CN102063603A - 确定对装置杀菌的系统和方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及确定对装置杀菌的系统和方法。公开了一种用于验证环境条件发生的系统和方法。本发明不是存储涉及杀菌过程的发生和/或成功的信息，而是更改了装置的无线传输特征。在一些实施例中，无线收发器的带宽可以根据所进行的杀菌的结果进行变更。在其它实施例中，电路的谐振频率受到影响。在其它实施例中，这些参数的一个或多个基于其它环境条件，诸如震动或振动而受到影响。

Description

确定对装置杀菌的系统和方法

本申请要求2009年11月16日提交的、序列号为No.61/261，539的美国临时申请的优先权，其公开内容在此通过参考合并进去。

技术领域

本发明涉及确定对装置杀菌的系统和方法。

背景技术

存在许多应用，其中对所使用的物体进行杀菌是期望的甚至是必要的。例如，食品工业需要对银器、盘子、壶以及其它烹饪用具进行杀菌。另外，制药和医疗装置也需要进行杀菌。例如，手术刀以及其它医疗设备在每次使用前都必须进行杀菌。

在其它情形，存在单次使用应用，其中要杀菌的装置在丢弃之前只使用一次。诸如用于抽血的针和用于注射的注射器之类的物品，在使用之前都必须进行杀菌。除了医疗领域，在制药产业上具有相似需要。过滤器、外壳，以及一次性组件，诸如袋、生物反应器和管在使用之前必须进行杀菌。

可以用多种方式进行杀菌。例如，使用热来杀菌(诸如高压杀菌)，是一种常用的实践。在其它实施例中，可以使物体经受诸如γ或β辐射之类的辐射而执行杀菌。化学反应(诸如包括环氧乙烯的化学反应)是另一种用于对组件进行杀菌的方法。通常，这些制药组件的加工过程包括杀菌步骤。因此，制造商可以向用户保证所选择的组件已接受过杀菌程序。

近来，制药和医疗装置用户对独立验证装置已经在高温杀菌、γ杀菌、冰冻或装运过程中进行了正确的处理的需求增长。了解诸如过滤器、袋、管或药物混合物的装置已经进行了正确处理，能使用户更加确信可以直接使用这些装置。

典型地，如上所述，用工程控制处理来提供这种保证，由此线性加工工序将装置从过程中移入和移出。但是，具有很多方式使得过程即使发生故障也仍旧完成操作控制。例如，执行过程的设备，诸如γ辐射器，可能发生故障并且不能正确给予过滤器剂量。其它装置可以阻挡γ射线，由此减少剂量低于最小水平，在所述最小水平可以杀死细菌。

已经进行了多种尝试来解决该问题。例如，对于预包装医疗装置来说常用的，制造商使用化学颜色改变染料来指示对辐射的成功暴露。

另一种方法是，可以生产半导体组件，其在其基底上具有最小或有限保护涂层。在该情形，γ辐射穿过半导体封装并且影响集成电路的非保护部分。辐射的作用可以改变电路的参数，诸如阈值电压或漏电流。组件的保护和非影响部分包括感测电路，该感测电路可以确定由辐射导致的这些参数的任何变化。然后用户可以访问该信息，诸如使用无线或有线手段。

但是，该操作需要操作者理解由装置使用的用于通信的方法和协议。例如，操作者必须知道装置内的什么存储位置包含的与辐射测试相关的信息。另外，取决于特殊组件和制造商，该信息可以存储在不同的位置并且使用不同的协议。

因此，如果存在独立方法来确认已经对组件进行了正确杀菌则将是有益的，而所述方法可以简单使用并且不需要基础电路的知识。这种方法应该确定组件是否正确暴露在对其进行杀菌所需要的高温(elevated temperature)、低温(depressed temperature)或辐射中。如果存在可以简单部署并且在不需要用户或使用者来执行较难或复杂程序的情况下能提供该确认的系统则也将是有益的。

发明内容

现有技术的问题可以通过本发明的系统和方法来克服。本发明不是存储涉及杀菌过程的发生和/或成功的信息，而是更改了装置的无线传输特征。在一些实施例中，无线收发器的带宽可以根据所进行的杀菌的结果而进行变更。在其它实施例中，电路的谐振频率受到影响。在其它实施例中，这些参数的一个或多个基于其它环境条件诸如震动或振动而受到影响。

附图说明

图1是本发明的第一实施例；

图2a是本发明的第二实施例；

图2b是本发明的第三实施例；

图2c是本发明的另一实施例；

图3是本发明的另一实施例；

图4a和4b是检测两个不同环境条件的实施例；以及

图5是本发明的另一实施例。

具体实施方式

如上所述，需要快速、简单独立的验证特殊环境条件已经产生(或还没有产生)。这样的一些实例包括：需要验证医疗或制药装置已经经受辐射，需要验证特殊药物还没有被震动，需要验证装置已经进行了高压杀菌。在一些情形，存在提供这些环境条件可视化验证的装置。例如，使用改变颜色的运送点而监测物品在运送中的温度。相似地，存在震动传感器，其还提供所述物品已经或还没有遭受过度震动的可视化确认。

一个跟踪资产和存货的普通方法是通过使用RFID标签。这些标签固定至物品上，并且通过RFID阅读器进行远程询问。RFID标签自身包括可读(或通常是可再写的)存储器装置，其中存储关于零件的信息。信息可以包括物品的描述、其制造日期、批号、制造流程、有效期以及其它有关数据。

RFID标签还包括天线，调谐至特定频率进行操作。在一些实施例中，传输发生在13.56MHz，在其它传输中介于902和928MHz之间，而在其它实施例，使用2.4GHz。其它频率范围也是可能的并且处于本发明的范围内。

在任意RFID标签的设计中，通常需要根据RFID阅读器电路来最佳化谐振频率。射频谐振基于针对LRC(电感器-电阻器-电容器)电路的基本方程式。针对LRC电路，谐振频率由下式来限定：

$F_{\mathrm{res}}=\frac{1}{2\mathrm{\Π}\sqrt{\mathrm{LC}}}$

其中L是电感器的电感，单位是亨；C是电容，单位是法。

另外，电路的带宽由下式限定：

其中R是电阻，单位是欧姆，L是电感器的电感，单位是亨。

通常，RFID微芯片具有需要微小修改的某些电特征从而调谐至阅读器。将RF天线自然加入RFID微芯片将进一步改变电路的整个调谐。通常做的是，可以加入外板电路以补偿变化并且对电路进行再调谐。所以，外电路的使用在RFID标签中是很正常的。

在一些实施例中，外板(或外部的)电路包含无源组件(诸如电感器、电容器或电阻器)的组合，以便更改RFID标签的整个带宽和谐振频率。

在一个实施例中，如图1所示，外板电路100是以惠斯登桥配置的电阻器120、125、130的组合，其中一个组件140被选择成基于环境条件的质量和类型来有意改变其值。换句话说，当特殊环境条件，诸如震动、高温或辐射发生时，可变组件的初始或默认值将变更。在电阻器情形中，该改变在没有影响标签谐振频率的情况下将影响其带宽。RFID芯片105与串联布置的电容器115和电感器110电连通。在其它实施例中，这两个组件可以并联布置。LC电路与惠斯登配置也是串联的。该惠斯登配置基于可变组件140的值而具有两个可能的等效电阻。

在第二实施例中，如图2a所示，开关170与电阻器120的其中一个串联设置，从而特殊环境条件打开开关170。开关具有两种状态，闭合时与开关串联的电路支路(即电阻器120)由此连接至电路，打开时串联分支由此被禁用。所以，当开关170闭合时，整个阻抗较低，因为与电阻器125、130并联的电阻器120促使产生的等效电阻低于电阻器125、130单独的电阻。所以，当开关170打开时，由于电阻在该状态下更高，因此电路的带宽增加。

开关可以从各种组件中选择，例如用于分析高压杀菌周期的温控开关或用于分析辐射杀菌的简单类晶体管二极管。此外，该配置在没有影响电路谐振频率的情况下影响电路的带宽。

在第三实施例中，如图2b所示，开关170或其它可变组件与第二电容器175串联地插入。在该实施例中，可变元件170的状态将影响电路的等效电容。在该情形，当开关闭合时，电容增加，当开关打开时电容减少。该配置影响谐振频率，而不是带宽。

当然，其他配置也是可能的并且处于本发明的范围内。在一些实施例中，利用外部可调谐LRC电路。具有两个不同状态的可变组件在该外部电路中使用。组件基于感兴趣的环境条件，诸如震动、温度或辐射，从其默认状态变化至其变更后的状态。

在其它实施例中，外部可调谐电路可仅由LRC电路的一些部分组成。例如，电路的某些元件集成至RFID集成电路中(诸如电容器或电感器)。在这些实施例中，可以使用一个或多个外部组件以影响装置的无线参数并且一个或多个外部组件可以包括电感器、电容器、电阻器或其任何组合。上述的相同技术可以用于改变该外部电路的行为。

震动可以改变各种装置诸如物理碰撞开关的电状态。这种开关使用悬挂在安装装置内的细隔距灯丝(fine gauge filament)构成。沿垂直于灯丝的方向碰撞将促使其从悬挂点处脱离。这些像类似于普通电灯泡或保险丝的功能，所述普通电灯泡或保险丝可被碰撞。不同水平的震动可以通过改变灯丝的厚度以及其连接至悬挂点的稳健性来检测。

温度变化可以促使装置诸如某些电阻器或热保险丝产生不可逆变化。由可氧化组件诸如碳制成的电阻器随着温度不可逆地增加而氧化。由非可氧化材料诸如金属氧化物构成的，或者通过包装而不受环境改变影响的其它电阻器保持稳定，并且不会改变值。

充足的能量辐射促使装置诸如电阻器和半导体结发生变化。通过进一步氧化基底材料或修改晶体或聚合物结构，辐射促使电阻器电阻值的改变。半导体结，诸如n-p型或p-n型二极管由于晶体结构的改变以及导带内掺杂材料的移出而受到辐射的影响。

可变组件可以是如下这样一个，即其状态通过感兴趣环境条件而发生不可逆变更。因此，在条件过后可以测量效果。有利的是，选择如下这种电路设计，即所述电路设计响应于所述条件以预知方式改变，同时仍旧保持一般可操作性，其中可以测量带宽或谐振频率。在一些实施例中，改变其默认值但是并没有变成整体不可操作的组件可以在简单LRC电路中使用。图2c示出了简单RLC电路，其中γ灵敏电阻器157的值相对其对γ辐射的暴露发生变化。在该情况中，电路的带宽随着辐射的暴露水平发生变化。但是，对于发生灾变改变的组件，诸如热保险丝，可以使用惠斯登桥或任何并联布置。在任一情形，应该优选地选择其它支持组件以适应环境条件。

在其它实施例，可以使用可逆或预知改变它们条件的组件。这种组件包括电阻器或电容器，其满足军用、硬辐射或高性能标准，诸如来自PresidioComponents，Inc.的。

另一实施例在图3中示出。在该实施例中，存在并联电阻器支路，其中这些支路的一个包含电阻器120和一个或多个二极管180。另一支路包括一个或多个电阻器，诸如电阻器125、130。在正常操作中，没有电流流过具有二极管的路径，因为二极管中的一个总是反向偏置的。但是，γ辐射的暴露通常影响二极管的一个或多个特征，诸如其正向偏置电压、其反向偏置电压，或其漏电流，从而允许电流流动。所以，二极管将开始导电，允许第二电阻器支路影响电路的等效电阻。电阻的该变化促使带宽的对应变化，其可以被远程检测。

如上所述，可以使用本发明检测其它环境条件。例如，为了检测温度，装置被制作，其由于暴露于低温而发生不可逆改变。通常，标准电组件在低温诸如-80℃没有发生不可逆变化。但是，这种装置可构造成在物理上不可逆收缩或消散阻性材料，所述阻性材料将促使在其电值中发生这样一种期望变化。其它低温装置可构造成类似于热保险丝，由此两个导体之间的结收缩超过弹性点并且分离开从而使电路开路。这种组件可以用在诸如图2a和2b中所示那些的配置中。这种不可逆低温装置的描述不会将实施例限制在该装置中，因为其他装置也包括在本发明中。

震动的测量可以通过使用以并联配置布置的一个或多个电阻器震动保险丝来完成。在单一保险丝的情况，装置可以只检测所述装置是否已经经受震动超过某阈值。而对具有不同震动阈值的两个保险丝的使用，允许3级(低级，其中没有保险丝断开；中级，其中一个保险丝断开；高级，其中两个保险丝均断开)检测。如果需要的话，对多个震动保险丝的使用明显允许更大的粒度。震动保险丝可以由横跨开口悬挂的阻性构件来构造，其中端部连接因为相关碰撞而断开。电灯泡灯丝代表一个这样的实施例。可替代地，加速计组件代表固态实施例。这种组件可用于诸如图2a和2b所示的各种配置中。

在一些实施例中，本发明可以用于测量两个独立的环境条件。例如，γ辐射灵敏组件158可以引入到电路中，如图4a所示。这种配置产生带宽的变化。第二可变组件178，诸如对低温灵敏的组件，可以引入到电路中，如在图4a中所示。该组件178将影响电路的谐振频率。所以，两个不同的环境条件可以使用该发明进行独立确定。

在一些实施例中，如图4b所示，两个独立的环境条件可以通过仅仅变化单个参数来检测。例如，假设使用三个并联电阻器支路，其中每个支路具有不同的串联电阻。第一支路包括串联可变装置203，诸如γ灵敏装置，以及具有第一电阻的第一电阻器210。第二支路包括第二可变组件213，诸如对低温灵敏的组件，以及具有第二电阻的第二电阻器220。第三支路不会受到环境条件的影响，因此具有恒定电阻230。如果没有观测到环境条件，该电路的等效电阻将基于三个电阻值210、220、230。如果γ辐射发生，该电路的电阻将基于第二电阻值220和第三电阻值230。如果低温发生，电路的电阻将基于第一电阻值210和第三电阻值230。如果γ和低温这两个均发生，则电路的电阻将等于第三电阻值230。

在另一实施例中，重要的是知道杀菌(诸如通过高压或γ辐射)是否已经进行，至于使用哪个步骤是不重要的。在该情况，如图5所示，两个可变组件223、233可以串联布置，每个都对环境条件的至少一个是灵敏的，从而任一个的失效或变更都将影响电路。在一个实施例中，组件可以与电阻器210串联布置，并且这些组件与电阻器230并联。所以，任一条件的发生都将从电路中移除电阻器210并且等效电阻仅仅是电阻器230的电阻。

对于确定标签是否已经经受了所述条件作用的标签分析包括确定频率、带宽或读取距离的变化。但是，这些中的任一个都可以在分析过程中通过环境中的电干扰而进行修改。分析因为初始参考阅读器电路和现场电路之间的变化而变得更加复杂。这些变化的一些或全部可以通过记录由现场阅读器读取的、RFID标签上的具体配置和测量值来进行调节。在一些实施例中，可变组件的变化用于改善电路的参数，然而组件的预先调节将不会是最佳调谐。该技术允许分析相对条件是决定性和相关的，并且不会与电路的其它变化分不清。

而且，更加期望的是，整个电路的其它组件，诸如剩余电容器、传感器和电阻器，对于感兴趣环境条件是不灵敏的。另外，所使用的RFID集成电路105还优选能够抵挡环境条件的影响，不论是高温或低温，震动或辐射。在辐射情形，RFID集成电路105可以基于以不改变为基础存储技术，诸如FRAM或MRAM来产生。可替代地，对于辐射来说是高度不灵敏的过程，诸如绝缘体上硅(SOI)可以用于产生RFID集成电路105。

可以设想各种部件，通过如下方式来完成对剩余非灵敏组件的保护，即所述方式包括对热、辐射和震动进行屏蔽。例如，热灵敏组件可以通过使用泡沫、真空或机械隔离而热绝缘。辐射灵敏组件可以通过使用高密度材料，诸如铅，或者通过垂直定向来屏蔽，从而减少入射辐射。震动灵敏组件可以通过使用吸收性材料，诸如泡沫材料或弹簧与撞击隔离。

Claims (18)

1.一种无线识别装置，包括

RFID集成电路，以及

外部电路，其适于调谐无线传输频率，所述电路包括电感器、电容器和可变组件，其中所述可变组件具有至少两种状态，其中所述状态基于对环境条件的暴露而确定，以及其中所述电感器、电容器和可变组件确定所述装置的无线特征。

2.根据权利要求1所述的无线识别装置，其中所述外部电路还包括电阻器。

3.根据权利要求2所述的无线识别装置，其中所述无线特征包括谐振频率和带宽。

4.根据权利要求1所述的无线识别装置，其中所述可变组件具有多种状态，并且其中所述状态与所述暴露的持续时间相关。

5.根据权利要求1所述的无线识别装置，其中所述可变组件具有多种状态，并且其中所述状态与所述暴露的强度相关。

6.根据权利要求2所述的无线识别装置，其中所述可变组件与所述电阻器串联，并且所述外部电路包括第二电阻器，与所述可变组件和所述电阻器并联。

7.根据权利要求6所述的无线识别装置，其中所述两种状态中的一种包括开路。

8.根据权利要求1所述的无线识别装置，其中所述可变组件与所述电容器串联，并且所述外部电路包括第二电容器，与所述可变组件和所述电容器并联。

9.根据权利要求1所述的无线识别装置，其中所述环境条件选自由震动、高温、低温和辐射组成的组。

10.一种验证物品已经经受环境条件的方法，包括：

将RFID装置固定到所述物品上，所述RFID装置，其包括RFID集成电路和外部电路，所述外部电路适于调谐无线传输的频率，所述电路包括电感器、电容器和可变组件，其中所述可变组件具有至少两种状态，其中所述状态基于对所述环境条件的暴露而确定，以及其中所述电感器、电容器和可变组件确定所述装置的无线特征；

用外部RFID阅读器询问所述RFID装置；

将至少一个无线特征和预定值比较；以及

基于所述比较的结果来验证所述物品已经经受所述环境条件。

11.根据权利要求10所述的方法，其中所述环境条件选自由震动、高温、低温和辐射组成的组。

12.根据权利要求10所述的方法，其中所述外部电路还包括电阻器。

13.根据权利要求12所述的方法，其中所述无线特征包括谐振频率和带宽。

14.根据权利要求10所述的方法，其中所述可变组件具有多种状态，以及其中所述状态与所述暴露的持续时间相关。

15.根据权利要求10所述的方法，其中所述可变组件具有多种状态，以及其中所述状态与所述暴露的强度相关。

16.根据权利要求12所述的方法，其中所述可变组件与所述电阻器串联，并且所述外部电路包括第二电阻器，与所述可变组件和所述电阻器并联。

17.根据权利要求16所述的方法，其中所述两种状态中的一种包括开路。

18.根据权利要求10所述的方法，其中所述可变组件与所述电容器串联，并且所述外部电路包括第二电容器，与所述可变组件和所述电容器并联。

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