefeld, DE)
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Claims:
Patentansprüche

1. Austausch- und/oder Lagerstation (10) für den Austausch zumindest einer Sensoreinheit (4, 5, 8, 42, 51) und/oder für die befeuchtete Lagerung zumin dest einer Sensoreinheit (4, 5, 8, 42, 51 ) eines Bürstenkopfes (1 ) einer Zahn bürste (100), mit zumindest einem mechanischen Reinigungsmittel zur Reini gung der Zähne und der Sensoreinheit (4, 5, 8, 42, 51 ) zur Überwachung des Gesundheitszustands eines Anwenders; mit einer Austausch- und/oder Lager kammer (11), wobei der Bürstenkopf (1) zumindest bereichsweise in die Aus tausch- und/oder Lagerkammer (11) einführbar ist.

2. Austausch- und/oder Lagerstation (10) nach Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, dass die Austauschstation (10) eine Vorratsanordnung (13) mit mehreren vereinzelbaren Sensoreinheiten (4, 5, 8) oder Sensoranordnungen (3) umfassend zumindest eine Sensoreinheit (4, 5, 8) und eine Bestückungs einheit (17) zum Bestücken des Bürstenkopfes (1) innerhalb der Austausch kammer (11 ) aufweist.

3. Austausch- und/oder Lagerstation (10) nach Anspruch 1 oder 2 dadurch gekennzeichnet, dass die Austausch- und/oder Lagerkammer eine Lagerflüs sigkeit aufweist, mit welcher die Austausch- und/oder Lagerkammer derart be fällt ist, dass die Sensoreinheit (4, 5, 8) der Zahnbürste vollständig benetzt wird.

4. Austausch und/oder Lagerstation nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Bestückungsvorrichtung (17) eine Ver einzelungsvorrichtung (12) umfasst oder als eine Vereinzelungsvorrichtung (12) ausgebildet ist.

5. Austausch- und/oder Lagerstation nach einem der vorhergehenden Ansprü che, dadurch gekennzeichnet, dass die Austauschstation (10) eine Ladesta tion (14) aufweist zum Aufladen der Zahnbürste (100).

6. Austausch und/oder Lagerstation nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Austausch- und/oder Lagerstation (10) einen Füllstandssensor zur Überwachung des Befüllungsgrades der Lager kammer aufweist.

7. Austausch- und/oder Lagerstation nach einem der vorhergehenden Ansprü che , dadurch gekennzeichnet, dass die Austauschstation (10) eine Auslese- und/oder Auswerteeinheit (15) aufweist, zum Auslesen von Sensor daten der verbrauchten Sensoranordnung (3’) oder der verbrauchten Sen soreinheit und/oder zur Kalibration und/oder zum Einlesen von Sensordaten für die zu bestückende Sensoranordnung (3) oder die zu bestückende Sen soreinheit (4, 5, 8).

8. Austausch- und/oder Lagerstation nach einem der vorhergehenden Ansprü che, dadurch gekennzeichnet, dass die Austausch- oder Lagerstation eine Messkammer aufweist, welche eine Sensoranordnung umfassend zumindest einen nicht-austauschbaren Sensor, vorzugsweise einen Temperatursensor, einen Leitfähigkeitssensor, einen Impedanzsensor und/oder potentionmetri schen Sensor oder einen austauschbaren Sensor, insbesondere einen Bio sensor, besonders bevorzugt einen Hormon-, Enzym-, Peptid-, Biomarker- und/oder Protein-Sensor, einschließlich einen Antigen- und/oder Antikörper- Sensor, und besonders bevorzugt einen Lactat-, Glucose-, GABA-, IgA-, Lysozym-, IgM-, IL-6-, CRP-, Tnf-a- und/oder alpha-Macroglobulin-Sensor und/oder einen Sensor zur Erfassung eines Metaboliten aufweist.

9. Austausch und/oder Lagerstation oder Zahnbürste nach einem der vorherge henden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Austausch- und/oder Lagerstation (10) und/oder die Zahnbürste (100) zumindest ein Sendemodul (16), insbesondere in Kombination mit einem Empfangsmodul oder in der Aus bildung als Sende- und Empfangsmodul, zum Datenaustausch von ermittelten Sensordaten mit einer externen Datenverarbeitungseinheit aufweist.

10. Austausch- und/oder Lagerstation nach einem der vorhergehenden Ansprü che oder Zahnbürste (100), mit zumindest einer Auswerteeinheit, insbeson dere der Auswerteeinheit (15) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, welche ausgebildet ist zum Ausführen eines Verfahrens zum Betrieb einer Zahnbürste (100) zur Überwachung des Gesundheitszustandes eines Anwen ders mit den folgenden Schritte:

I. Bestücken des Bürstenkopfes (1) der Zahnbürste (100) mit einer neuen Sensoranordnung (3) und/oder einer neuen Sensoreinheit (4, 5, 8);

II. Einführen des Bürstenkopfes (1) in den Mundraum und Kontaktierung der Sensoranordnung (3) und/oder Sensoreinheit (4, 5, 8) mit Speichel;

III. Erzeugung von Sensordaten zur Ermittlung von zumindest zwei, vor zugsweise zumindest drei, Stoffeigenschaften des Speichels und

IV. Entnahme einer verbrauchten Sensoranordnung (3’) und/oder Sen soreinheit und Auslesen der Daten innerhalb der Austauschstation (10).

11.Austausch- und/oder Lagerstation oder Zahnbürste (100) nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, dass nach dem Ausführen des Schrittes II des Verfahrens ein Anzeigemodul angibt, dass die Sensoranordnung (4, 5, 8) ver braucht ist und zur Wiederholung des Verfahrens ausgetauscht werden muss.

12. Austausch- und/oder Lagerstation oder Zahnbürste (100) nach Anspruch 10 oder 11 , dadurch gekennzeichnet, dass die Auswerteeinheit ausgerüstet ist zur Durchführung einer Auswertung des Befeuchtungsgrades der Sensoran ordnung in Schritt II.

13. Austausch- und/oder Lagerstation oder Zahnbürste (100) nach einem der vor hergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Auswerteein heit ausgerüstet ist zur Durchführung einer Auswertung hinsichtlich der Kon zentration an Zahnpasta im Speichel und vorzugsweise einer Fehlerangabe bei einer Fehlmessung aufgrund zu hoher Zahnpastakonzentration.

14. Verwendung der Austausch- und/oder Lagerstation nach einem der vorherge henden Ansprüche zum Austausch einer Sensoreinheit (4, 5, 8, 42, 51) eines Bürstenkopf (1 , 20, 30, 40, 50) zur Überwachung des Gesundheitszustandes eines Anwenders, wobei die Sensoreinheit (4, 5, 8, 42, 51 ) austauschbar am oder im Bürstenkopf (1 , 20, 30, 40, 50) einer Zahnbürste angeordnet ist.

Description:
Austausch- und/oder Lagerstation

Die vorliegende Erfindung betrifft eine Austausch- und/oder Lagerstation nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1 , eine Austausch- und/oder Lagerstation oder eine Zahnbürste gemäß Anspruch 10, sowie eine Verwendung der vorgenannten Aus tausch- und/oder Lagerstation.

Die US 6,623,698 B offenbart eine Zahnbürste zur Detektion von Blutzucker, Schwangerschaft, HIV und dergleichen. Diese Zahnbürste geht von einem und/oder mehreren wechselbaren Zahnbürstenaufsätzen aus. Die Aufsätze weisen integrierte Sensoren auf.

Die Sensoren sind entweder optische Sensoren oder elektrische Sensoren. Die Druckschrift offenbart eine zeitsequentielle Messung mit einer ersten Zeitphase, in welcher eine Speichelsammlung und -messung erfolgt, und eine anschließende zweiten Zeitphase, in der nur ein Bürsten der Zähne erfolgt.

Obgleich diese Druckschrift und somit auch die damit verbundene Technologie be reits seit geraumer Zeit bekannt ist, hat sich ein damit realisiertes Produkt nicht kom merziell durchgesetzt. Ein möglicher Grund könnte in der Art der Sensoren der Bürste gesehen werden. Bei Einsatz von Biosensoren mit geringer Lebensdauer von mehreren Tagen in einem vorgenannten Bürstenkopf wären die Austauschintervalle des Bürstenkopfes sehr gering.

Andererseits muss in der Zahnmedizin besonders auf Hygiene geachtet werden. Weiterhin sind manche Sensoren nach kurzem, meist sogar einmaligem Gebrauch nicht mehr verlässlich.

Ein Bürstenkopf kann gemäß dem Konzept der vorliegenden Erfindung eine aus tauschbare Sensoreinheit aufweisen. Problematisch dabei ist die sichere Veranke rung und die möglichst genaue Positionierung der Sensoreinheit, um eine hohe Ver gleichbarkeit der jeweiligen Messungen untereinander zu erreichen.

Ausgehend davon ist es die Aufgabe der vorliegenden Erfindung, eine Austausch und/oder Lagerstation bereitzustellen.

Die vorliegende Erfindung löst diese Aufgabe durch eine Austausch- und/oder Lager station mit den Merkmalen des Anspruchs 1 . Erfindungsgemäß kann eine Austauschstation für den Austausch einer Sensoranord nung eines Bürstenkopfes vorgesehen werden mit einer Austauschkammer, wobei der Bürstenkopf zumindest bereichsweise in die Austauschkammer einführbar ist und wobei die Austauschstation vorzugsweise eine Vorratsanordnung mit mehreren ver einzelbaren Sensoranordnungen und/oder Sensoreinheiten und eine Bestückungs einheit zum Bestücken des Bürstenkopfes mit der Sensoreinheit oder einer mehrere Sensoreinheiten umfassenden Sensoranordnung aufweist. Das Bestücken erfolgt in nerhalb der Austauschkammer. Die Austauschkammer ist zumindest zu einer Seite hin geöffnet, um den Bürstenkopf einzuführen. Die Sensoreinheit und/oder die Sen soranordnung kann in der einfachsten Ausgestaltung auch lediglich einen Sensor, z.B. einen kapazitiven Sensor oder einen Temperatursensor, umfassen. Allerdings sind bevorzugt weitere Sensoren vorgesehen, welche eine umfassendere Überwa chung des Gesundheitszustandes des Anwenders gewährleisten.

Das Bestücken kann beispielsweise automatisch oder durch manuelle Krafteinwir kung erfolgen. Als Austauschstation kommen viele Varianten in Betracht. So kann die Austauschstation beispielsweise entweder eine Größe eines Tischaufsatzes oder einer kleinen, von Hand betriebenen Station aufweisen. Insbesondere in letzterem Fall kann die Station mit einer Batterie oder einem anderen portablen Stromspeicher, z.B. einem Akku, betrieben werden.

Alternativ oder zusätzlich kann Austauschstation auch als Lagerstation ausgebildet sein. Dabei ist die Austauschkammer alternativ oder zusätzlich als Lagerkammer ausgebildet, welche teilweise oder vollständig mit einer Lagerflüssigkeit befüllt ist.

Die Befüllung ist derart, dass zumindest die Sensoreinheit der Zahnbürste vollständig entlang ihrer Sensoroberfläche benetzt wird. Die dauerhafte Befeuchtung der Sen soroberfläche ermöglicht eine zuverlässige Messung.

In der Ausbildung als Lagerstation muss kein Austausch der Sensoreinheit erfolgen. Die Zahnbürste kann sodann auch lediglich einen einzigen Sensor, z.B. einen Tem peratursensor, einen pH-Sensor, einen Glucosesensor oder einen Beschleunigungs sensor, aufweisen, um z.B. den Zeitraum und/oder die Intensität der Applikation der Zahnbürste im Mundraum zu messen.

Weiterhin kann durch die Zahnbürste eine Probennahme von Speichel erfolgen. Die weitere Sensorik zur Ermittlung des Gesundheitszustandes kann in der Lagerstation integriert sein.

So kann die Lagerstation, insbesondere die Lagerkammer, vorzugsweise einen Tem peratursensor, einen Leitfähigkeitssensor, einen Impedanzsensor und/oder potentionmetrischen Sensor oder einen austauschbaren Sensor, insbesondere einen Biosensor, besonders bevorzugt einen Hormon-, Enzym-, Peptid-, Biomarker- und/o der Protein-Sensor, einschließlich einen Antigen- und/oder Antikörper-Sensor, und besonders bevorzugt einen Lactat-, Glucose-, GABA-, IgA-, Lysozym-, IgM-, IL-6-, CRP-, Tnf-a- und/oder alpha-Macroglobulin-Sensor zur Bestimmung einer oder meh rerer Messgrößen für die Überwachung des Gesundheitszustandes des Anwenders und/oder einen Sensor zur Detektion von Metaboliten, und vorzugsweise deren Kon zentration, insbesondere von priodontitis-, paradontitis und/oder kariesverursachen den Bakterien, vorzugsweise von Prevotella intermedia, Porphyromonas gingivalis, Tannerella forsythia, Treponema denticola und/oder den mit aggressiver Parodontitis assoziierten Aggregatibacter actinomycetemcomitans für die Überwachung des Ge sundheitszustandes des Anwenders innerhalb der besagten Messkammer aufwei sen. Diese Sensoranordnung ist in dieser Variante somit Teil der Messkammer und ermittelt die Daten innerhalb dieser Messkammer. Zudem kann diese Messung als Redundanz-Messung z.B. zur Messfehlerkompensation und/oder zur Sensorkalibrie rung genutzt werden.

Die Austausch- und/oder Lagerkammer kann weiterhin vorteilhaft einen Füllstands sensor aufweisen, um die Befüllung der Austausch und/oder Lagerkammer mit aus reichend Lagerflüssigkeit zu überwachen.

Selbstverständlich und besonders bevorzugt können die Funktionen der Aus tauschstation und der Lagerstation auch miteinander vereint werden.

Weiterhin vorteilhaft kann die Austausch- und/oder Lagerstation ein Funkmodul, z.B. eine wireless Sende- und Empfangseinheit, aufweisen, zum bidirektionalen kabello sen Datenaustausch, insbesondere mit externen Rechner oder Server oder einer Cloudanwendung oder einer IOT-Konnektivität (internet of things).

Die Austausch- und/oder Lagerstation kann optional Sensoren aufweisen, welche durch den Bürstenkopf gesammelte Speichelproben selbst auswertet. Hierfür kann die Austausch- und/oder Lagerstation eine oder mehrere Fluidleitungen aufweisen, einerseits zum Spülen eines Messraums, in den Speichelproben eingeführt werden, andererseits zur Zugabe von Reagenzien in den Messraum. Zudem kann sie Mess- und Auswerteeinheiten enthalten, welche die von den Sensoren der Austausch und/oder Lagerstation erfassten Messungen auswerten. Der Messraum kann zu gleich auch die Austausch- und/oder Lagerkammer sein. Über einen Mechanismus, vorzugsweise einen Mechanismus wie vorbeschrieben, kann die Zahnbürste, insbe sondere deren Borsten oder deren Kissen, Schwamm oder andere Materialien, einen Wirkstoff abgeben. Ein weiteres Konzept der vorliegenden Erfindung ist, dass die Station keine Sen soreinheiten oder Sensoranordnungen austauscht, sondern den Speichel auswertet, der durch die Zahnbürste gesammelt wird. Die Zahnbürste und die Station bilden in diesem Kontext eine vorzugsweise Messanordnung.

Diese Sammlung des Speichels durch die Station, oder auch optional durch die Aus tausch- und/oder Lagerstation, erfolgt durch eine direkte Einführung oder dadurch, dass die Speichel-Probe von der Zahnbürste in den Messraum auf passive oder ak tive Weise, z.B. über einen Einsaug- und Abgabemechanismus innerhalb der Zahn bürste. Transportiert wird. Dieser Speichel wird somit an den Messraum abgegeben und innerhalb des Messraumes durch hierfür angebrachte und zumindest teilweise austauschbare Sensoren ausgewertet.

Die Austausch- und/oder Lagerstation kann eine Ladestation zum Aufladen der Zahnbürste enthalten. Die Austausch- und/oder Lagerstation kann insbesondere netz- und/oder batteriebetrieben sein.

Weiterhin kann die Austausch- und/oder Lagerstation eine Auffang- und/oder Aus werteeinheit aufweisen zum Auslesen von Sensordaten der verbrauchten Sensoran ordnung und/oder zur Kalibration oder zum Einlesen von Sensordaten für die zu be stückende Sensoranordnung.

Es ist von Vorteil, wenn die Austausch- und/oder Lagerstation und/oder die Zahn bürste zumindest ein Sendemodul, insbesondere ein Sende- und Empfangsmodul zum Datenaustausch von ermittelten Sensordaten mit einer externen Datenverarbei tungseinheit aufweist. Hier kommt beispielsweise ein Bluetooth-Modul, ein NFC-Mo- dul, ein RFID-Modul, ein LoRa-Modul, ein 5G-Modul oder dergleichen in Betracht.

Im Fall des Sende- und Empfangsmoduls oder eines zusätzlichen Empfangsmoduls kann ein bidirektionaler Datenaustausch erfolgen.

Die Austausch- und/oder Lagerstation kann ein Modul für einen kabellosen Energie transfer, z.B. durch induktive Leistungsübertragung, aufweisen. Dieses Modul kann auch eine Datenübertragung vornehmen, so dass das Modul vorteilhaft auch die Funktion eines Sende- und/oder Empfangsmodul einnehmen kann. Ein Modul für ka bellosen Energietransfer kann auch zusätzlich im Zahnbürstengriff und/oder im Zahn bürstenaufsatz enthalten sein.

Es können somit diverse Daten von der Zahnbürste, der Sensoranordnung oder der jeweiligen austauschbaren Sensoreinheit ausgelesen werden. Dies umfasst z.B. Kalibrationsdaten, UDI-Daten (also eine Seriennummer oder andere Daten zur Iden tifikation der Zahnbürste und/oder der Sensoranordnung und/oder der Sensorein heit), Konfigurationsdaten und selbstverständlich auch Sensordaten, z.B. Messwerte oder Messbedingungen. Weiter bevorzugt können QAM, FSK oder PSK für die Da tenübertragung verwendet werden.

Der Datenaustausch erfolgt vorzugsweise bidirektional zwischen der Austausch und/oder Lagerstation und dem Bürstenkopf. Hierfür kann der Bürstenkopf oder die Zahnbürste einen Mikrocontroller vorzugsweise mit EEprom (elektrisch löschbaren, programmierbaren Nur-Lese-Speicher) aufweisen. Zudem kann der Bürstenkopf oder die Zahnbürste einen anderen nicht-volatilen RAM-Speicher aufweisen. Dieser Spei cher kann in einem optionalen ASIC-Chip, separat im Mikrocontroller oder in weite ren Elektronikbauteilen des Bürstenkopfes oder der Zahnbürste angeordnet sein.

Die Austausch- und/oder Lagerstation kann weitere optionale Einheiten aufweisen, welche die Analysevarianten und/oder die Bedienbarkeit der Zahnbürste erweitern. Weiter können Messbedingungen sowie Zustände der Elektronik bzw. Gerätezu stände eingestellt und überprüft werden. Beispielsweise kann die Austausch- und/o der Lagerstation eine Erkennungseinheit aufweisen, welche die Identität der Zahn bürste bzw. des damit verbundenen Benutzers erkennt und die Einstellung individuell an diese Person anpassen kann. Hierfür weist die Zahnbürste eine Markierung, z.B. einen QR-Code, Strichcode, NFC oder dergleichen, auf.

Eine in der erfindungsgemäßen Austausch- und/oder Lagerstation oder in einer nachfolgend näher-beschriebenen Zahnbürste vorgesehene Auswerteeinheit kann zur Ausführung eines erfindungsgemäßen Verfahrens zum Betrieb einer erfindungs gemäßen Zahnbürste zur Überwachung des Gesundheitszustandes, insbesondere mit Hinblick auf die Bildung von Paradontitis, Diabetes, kardiovaskuläre Krankheiten, autoimmune Krankheiten und weiteren Erkrankungen bei einem Anwender bzw. Pati enten ausgebildet sein, wobei das Verfahren die folgenden Schritte umfasst:

I. Bestücken des Bürstenkopfes der Zahnbürste mit einer neuen Senso ranordnung und/oder Sensoreinheit, insbesondere in der Austausch und/oder Lagerstation;

II. Einführen des Bürstenkopfes in den Mundraum und Kontaktierung der Sensoranordnung und/oder Sensoreinheit mit Speichel;

Hierdurch wird die Sensoranordnung und/oder Sensoreinheit verbraucht. Das Ver brauchen kann insbesondere bereits nach einmaligem Kontaktieren eintreten. III. Erzeugung von Sensordaten zur Ermittlung von zumindest zwei, vor zugsweise zumindest drei, Stoffeigenschaften des Speichels und

IV. Entnahme einer verbrauchten Sensoranordnung und/oder Sensorein heit und Auslesen der Daten, insbesondere innerhalb der Austausch und/oder Lagerstation.

Einige der Schritte, z.B. Schritt III und IV, können zeitgleich erfolgen. In Schritt I kann zudem optional und vorteilhaft eine Kalibration der Sensoreinheiten erfolgen. Das Verfahren an sich wird ebenfalls als erfindungsgemäß angesehen.

Selbstverständlich kann auch lediglich eine oder mehrere Stoffeigenschaften als Summe ermittelt werden, wobei die Stoffeigenschaften Summenparameter sein kön nen, welche modellbasiert ermittelbar sind. Es kann auch lediglich die Änderung der Stoffeigenschaften ermittelt werden. Auch dies fällt unter den vorgenannten Schritt III. Weiterhin können weitere Biomarker externer Geräte verarbeitet werden und ins besondere in den Summenparameter eingehen. Ein typisches Beispiel hierfür sind die Daten des Programms Applehealth Vital Signs.

Nach dem Ausführen des Schrittes II des Verfahrens kann ein Anzeigemodul ange ben, dass die Sensoranordnung verbraucht ist und zur Wiederholung des Verfahrens ausgetauscht werden muss. Der Einsatz des Anzeigemoduls ist allerdings bei Aus führung des erfindungsgemäßen Verfahrens nicht zwingend notwendig. Die Anzeige kann z.B. akustisch, optisch (z.B. durch eine LED-Anzeige oder ein Display z.B. ein Display auf dem Gerät selber oder auf einem Mobilgerät, wie z.B. einem Smart- phone) oder durch Vibrationen erfolgen.

Weiterhin kann die Auswerteeinheit ausgerüstet sein zur Durchführung einer Auswer tung des Befeuchtungsgrades der Sensoranordnung in Schritt II zur Evaluation und ggf. zur Angabe einer Messgenauigkeit.

Weiterhin kann die Auswerteeinheit ausgerüstet sein zur Durchführung einer Auswer tung hinsichtlich der Konzentration an Zahnpasta im Speichel und vorzugsweise zur Ermittlung und Anzeige einer Fehlerangabe bei einer Fehlmessung aufgrund zu ho her Zahnpastakonzentration.

Es ist bei diesem Konzept besonders von Vorteil, wenn die Messkammer einen Vor rat, insbesondere ein Magazin, an unverbrauchten Sensoreinheiten oder Sensoran ordnungen aufweist und einen Austauschmechanismus, z.B. eine Entnahme- und Bestückungsmaschine, zum Austausch einer verbrauchten Sensoreinheit oder Sen soranordnung gegen eine neue Sensoreinheit oder Sensoranordnung aus dem Vor rat bzw. dem Magazin aufweist. Die Vorrichtung zur Entnahme des Speichels in der Zahnbürste ist vorzugsweise als Ansaugvorrichtung ausgebildet ist, beispielsweise als Ansaugpumpe und/oder Abga bepumpe, z.B. zum Transport und der Verabreichung von Flüssigkeiten.

In einer vorteilhaften Variante des Verfahrens ist nach dem Ausführen des Schrittes II des Verfahrens die Sensoranordnung verbraucht und muss vorzugsweise zur Wie derholung des Verfahrens ausgetauscht werden. Diese Variante wird meist als „sin- gle-use“ bzw. Einmalgebrauch beschrieben.

Weiterhin erfindungsgemäß ist die Verwendung einer Sensoranordnung, insbeson dere einer Wegwerf-Sensoranordnung, am Bürstenkopf einer Zahnbürste zur Ermitt lung von zumindest zwei Stoffeigenschaften des Speichels zur Überwachung des Gesundheitszustandes eines Patienten mit Hinblick auf die Bildung von Paradontitis

Weiterhin erfindungsgemäß ist zudem die Verwendung der erfindungsgemäßen Aus tausch- und/oder Lagerstation zum Austausch einer Sensoreinheit eines Bürstenkopf zur Überwachung des Gesundheitszustandes eines Anwenders, wobei die Sen soreinheit austauschbar am oder im Bürstenkopf angeordnet ist.

Insbesondere und bevorzugt kann auch die Austausch- oder Lagerstation eine Mess kammer aufweisen, welche eine Sensoranordnung umfassend zumindest einen nicht-austauschbaren Sensor, vorzugsweise einen Temperatursensor, einen Leitfä higkeitssensor, einen Impedanzsensor und/oder potentionmetrischen Sensor oder einen austauschbaren Sensor, insbesondere einen Biosensor, besonders bevorzugt einen Hormon-, Enzym-, Peptid-, Biomarker- und/oder Protein-Sensor, einschließlich einen Antigen- und/oder Antikörper-Sensor, und besonders bevorzugt einen Lactat-, Glucose-, GABA-, IgA-, Lysozym-, IgM-, IL-6-, CRP-, Tnf-a- und/oder alpha-Macro- globulin-Sensor zur Bestimmung einer oder mehrerer Messgrößen für die Überwa chung des Gesundheitszustandes des Anwenders innerhalb der besagten Messkam mer aufweist. Diese Sensoranordnung ist somit Teil der Messkammer und ermittelt die Daten innerhalb dieser Messkammer. Zudem kann diese Messung als Redun danz-Messung z.B. zur Messfehlerkompensation und/oder zur Sensorkalibrierung genutzt werden.

Alternativ zur vorbeschriebenen Austauschstation kann im Rahmen der vorliegenden Erfindung auch lediglich eine Station ohne Austauschfunktion der Sensoreinheit vor gesehen sein, z.B. für den Fall dass keine Messung durch die Zahnbürste erfolgt sondern lediglich eine Sammlung von Speichel und/oder weiterer Flüssigkeiten innerhalb des Mundraumes. Alle weiteren vorbeschriebenen Funktionen der vorbe schriebenen Austauschstation können analog ausgeführt werden.

Somit ist weiterhin erfindungsgemäß eine Messanordnung umfassend die Station und eine Zahnbürste wobei die Station ein Loch zum Einführen einer Zahnbürste mit oder ohne Sensoreinheit aufweist und wobei die Zahnbürste zumindest ein Reservoir zur Abgabe von gesammeltem Speichel aufweist, welcher in einer Messkammer der Station freisetzbar ist.

Somit kann in diesem Fall die Messung vollständig in der Station erfolgen und die Zahnbürste lediglich zur Probennahme genutzt werden. Alle weiteren Details zur Messung, zur Art der Sensoren, zur Kommunikation der Sensoren untereinander und zu den weiteren technischen Details, welche sich nicht auf den Austausch beziehen, können analog wie bei der Austauschstation erfolgen. Entsprechend sind die betref fenden vorgenannten Passagen in analoger Weise auf die Station der erfindungsge mäßen Messanordnung anzuwenden.

Weiterhin weist erfindungsgemäßer Bürstenkopf einer Zahnbürste eines oder meh rere Mittel zur mechanischen Reinigung der Zähne auf. Diese werden nachfolgend in einer bevorzugten Ausführungsform als eine Mehrzahl an Borsten zur Reinigung der Zähne auf. Typischerweise sind diese Borsten entlang einer Vorderseite angeordnet.

Es ist aber auch im Rahmen der vorliegenden Erfindung möglich, alternativ oder zu sätzlich zu den besagten Borsten, andere Mittel zur mechanischen Reinigung von Zähnen eingesetzt werden. Dies kann einen Schwamm, Kissen, Mikrofaserstrukturen oder Vibrationselemente aufweisen. Entsprechend handelt es sich bei der Bürste so dann um eine Textilbürste mit Textil statt Borsten oder um eine Schwammbürste mit einer Schwammstruktur statt Borsten oder eine Vibrationsbürste mit einem oder mehreren Vibrationselementen. Nachfolgend erfolgt die weitere Beschreibung an hand der Ausführungsvariante mit den Borsten, wobei selbstverständlich auch an dere Mittel, wie beschrieben eingesetzt werden können.

Weiterhin weist der Bürstenkopf eine Sensoranordnung auf, welche der Überwa chung des Gesundheitszustandes eines Anwenders dient. Als Gesundheit wird im Rahmen der vorliegenden Erfindung sowohl die Anwesenheit und Konzentration von Krankheitserregern, wie Viren, Pilzen und/oder Bakterien, verstanden als auch die Anwesenheit sowie auch ggf. die Abwesenheit von Carzinomen, Krebszellen, Krebs- Biomarkern für andere Krankheiten (z.B. igA, IgM, CRP, usw.) kardiovaskuläre Krankheiten, Diabetes oder auch der Fertilitätszustand, z.B. bevorstehender Ei sprung, oder auch der Schwangerschaftszustand eines Anwenders. Die vorgenan Aufzählung ist nicht abschließend, sondern kann durch weitere Beispiele ergänzt werden.

Die Überwachung des Gesundheitszustands kann optional und bevorzugt anhand ei nes personalisierten Gesundheitsprofils erfolgen, welches im gesunden Zustand z.B. bei einem Arztbesuch erstellt wurde. Die Änderungen der Messungen können in die sem Fall stets mit diesem Gesundheitsprofil verglichen werden.

Im Unterschied zum bisherigen Stand der Technik ist die Sensoreinheit austauschbar am oder im Bürstenkopf der Zahnbürste angeordnet. Die Sensoreinheit kann Teil ei ner Sensoranordnung sein, welche ebenfalls austauschbar ausgebildet sein kann.

Der Bürstenkopf selbst kann austauschbar am Griff einer Zahnbürste angeordnet sein oder aber fest mit der Zahnbürste verbunden sein. Typischerweise erfolgt der Austausch eines Bürstenkopfes nach mehr als 1 Monat, beispielsweise alle 3-4 Mo nate, während die Sensoreinheit oder die Sensoranordnung vorzugsweise nach jeder Messung oder wenigen Messungen ausgetauscht werden sollte.

Die Sensoranordnung kann mehrere unterschiedliche Sensoreinheiten aufweisen.

Bei Austausch der Sensoranordnung können somit mehrere Sensoreinheiten zeit gleich ausgetauscht werden. Wiederum andere Sensoreinheiten können fest, also nicht austauschbar, mit dem Bürstenkopf und/oder dem Griff der Zahnbürste verbun den sein.

Die Sensoreinheit kann auf der Seite des Bürstenkopfes, auf der Rückseite oder auch zwischen den Borsten, analog einem Sieb angeordnet sein.

Die Nutzung einer austauschbaren Wegwerf-Sensoreinheit (disposable sensor unit) und besonders bevorzugt einer austauschbaren Wegwerf-Sensoranordnung (dispo sable sensor arrangement) ermöglicht beispielsweise eine einmalige und dosierte Abgabe eines Indikators, z.B. eines Indikatorfarbstoffs, an eine bzw. die vorgenannte Sensoreinheit. Gleiches gilt auch für die pH-Messung. Danach kann die Sensorein heit oder die Sensoranordnung ausgetauscht werden. Die Sensoreinheit und/oder die Sensoranordnung muss daher nicht für den Wiedergebrauch besonders robust ausgebildet sein, sondern kann in miniaturisierter Ausführung realisiert werden.

Für den Fall, dass Reagenzien oder die Sensoreinheit als Ganzes bei der Messung verbraucht und/oder zerstört werden, ist eine Austauschbarkeit besonders vorteilhaft. Weitere vorteilhafte Ausgestaltungen des Bürstenkopfes werden nachfolgend näher erläutert.

Vorteilhaft kann der Bürstenkopf einen sogenannten Sensor-Adapter, insbesondere einen Ein-, Zwei-, oder Drei-Weg-Adapter (three-way connector) zur Verknüpfung der austauschbaren Sensoreinheit oder der austauschbaren Sensoranordnung, z.B. ei nes Biosensors, mit dem Bürstenkopf aufweisen.

Der Bürstenkopf kann bevorzugt eine elektrische Schnittstelle aufweisen mit Kontak ten, insbesondere in Form von kugelförmigen, vorzugsweise vergoldeten, Kontakte lementen, welche als Matrix angeordnet sind. Die Matrix kann eine lineare 1 -dimensi onale Anordnung aufweisen oder als 2-dimensionale Matrix ausgebildet sein. Vor zugsweise ist die Matrix abgedichtet gegenüber Flüssigkeiten, einschließlich von Sa- liva bzw. Speichel mit entsprechender IP-Klasse, z.B. IP67. Bevorzugt sind soge nannte BGA-Kontakte (Ball-Grid-Array bzw. Ball-Gitter-Struktur). Zusätzlich oder al ternativ zu den vorgenannten BGA-Kontakten können auch Pins und/oder Lamellen vorgesehen sein. Insgesamt können somit mehrere Konnektor-/lnterface-Kontakte vorzugsweise in Form von BGA-Kontakten, Pins oder Lamellen vorgesehen sein.

Der Bürstenkopf, insbesondere die Sensoreinheit oder die Sensoranordnung, kann zumindest ein Reservoir und/oder eine Zuleitung für Abgabestoffe, z.B. funktionale Moleküle, Bindestoffe, z.B. Bindeliganden, und/oder Indikatorverbindungen, z.B. Lu minophore, insbesondere Fluorophore, aufweisen. Im Fall von Bindeliganden können diese mit anderen Molekülen im Speichel und mit der Sensoroberfläche eine Bindung hersteilen. Entsprechende Ligand-Rezeptor Wechselwirkungen und die entsprechen den Bindemolekülen sind aus dem Anwendungsbereich von ELISA-Tests (enzyme- linked immunosorbent assays) bekannt und können im Rahmen der vorliegenden Er findung auch als Bindeliganden eingesetzt werden.

Es ist von Vorteil, wenn die Sensoreinheit oder besonders bevorzugt die Sensoran ordnung umfassend mehrere Sensoreinheiten als Dünnschicht- oder Dünnfilm-Sen- soreinheit oder -anordnung oder als Sensorchip ausgebildet ist. Dadurch wird eine Miniaturisierung der Sensoranordnung erreicht und der Bürstenkopf muss nur wenig Platz für die Sensoranordnung oder die Sensoreinheit bereitstellen. Alternativ oder zusätzlich kann die Sensoranordnung mittels eines Mikrotechnologieverfahrens addi tiv und/oder subtraktiv ausgebildet werden, so z.B. mittels Lithographie, Soft-Litho- graphie, 3D-Printing, Bedruckung, Siebdruck und/oder Stereolithographie gefertigt sein. Die Sensoranordnung kann vorteilhaft zumindest zwei, vorzugsweise zumindest drei Sensoreinheiten zur Ermittlung von zumindest zwei Stoffeigenschaften von Speichel, vorzugsweise drei Stoffeigenschaften von Speichel, insbesondere zumindest einer physikalischen Stoffeigenschaft und zumindest einer chemischen, biochemisch und/oder biologischen Stoffeigenschaft aufweisen. Aus den ermittelten Stoffeigen schaften kann eine Tendenz zur Krankheitsentstehung abgeleitet werden.

Die Sensoranordnung kann eine erste Sensoreinheit zur Bestimmung eines span nungsäquivalenten Messwertes des Mediums bzw. des Speichels, insbesondere ei nes Widerstandswerts des Mediums oder eines Leitfähigkeitswertes des Mediums aufweisen. Die erste Sensoreinheit kann zusätzlich oder alternativ dazu zur Durch führung einer Impedanzmessung des Speichels mit einer oder mehreren Frequenzen und/oder Frequenzbändern, und/oder einer ström- oder ladungsbasierten dynami schen Messung ausgebildet sein. Eine potentiostatische Messung ist ebenfalls mög lich.

Insbesondere kann die erste Sensoreinheit einen elektrischen Impedanzwert ermit teln, wobei die Impedanzwerte vorzugsweise über mehreren Frequenzen und/oder Frequenz-Bänder bestimmt werden. Der DC-Widerstand ist in der Impedanz als DC- Wert enthalten. Der Wirkwiderstand R ist der frequenzunabhängige, reelle Teil der komplexen Impedanz Z(f)=R+jX(f). Beschichtete Elektroden und Elektrolyte führen zu komplexen Impedanzen von Biosensoren wegen deren kapazitiven Eigenschaften (Aufladung von Elektroden, Elektrodenoberflächen, Isolationen, Permittivität von Elektrolyt/Körperflüssigkeiten). Auch eine zeitliche (dynamische) Spannungs- und/o der Strommessung und/oder eine Ladungsmessung (Coulomb) könnte man zur Be stimmung des spannungsäquivalenten Widerstandswertes nehmen. Auch eine mo- dell-basierte Ermittlung der vorgenannten Größen kann erfolgen.

Die Sensoranordnung weist vorteilhaft zumindest eine zweite Sensoreinheit zur Be stimmung des pFI-Wertes des Speichels auf.

Die Sensoranordnung kann auch eine dritte Sensoreinheit aufweisen, wobei die dritte Sensoreinheit als Biosensor ausgebildet ist. Ein elektrischer Bürstenkopf wird in der Regel über längere Zeitperioden z.B. 30-80 Tage verwendet, was im Fall von Bio sensoren mit beschichteten Elektroden oder auch optische Sensoren kein realisti scher Anwendungszeitraum ist. Die Messungen verlieren an Genauigkeit, Stabilität, Spezifizität, Selektivität und können schon nach ein paar Tagen unbrauchbar wer den. In einer bevorzugten Ausführungsvariante der Erfindung ist der Biosensor ein Hor mon-, Enzym-, Peptid-, Biomarker- und/oder Protein-Sensor, einschließlich einem Antigen- und/oder Antikörper-Sensor, und besonders bevorzugt ein Lactat-, Glu cose-, GABA-, IgA-, Lysozym-, IgM-, IL-6-, CRP-, Tnf-a- und/oder alpha-Macroglobu- lin-Sensor. Diese Verbindungen sind Indikatoren für Periodontitis, Paradontitis, Dia betes und/oder kardiovaskuläre Krankheiten. Alternativ oder zusätzlich kann der Bio sensor als einer oder mehrere Sensoren zur Detektion von Metaboliten von Krank heitserregern ausgebildet sein.

Krankheitsverursachende Bakterien sind vorzugsweise paradontitis- und/oder karies verursachenden Bakterien, vorzugsweise Prevotella intermedia, Porphyromonas gingivalis, Tannerella forsythia, Treponema denticola und die mit aggressiver Paro dontitis assoziierten Aggregatibacter actinomycetemcomitans, welche detektierbare Metaboliten erzeugen. Allerdings können auch Metaboliten anderer Krankheiten, bei spielsweise von Viren wie SARS-CoV-2 oder Grippeviren sowie andere Krankheitser reger von Erkältungen oder Mund- und Rachenkarzoinomen gemessen werden.

Auch weitere Krankheitserreger in Form von Bakterien, Viren sowie Pilze, insbeson dere Schimmel sind detektierbar.

Bevorzugt können durch die dritte Sensoreinheit oder durch weitere Sensoreinheiten verschiedene Metaboliten oder Analyten pro Krankheitsbild detektiert werden, um eine Fehlmessung auszuschließen.

Die Sensoranordnung und/oder eine einzelne Sensoreinheit kann form- oder kraft schlüssig auf der borstenabgewandten Seite des Bürstenkopfes angeordnet sein, beispielsweise durch Verklemmen, Verrasten und/oder Verpressen.

Weiterhin kann eine mechanische und/oder elektrische Schnittstelle, z.B. unter Ein beziehung des vorgenannten Adapters, vorgesehen sein. An der Stelle kann ein Ver riegelungs-Mechanismus zwischen der Sensoranordnung und/oder der Sensorein heit und dem Bürstenkopf vorgesehen sein, so dass ein Austausch nur nach Betäti gung des Verschluss-Mechanismus möglich ist.

Bei der Signalverarbeitung können bevorzugt auch Raw-Signale bzw. Rohdaten mit einer genügend hohen Abtastung erfolgen - vorzugsweise im Bereich 10 bis 1000 Hz und über längere Zeitperioden, vorzugsweise von zumindest einer Minute. Die Zeitperiode kann auch mehr als 4 Minuten betragen und die Abtastung kann in Ab hängigkeit vom Zustand der Zahnbürste erfolgen. Wird z.B. eine Abtastung bei der Behandlung mit einer Ultraschall-Zahnbürste vorgenommen, so kann ein anderer

Zeitraum als der Vibrationsmodus gewählt werden, um den Störeinfluss von Vibrationen auf die Messung zu vermeiden. Im Falle der Abtastung während des Vib rationsmodus kann durch Signalverarbeitung (DSP Digital Signal Processing) Metho den angewendet werden, welche die Störungen herausraus filtern oder kompensie ren. Dazu können Störeinflüsse geschätzt oder ermittelt werden und die Signale wie in einer Feedforward-Disturbance Compensation-Schema (bekannt aus der Rege lungstechnik) oder adaptiven Noise-Canceller (bekannt aus DSP: Adaptive Noise Canceller von Widrow, Echo-Cancellers, adaptive LMS Filter) Schemas kompensiert und/oder adaptiert werden.

Die austauschbare Sensoreinheit mit Biosensoren wird elektrochemische Signale laut den entwickelten Redox-Reaktionen liefern, die vorzugsweise spezifisch für die Target-Biomarker-Biosensoren entwickelt worden sind. Da diese Einheit Messwerte auf eine zuverlässige Art und Weise, vorzugsweise über mehrere Messungen und/o der mehrere Tage liefern sollte (mit geeigneter Präzision und Stabilität), sind fort schrittliche Signalverarbeitungsmethoden von Vorteil.

Eine Vielzahl von derzeitigen elektrochemischen Biosensoren müssen normaler weise vor der Messung in einer geeigneten Lösung vorkonditioniert werden, vorzugs weise über Zeitintervalle von 10-30 Minuten.

Alternativ oder zusätzlich kann die Sensoranordnung auch elektro-optische Sensoren enthalten, mittels denen eine Änderung der Fluoreszenz oder eine spektrale Ände rung oder eine Änderung des refraktiven Indexes (Rl-Index/Brechungsindex) detek- tierbar ist.

Bei der vorliegenden Anwendung können solche Vorkonditionierungen in den An wendungs-Zyklen verkürzt werden oder sie können vorteilhafterweise entfallen. Eine Vorkonditionierung kann leichter bei der Vorrichtung mit Austausch und/oder Lager station realisiert werden, aber schwieriger ohne eine solche Austauschstation, also bei einer elektronischen Zahnbürste ohne eine entsprechende Austausch- oder La destation, also als alleinstehende Einheit. Man kann die Vorkonditionierung umge hen, indem man eine oder eine Kombination von mehreren DSP-Methoden anwen det. Diese können auch für weitere Funktionen des Produkts benutzt werden, wie Detektion des Zustands von Biosensoren (trocken vs. durch Speichel benetzt), De tektion der Signalqualität, z.B. zur Erfassung von temporären Zuständen, bei denen die SU-Einheit nicht ausreichend mit Speichel benetzt ist oder bei Bewegungen, die Störungen verursachen.

Weiterer Gegenstand der Erfindung ist eine Zahnbürste mit einem erfindungsgemä ßen Bürstenkopf. Die Zahnbürste kann vorteilhaft eine Steuer- und/oder Auswerteeinheit aufweisen, welche ausgerüstet ist zum Erfassen von Daten, insbesondere von Rohdaten, wäh rend der Messung des Speichels durch die Sensoreinheit mit einer Abtastrate von 10-1000 Hz.

Die Steuer- und/oder Auswerteeinheit kann zudem ausgerüstet sein zum Erfassen von Daten, insbesondere von Rohdaten, während der Messung des Speichels durch die Sensoreinheit in einem Abtastintervall von zumindest 3 bis 500 Sekunden.

Weiterhin kann die Zahnbürste ein Funkmodul zur Datenübertragung mit einem ex ternen Gerät zur Datenverarbeitung unter Ermittlung eines Gesundheitszustandes aufweisen. Das Funkmodul kann Teil eines Elektronikmoduls sein, welches zudem ein Messmodul umfassen kann. Das Elektronikmodul kann ein oder mehrere ASIC’s als anwendungsspezifische integrierte Schaltungen beinhalten.

Alternativ oder zusätzlich kann die Zahnbürste ein Modul zur induktiven Leistungs übertragung, welches vorzugsweise im Griff der Zahnbürste angeordnet ist, aufwei sen.

Weiterhin als erfindungsgemäß kann ein Analysensystem angesehen werden, um fassend die erfindungsgemäße Zahnbürste und ein externes Gerät zur Datenverar beitung, wobei Rohsignale von der Zahnbürste auf das externe Gerät übermittelt werden und wobei das externe Gerät einen Datenspeicher mit einem Computerpro gramm zur Datenanalyse aufweist. Das Computerprogramm zur Datenanalyse der von der Sensoreinheit ermittelten Daten, vorzugsweise nach einer oder mehreren DSP-Methoden (Methode der digitalen Datenverarbeitung bzw. digital Signal Proces sing) zur Ermittlung eines Gesundheitszustandes.

Ein erfindungsgemäßes Verfahren zum Betrieb eines erfindungsgemäßen Analyse systems umfasst die folgenden Schritte: a) Abtasten von elektrochemischen Signalen, insbesondere von amperomet- rischen Signalen bei unterschiedlichen Potenzialen und/oder voltametri schen Signalen bei unterschiedlichen Strömen, und/oder Impedanzsigna len über eine Messdauer mit einer vorbestimmten Abtastrate

Die bevorzugte Messdauer und Abtastrate wurden bereits zuvor beschrieben. b) Detektion und Klassifizierung von Zuständen des Sensorelements hinsicht lich des „Befeuchtungszustandes“ anhand der ermittelten elektrochemi schen Signale und/oder Impedanzen

In einer bevorzugten Ausführungsvariante kann die vorgenannte Detektion durch eine Impedanzmessung erfolgen. In einem Frequenzbereich zwischen 500 Hz bis 100 kHz wurden folgende Werte detektiert, die mit der Frequenz variieren können:

Speichel: typischer Bereich: 0.6-1 kOhm Speichel mit Wasser: 1 -1 .6 kOhm

Wasser allein weist wesentlich höhere Werte auf, die im Bereich von 3-8 kOhm (Lei tungswasser) liegen.

Zahnpasta im Speichel reduziert die Impedanzwerte auf 0.2-0.5 kOhm. Die Reduktio nen sind abhängig von der Zusammensetzung und der verwendeten Menge der Zahnpasta. Dabei gilt: je mehr Zahnpasta, desto stärker die Reduktion.

Somit kann man die vorbeschriebene Impedanzmessung verwenden, um die folgen den Zustände zu detektieren: vollständige oder teilweise Befeuchtung der Sensoren mit Wasser, einem Wasser-Speichel-Mix, Speichel oder Speichel mit Zahnpasta. c) Bewertung von Amplituden und Änderungen der elektrochemischen Sig nale und/oder Impedanzen und insbesondere der damit einhergehenden Redox-Reaktionen und/oder kapazitiven Transienten, um den Speichel hinsichtlich des Gesundheitszustands des Patienten zu analysieren

Die Bewertung kann insbesondere mit einen Ist/Sollwert-Vergleich durch eine Aus werteeinheit erfolgen, wobei vordefinierte Datensätze für die Bewertung auf einem Datenspeicher der Auswerteeinheit hinterlegt sind, z.B. in sogenannten Lookup-Ta- bellen.

Es ist insbesondere von Vorteil, wenn in Schritt c) eine Zerlegung und/oder Filterung der abgetasteten elektrochemischen Signale in eine Nutzkomponente und eine oder mehrere Störkomponenten des Signals erfolgt, wobei der Nutzanteil die Redoxreakti onskomponente des Signals repräsentiert bzw. mit dieser korreliert, welche für die Konzentrationsbestimmung des Biomarkers und/oder der Biomaker relevant ist. Die Korrelation kann beispielsweise linear oder exponentiell sein. Das Verfahren, insbesondere im Anschluss an Schritt c) oder vor Schritt a), kann zu mindest einen der weiteren Schritte aufweisen: d) Abtastung von elektrochemischen Signalen nach einer Konditionierung und/oder Stabilisierung in einer bereitgestellten Referenzlösung; und/oder e) Wiederholungen von Messungen, um die Information aus mehreren Mes sungen zu kombinieren, vorzugsweise um die Präzision zu verbessern, das Signal/Rausch-Verhältnis (S/N signal-to-noise ratio) zu verbessern und/oder Störungen zu kompensieren.

Weiterhin als erfindungsgemäßer Gegenstand kann eine Vorrichtung zur Überwa chung des Gesundheitszustandes, insbesondere mit Hinblick auf die Bildung von Pa- radontitis, Periodontitis, Diabetes oder kardiovaskulären Erkrankungen bei einem An wender angesehen werden, umfassend eine Zahnbürste mit einer Vorrichtung zur Entnahme des Speichels eines Patienten und eine Station mit einer Messkammer zur Aufnahme des angesaugten Speichels, wobei innerhalb der Messkammer zumin dest eine Sensoreinheit oder eine Sensoranordnung umfassend zumindest eine Sen soreinheit angeordnet ist, die Sensoreinheit oder die Sensoranordnung austauschbar innerhalb der Messkammer angeordnet sind. In diesem Fall ist die Station keine Austauschstation zum Austausch der Sensoranordnung oder Sensoreinheit am Bürs tenkopf, sondern die Sensoreinheit oder Sensoranordnung ist innerhalb der Mess kammer bzw. Austauschkammer angeordnet. Für die Kontaktierung mit dem Spei chel des Patienten wird in diesem Fall die Zahnbürste nur als Transportmittel ge nutzt. Die Erzeugung von Messdaten erfolgt somit nicht im Mund des Patienten, son dern erst innerhalb der Station.

Nachfolgend wird die Erfindung im Detail anhand eines Ausführungsbeispiels unter Zuhilfenahme von Figuren näher erläutert. Abwandlungen des Ausführungsbeispiels werden ebenfalls genannt und können als isolierte Merkmale verstanden werden.

Fig. 1 schematische Darstellung eines erfindungsgemäßen Bürstenkopfes einer Zahnbürste;

Fig. 2 schematische Darstellung einer erfindungsgemäßen Anordnung umfassend eine Austauschstation und den Bürstenkopf der Fig. 1 ;

Fig. 3 schematische Darstellung einer zweiten erfindungsgemäßen Ausführungsvari ante eines erfindungsgemäßen Bürstenkopfes; Fig. 4 eine weitere Ansicht des Bürstenkopfes der Fig. 3;

Fig. 5 schematische Darstellung einer dritten erfindungsgemäßen Ausführungsvari ante eines erfindungsgemäßen Bürstenkopfes;

Fig. 6 vergrößerte Ansicht der Fig. 5;

Fig. 7 schematische Darstellung eines Ausschnitts einer vierten erfindungsgemäßen Ausführungsvariante in Abwandlung der Variante der Fig. 5 und 6

Fig. 8 Komplettdarstellung der Variante der Fig. 7;

Fig. 9 schematische Darstellung einer fünften erfindungsgemäßen Ausführungsvari ante eines erfindungsgemäßen Bürstenkopfes;

Fig. 10 weitere Ansicht des Bürstenkopfes der Fig. 9;

Fig. 11 vereinfachte Explosionsansicht der Variante der Fig. 9 und 10;

Fig. 12 schematische Darstellung einer sechsten erfindungsgemäßen Ausführungs variante eines Segments eines erfindungsgemäßen Bürstenkopfes.

Fig. 1 zeigt einen erfindungsgemäßen Bürstenkopf 1 einer Zahnbürste 100. Im vorlie genden Fall handelt es sich um den Bürstenkopf 1 einer elektrischen Zahnbürste. Es kann sich selbstverständlich auch um eine Zahnbürste ohne elektrischen Antrieb zur Bewegung der Bürsten und/oder ohne Ultraschallgeber handeln. In diesem Fall wird zwar eine Energieversorgungseinheit benötigt, welche allerdings nur die Sensorein heiten, insbesondere die Bio- und Elektrosensorik, ggf. Sende- und/oder Empfangs- module und ggf. eine Auswerteeinheit betreibt.

Der Bürstenkopf 1 weist vorderseitig eine Mehrzahl von Borsten 2 auf und rückseitig eine austauschbare Sensoranordnung 3 umfassend mehrere Sensoreinheiten. Die Sensoranordnung 3 ist als flexibler Kunststofffilm oder als Chip auf einem Kunst stoffsubstrat ausgebildet und umfasst zumindest eine erste Sensoreinheit 4 zur Be stimmung des pFI-Wertes des Messmediums. Dabei handelt es sich vorzugsweise um eine Wegwerf-Sensoreinheit, insbesondere für den Einmal-Gebrauch. Die Sen soreinheit kann insbesondere als Dünnschicht- und/oder Dünnfilm-Sensoreinheit o- der als eine andere Form einer Sensoreinheit auf Basis von Mikrotechnologie, z.B. als MEMS-Einheit, ausgebildet sein. Weitere Varianten zur Ausbildung einer entsprechenden Sensoreinheit sind z.B. 3D-Printing, Tampondruck, Lithographie o- der Siebdruck.

Weiterhin kann der Bürstenkopf 1 einen Sensor-Adapter, insbesondere einen Ein-, Zwei-, oder Drei-Wege-Adapter zur Verknüpfung der austauschbaren Sensoranord nung 3 aufweisen, welcher allerdings in Fig. 1 unterhalb der Sensoranordnung und damit verdeckt angeordnet ist.

Typische Dünnfilm-Sensoreinheiten zur Messung des pH-Wertes sind beispielsweise Kohlenstoffelektroden dotiert mit Ruthenium-Dioxid. Derartige pH-Elektroden werden als Wegwerf-Sensoren für den Einmal-Gebrauch z.B. von Koncki et al, in „Dispo- sable screen-printed pH-electrode for determination of anticholinesterase acti- vity“ (S.139 ff. Biosensors for Direct Monitoring of Environmental Pollutants in Field) beschrieben.

Auch andere pH-Dünnschichtsensoren mit pH-Elektroden basierend auf ISFET- Technologie sind an sich aus verschiedenen Anwendungen bekannt. Ein beispielhaf ter Aufbau eines pH-Sensors mit einer Referenzelektrode und einer Zusatzelektrode wird beispielsweise in der DE 10 2011 085 747 A1 beschrieben.

Auch die AT186493 A, die AT 184692 A und die DE 10 2006 022 290 offenbaren pH- Sensoren basierend auf Dünnschicht-Technologie oder Dickschicht-Technologie mit Elektrodenschichten, insbesondere leitenden und halbleitenden Schichten verschie denen Materialien oder aber Sensorchips realisierbar sind.

Die Ausgestaltung der ersten Sensoreinheit ist nicht zwingend auf die dargestellten zwei Elektroden beschränkt. So kann die Sensoreinheit bevorzugt beispielsweise als Potentiostat-Anordnung mit einer Arbeitselektrode, einer Referenzelektrode und ei ner Gegenelektrode ausgebildet sein.

Auch der Einsatz einer sogenannten 3-Elektrodenzelle ist im Rahmen der vorliegen den Erfindung möglich, wobei in einer besonders bevorzugten Ausführungsvariante eine vierte und ggf. weitere Elektroden in den Sensoreinheiten zur Störgrößenerfas- sung und Störgrößen-Kompensation eingesetzt werden können. In einem von einer Auswerteeinheit durchgeführten Signalverarbeitungsverfahren wie Störungskompen sationen zur Rauschverringerung, erfolgen.

Die vorgenannte Sensoreinheit bzw. die vorgenannten pH-Sensoren und die dazuge hörigen elektrischen Leitungen und Anschlüsse können vorzugsweise auf oder in ei ner Flexprint-Leiterplatte oder einer flexiblen Folie angeordnet sein. Als Messbereich des pH-Sensors empfiehlt sich für die Anwendung ein pH-Wert zwi schen 1-13, vorzugsweise zwischen 3-8. Speichel ist bekanntermaßen neutral bis schwach basisch, so dass der vorgenannte Messbereich ideal für die Anwendung ist. Es ist zudem von Vorteil, wenn die Sensoreinheit 4 selbst einen nicht-näher darge stellten Temperatursensor aufweist, zur Ermittlung der Mediumstemperatur. Sofern diese z.B. aufgrund von Eis, Tee oder dergleichen außerhalb eines vorbestimmten Messbereichs, insbesondere zwischen 33 bis 37,5 °C liegt, kann wahlweise eine Fehlerausgabe für die Messung mit dem Hinweis erfolgen, dass die Temperatur im Rachenraum außerhalb eines vorbestimmten Spezifikationsbereichs liegt oder es kann eine Anzeige einer physiologischen Änderung, z.B. Schwangerschaft, Krankheit oder Reaktion, e.g. Immunreaktion, aufgrund erhöhter Temperatur oder Fieber ab 38,5°C sein. Die Temperatur-Messung über Tage kann auch vorteilhaft für die Über wachung des Gesundheitszustandes inklusive eines personalisierten Profils und/oder der Bestimmung vom Fertilitäts-Zyklus, z.B. zur Verhütung oder zur Fruchtbarkeits bestimmung, sein.

Die maximale Erstreckung der vorgenannten Sensoreinheit in einer Raumrichtung kann vorzugsweise zwischen 4-8 mm betragen. Bevorzugt kann die Sensoreinheit eine Raumabmessung von weniger als 150 mm 2 , besonders bevorzugt zwischen 50- 120 mm 2 , aufweisen.

Die Dicke der Sensoreinheit kann weniger als 4 mm, bevorzugt 2 mm oder weniger betragen. Besonders bevorzugt können die jeweiligen Sensoren auf einer Folie als Substrat angeordnet, insbesondere aufgedruckt sein.

Die Sensoreinheit, als Folie kann vorzugsweise nach maximal 15-fachen Gebrauch, vorzugsweise maximal 10-fachen Gebrauch, gewechselt werden.

Die einzelnen Sensoren einer Sensoreinheit können rund ausgeführt sein, wobei zu mindest einer oder einige der Sensoren mit einem Durchmesser zwischen 1-3 mm ausgeführt sein können.

Eine in der Zahnbürste (im Bürstenkopf oder im Bürstengriff) integrierte nicht-darge- stellte Steuer- und/oder Auswerteeinheit kann ausgerüstet sein zum Erfassen von Daten, insbesondere von Rohdaten, während der Messung des Speichels durch die Sensoreinheit 4, 5, 8 in einem Abtastintervall von zumindest 3 bis 500 Sekunden.

Eine Messdauer von weniger als 20 Sekunden ist allerdings vorteilhaft, beispiels weise 5 Sekunden.

Weiterhin umfasst die Sensoranordnung 3 eine zweite Sensoreinheit 5, vorzugs weise eine Dünnschicht- oder Dünnfilm-Sensoreinheit, zur Bestimmung einer Spannung oder einer spannungsäquivalenten Messgröße. Dabei umfasst das zweite Dünnfilm-Sensoreinheit ein Elektrodenpaar aus zwei Elektroden 6 und 7 zur Ermitt lung besagter Messgröße, so z.B. der Leitfähigkeit des Messmediums, der Impedanz des Messmediums, der Stromstärke oder auch der Spannung, bzw. eines jeweiligen Abfalls zwischen den Elektroden. Besonders bevorzugt ist die Impedanzmessung bei einer oder mehreren Frequenzen, beispielsweise Frequenzbereiche, 0.1 bis 100, von 100 bis 5000 Hz, und von 1 kFIz bis 10 kFIz, ggf. noch darüber.

Anstelle der zwei Elektroden 6 und 7 kann als Sensoreinheit 5 auch ein Potentiostat oder eine 3-Elektrodenanordnung vorgesehen sein. Eine Impedanzmessung kann beispielsweise zur Messung von Biomarkern wie TNF-a oder anderen Biomarkern eingesetzt werden.

Auch diese zweite Sensoreinheit 5 ist in geringen Abstand von weniger 1 cm, vor zugsweise weniger als 5 mm, besonders bevorzugt weniger als 3 mm von der ersten Sensoreinheit 4 beabstandet. Da sich die Zusammensetzung des Mediums im Mund raum ändern kann ist dieser geringe Abstand bevorzugt, so dass die Sensoreinheiten im wesentlichen Speichel gleicher Zusammensetzung analysieren.

Die Sensoranordnung 3 weist zudem eine dritte Sensoreinheit 8 auf. Die dritte Sen soreinheit 8 umfasst eine Messzelle und eine Referenzzelle zur Ermittlung einer Stoffkonzentration einer chemischen Verbindung im Speichel. Als chemische Verbin dung kann z.B. der Laktat- oder Glukosegehalt ermittelt werden. Der Messbereich ei nes Glukose-Sensors liegt zwischen 0.1 bis 1 mM. Der Messbereich eines Laktat- Sensors liegt zwischen 0.025 bis 0.5 mM.

Weitere Varianten von Sensoren für die dritte Sensoreinheit 8 sind u.a. Enzym-Sen soren, Peptid-Sensoren, Protein-Sensoren oder Sensoren zur Detektion von Zellen.

Es kommt als dritte Sensoreinheit insbesondere die Ausgestaltung als ein sogenann ter GABA-Sensor (engl. Gamma-Aminobutyrat-Acid), ein IgA (Immunglobulin A), IgG, IgM, CRP und/oder ein Lysozym-Sensor in Betracht. Diese dritte Sensoreinheit er möglicht es durch Ermittlung der Konzentration zumindest einer chemischen Verbin dung das Vorliegen anderer Krankheiten, welche die Messung des ersten und zwei ten Sensoreinheit stören würden, zu erkennen. Ein typischer Sensor für die Ermitt lung der vorgenannten Größen ist z.B. ein elektrochemischer Sensor, ein optischer Sensor oder ein oder mehrere geeignete beschichtete Biosensoren.

Der erfindungsgemäße Bürstenkopf erlaubt zusätzlich eine Ermittlung des Vorhan denseins und der Konzentration von anaeroben und/oder aeroben Bakterien oder einzelner Klassen von den vorgenannten Bakterien z.B. durch Konzentrationsmes sung von deren Abbauprodukten und/oder von Metaboliten und erlaubt eine Bewer tung des Zustands des Immunsystems. Durch geeignete Kombination der obenge nannten Sensoren und Erfassung resp. nicht-Erfassung von Bakterien-Metaboliten kann auf eine Infektion durch Viren geschlossen werden. Dies vor allem dann, wenn Infektionswerte resp. Infektionskriterien erfüllt und detektiert werden, jedoch die Bak terien-Metaboliten nicht detektiert werden.

In der bevorzugten Ausführungsvariante der Fig. 1 weist der Bürstenkopf 1 eine me chanische Schnittstelle 9 zur lösbaren Verbindung mit einem Griff 101 , insbesondere einer Antriebsvorrichtung einer elektrischen Zahnbürste 1 auf.

Fig. 2 zeigt eine bevorzugte Variante einer Austauschstation 10 zum Austausch der Sensoranordnung 3 auf der Rückseite des Bürstenkopfes 1 . Allerdings sind auch an dere Varianten von Austauschstationen 10 im Rahmen der vorliegenden Erfindung möglich.

Die Austauschstation 10 umfasst eine Austauschkammer 11 , in welcher der Bürsten kopf 1 einführbar ist. In dieser Austauschkammer erfolgt eine Trennung der ver brauchten Sensoranordnung 3’ und das Versehen mit einer neuen Sensoranordnung 3’. Diese neue Sensoranordnung kann als diskreter Teilabschnitt einer Vorratsanord nung 13, z.B. einer Folienrolle oder einem Magazin, durch eine Vereinzelungsvor richtung 12 vereinzelt werden. Anschließend kann ein Bestücken des Bürstenkopfes 1 erfolgen. Im Fall der Fig. 1 ist die Vereinzelungsvorrichtung 12 vorteilhaft in kom pakter Ausführung zugleich die Bestückungsvorrichtung. Es ist jedoch auch möglich, dass beide vorgenannten Vorrichtungen separat angeordnet sind. Die Bestückungs vorrichtung kann in einem ersten Schritt die verbrauchte Sensoranordnung 3’ entneh men, z.B. durch Ansaugen oder magnetische Ablösung oder dergleichen und in ei nem zweiten Schritt die neue Sensoranordnung 3 bestücken.

Unterhalb der Austauschkammer ist ein Reservoir 17 zur Lagerung der verbrauchten Sensoranordnungen 3 vorgesehen

Alternativ zur Folienrolle kann auch ein Magazin mit mehreren Chips in der Aus tauschstation 10 angeordnet sein, wobei die Chips nicht zwingend flexibel ausgebil det sein müssen.

Die Austauschstation 10 kann zudem eine integrierte Ladestation 14 aufweisen, in welchem der Griff der elektrischen Zahnbürste, insbesondere induktiv, aufgeladen werden kann. In einer optionalen Auslese- und/oder Auswerteeinheit 15 können die Sensordaten der verbrauchten Sensoranordnung 3 ausgelesen und ggf. ausgewertet werden. Zur Speicherung der Sensordaten kann die Sensoranordnung ausgelesen werden. An schließend können die ausgelesenen Sensordaten an eine externe Datenverarbei tungseinheit z.B. eine Datenbank eines Zahnarztes oder an einen Computer übertra gen werden.

Hierfür weist die Austauschstation 10 zumindest ein Sendemodul 16, insbesondere als Sende- und Empfangsmodul, zur drahtlos-Verbindung mit der Datenverarbei tungseinheit aufweisen. Sofern das Sendemodul 16 als Sende- und Empfangsmodul ausgebildet ist oder zusätzlich zum Sendemodul 16 ein Empfangsmodul vorgesehen ist, so kann auch eine Software-Aktualisierung der Auswerteeinheit 15 erfolgen. Ge eignete Technologien für die Datenübertragung sind beispielsweise 5G, LoRA, BT, NFC, über einen Hub oder ein mobiles Gerät oder direkt über eine Basisstation (LoRA, oder 5G oder 4G / cat-M, LTE Cat M1)

Es ist selbstverständlich auch möglich, dass die von der Sensoranordnung 3 ermittel ten Daten nicht erst in der Austauschstation 10 übermittelt werden, sondern bereits eine Datenübertragung durch die Zahnbürste 100 erfolgt.

Die Austauschkammer 11 kann zur Reinigung mit einem Reinigungsmedium und/o der mit Wasser geflutet werden, so dass der Bürstenkopf gereinigt werden kann. So fern die Austauschkammer 11 zugleich als Messkammer genutzt wird, kann eine Spülung zur Herstellung von möglichst gleichbleibenden Messbedingungen erfolgen. Eine Addition von Reagenzien in die Messkammer kann zudem erfolgen.

Sofern die Zahnbürste 100 über eine Versorgung mit einem Zahnputz- oder Mund spülmedium verfügt, kann die Austauschstation 10 einen Vorratsraum für besagtes Zahnputz- oder Mundspülmedium aufweisen und dieses der Zahnbürste 100 z.B. über die Ladestation 14 für eine Befüllung der Zahnbürste 100 zuleiten.

Alternativ kann auch der Auftrag an Zahnputzmittel auf die Borsten der Zahnbürste durch die Austauschstation direkt erfolgen.

Weiterhin kann die Austauschkammer 11 oder eine Kammer, welche fluidmecha nisch mit der Austauschkammer 11 verbunden ist, eine Sensoranordnung z.B. für eine optische Messung aufweisen. Zur Überführung in die zusätzliche Kammer kann optional eine Absaugvorrichtung vorgesehen sein. Der am Bürstenkopf 2 anhaftende Speichel kann auf ein vordefiniertes Volumen, z.B. das Kammervolumen, verdünnt und/oder begrenzt werden und anschließend optisch, elektrochemisch oder physikalisch vermessen werden. Hierfür kann eine Zuleitung für Abgabestoffe, z.B. funktionalen Molekülen , Bindestoffe, z.B. Bindeliganden, und/oder Indikatorverbindungen, z.B. Luminophore, insbesondere Fluorophore, vor gesehen sein, eine Lichtquelle zum Aussenden eines Lichts zur Anregung der Indi katorverbindung mit zumindest einer Wellenlänge und eine Empfangseinheit zur Messung des empfangenen Lichts. Entsprechend kann eine Fluoreszenzspektrosko pische Untersuchung, eine UV-Vis- Spektroskopische Untersuchung und weitere op tische Analyseverfahren durch optische Sensorik angewandt werden.

Es kann Vorkommen, dass das Zahnputz- oder Reinigungsmedium einzelne Messun gen stört. Daher bietet es sich an eine Referenzmessung ohne Speichel von Zeit zu Zeit durchzuführen. Dadurch wird es der Auswerteeinheit bei Messung einer Spei chelprobe nach dem Zähneputzen möglich, die Menge an verwendetem Zahnputz oder Reinigungsmedium im Speichel zu quantifizieren und die dadurch auftretenden Störungen im Messsignal zu kompensieren. Dies kann alternativ oder zusätzlich mo- dell-basiert auf Grundlage hinterlegter Parameter oder durch nicht-parametrische modell-basierte Verfahren oder durch Populationszählung, z.B. von Bakterien, erfol gen.

Alternativ kann diese Referenzmessung auch entfallen, z.B. wenn die jeweilige Ana lysemethode störungsunempfindlich ist oder wenn stets das gleiche Zahnputz- oder Reinigungsmedium genutzt wird, für welches der Hersteller bereits einen Datensatz im Datenspeicher der Auswerteeinheit zur Messwertkompensation hinterlegt hat.

Die Ermittlung des allgemeinen Gesundheitszustandes und speziell des oralen Ge sundheitszustandes innerhalb des Mundraums kann anwenderindividuell oder durch Abschätzung anhand eines Durchschnittswerts erfolgen. Bei ersterem Fall ist der Ge sundheitszustand durch einen Arzt festzustellen und im Anschluss an die Untersu chung muss eine Referenzmessung erstellt und zum Vergleich der von der Zahn bürste ermittelten Daten hinterlegt werden.

Neben dem bevorzugten Anwendungsgebiet der Früherkennung der Paradontitis (z.B. durch Messung von IgA), weitere Zahnerkrankungen (z.B. durch Messung von GABA) oder auch Karies (z.B. durch Messung von Lactobacillus) kann die vorlie gende Erfindung auch zur Früherkennung einzelner Krebserkrankungen und/oder von Schwangerschaft, z.B. durch Ermittlung des Folsäuregehalts, genutzt werden. Weitere Anwendungsfälle der Früherkennung, welche ebenfalls im Rahmen der vor liegenden Erfindung erkannt werden können, sind Carcinome, cardiovaskuläre An wendungen, Herzinfarkt, virale Erkrankungen, Autoimmunerkrankungen, Infektions krankheiten, gastroösophageale Refluxkrankheit, Arteriosklerose, Ischias, Atembe schwerden, insbesondere hervorgerufen durch Atemwegserkrankungen, chronische obstruktive Lungenerkrankungen, Alzheimer, Multiple Sklerose, allg. orale Gesund heitszustände, Diabetes, Sauerstoffaufnahme, Krebs, Arthritis und/oder Fehlernäh rung, insbesondere Fettleibigkeit.

Neben der Früherkennung kann durch den Gegenstand der vorliegenden Anmeldung auch zur Überwachung der Ernährung in der Schwangerschaft genutzt werden. Schwangere werden aufgrund des zusätzlichen Bedarfs an Nährstoffen durch das ungeborene Kind regelmäßig auf Werte wie Eisen, Folsäure und dergleichen über prüft. Hier kann die Zusammensetzung des Speichels Auskunft darüber geben, ob der tägliche Bedarf einzelner Nährstoffe bereits erreicht wurde und erhalten bleibt.

Es ist zudem möglich die Medikation eines Patienten auf diese Weise zu überwa chen. Hierfür kann z.B. eine Speichelprobe des Patienten vor der Medikation als Re ferenz dienen.

Eine vorteilhafte Anwendung des erfindungsgemäßen Bürstenkopfes umfasst eine Überwachung der Medikamenteneinnahme durch den User (Patient Adherence / Pa tient Compliance Monitoring), z.b. bei Diabetes.

Hier sollten beispielsweise die Glucose Werte in einem Ziel-Band liegen, was in schwereren Fällen nur durch die regelmäßige Einnahme von Insulin oder GLP-1 Hemmern oder ähnlichen oralen Medikamenten, die die Blutzuckerwerte im Blut er niedrigen (GLP Inhibitors wie z.B. Semaglutide von Novo Nordisk) erreicht werden kann.

Mit der zeitlichen Analyse von Zeitreihen von Biosensor Daten-Werten kann man zu dem detektieren nicht nur ob, sondern auch wann, der Patient die Medikamente ge nommen hat. Wenn der Patient die Medikamente nicht einnimmt, dann werden an dere Werte, ganz oder zum Teil außerhalb vom gewünschten Band gemessen. Das Band bzw. der Sollbereich kann zum Beispiel als Band zwischen 70 und 150 mg/dL definiert werden, was die Glukose Werte im Normallfall vor und nach dem Essen dar stellt.

Die in Fig. 2 dargestellte Station ist als eine Austauschstation ausgebildet. In einer nicht-dargestellten Ausführungsvariante der Erfindung ist es auch möglich, die Sen soranordnung des Bürstenkopfes der Zahnbürste in der Station, insbesondere in einen Messraum der Station, anzuordnen. Bei diesem Konzept muss der Speichel aus dem Mundraum in die Station überführt werden. Hierfür kann die Zahnbürste z.B. eine Ansaugvorrichtung aufweisen, welche Speichel im Mundraum in einem ersten Betriebsmodus entnimmt. In einem optionalen zweiten Betriebsmodus kann die An saugvorrichtung eine Ausblasfunktion aufweisen, um den angesaugten Speichel in den Messraum abzugeben und dort zu vermessen.

Weiterhin kann der Bürstenkopf oder insbesondere die Austauschstation weitere Sensoren aufweisen, welche es ermöglichen, einzelne Bestandteile einer Zahnpasta, eines Mundwassers oder andere Zusammensetzungen zur oralen Pflege zu detektie- ren und anhand dieser Detektion eine Korrektur der Messwerte des Speichels vorzu nehmen.

Die Austauschstation oder die andere erfindungsgemäße Station können zudem eine Abgabe einer vorbestimmten Art und Menge einer Zusammensetzung zur oralen Pflege, z.B. zum Auftrag auf die Zahnbürste, aufweisen. Diese Zusammensetzung kann hinsichtlich der Konzentration seiner Bestandteile als Datensatz, z.B. im Daten speicher einer Auswerteeinheit, hinterlegt sein.

Weitere Ausführungsvarianten einer erfindungsgemäßen Zahnbürste sind in den Fig. 3-11 dargestellt.

Die Variante eines Zahnbürstenkopfes (20) aus Fig. 3 und 4 weist einen Grundkörper (23) auf, aus welchen Borsten (24) mit einer mittleren Borstenlänge I hervorstehen.

Es können Borsten (24) verschiedener Borstenlänge vorgesehen sein, wobei sich die mittlere Borstenlänge auf den Mittelwert aller Borsten bezieht.

Aus Gründen einer besseren Einführbarkeit in den Mund kann der Grundkörper (23) eine geringere Höhe aufweisen als die Borstenlänge lb. Die Borstenlänge lb und die Höhe des Grundkörpers (23) addieren sich zu einer Gesamthöhe des Bürstenkopfes.

Weiterhin weist die der Grundkörper (23) einen Einführungsschlitz (21 ) zur Aufnahme einer plattenförmigen Sensoreinheit auf. Die plattenförmige Sensoreinheit ist dabei entlang ihrer zwei Hauptflächen durch den Grundkörper (23), vor Außeneinflüsse, insbesondere vor mechanischer Schädigung, geschützt. Hierfür weist der Grundkör per (23), ausgehend von der Position der Borsten (24) oberseitig, ein Abdeckseg ment (22) auf. Die Sensoreinheit ist an einer Stirnfläche (26) der Zahnbürste (20) in den Einführungsschlitz (21) einführbar, wobei die besagte Stirnfläche an einer zu ei nem Bürstenhals-Ansatz (25) entgegengesetzten Seite der Zahnbürste angeordnet ist. Die Länge I des Einführungsschlitzes (21 ) in Einsteckrichtung R beträgt dabei vor zugsweise zumindest 30 %, besonders bevorzugt zumindest 50 %, der Länge des Bürstenkopfes in Einsteckrichtung.

Die Höhe h des Einführungsschlitzes (21 ) beträgt vorzugsweise zwischen 3 und 30 % der Höhe des Grundkörpers (23).

Die Variante einer Zahnbürste (20) aus Fig. 3 und 4 weist einen Grundkörper (23) auf, aus welchen Borsten (24) mit einer mittleren Borstenlänge I hervorstehen. Es können Borsten (24) unterschiedlicher Borstenlänge vorgesehen sein, wobei sich die mittlere Borstenlänge auf den Mittelwert aller Borsten bezieht.

Aus Gründen einer besseren Einführbarkeit in den Mund kann der Grundkörper (23) eine geringere Höhe aufweisen als die Borstenlänge lb. Die Borstenlänge lb und die Höhe des Grundkörpers (23) addieren sich zu einer Gesamthöhe des Bürstenkopfes.

Weiterhin weist die der Grundkörper (23) einen Einführungsschlitz (21 ) zur Aufnahme einer Sensoranordnung in der Ausbildung als plattenförmige austauschbare Sen soreinheit auf. Die plattenförmige Sensoreinheit ist dabei den zwei Hauptflächen her vor mechanische Schädigung durch den Grundkörper (23) geschützt. Hierfür weist der Grundkörper (23), ausgehend von der Position der Borsten (24) oberseitig, ein Abdecksegment (22) auf. Die Sensoreinheit ist an einer Stirnfläche (26) der Zahn bürste (20) in den Einführungsschlitz (21 ) einführbar, wobei die besagte Stirnfläche an einer zu einem Bürstenhals-Ansatz (25) entgegengesetzten Seite der Zahnbürste angeordnet ist.

Die Länge I des Einführungsschlitzes 21 in Einsteckrichtung R beträgt dabei vorzugs weise zumindest 30 %, besonders bevorzugt zumindest 50 %, der Länge des Bürs tenkopfes in Einsteckrichtung.

Die Höhe h des Einführungsschlitzes 21 beträgt vorzugsweise zwischen 3 und 30 % der Höhe des Grundkörpers 23.

In einer weiteren Variante der vorliegenden Erfindung in Fig. 5 und 6 weist ein erfin dungsgemäßer Bürstenkopf 30 ebenfalls einen Grundkörper 31 , sowie daran hervor stehende Borsten 32 auf. Die den Borsten entgegengesetzte rückseitige Oberfläche des Bürstenkopfes weist ein Auflagenfläche 33 und darin eingelassene Sensorauf nahmen 34, 35 und 36 auf. Diese Aufnahmen ermöglichen ein Eindringen und eine Positionierung des Speichels während der Messung - was von Vorteil ist bei einem zu kurzen Speichelkontakt. Der Speichel kann in die Aufnahmen gelangen und dort in Kontakt mit den spezifischen Sensoren treten und gehalten werden,

Für eine zusätzliche verbesserte Halterung der Sensoreinheit kann ein teilweise oder vollständig umlaufender Rand 37 seitlich der Auflagenfläche 33 und aus dieser her vorstehend angeordnet sein, so dass die Sensoreinheit nicht aus der Zahnbürste hervorsteht und der Sensoreinheit beim Einsetzen eine Führung und Festlegung er möglicht. Diese Löffelvariante ist in Fig. 7 und 8 dargestellt.

Fig. 9-11 weist eine weitere Variante eines Zahnbürstenkopfes 40 auf, welche in Analogie zur Fig. 3 und 4 einen Grundkörper 41 , einen Einführungsschlitz 43 zum Einführen einer Sensoreinheit 42, sowie eine Abdecksegment 47, Im Unterschied zur Variante der Fig. 3 und 4 weist das Abdecksegment 47 Öffnungen 45 zur Einlage rung von Speichel auf. Der Speichel kann dabei durch die Öffnungen 45 durchtreten und zu den jeweiligen Sensorelementen der Sensoreinheit 43 zugeleitet werden.

Die Abdeckung kann abnehmbar oder wegdrehbar sein, um eine Reinigung und Trocknung der Biosensor-Oberfläche mit Wasser und unter Luft zu ermöglichen.

Weitere in den Figuren dargestellte Bauteile und Merkmale des Zahnbürstenkopfes sind funktional analog zur Fig. 3 und 4 zu verstehen.

Während die Sensoreinheit in Fig. 3-11 flach ausgebildet ist, zeigt Fig 12 eine Vari ante eines Bürstenkopfes (50) mit einer Sensoreinheit (51) als seitlicher Aufsatz auf den Grundkörper eines Bürstenkopfes. Die Sensoreinheit (51) kann Teil einer größe ren Sensoranordnung sein, wobei lediglich die Sensoreinheit (51) austauschbar ist und die anderen Sensoren der Sensoranordnung nicht austauschbar im Bürstenkopf angeordnet sein können. Solche nicht austauschbaren Sensoren können z.B. ein Temperatursensor oder ein Leitfähigkeitssensor, Impedanzsensoren, potentionmetri sche Sensoren, usw. sein. Die austauschbaren Sensoren (55) sind im Körper der Sensoreinheit (51) eingelassen, welcher randseitig zum Sensorarray (53) eine An schlagsfläche (56) für die Adaption an den Grundkörper aufweist. Auch in dieser Va riante ist eine Vertiefung (54) zum besseren Ansammeln von Speichel gegeben, so wie ein randseitiger Vorsprung (52) zu gleichem Zweck.

Alternativ ist es auch möglich, einen platten oder folienartigen auswechselbaren Ein satz als Sensoreinheit in die Vertiefung (54) einzusetzen.

Die Merkmale einzelner Ausführungsvarianten können vorteilhaft miteinander kombi niert werden. Dabei ist die Anordnung der Sensoreinheit auf einer gegenüber dem Randbereich vertieften Ebene zur Ansammlung von Speichel besonders bevorzugt (vgl. Fig. 8).

Die Sensoreinheit ist besonders bevorzugt als Folie ausgebildet und kann ebenfalls bevorzugt von einer oder mehreren Seiten vorzugsweise vollständig oder zumindest über den Kontaktierungsbereich aller Sensoren mit Speichel benetzt werden.

Die Sensoreinheit kann seitlich oder von oben aufgelegt oder eingeführt werden.

Die elektrischen Kontakte zwischen dem Bürstenkopf und der Sensoreinheit befinden sich vorzugsweise in einem zum Bürstengriff am geringsten beabstandeten Teilbe reich einer Auflagefläche für die Sensoreinheit.

Bohrungen sind nicht notwendig, können aber zum Sammeln von Speichel vorgese hen sein.

Ein weiterer Aspekt ist die Erkenntnis, dass der Einfluss von Zahnpasta bzw. Zahn pastaschaum oder ggf. auch Mundwasser den Messvorgang stark stört. Daher sollte die Messung vorteilhaft vor dem eigentlichen Putzvorgang erfolgen. Um die Alltags routine nicht zu stark zu beeinflussen, kann der Putzvorgang bereits begonnen wer den und die Zahnpasta nach der Messzeit, z.B. 5 Sekunden, appliziert werden.

Alternativ oder zusätzlich kann eine Messung auch nach dem Zähneputzen oder nach der Spülung des Mundraums mit einer Kalibrierspülung erfolgen.

Ein erfindungsgemäßes Verfahren zum Betrieb eines Analysensystems umfasst die erfindungsgemäße Zahnbürste und ein externes Gerät zur Datenverarbeitung. Das Gerät kann beispielsweise ein Server, ein Computer, ein Mobiltelefon, ein Tablet und/oder die vorgenannte Austauschstation sein.

Dabei werden Rohsignale, z.B. Impedanzmesswerte, spannungsäquivalente Signale oder dergleichen, von der Zahnbürste auf das externe Gerät übermittelt.

Das externe Gerät weist einen Datenspeicher auf, auf welchem ein Computerpro grammprodukt zur Datenanalyse hinterlegt ist, wobei das Computerprogrammpro dukt ausgebildet zur Datenanalyse der von der Sensoreinheit ermittelten Daten, vor zugsweise nach einer oder mehreren DSP-Methoden, zur Ermittlung eines Gesund heitszustandes. Die besagte Datenanalyse weist gemäß dem erfindungsgemäßen Verfahren zumin dest die folgenden Schritte auf: a) Abtasten von elektrochemischen Signalen und/oder Impedanzen b) Detektion und/oder Klassifizierung von Zuständen des Sensorelements hinsichtlich des Befeuchtungszustandes eines Sensorelements bzw. ein zelner Sensoren des Befeuchtungselements anhand der ermittelten elekt rochemischen Signale und/oder Impedanzen c) Bewertung von Amplituden und Änderungen der elektrochemischen Sig nale und/oder Impedanzen um den Speichel hinsichtlich des Gesundheits zustands des Patienten zu analysieren.

Der Befeuchtungszustand kann vollständig oder teilweise (unzureichend) befeuchtet anzeigen. Es kann allerdings auch andere Zustände, wie z.B. die Anwesenheit von Zahnpasta und die Konzentration von Speichel in Wasser angezeigt werden. Dadurch ist es möglich die Konzentration an Speichel zu bestimmen und Störfakto ren wie Zahnpasta bei der Messung und Auswertung des Gesundheitszustands zu kompensieren.

Eine Möglichkeit zur Detektion der vorgenannten Zustände ist die Detektion von Sig naländerungen, Zeitkonstanten von exponentiellen Faktoren und/oder Signalvarianz- Berechnung (Ripple-Monitoring).

Bei der Bewertung von Amplituden in Schritt c) kann vorteilhaft eine Signalzerlegung der Rohsignale bzw. elektrochemischen Signale zur Analyse des Nutzanteils des je weiligen Signals und/oder zur Kompensation von Störanteilen erfolgen.

Die Zerlegung kann anhand von exponentiellen Modellen erfolgen, welche z.B. als exponential decays bzw. exponentieller Prozess ausgelegt sein können oder als first Order exponential Step responses bzw. als Schrittantworten erster Ordnung, insbe sondere vom 1 -exp(-t) Typ.

Eine weitere Form der Zerlegung kann durch Klassifizierung von Signalen und Sig naländerungen basierend auf zeitlichen Mustern (Signalverarbeitung im Zeitbereich) oder auch Merkmalen im Frequenzbereich erfolgen.

Weiterhin ist eine Zerlegung durch Klassifizierung von Signalen basierend auf dem Verlauf von Ableitungen von Signalen und/oder als Änderungsrate bzw. Rate-of- Change und/oder als eine oder mehrere approximative Ableitungen bzw. approxima tive derivative erfolgen. Nach der Zerlegung von Signalen in unterschiedliche Komponenten (Signal decom- position) kann sodann ein Ableiten von Signalmerkmalen/Charakteristiken basierend auf dieser Zerlegung zur Verbesserung von Schätzungen von Konzentrationen und/oder zum Ableiten von präziseren Kalibrationskurven verwendet werden.

Die Trennung bzw. Separation von unterschiedlichen Störkomponenten des Nutzan teils des elektrochemischen Signals bzw. der Impedanz, also des Reaktions-Anteils der entsprechenden elektrochemischen Reaktion, kann zudem alternativ oder vorteil haft mittels der Cottrel-Gleichung oder anderen ähnlichen Modellen physikalischer und/oder mathematischer Natur erfolgen. Das Nutzsignal ist für die Konzentrations bestimmung von Biomarkern von Interesse, welche einzeln oder ggf. zusammen mit weiteren Messwerten Aussagen über den Gesundheitszustand des Nutzers der Zahnbürste geben können.

Das Verfahren kann zudem eine Abtastung von elektrochemischen Signalen nach ei ner Konditionierung und/oder Stabilisierung der Sensoreinheit in einer bereitgestell ten Referenzlösung aufweisen. Diese Abtastung kann vorzugsweise nach Schritt c) z.B. bei erstmaliger Inbetriebnahme der Zahnbürste erfolgen, oder aber vor Schritt a).

Die Abtastung von Signalen nach erfolgter Konditionierung und/oder Stabilisierung kann vorteilhaft in Kombination durch einen Trigger bzw. Sensor, vorzugsweise ei nem Sensor zur Leitfähigkeits- oder Impedanzmessung, initiiert oder erkannt werden, welcher die Anwesenheit der Referenzlösung und/oder von Speichel detektiert und/oder das Ende eines Konditionierungszeitraums anzeigt. Der Trigger kann die Messung vorzugsweise basierend auf dem detektierten Zustand oder Zustands- Übergang vornehmen.

Weiterhin kann insbesondere im Anschluss an Schritt c) eine oder mehrere Wieder holungen von Messungen erfolgen, um die Information aus mehreren Messungen zu kombinieren, vorzugsweise um die Präzision zu verbessern, das Signal/Rausch-Ver hältnis (S/N signal-to-noise) zu verbessern und/oder Störungen zu kompensieren.

Das Abtasten von elektrochemischen Signalen, insbesondere von amperometrischen Signalen bei unterschiedlichen Potenzialen kann über mehrere Sekunden oder Minu ten erfolgen.

Die Detektion und Klassifizierung von Zuständen „Trocken“ vs. „belüftet nach Be feuchtung“ vs. „vollständig befeuchtet“ Zuständen und den zugehörigen Übergängen (Transitionen) kann wie vorbeschrieben erfolgen. Diese Detektion ermöglicht vorteilhaft eine Einschätzung der Messzuverlässigkeit des Biosensors und der weiteren Sensoren und des daraus ermittelten Gesundheits zustands.

Die Bewertung des Abklingens von elektrochemischen Signalen oder Impedanzen lässt Rückschlüsse auf Redox-Reaktionen und kapazitive Transienten innerhalb des Mundraumes zu.

Die Zahnbürste, insbesondere die Sensoranordnung kann, wie zuvor beschrieben, einen Temperatursensor aufweisen. Die Temperaturmessung kann über mehrere Tage gemittelt erfolgen, um eine Referenz der Körpertemperatur zu erhalten. Dar über hinaus kann eine sprunghafte Temperaturerhöhung, z.B. durch Fieber, sowie natürliche allmählich ansteigende und/oder periodisch wiederkehrende Tempera turänderungen detektiert werden. Dies kann z.B. vorteilhaft für die Bestimmung des Fertilitätszyklus sein, z.B. als Teil einer Gesundheitsüberwachung bzw. Health Moni toring oder zusätzlich dazu.

Optional oder zusätzlich kann die Zahnbürste eine Dosiervorrichtung zur Abgabe von Stoffen zur Behandlung von Erkrankungen, insbesondere im Mundraum, und/oder zur Stimulation des Immunsystems enthalten.

Diese Stoffe können speziell von einem Arzt empfohlen oder verschrieben sein, wo bei die Zahnbürste als Dosierungsvorrichtung dient. Insbesondere bei Erkrankungen im oralen Bereich, wie z.B. bei Zahnfleischentzündungen, kann durch die Zahnbürste eine ortsgenaue Applikation eines entsprechenden Medikaments und verbunden mit einer mechanisch unterstützenden Massage während des Dosierungsvorgangs durch die Borsten, z.B. am Zahnfleisch, erfolgen. Die Dosierung des Medikaments kann der Arzt oder der Patient an der Zahnbürste vornehmen. Im Fall des Arztes kann dieser über eine spezielle Zugangsberechtigung für entsprechende Unterpro gramme verfügen, z.B. über einen Bluetooth-Transponder oder einen Code oder der gleichen, welche den Zugriff auf arztspezifische Unterprogramme der Zahnbürste verhindert. Alternativ oder zusätzlich kann auch ein Programm bzw. eine Pro grammeinstellung zum Dosierungsvorgang mittels Fernzugriff oder über ein Daten speicher, z.B. USB-Stick, auf die Zahnbürste oder die Austauschstation übertragen werden.

Weiterhin optional kann eine Referenzflüssigkeit zur Konditionierung der Sensoren eingesetzt werden. Hierfür kann sich u.a. Wasser, z.B. Wasser mit einem definierten lonengehalt, anbieten. Diese Referenzflüssigkeit, auch Konditionierungsflüssigkeit genannt, setzt die Sensoren der Sensoranordnung auf deren Ausgangswerte zurü Zudem kann eine oder mehrere Kalibrierungsflüssigkeiten eingesetzt werden mit ei ner oder mehreren gegenüber der Referenzflüssigkeit unterschiedlich definierten Leitfähigkeiten. Somit können nach einem gewissen Zeitraum die Messgenauigkeit durch die Kalibrationsflüssigkeit bzw. -flüssigkeiten überprüft und ggf. neu eingestellt werden.

Die Referenzflüssigkeit und die zumindest eine Kalibrationsflüssigkeit kann Teil des erfindungsgemäßen Analysensystems sein. Die Sensoranordnung als auch der Bürstenkopf können austauschbar und als Weg werfartikel (disposable) ausgebildet sein. Die Sensoranordnung erlaubt vorteilhaft so wohl eine Erkennung eines Gesundheitszustands als auch eine Überwachung des selben. In ausgesuchten Fällen einer Erkrankung kann zudem die Art der Krankheit und/oder deren Ausprägung bzw. Intensität festgestellt werden.

Multidimensionale Biomarker können eingesetzt werden. Die Handhabung der Zahn bürste sollte idealerweise derart erfolgen, dass deren Signale zumindest einmal täg lich gesammelt und/oder aufgenommen werden Die Daten können dann über mehrere Tage, Wochen Monate, usw. gespeichert wer den, um Langzeittendenzen zu erkennen.

Bezugszeichenliste

1 Bürstenkopf

2 Borsten

3 Sensoranordnung

3’ verbrauchte Sensoranordnung

4 Zweite Sensoreinheit

5 Erste Sensoreinheit

6 Elektrode

7 Elektrode

8 Drittes Sensoreinheit

9 Mechanische Schnittstelle

10 Austauschstation

11 Austauschkammer

12 Vereinzelungsvorrichtung

13 Folienrolle

14 Ladestation

15 Auslese- und /oder Auswerteeinheit

16 Sendemodul

17 Reservoir

20 Zahnbürstenkopf

21 Einführungsschlitz

22 Abdecksegment

23 Grundkörper

24 Borsten

25 Bürstenhals-Ansatz

26 Stirnfläche

30 Bürstenkopf

31 Grundkörper

32 Borsten

33 Auflagenfläche

34 Sensoraufnahme

35 Sensoraufnahme

36 Sensoraufnahme

37 Rand

40 Zahnbürstenkopf

41 Grundkörper 42 Sensoreinheit

43 Einführungsschlitz

45 Öffnungen

47 Abdecksegment 50 Bürstenkopf

51 Sensoreinheit

52 Vorsprung

53 Sensorarray

54 Vertiefung 55 Sensoren lb Borstenlänge

I Länge Einführungsschlitz h Höhe Einführungsschlitz

R Einsteckrichtung 100 Zahnbürste

101 Griff