CN113710288B - 具有灭菌剂响应开关的灭菌指示器传感器 - Google Patents
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Abstract
本公开的各方面涉及一种传感器装置，该传感器装置具有集成电路和耦接到该集成电路的监测环路。监测环路包括第一导电迹线和第二导电迹线，该第一导电迹线和该第二导电迹线各自具有第一端部以及第二端部，该第一端部电耦接到该集成电路。该监测环路包括灭菌剂响应开关，该灭菌剂响应开关电耦接该第一导电迹线和该第二导电迹线的该第二端部。该灭菌剂响应开关具有第一阻抗状态和第二阻抗状态。该灭菌剂响应开关基于在充分的灭菌过程中对充分的环境条件的暴露来修改该第一导电迹线和该第二导电迹线之间的电连接。该传感器装置还包括天线，该天线耦接到该集成电路，从而形成不同于该监测环路的天线环路。
Description
背景技术
射频识别(RFID)电路已被用于检测相关物件的存在和运动。可通过间歇地或连续地无线询问RFID标签来电子检测配有RFID标签的制品是否存在。在一个典型应用中，RFID标签存储识别(ID)码。当RFID标签受到RFID标签读出器的询问时，RFID标签将其ID码无线传输给RFID标签读出器。由RFID标签传输给RFID标签读出器的代码表明配有RFID标签的制品的存在和识别。
RFID标签可以包括电池或其他独立电源，或可以从外部RFID标签读出器传输的信号获得电源。没有独立电源的RFID标签特别小且成本极低，用来跟踪大量物品时成本低廉。
与RFID相关的技术涉及电子制品监测(EAS)标签。EAS和RFID标签均可远程访问，但EAS标签通常不包括RFID的数据存储能力。EAS和RFID标签包括用于远程访问的转发器电路。转发器电路是谐振电路，具有选择和布置的部件以使得转发器以特定频率电动谐振。
如果在EAS标签范围内以或者接近转发器谐振频率从标签读出器发送电磁信号，则EAS转发器电路通过一种机制(例如，磁场，在诸如电容耦接或电感耦接的近场中，在诸如电磁反向散射的远场中)吸收和/或反射来自读出器发送的电磁场的能量。转发器电路吸收或反射的能量会引起标签读出器输出线圈的输出信号或标签读出器接收线圈输入信号的变化。可将这些信号的变化解释为表明带EAS标签制品的存在。
在一些专利申请中，希望远程获得传感器装置信息。可将RFID和EAS标签的远程访问能力与传感器装置技术结合起来以提供远程感测能力。
在视觉上评价化学指示物的目前实践中，用户需要在视觉上判断颜色显影以确定化学指示物是否经历了充分的灭菌过程。然而，颜色显影可能较为主观。
发明内容
虽然存在与传感器配对的灭菌指示器的一些示例，但现有传感器不具有与灭菌剂响应开关桥接的导电迹线。已经发现的是，灭菌剂响应开关可产生更确定的远程传感器读取。
本公开的各方面涉及一种传感器装置，该传感器装置具有集成电路和耦接到该集成电路的监测环路。监测环路包括第一导电迹线和第二导电迹线，该第一导电迹线和该第二导电迹线各自具有第一端部以及第二端部，该第一端部电耦接到集成电路。监测环路包括灭菌剂响应开关，该灭菌剂响应开关电耦接第一导电迹线和第二导电迹线的第二端部。该灭菌剂响应开关具有第一阻抗状态和第二阻抗状态。基于在充分的灭菌过程中对充分的环境条件的暴露，灭菌剂响应开关修改第一导电迹线和第二导电迹线之间的电连接。传感器装置还包括天线，该天线耦接到集成电路，从而形成不同于监测环路的天线环路。
本公开的附加方面涉及一种包括传感器装置或灭菌指示器传感器的系统。该灭菌指示器传感器还包括传感器装置、第一基板和邻近该第一基板的环境变化受体。灭菌剂响应开关可接触第一基板。
本公开的附加方面还可涉及一种方法。该方法包括提供灭菌指示器传感器，该灭菌指示器传感器包括传感器装置。该方法还包括使传感器装置在灭菌过程中暴露于充分的环境条件，其中该充分的环境条件包括灭菌剂。该方法还包括允许灭菌剂响应开关吸收灭菌剂，由此将灭菌剂响应开关从第一阻抗状态改变为第二阻抗状态。
附图说明
为了容易地识别对任何特定元件或动作的讨论，附图标记中的一个或多个最高有效数位是指首先引入该元件的附图标号。
图1示出根据一个实施方案的灭菌指示器系统100。
图2示出根据一个实施方案的灭菌指示器传感器200。
图3A示出根据一个实施方案的灭菌指示器传感器300的侧视图。图3B示出根据一个实施方案的灭菌指示器传感器300的俯视图。
图4示出根据一个实施方案的灭菌指示器传感器400的侧视图。
图5A示出根据一个实施方案的灭菌指示器传感器400的顶部正视图。图5B示出根据一个实施方案的灭菌指示器传感器400的仰视图。
图6示出根据一个实施方案的灭菌指示器传感器600。
图7示出根据一个实施方案的灭菌指示器传感器700。
图8示出根据一个实施方案的灭菌指示器传感器800。
图9示出根据一个实施方案的灭菌指示器传感器900。
图10A示出根据一个实施方案的处于展开状态的灭菌指示器传感器1000。图10B示出根据一个实施方案的处于折叠状态的灭菌指示器传感器1000。图10C示出根据一个实施方案的处于展开状态的灭菌指示器传感器1000。
图11A示出根据一个实施方案的灭菌指示器传感器1100的正视图。图11B示出根据一个实施方案的处于第二阻抗状态的灭菌指示器传感器1100的剖视图。图11C示出根据一个实施方案的处于第一阻抗状态的灭菌指示器传感器1100的侧视图。
图12A示出根据一个实施方案的处于第二阻抗状态的灭菌指示器传感器1200的剖视图。图12B示出根据一个实施方案的处于第一阻抗状态的灭菌指示器传感器1200的剖视图。
图13示出根据一个实施方案的灭菌指示器传感器1300的剖视图。
图14示出根据一个实施方案的灭菌指示器传感器1300的正视图。
图15示出根据一个实施方案的方法1500。
图16示出根据一个实施方案的方法1600。
图17示出根据一个实施方案的方法1700。
具体实施方式
本公开的各方面涉及一种传感器装置，该传感器装置具有响应于灭菌过程中的环境条件(包括灭菌剂)的灭菌剂响应开关。灭菌剂响应开关可电耦接到传感器装置的导电迹线，并且可机械地激活或由聚合物栅极材料形成。
图1示出灭菌指示器系统100。灭菌指示器系统100可包括灭菌器104。
灭菌器104被配置成在灭菌过程中向腔室112提供灭菌剂108。可存在灭菌器104的各种示例，并且每个灭菌器可在所提供的灭菌剂108的类型方面不同。灭菌器104的主要类型基于蒸汽或过氧化氢，并且每种类型可具有不同的灭菌过程条件。使用过氧化氢作为灭菌剂的灭菌器的示例可从史帝瑞(Steris)(美国俄亥俄州门托(Mentor,OH))或腾氏(Tuttnauer)(以色列(Israel))商购获得。使用蒸汽作为灭菌剂的灭菌器的示例可从史帝瑞(Steris)(美国俄亥俄州门托(Mentor,OH))商购获得。
腔室112可具有一个或多个环境条件。在至少一个实施方案中，环境条件可与腔室112内的条件相关，并且可包括时间、灭菌剂、温度、压力或它们的组合。例如，第一环境条件可存在于预灭菌过程中，并且第二环境条件可存在于灭菌过程期间。传感器装置102可确定第二环境条件是否与充分的灭菌过程相对应。如本文所用，第二环境条件可被称为充分的环境条件。充分的灭菌过程可基于所使用的灭菌剂、灭菌器的制造商和待进行灭菌的制品106而变化。例如，疾病控制中心保健设施消毒和灭菌指南(Guideline for Disinfectionand Sterilization in Healthcare Facilities、Center for Disease Control)(2008)提供了表1和表7中各种制品106类型和灭菌剂108的灭菌的最小循环时间，其通过引用并入本文。
灭菌指示器系统100包括传感器装置102，该传感器装置能够收集和提供关于腔室112内相对于灭菌过程的环境条件的数据。此外，传感器装置102也可由感测装置110读取。感测装置110是可远程读取环境条件的电子装置。在一个示例中，感测装置110可通过腔室112的壁来实时地读取传感器装置102以确定腔室112中的环境条件。例如，壁可具有形成于其中的孔，以用于通过钢壁直接读取RFID标签。在另一个示例中，感测装置110可读取/询问传感器装置102，以确定在腔室112的壁之外时(例如，在经包裹封装件114中时)的腔室112的环境条件。在至少一个实施方案中，充分的灭菌过程可改变传感器装置102的电阻抗，并且由感测装置110检测。
感测装置110可使用无线通信或有线通信来读取传感器装置102。例如，如果是有线的，则传感器装置102可包括存储元件以存储由传感器装置102捕获的环境条件。在至少一个实施方案中，传感器装置102可受到过去的环境条件的影响，并且可被化学修改或电修改。例如，传感器装置102还可包括直接或间接地指示来自腔室112中的灭菌过程的环境条件的灭菌剂响应开关。
传感器装置102可包括任何类型的耐灭菌剂集成电路。例如，传感器装置可为RFID标签、温度计、压力传感器、通信装置或它们的组合。在至少一个实施方案中，传感器装置102为RFID标签，并且感测装置110为RFID询问器装置。示例性RFID询问器装置可基于UHF，并且可从斑马(Zebra)(伊利诺伊州林肯郡(Lincolnshire,IL))、外星人科技(AlienTechnology)(加利福尼亚州圣何塞(San Jose,CA))或英频捷(Impinj)(华盛顿州西雅图(Seattle,WA))商购获得。其他示例性RFID询问器装置也可基于高频(HF)并且可从Jadak(纽约州锡拉丘兹市(Syracuse,NY))、技术解决方案有限公司(Technology SolutionsLtd)(英国(United Kingdom))、三星或苹果商购获得，或者可基于低频(LF)并且可从RFID公司(科罗拉多州奥罗拉市(Aurora,CO))、Gao RFID公司(加拿大安大略省(Ontario,Canada))或SkyRFID公司(加拿大安大略省(Ontario,Canada))商购获得。
传感器装置102可与一个或多个部件(诸如基板和环境变化受体)配对以形成灭菌指示器传感器，这将在本文中进一步描述。在至少一个实施方案中，环境变化受体不同于灭菌剂响应开关。例如，环境变化受体可被配置成影响灭菌剂响应开关的导纳/阻抗。
在至少一个实施方案中，制品106和传感器装置102可被包裹在封装件114中。传感器装置102可对在腔室112中发生的灭菌过程作出响应。传感器装置102可被读取以确定在不打开封装件114的情况下使用感测装置110，这有助于确保制品106对最终用户的无菌性。
图2示出用于灭菌器中的灭菌指示器传感器200。
灭菌指示器传感器200可包括本文所述的传感器装置102。在至少一个实施方案中，传感器装置102包括天线212，该天线能够从感测装置110接收能量以及将数据传输到该感测装置。天线212可为被优化以用于到感测装置110的传输的各种形状。天线212设计的一个示例可以型号名BELT从斯迈达(Smartrac)(荷兰(Netherlands))商购获得。
在至少一个实施方案中，天线212可被形成为使得其不受灭菌过程的影响。例如，天线212在天线环路内可不具有中断(但传感器装置102在监测环路220内可具有中断)。天线212可电耦接到集成电路206并形成天线环路。集成电路206可从感测装置110获取能量以发送天线212阻抗。各种集成电路206装置可被设计用于RFID应用，诸如无源、半有源和有源RFID应用，并且可从恩智浦半导体(NXP Semiconductors)(荷兰(Netherlands))、英派特(Impinj)(华盛顿州西雅图(Seattle,WA))或安盛(Axzon)(德克萨斯州奥斯汀(Austin,TX))商购获得。集成电路206的示例以商品名Magnus得自安盛(德克萨斯州奥斯汀(Austin,TX))或以商品名UCODE G2iM或G2iL+得自恩智浦半导体，其可包括UHF RFID转发器能力和能够测量监测环路220的状态的标签篡改警报。
在至少一个实施方案中，传感器装置200可包括第二集成电路，该第二集成电路对与第一集成电路不同的频率作出响应。第二集成电路可电耦接到天线212或第二天线。第二集成电路还可电耦接到监测环路。
监测环路220可电耦接到集成电路206。在至少一个实施方案中，监测环路220被配置成基于对充分的灭菌过程的暴露而电改变。例如，监测环路220可基于对充分的灭菌过程的暴露来增大或减小导纳/阻抗。
监测环路220包括导电迹线214和导电迹线216，导电迹线214具有第一端部222和第二端部224，导电迹线216具有第一端部226和第二端部228。导电迹线214和导电迹线216两者的第一端部电耦接到集成电路206。在至少一个实施方案中，导电迹线214和导电迹线216的第二端部不是使用与导电迹线214或导电迹线216的材料相同的材料一体地附接的。在至少一个实施方案中，导电迹线214和导电迹线216的第二端部可各自通过灭菌剂响应开关208连接。在至少一个实施方案中，导电迹线还可包括用于平行于导电迹线的毛细管流的相邻微复制通道。
在至少一个实施方案中，沿灭菌剂响应开关208测量导电迹线214和导电迹线216之间的距离210。距离210可足以感测电导纳/阻抗的变化，而不会导致导电迹线214和导电迹线216之间的电短路或干扰。例如，如果距离210为零，则无论灭菌剂响应开关208中的变化如何，导电迹线214和导电迹线216都将电耦接，并且监测环路220将不会感测环境条件。
监测环路220还可包括灭菌剂响应开关208，该灭菌剂响应开关可基于对用于灭菌过程特别是充分的灭菌过程的环境条件的暴露而电修改。灭菌剂响应开关208可基于聚合物栅极材料或与诸如环境变化受体204的各种部件的机械相互作用。在至少一个实施方案中，灭菌剂响应开关208可为二进制的。例如，灭菌剂响应开关208可基于灭菌剂与环境变化受体204的相互作用而间接地从断开触发为接通。
灭菌剂响应开关208还可具有对环境条件的渐变响应。例如，基于来自灭菌剂108的相互作用，聚合物栅极材料可能遭受逐渐的电导纳劣化。本文进一步描述了灭菌剂响应开关208的示例。
另外，感测装置110可被配置为询问传感器装置102，使得传感器装置102随时间推移提供多个阻抗状态，该多个阻抗状态可对应于灭菌过程中的各种环境条件。例如，当暴露于第一环境条件时，传感器装置102可基于灭菌剂响应开关与第一环境条件的相互作用(直接或间接)来传输第一阻抗状态。环境条件可改变灭菌剂响应开关208的测量电容。当暴露于第二环境条件时，传感器装置102可基于灭菌剂响应开关与第二环境条件的相互作用(直接或间接)来传输第二阻抗状态，以此类推到第三阻抗状态和第四阻抗状态。在至少一个实施方案中，感测装置110可基于阻抗状态来确定环境条件，并且提供环境条件随时间推移的渐变视图(与可能呈现的二进制通过/失败相反)。
聚合物栅极材料可为具有半导电特性或可在第一阻抗状态和第二阻抗状态之间切换的任何物质，例如，具有介于绝缘体和金属的导电性之间的导电性的固体物质。在至少一个实施方案中，阻抗状态可与传感器装置的阻抗和导纳相关。阻抗状态可与聚合物栅极材料的流动相反相关，并且包括其电阻以及电感和电容电抗的聚集。
聚合物栅极材料可包括电活性聚合物，该电活性聚合物基于与环境变化受体204、环境条件、导电迹线或它们的组合的相互作用而从第一阻抗状态改变为第二阻抗状态或从第二阻抗状态改变为第一阻抗状态。在至少一个实施方案中，根据机制，相对于第二阻抗状态，第一阻抗状态可对应于具有更高或更低的阻抗。例如，聚苯胺可从非导电切换到导电，或反之亦然。在至少一个实施方案中，第一阻抗状态是指具有足以电桥接开路的导纳和阻抗，例如具有至少2西门子的导纳。
电活性聚合物可为半柔性棒聚合物。在至少一个实施方案中，该电活性聚合物为聚苯胺(PANI)、反式-聚乙炔、聚(对苯二胺)、聚(3-乙烯基苝)、聚吡咯、聚(2,5-双(3-十四烷基噻吩-2-基)噻吩并[3,2-b]噻吩)、聚(2-(3-噻吩基氧基)乙磺酸酯)、聚噻吩或它们的组合。电活性聚合物可掺杂有或不掺杂有诸如以下的各种掺杂剂：二壬基萘磺酸(DNNSA)、钠、五氟化砷、三碘化物、樟脑磺酸盐、甲磺酸、卤素或多卤素离子、甲醇、硫酸氢盐、盐酸、四氟硼酸盐、亚硫酸钠或它们的组合。优选地，聚合物栅极材料为PANI，其可为三种氧化态中的一种(还原态聚苯胺、翠绿亚胺(盐或碱形式)和全(苯胺黑))。翠绿亚胺在碱形式下可为非导电的，而在盐形式下可为导电的。此外，翠绿亚胺盐可通过氧化还原反应转化为还原态聚苯胺盐或全(苯胺黑)，以使还原态聚苯胺盐不导电。
在至少一个实施方案中，可将各种导电材料添加到聚合物栅极材料。例如，可将锡、铝、铜、银、金或它们的组合的纳米粒子共混并掺入PANI制剂中，以在两条导电迹线之间涂覆。
在至少一个实施方案中，导电迹线214和导电迹线216可涂覆有导电材料或由导电材料形成。已惊奇地发现，铝的使用直接与PANI反应，并且将翠绿亚胺盐转变成还原态聚苯胺盐。因此，监测环路220可基于聚合物栅极材料与铝在对应于(例如，蒸汽的)充分的灭菌过程的环境条件下的氧化还原反应而从第一阻抗状态变为第二阻抗状态。
在至少一个实施方案中，灭菌指示器传感器200可仅包括传感器装置102。灭菌指示器传感器200还可任选地包括第一基板202和/或环境变化受体204。
在至少一个实施方案中，灭菌剂响应开关208的一部分可接触第一基板202。第一基板202可为芯吸的或非芯吸的。如果为非芯吸的，则第一基板202可为诸如铝箔的任何金属层，或诸如聚乙烯、聚氨酯或聚酯层的聚合物层。在至少一个实施方案中，第一基板202可向传感器装置102提供结构支撑。第一基板202还可为环境变化受体204提供支撑。
如果为芯吸的，则第一基板202可为有机化合物可通过毛细作用而迁移穿过的任何合适的材料。优选的芯吸第一基板202为纸条。可使用其它此类芯吸材料，诸如非织造聚合物织物和无机纤维组合物。芯吸第一基板202的尺寸不是关键性的。然而，其尺寸(厚度和宽度)将影响芯吸速率并且确定产生合适的标度长度所需的有机化合物的量。因此，从经济的观点来看，芯吸第一基板202应尽可能薄。第一基板202的合适宽度为约3/16英寸至约1/4英寸。芯吸第一基材202的示例为沃特曼No.1滤纸、沃特曼No.114滤纸、负载型微晶纤维素(TLC板)、负载型氧化铝和负载型硅胶。
在至少一个实施方案中，环境变化受体204邻近第一基板202设置。例如，环境变化受体204可被定位成使得环境变化受体204流动到第一基板202上并且如流动方向218所指示从第一基板位置被芯吸到第二基板位置(这可对应于灭菌剂响应开关208的一部分)。在至少一个实施方案中，环境变化受体204还可在第一基板位置处直接设置在第一基板202上。在至少一个实施方案中，环境变化受体204靠近或邻近灭菌剂响应开关208设置。在至少一个实施方案中，环境变化受体204为固体并且可为片剂的形式，并且设置在第一基板202的外部。在至少一个实施方案中，环境变化受体204可嵌入在第一基板202内或层叠在该第一基板上。
环境变化受体204可包括根据感测需要选择的一种或多种环境响应性或敏感性材料。环境响应性材料可基于其溶解度、沸点、熔点、吸收气体或液体的能力、软化点或流动特性来选择，使得其响应于特定环境条件而改变特性(在传感器条(sensor strip)上蒸发或重新分布)。在一些情况下，环境变化受体204可包括多于一个的部件，其中每个部件可包括类似或不同的环境响应性材料并且可设置在不同位置处。在至少一个实施方案中，可基于改变灭菌剂响应开关的导纳/阻抗的能力来选择环境变化受体204。环境变化受体204可为酸性或碱性的，以影响聚合物栅极材料的第一阻抗状态。例如，如果环境变化受体204是碱性的，则碱可与翠绿亚胺盐反应以形成翠绿亚胺碱，并且从第一阻抗状态变为第二阻抗状态。
环境变化受体204可包括一种类型的可熔融或可流动的材料，例如，结晶或半结晶材料(例如，四正丁基溴化铵(TBAB)、热塑性塑料、聚合物、蜡、诸如水杨酰胺的有机化合物、聚乙烯-丙烯酸共聚物、蔗糖等。在一些情况下，基于环境响应性材料对温度和湿度的组合条件的响应，或对温度、湿度和时间的组合条件的响应，选择该环境响应性材料。可选择材料以适应特定的应用。在一些实施方案中，为了监测化学物质的存在，环境变化受体204可包括吸收该化学物质或与该化学物质反应的材料类型。在检测气体的示例中，环境变化受体204可包括来自伊利诺伊州德斯普兰斯的UOP有限责任公司(UOP LLC，DesPlaines，IL)的沸石HiSiv 3000粉末。
一些环境变化受体可响应环境条件下的蒸汽灭菌剂以进行充分的灭菌过程。在至少一个实施方案中，环境变化受体204可包括有机碱，该有机碱具有大于100℃的熔点并且可与水杨酰胺混溶。例如，有机碱可为N,N-二甲基吡啶、金刚烷基胺或它们的组合。
一些环境变化受体还可在充分的灭菌过程中对蒸汽或过氧化氢灭菌剂作出响应。此类环境变化受体可包括各种颜料和油墨，诸如蓝色油墨和粉色颜料。此外，环境变化受体可包括在室温下为固体的有机酯。在至少一个实施方案中，灭菌剂108可与环境变化受体204、灭菌剂响应开关208或两者相互作用以产生将影响传感器装置102的变化。
图3A至图3B示出灭菌指示器传感器300，除了具有不同的灭菌剂响应开关之外，该灭菌指示器传感器类似于灭菌指示器传感器200。
灭菌剂响应开关312可包括相对于彼此分层的导电元件(例如，导电油墨306)和pH敏感型聚合物308。导电油墨306可为产生导电的印刷物体的油墨。导电油墨306可经由喷墨印刷机或丝网印刷来印刷并且呈现为连续层。导电油墨306的厚度足够坚固以承受处理，但又足够薄以受到pH敏感型聚合物308变化的影响。例如，导电油墨306的层的平均厚度可不大于25微米，优选地，不大于10微米。导电油墨306可包括诸如铜、银的导电金属的颗粒，或者还包括诸如石墨的非金属的颗粒。各种导电油墨306制剂可以商品名Metalon从诺瓦特里克斯(Novacentrix)(德克萨斯州奥斯汀(Austin,TX))商购获得。
PH敏感型聚合物308选自但不限于由以下材料构成的组：甲基丙烯酸共聚物(诸如，
Eudragit E100(也称为甲基丙烯酸丁酯-(2-二甲基氨基乙基)-甲基丙烯酸酯-甲基丙烯酸甲酯-共聚物(1:2:1)是基于具有约150,000平均分子量的(2-二甲基氨基乙基)甲基丙烯酸酯、甲基丙烯酸丁酯和甲基丙烯酸甲酯的共聚物)、脱乙酰壳多糖及其衍生物(由无规分布的-(l-4)-连接的D-葡糖胺(脱乙酰化单元)和N-乙酰基-D-葡糖胺(乙酰化单元)构成的直链多糖)、或具有阳离子官能团的其它高分子量聚合物、纤维素衍生物，该纤维素衍生物诸如邻苯二甲酸乙酸纤维素(CAP)、羟丙基甲基纤维素邻苯二甲酸酯(HPMCP-50或HPMCP-55)、醋酸羟丙基甲基纤维素琥珀酸酯(HPMCAS)、碱溶性丙烯酸系共聚物(
L系列和/>
S系列)、聚醋酸乙烯酯邻苯二甲酸酯(PVAP)、藻酸酯、羧甲基纤维素(CMC)或它们中的一者或多者的混合物。在至少一个实施方案中，pH敏感型聚合物308可为酸可溶的并且当暴露于酸性条件(即，小于pH7)时溶解的聚合物。PH敏感型聚合物308的优选示例在小于7的pH(酸性条件)下降解，但在7或更高的pH下在水中稳定，并且可以商品名Eudragit model E PO从赢创工业(Evonik Industries)(德国(Germany))商购获得。PH敏感型聚合物308可在导电迹线的间隙之间形成层。该层应当具有充分的厚度以响应于环境变化受体310而溶解。在至少一个实施方案中，pH敏感型聚合物308的层的(平均)厚度不大于150微米、不大于125微米、不大于50微米、或不大于5微米。
灭菌指示器传感器300还可包括环境变化受体310，该环境变化受体是环境变化受体204的实施方案。环境变化受体310可为固体形式并且与灭菌剂相互作用。例如，灭菌剂可溶解或改变环境变化受体310的状态，并且环境变化受体310可沿第一基板304从第一基板位置314传输到第二基板位置316。环境变化受体310的示例为水杨酰胺片剂(其在与水混合时具有约5的pH)。
灭菌指示器传感器300还可包括第一基板304。第一基板304是第一基板202的实施方案并且正在芯吸。在至少一个实施方案中，第一基板304将环境变化受体310携带至灭菌剂响应开关312。环境变化受体310可降解pH敏感型聚合物308，使得导电油墨306断裂并且传感器装置的导电迹线214和导电迹线216之间的电导率降低。
在至少一个实施方案中，灭菌指示器传感器300还包括第二基板302以支承传感器装置(如，包括导电迹线214和导电迹线216)。第二基板302通常可为不芯吸的，并且由诸如以下的柔性聚合物制成：聚酯、聚乙烯、聚氨酯、聚丙烯、聚苯乙烯、聚对苯二甲酸乙二醇酯或它们的组合；或者由能够形成柔性材料片的金属制成。
在至少一个实施方案中，至少传感器装置的导电迹线214和导电迹线216可设置在第二基板302上。PH敏感型聚合物308可涂覆到柔性聚合物上并且粘附在导电迹线214和导电迹线216之间的间隙上方。可将不大于50微米的导电油墨306的层施加在pH敏感型聚合物308上，使得由导电油墨306的层形成的迹线的任一侧接触导电迹线214和导电迹线216两者。
在至少一个实施方案中，第一基板304的至少一部分可在第二基板位置316处接触pH敏感型聚合物308，使得被芯吸的环境变化受体310可与pH敏感型聚合物308相互作用，并且导致由pH敏感型聚合物308机械支撑的导电油墨306断裂并丧失导电性。在至少一个实施方案中，灭菌指示器传感器300可另外封装以将部件保持在一起。在至少一个实施方案中，当导电性油墨306断裂时，得自传感器装置的所得信号可为零。
图4示出灭菌指示器传感器400的实施方案。可修改一般构造以包括基于化学积分器的传感器装置，该化学积分器可以商品名Comply从3M(明尼苏达州圣保罗(Saint Paul,MN))商购获得。
灭菌指示器传感器400可包括第一基板404。第一基板404可为芯吸的，并且可为第一基板202的一个实施方案。第一基板404可沿灭菌指示器传感器400纵向延伸。在至少一个实施方案中，第一基板404可在第二基板位置418处接触聚合物栅极材料408，并且可被定位成在第一基板位置416处吸收环境变化受体406(如本文所述)。在至少一个实施方案中，灭菌剂响应开关可为如本文所述的聚合物栅极材料408并且电耦接到传感器装置102。在至少一个实施方案中，环境变化受体406优选地为诸如水杨酰胺的酸式盐，并且聚合物栅极材料408可优选地为聚苯胺。掺杂酸可使翠绿亚胺碱从第二阻抗状态转变为第一阻抗状态的翠绿亚胺盐。
灭菌指示器传感器400还可具有由非芯吸物质形成并且在本文中描述的第二基板422。在至少一个实施方案中，第二基板422包括铝层。第二基板422可具有第一封装表面412和第二封装表面420。第一封装表面412可面向外，并且第二封装表面420可面向第一基板404。在至少一个实施方案中，第二基板422可具有形成于其中的第二封装表面420上的凹陷414(其可在相对的第一封装表面412上形成突起)。凹陷414可与第一基板位置416相交。凹陷414可保持环境变化受体406的一部分。在至少一个实施方案中，凹陷414的体积小于环境变化受体406的液态，使得环境变化受体406可接触第一基板404。
灭菌指示器传感器400可具有覆盖基板402，该覆盖基板被构造成与第二基板422的一部分配合。覆盖基板402可由柔性聚合物材料、纸质材料或它们的组合形成。在至少一个实施方案中，环境变化受体406通过覆盖基板402的切口可见。在至少一个实施方案中，在第二基材422和覆盖基材402之间形成通道410。在至少一个实施方案中，通道410可包括凹陷414的一部分。在至少一个实施方案中，第一基板404可定位在通道410内。在至少一个实施方案中，聚合物栅极材料408和传感器装置102也可定位在通道410中。
图5A和图5B示出灭菌指示器传感器400的不同视图。在灭菌器已实现充分的灭菌过程之后，环境变化受体406可沿第一基板404从第一基板位置416流动到第二基板位置418。聚合物栅极材料408可位于第二基板位置418处。聚合物栅极材料408可与环境变化受体406反应并改变导纳/阻抗，该导纳/阻抗电改变传感器装置102。如图所示，灭菌指示器传感器400响应于充分的灭菌过程而产生视觉变化和电化学变化两者。
图6示出灭菌指示器传感器600，该灭菌指示器传感器是灭菌指示器传感器200的实施方案，不同之处在于第一基板608和环境变化受体612形成灭菌剂响应开关以修改传感器装置602的阻抗。灭菌指示器传感器600可包括芯吸第一基板608，该芯吸第一基板设置在第二基板610(该第二基板优选为非芯吸的)上或其附近。传感器装置602(例如，特别是集成电路，同时具有单独的天线)可以开环或开路配置电耦接到第一导电迹线604和第二导电迹线606，其中第一导电迹线604和第二导电迹线606各自接触第一基板608，但彼此不接触。灭菌指示器传感器600还可包括环境变化受体612，该环境变化受体设置在第一基板608上或其附近。灭菌指示器传感器600中的不同灭菌剂响应开关(其不涉及聚合物栅极材料)的实施方案在图7至图9中有所描述。
图7示出灭菌指示器传感器700，该灭菌指示器传感器为灭菌指示器传感器600的实施方案。灭菌指示器传感器700可使用导电元件704来完成传感器装置602的第一导电迹线604和第二导电迹线606之间的电路。导电元件704可被布置为导电材料的层。在至少一个实施方案中，导电元件704可具有不大于100微米的厚度。可在传感器装置602的组装期间施加或印刷导电元件704。
在充分的灭菌过程之后，环境变化受体702可吸收到第一基板608中。优选地，环境变化受体702可为酸性的，使得其能够溶解导电元件704。此外，导电元件704是酸可溶解的。环境变化受体702中的酸在扩散穿过滤纸并进入导电迹线之间的区域之后，可溶解或蚀刻掉在导电迹线之间耦接的导电元件704。
图8示出灭菌指示器传感器800，该灭菌指示器传感器为灭菌指示器传感器600的实施方案。灭菌指示器传感器800可使用导电溶液802以使传感器装置602中的第一导电迹线604和第二导电迹线606之间的电路完成。在至少一个实施方案中，导电溶液802可来源于环境变化受体与环境条件(例如，蒸汽)之间的相互作用。例如，环境变化受体本身可经由金属颗粒导电或在存在水(诸如离子盐)时导电。
在至少一个实施方案中，导电迹线604、606夹置在传感器装置602和第一基板608之间，使得当导电溶液802穿过第一基板608扩散到导电迹线之间的区域中时，环路可变为电闭合的。当读出器询问传感器装置602时，传感器装置602利用指示“环打开”(意指导电溶液802尚未到达触点之间)或“环闭合”(意指在熔融之后，在第一导电迹线604和第二导电迹线606之间已设置短路)的代码进行回答。
图9示出灭菌指示器传感器900，该灭菌指示器传感器类似于灭菌指示器传感器800，不同之处在于灭菌指示器传感器900包括设置在第一基板608上与接触第一导电迹线604和第二导电迹线606的一侧相对的一侧上的导电元件904。
第一基板608可具有较低的相对介电常数(例如，小于5)。一旦暴露于充分的灭菌过程，注入有导电溶液902(来自与环境条件相互作用的环境变化受体)的第一基板608可具有增加至50或更大的值的相对介电常数。例如，该环境变化受体可为水杨酰胺。在至少一个实施方案中，监测环路的电容可增加，但监测环路可为非导电的。因此，结合导电元件904，可完成传感器装置602的监测环路。在至少一个实施方案中，导电元件904可用来保护导电溶液902免于询问，使得可通过灭菌指示传感器900感测介电常数。
图10A至图10C示出灭菌指示器传感器1000。灭菌指示器传感器1000可响应于粘合剂1006失效，基于RFID标签1002(例如，天线)的折叠和展开而改变。RFID标签1002可根据折叠线1014而被划分为区段1016和区段1018。折叠线1014可为当RFID标签1002折叠时改变阻抗的轴线。在至少一个实施方案中，折叠线1014靠近中心对称轴线，以使得RFID标签1002的两端重叠时接触或非常接近于接触。不受任何理论的约束，应当理解，沿对称轴线折叠导致天线屏蔽自身。重要的是应当注意，如果只是折叠不太紧密，留下约0.1英寸或更大的气隙1015，则仍然可在显著范围内读取天线，使得天线的端部在折叠时不接近于触摸。
如图所示，RFID标签1002的取向是宽度方向，其中折叠线1014将RFID标签1002分成两个大约相等的宽度。如图所示，折叠线1014可靠近对称轴。然而，各种RFID标签的结构可以不同。
灭菌指示器传感器1000可包括第一基板1004。第一基板1004优选地为芯吸的。第一基板1004的每个表面均具有设置在其上的粘合剂。例如，粘合剂1006设置在第一表面上，并且粘合剂1008设置在第一基板1004的第二表面上。在至少一个实施方案中，第一基板1004可具有纵向尺寸，该纵向尺寸被取向成使得环境变化受体1010在折叠时不接触RFID标签1002。因此，第一基板位置1020和环境变化受体1010在折叠或展开状态下设置在RFID标签1002的周边的外部。在至少一个实施方案中，选择粘合剂1006和环境变化受体1010两者，使得环境变化受体1010可降解与第一基板1004的粘合剂粘结。
在至少一个实施方案中，粘合剂1006或1008被设计成在与充分的灭菌过程相对应的环境条件下失效。
图10B示出折叠状态。在折叠状态下，RFID标签1002夹置粘合剂层，继而夹置第一基板1004。一旦暴露于充分的灭菌过程，环境变化受体1010就可熔融到第一基板1004中以形成修改的第一基板1012并且基于环境条件从第一基板位置1020传送到第二基板位置1022。在到达第二基板位置1022时，环境变化受体1010可导致粘合剂1006或粘合剂1008释放到图10C中的展开状态。
RFID标签1002的展开状态的程度可影响读取范围。在粘合剂1006从纸张上剥离后，在折叠线1014处不太有力地折皱的RFID标签1002可完全打开，并且与未完全打开的RFID标签1002相比具有略大的读取范围。然而，与使RFID标签1002仍然大部分折叠但产生间隙相比，完全打开RFID标签1002可能需要显著的更多的空间。
在至少一个实施方案中，仅在折叠时天线的对称侧重叠的情况下才停用天线。沿其他轴折叠将不会有效地停止天线，并且沿多个轴折叠多条折叠线可在每个区段打开时改变每条折叠线的所得阻抗，这将允许进行颗粒状RFID标签测量。
图11A至图11C示出灭菌指示器传感器1100。灭菌指示器传感器1100可使用熔融的环境变化受体1104来竖直地改变导电元件1106的位置，以使传感器装置的第一导电迹线1108和第二导电迹线1110之间的电路完成。
灭菌指示器传感器1100可具有第一基板1102，该第一基板设置在第一导电迹线1108和第二导电迹线1110之间。第一导电迹线1108可具有设置于其上的焊料1112，并且第二导电迹线1110可具有设置于其上的焊料1114。焊料可充当垫片，该垫片具有与环境变化受体1104响应于充分的灭菌过程的环境条件的预测降解相对应的高度。
在至少一个实施方案中，导电元件1106的每个端部可与焊料1112和焊料1114对齐。在至少一个实施方案中，导电元件1106的宽度尺寸可大于焊料1112和焊料1114之间的距离。例如，导电元件1106的平均厚度可小于千分之一英寸，并且具有千分之300英寸的宽度以及千分之100英寸的长度。如图所示，导电元件1106可为任何导电材料，诸如铜金属。
环境变化受体1104可优选地为固体，并且可被灭菌剂溶解或基于环境条件可熔融。环境变化受体1104的示例是水杨酰胺。
当灭菌指示器传感器1100暴露于与充分的灭菌过程相对应的环境条件时(如图11B至图11C所示)，环境变化受体1104可物理地变形并被芯吸到第一基板1102中(从而形成经修改的第一基板1116)。先前由环境变化受体1104支撑的导电元件1106可降低至与焊料1112和焊料1114接触。由于环境变化受体1104的表面张力，导电元件1106可浮置在熔融的环境变化受体1104上。在至少一个实施方案中，可使用小片的闭孔泡沫(优选地，用于高温的聚氨酯/硅氧烷)来使导体浮置在熔融酸顶上。
图12A至图12B示出灭菌指示器传感器1200，除了通过偏置元件(例如，弹簧1212)在向下方向上机械辅助之外，该灭菌指示器传感器在概念上类似于灭菌指示器传感器1100。
灭菌指示器传感器1200可包括第一基板1202，在该第一基板上设置有环境变化受体1214。灭菌指示器传感器1200还可包括第二基板1204，该第二基板具有充分的刚性以防止环境变化受体1214侧向滑动。示例性材料可具有不大于85的肖氏D硬度(shore Dhardness)，并且可由各种聚合物形成。
传感器装置1206可设置在第二基板1204的顶部上，使得传感器装置1206由第二基板1204支撑。在至少一个实施方案中，传感器装置1206可具有监测环路，该监测环路具有由第一导电迹线1208和第二导电迹线1222形成的开路部分。
在至少一个实施方案中，粘合剂1218可将传感器装置1206的一部分附接到覆盖基板1216。在至少一个实施方案中，覆盖基板1216和第二基板1204两者均由相同的材料形成，例如，足够刚性的聚合物，诸如聚碳酸酯。灭菌指示器传感器1200可具有弹簧1212，该弹簧的一端附接到覆盖基板1216，并且该弹簧的另一端附接到浮置导电元件1210。在至少一个实施方案中，导电元件1210还可机械地耦接到柱塞1220，该柱塞对准弹簧1212的力，使得灭菌指示器传感器1200仅允许垂直移动。
在至少一个实施方案中，当环境变化受体1214未暴露于与充分的灭菌过程相对应的环境条件时，弹簧1212被压缩。当环境变化受体1214暴露于该环境条件时，弹簧1212松弛。例如，在暴露于该环境条件时，环境变化受体1214可被芯吸到第一基板1202中。柱塞1220可施加垂直力以进一步辅助环境变化受体1214的毛细管作用。弹簧1212还可驱动导电元件1210以电耦接第一导电迹线1208和第二导电迹线1222两者。
图13示出灭菌指示器传感器1300，该灭菌指示器传感器为灭菌指示器传感器200的实施方案。灭菌指示器传感器1300可对灭菌剂1312作出响应。灭菌指示器传感器1300可包括第一基板1302，该第一基板可具有设置在第一基板1302上或浸渍在该第一基板内的具有离子盐1304的区域。
优选地，选择离子盐1304使得该离子盐与灭菌剂1312反应并且使所得的物质呈碱性。优选地，离子盐1304可为氯化镁、溴化镁、或它们的组合。
第一基板1302和离子盐1304的示例可以商品名Comply作为测试片材从3M(明尼苏达州圣保罗(Saint Paul,MN))商购获得，并且还可被包裹在Bowie-Dick测试包中。
在至少一个实施方案中，离子盐1304接触聚合物栅极材料1306。聚合物栅极材料1306在本文中有所描述，但优选地为PANI，尤其是翠绿亚胺盐。聚合物栅极材料1306可设置在离子盐1304层上。在至少一个实施方案中，聚合物栅极材料1306嵌入在第一基板1302内。离子盐1304可浸渍在第一基板1302内。
如本文所讨论的，聚合物栅极材料1306可桥接导电迹线1316和导电迹线1314。在至少一个实施方案中，导电迹线1316和导电迹线1314以及聚合物栅极材料1306可至少部分地嵌入在第一基板1302中，并且离子盐1304可在聚合物栅极材料1306上方形成层。聚合物栅极材料1306、离子盐1304、第一基板1302或它们的组合的部分可涂覆有剥离涂层1310。导电迹线1314和导电迹线1316还可电耦接到集成电路1308，该集成电路形成与天线1318分开的分支。当灭菌剂1312接触灭菌指示器传感器1300时，灭菌剂1312可被第一基板1302和离子盐1304吸收，这可修改聚合物栅极材料1306，从而导致聚合物栅极材料1306具有第二阻抗状态(例如，将翠绿亚胺盐转化为翠绿亚胺碱)。此外，离子盐1304还可产生视觉变化以供稍后分析。
在至少一个实施方案中，如果灭菌剂1312为蒸汽或过氧化氢，然后，导电迹线1314和导电迹线1316具有暴露的铝，则可发生氧化还原反应，该氧化还原反应将翠绿亚胺盐变为还原态聚苯胺盐并且从第一阻抗状态变为第二阻抗状态。因此，离子盐1304可为任选的。
图14示出不同视图的灭菌指示器传感器1300。导电迹线1314和导电迹线1316被示出为接触聚合物栅极材料1306。一旦暴露于灭菌剂，聚合物栅极材料1306就可改变由RFID询问器装置感测的导纳/阻抗。
在至少一个实施方案中，灭菌指示器传感器1300可存在于卡片叠堆中，该卡片叠堆通常可为纸张或由第一基板形成。灭菌指示器传感器1300可在结构上类似于美国专利号9,170,245中所述的化学指示器，该专利通过引用并入本文。在至少一个实施方案中，卡片叠堆可具有定位在卡片叠堆中间的灭菌指示器传感器1300。
在至少一个实施方案中，灭菌指示器传感器1300可形成中心区域1320和周边区域1322。周边区域1322可围绕中心区域1320。在至少一个实施方案中，当被设置在卡片叠堆中时，中心区域1320可仅与灭菌剂发生部分接触。中心区域1320可为由具有灭菌指示器传感器1300的卡片叠堆形成的气袋的结果。在至少一个实施方案中，中心区域可反映灭菌指示器传感器1300的形状。例如，中心区域1320可为矩形(诸如，菱形)或椭圆形形状。在一个示例中，灭菌指示器传感器1300具有不大于25平方英寸的面积，中心区域1320不大于1平方英寸。因此，总面积与中心区域面积的比率可不大于25:1。
在至少一个实施方案中，气袋可代表最后被灭菌的测试用路径。在至少一个实施方案中，聚合物栅极材料1306定位在第一基板1302的几何中心和/或中心区域中，使得聚合物栅极材料1306检测中心区域中是否出现充分的环境条件。例如，当被封装在卡片叠堆中时，灭菌剂可与周边区域1322相互作用，但可能需要时间来与中心区域1322相互作用。如图所示，聚合物栅极材料1306接触离子盐1304。
在至少一个实施方案中，叠堆可完全包裹在材料片中以形成经包裹封装件。例如，材料片可为非织造物，该非织造物可为可作为灭菌裹布商购获得的可透过灭菌剂的医用裹布。
图15示出使用传感器装置的方法1500。
方法1500可开始于框1502。在框1502中，用户可将传感器装置放置在灭菌器的腔室中。在至少一个实施方案中，用户可将传感器装置与待灭菌制品放置在腔室中。用户还可将传感器装置和制品一起封装在经包裹封装件中，使得在封装件被包裹时传感器装置不可见。传感器装置在本文中被进一步描述并且包括灭菌剂响应开关。在至少一个实施方案中，用户可放置传感器装置，该传感器装置可为灭菌指示器传感器的一部分，该灭菌指示器传感器可放置在腔室中。在将传感器装置放置在腔室中之后，然后，可将该腔室与环境隔离。
在框1504中，用户可激活灭菌器的灭菌过程，并且传感器装置可暴露于灭菌过程中的灭菌剂和/或一个或多个环境条件下。例如，如果灭菌剂为蒸汽，则灭菌剂为至少95％的蒸汽/水蒸汽，并且灭菌过程为134℃下2分钟或121℃下10分钟。又如，如果灭菌剂为过氧化氢，则环境条件为包含31％过氧化氢蒸气的气氛，并且灭菌过程为50℃下60分钟。每种灭菌剂可存在各种标准，并且可基于制造商、待灭菌制品或它们的组合而变化。在至少一个实施方案中，环境条件包括存在灭菌剂。
在框1506中，传感器装置或灭菌指示器传感器的灭菌剂响应开关可吸收灭菌剂或与环境条件(该环境条件可包括灭菌剂)(物理地或化学地)反应。在至少一个实施方案中，灭菌剂响应开关还可与基板或环境变化受体相互作用以修改灭菌剂响应开关的导纳/阻抗。例如，环境条件、环境变化受体或它们的组合可导致灭菌剂响应开关从第二阻抗状态改变为第一阻抗状态，或反之亦然。
在框1508至框1514中，感测装置可被配置成能够读取传感器装置以确定是否存在第一阻抗状态。
在至少一个实施方案中，感测装置被配置成通过经包裹封装件读取传感器装置。感测装置还可被配置成在腔室被密封(即，通过灭菌器的壳体密封)时读取传感器装置。感测装置可使用板载存储器来稍后读取传感器装置。在至少一个实施方案中，感测装置为RFID询问器装置。在框1508中，感测装置可被配置为将第一无线电信号传输到感测装置。第一无线电信号可为多种频率，但优选地，为UHF(300MHz-3000MHz)。
在框1512或框1514中，第一无线电信号可影响传感器装置，并且传感器装置可发送第二无线电信号或第三无线电信号。例如，在决策框1510中，如果灭菌剂响应开关暴露于充分的灭菌过程，则在框1512中，传感器装置可输出第二无线电信号。如果传感器装置未暴露于充分的灭菌过程，则在框1514中，传感器装置可输出第三无线电信号。在至少一个实施方案中，输出可为固有的，并且不需要传感器装置的任何计算资源。在至少一个实施方案中，第二无线电信号可指示灭菌剂响应开关是否已劣化(例如，灭菌剂导致灭菌剂响应开关的直接或间接劣化)。在至少一个实施方案中，第二无线电信号可指示灭菌剂响应开关是否完成传感器装置的监测环路的电路。第三无线电信号可指示灭菌剂响应开关没有劣化或劣化程度最小。
第二无线电信号或第三无线电信号的存在可向感测装置指示传感器装置是否暴露于来自充分的灭菌过程的环境条件。感测装置还可传达是否实现了充分的灭菌过程，并因此执行后续动作。
图16示出用于询问传感器装置的方法1600的流程图。方法1600可利用诸如RFID询问器装置的感测装置来进行。例如，在框1602中，感测装置发送第一无线电信号。第一无线电信号可处于使传感器装置的天线谐振的频率。
在框1604中，感测装置可从传感器装置接收第二无线电信号。在至少一个实施方案中，第二无线电信号可对应于与第一无线电信号的频率不同的频率。在至少一个实施方案中，第二无线电信号可对应于与第一无线电信号的调制不同的调制。
在决策框1606中，感测装置可确定灭菌剂响应开关是否被修改。例如，开关可基于来自灭菌过程的预期值的导纳的劣化而被修改。例如，如果导纳没有劣化(例如，意指比预期更高的阻抗)，则感测装置可确定传感器装置暴露于不充分的灭菌过程。在至少一个实施方案中，第二无线电信号可指示具有完成电路的监测环路。如果电路完整并且不受导纳劣化的影响，则在框1608中，感测装置可确定第二无线电信号对应于不充分的灭菌过程。
如果来自预期的第一阻抗状态的导纳劣化，则在决策框1610中，感测装置可确定阻抗或导纳是否在阈值内。如果是这样，则在框1608中，感测装置可确定传感器装置暴露于不充分的灭菌过程。
在至少一个实施方案中，感测装置还可向用户提供渐变阻抗读数。例如，阻抗读数可指示各种环境条件。每个环境条件可由传感器装置的阻抗确定并提供给用户。
在至少一个实施方案中，也可响应于不充分的灭菌过程而发送与第一无线电信号的频率不同的频率的附加无线电信号。附加无线电信号可返回可针对环境条件进行分析的第四无线电信号。
如果导纳的修改不在阈值内，则劣化过大，并且在框1612中，感测装置可确定传感器装置暴露于充分的灭菌过程。
图17示出用于制造灭菌指示器传感器的方法1700的流程图。方法1700可开始于框1702。
在框1702中，可获取传感器装置，该传感器装置具有彼此不连接但连接到集成电路的第一导电迹线和第二导电迹线。在至少一个实施方案中，集成电路可被组装成使得集成电路可感测到环路打开或闭合。在至少一个实施方案中，集成电路可与监测环路相互作用。例如，第一导电迹线和第二导电迹线均可连接到集成电路端子，该集成电路端子能够以二进制方式(开/关)或以进一步的分辨率测量电阻。在至少一个实施方案中，监测环路220的电状态可由集成电路206内包含的特殊电路测量和报告。
在框1704中，也可获得第一基板。如本文所述，第一基板可为芯吸的或非芯吸的。
在框1706中，第一导电迹线和第二导电迹线(即，未附接到集成电路的端部)可定位在第一基板上。在至少一个实施方案中，所定位的位置可基于第二基板位置。第一导电迹线和第二导电迹线可插入第一基板中或被取向成使得第一导电迹线和第二导电迹线两者均与第一基板的表面平行。
在框1708中，可将聚合物栅极材料沉积到第一导电迹线和第二导电迹线以及第一基板的至少一部分上。
在框1710中，可使用第二基板和覆盖基板来封装包括传感器装置、第一基板的组件。此外，封装件也可包括环境变化受体。
“离子盐”是指具有选自第I族、第II族金属(特别是碱土金属)或后过渡金属的阳离子的任何盐。优选地，镁或铋。离子盐的阴离子可选自卤素、氧、硫、碳酸盐、硼酸盐、钛酸盐、钼酸盐、磷酸盐、氯氧化物或它们的组合。
“集成电路”是指存储和处理信息的部件，特别是调制和解调射频(RF)信号的部件。
“后过渡金属”是指元素周期表中位于过渡金属左侧和准金属右侧之间的一组金属元素。如Huheey JE、Keiter EA&Keiter RL 1993，Principles of Structure&Reactivity，第4版，HarperCollins College Publishers，ISBN 0-06-042995-X所提出，包括Ga、In、Tl、Sn、Pb、Bi、Al、Ge、Sb、Po。
“第二基板位置”是指基板上指示充分灭菌的位置。可部分地由芯吸基板建立。
“导电元件”是指传导电流的能力。导电材料具有至少每厘米2西门子的电导率。示例性导电元件包括银、金、铜、铝或它们的组合。
“pH敏感型聚合物”是指在除7之外的pH下降解的聚合物。可基于甲基丙烯酸二甲氨基乙酯、甲基丙烯酸丁酯和甲基丙烯酸甲酯由碱性阳离子共聚物形成。
“非金属”是指除金属或金属合金之外的材料。术语非金属还不包括铝、锡、锌、铜、锰、镁、镍、钴、铁、钠、钾、锂、钙、镓、铯、铟以及它们的合金。
“监测环路”是指打开或闭合的电环路。
“充分的灭菌过程”是指能实现除菌保证水平为10-6或12个对数减少的枯草芽孢棒菌var黑曲霉的灭菌过程。无菌保证水平与灭菌单元在经历灭菌过程之后保持非无菌的概率相关。
“芯吸”是指有机化合物可通过毛细作用迁移通过的任何合适的材料。芯吸物质可包括纸条、非织造聚合物织物和无机纤维组合物。优选的芯吸物质是Whatman 1号滤纸、Whatman 114号滤纸、PET织物非织造物、负载型微晶纤维素(TLC板)、负载型氧化铝和负载型硅胶。
“充分的环境条件”是指灭菌腔室内与充分的灭菌过程相对应的环境条件。
“导电迹线”是指形成电路的一部分的导电元件。也可为线材。
后接列表的短语“包括(含)……中的至少一个(种)”是指包括(含)该列表中任何一个项目以及该列表中两个或更多个项目的任意组合。后接列表的短语“……中的至少一个(种)”是指该列表中任何一个项目或者该列表中两个或更多个项目的任意组合。
如本文所用，术语“或”一般按其通常的意义使用，包括“和/或”，除非该上下文另外清楚地指出。
虽然使用术语“阻抗”，但术语“阻抗”是“导纳”的倒数。根据上下文，阻抗或导纳可用作材料阻抗的变化也可改变材料的导纳。
术语“和/或”意指所列要素中的一个或全部，或者所列要素中的任何两个或更多个的组合。
如本文所用，关于所测量的量，术语“约”是指所测量的量方面的偏差，这个偏差为如一定程度地小心进行测量的技术人员应当能预期的那种与测量的目标和所用测量设备的精确度相称的偏差。在本文中，“至多”某数字(例如，至多50)包括该数字(例如，50)。
除非另行指出，否则所有数值范围都包括端值以及端值之间的非整数值(例如1至5包括1、1.5、2、2.75、3、3.80、4、5等)。
本公开的这些以及其他方面从以下具体实施方式中将显而易见。然而，在任何情况下都不应将上述发明内容理解为是对要求保护的主题的限制，该主题仅由如在审查期间可以进行修改的所附权利要求书限定。
例示性实施方案的列表
1.一种传感器装置，该传感器装置包括：
集成电路；
监测环路，该监测环路耦接到该集成电路，该监测环路包括：
第一导电迹线和第二导电迹线，该第一导电迹线和该第二导电迹线各自具有第一端部和第二端部，该第一端部电耦接到集成电路；
灭菌剂响应开关，该灭菌剂响应开关电耦接该第一导电迹线和该第二导电迹线的该第二端部，其中该灭菌剂响应开关具有第一阻抗状态和第二阻抗状态，其中，当该灭菌剂响应开关基于在充分的灭菌过程中对充分的环境条件的暴露来修改该第一导电迹线和该第二导电迹线之间的电连接时。
2.根据实施方案1所述的传感器装置，其中该传感器装置为RFID标签、温度计、压力传感器装置、通信装置或它们的组合。
3.根据实施方案1至2中任一项所述的传感器装置，其中该传感器装置为RFID标签，该传感器装置还包括：
天线，该天线耦接到集成电路，从而形成不同于该监测环路的天线环路。
4.根据实施方案3所述的传感器装置，其中该传感器装置被配置成在被RFID询问器装置询问时，在该灭菌剂响应开关暴露于不充分的灭菌过程时发送第一无线电信号，并且在该灭菌剂响应开关暴露于充分的灭菌过程时发送第二无线电信号。
4a.根据实施方案4所述的传感器装置，其中第二阻抗状态响应于来自该第一无线电信号的频带。
5.根据实施方案3或4所述的传感器装置，其中该灭菌剂响应开关被配置成响应于充分的灭菌过程中的充分的环境条件而在导纳上劣化。
6.根据实施方案3至5中任一项所述的传感器装置，其中该第二无线电信号不为零。
7.根据实施方案1至6中任一项所述的传感器装置，其中该灭菌剂响应开关是聚合物栅极材料，该聚合物栅极材料包括电活性聚合物，当环境变化受体或该灭菌剂接触该电活性聚合物时，该电活性聚合物从第一阻抗变为第二阻抗。
8.根据实施方案7所述的传感器装置，其中该电活性聚合物为半柔性棒聚合物。
9.根据实施方案7或8所述的传感器装置，其中该电活性聚合物为聚苯胺、反式-聚乙炔、聚(对苯二胺)、聚(3-乙烯基苝)、聚吡咯、聚(2,5-双(3-十四烷基噻吩-2-基)噻吩并[3,2-b]噻吩)、聚(2-(3-噻吩基氧基)乙磺酸酯)、聚噻吩或它们的组合。
10.根据实施方案7至9中任一项所述的传感器装置，其中该电活性聚合物为未掺杂的。
11.根据实施方案7至9中任一项所述的传感器装置，其中该电活性聚合物掺杂有掺杂剂。
12.根据实施方案11所述的传感器装置，其中该掺杂剂为二壬基萘磺酸(DNNSA)、钠、五氟化砷、三碘化物、樟脑磺酸盐、甲磺酸、卤素或多卤素离子、甲醇、硫酸氢盐、盐酸、四氟硼酸盐、亚硫酸钠或它们的组合。
13.根据实施方案7至12中任一项所述的传感器装置，其中该第一导电迹线和该第二导电迹线包括设置在该第一导电迹线和该第二导电迹线上或从该第一导电迹线和该第二导电迹线形成的后过渡金属，并且该聚合物栅极材料设置在该后过渡金属上。
14.根据实施方案7至13中任一项所述的传感器装置，其中该第一导电迹线和该第二导电迹线包括铝，在暴露于包括蒸汽灭菌剂的充分环境条件时，该铝与该电活性聚合物反应，以劣化该电活性聚合物的导纳。
15.根据实施方案1至14中任一项所述的传感器装置，其中第一阻抗状态导致闭合的监测环路。
16.根据实施方案1至15中任一项所述的传感器装置，其中第二阻抗状态导致打开的监测环路。
17.根据实施方案16所述的传感器装置，其中第二阻抗状态是非导电的。
18.根据实施方案1至17中任一项所述的传感器装置，其中该第二阻抗状态的导纳不大于该第一阻抗状态的导纳的90％。
19.一种灭菌指示器传感器，该灭菌指示器传感器包括：
根据实施方案1至实施方案18中任一项所述的传感器装置；
第一基板，其中该灭菌剂响应开关接触该第一基板；
环境变化受体，该环境变化受体邻近该第一基板。
20.根据实施方案19所述的灭菌指示器传感器，其中该环境变化受体响应于灭菌剂的存在而产生视觉指示。
21.根据实施方案19或20所述的灭菌指示器传感器，其中该环境变化受体为非金属的。
22.根据实施方案19至21中任一项所述的灭菌指示器传感器，其中该环境变化受体包括离子盐。
23.根据实施方案19至22中任一项所述的灭菌指示器传感器，其中该环境变化受体包括有机胺或可迁移碱。
24.根据实施方案19至23中任一项所述的灭菌指示器传感器，其中该环境变化受体被沉积在该第一基板的表面的至少一部分上，并且该聚合物栅极材料接触该环境变化受体。
25.根据实施方案19至24中任一项所述的灭菌指示器传感器，其中该环境变化受体被配置成对充分的环境条件作出响应，并且被传输穿过该第一基板。
26.根据实施方案19至25中任一项所述的灭菌指示器传感器，其中该灭菌剂包括蒸汽或水。
27.根据实施方案19至26中任一项所述的灭菌指示器传感器，该灭菌指示器传感器还包括形成于该第一基板和第二基板之间的通道。
28.根据实施方案19至27中任一项所述的灭菌指示器传感器，其中该第一基板是被构造成芯吸该灭菌剂的芯吸基板，并且该环境变化受体提供移动的前部。
29.根据实施方案27或28所述的灭菌指示器传感器，其中该第二基板被构造成对该灭菌剂不可穿透。
30.根据实施方案27至29中任一项所述的灭菌指示器传感器，其中该传感器装置设置在该第一基板和该第二基板之间，并且将该第一基板和该第二基板间隔开，以在其中形成该通道。
31.根据实施方案27至30中任一项所述的灭菌指示器传感器，其中该第二基板具有第一封装表面和第二封装表面，该第二封装表面是部分凹陷的以形成预定的通道。
32.根据实施方案27至31中任一项所述的灭菌指示器传感器，该灭菌指示器传感器还包括粘合剂，该粘合剂设置在该第二封装表面和覆盖基板之间。
33.根据实施方案19至32中任一项所述的灭菌指示器传感器，其中该第一基板被构造成将该灭菌剂或该环境变化受体从第一基板位置芯吸到第二基板位置。
34.根据实施方案33所述的灭菌指示器传感器，其中根据该第二基板位置来定位该聚合物栅极材料。
35.根据实施方案33或34所述的灭菌指示器传感器，其中该第二基板位置对应于充分的环境条件。
36.根据实施方案27至35中任一项所述的灭菌指示器传感器，其中该第二基板包括形成于其中的凹陷以保持该环境变化受体的一部分。
37.根据实施方案19至36中任一项所述的灭菌指示器传感器，其中该环境变化受体包括水杨酰胺。
38.根据实施方案19至37中任一项所述的灭菌指示器传感器，其中该环境变化受体包括有机碱，该有机碱具有大于140℃的熔点并且可与水杨酰胺混溶。
39.根据实施方案38所述的灭菌指示器传感器，其中该有机碱为N,N-二甲基氨基吡啶、金刚烷基胺或它们的组合。
40.根据实施方案19至39中任一项所述的灭菌指示器传感器，其中该灭菌剂包含过氧化氢。
41.根据实施方案19至40中任一项所述的灭菌指示器传感器，其中该环境变化受体包括蓝色油墨和粉红色颜料。
42.根据实施方案19至41中任一项所述的灭菌指示器传感器，其中该灭菌剂响应开关包括导电元件，该导电元件能够基于暴露于该灭菌剂而被该环境变化受体修改。
43.根据实施方案42所述的灭菌指示器传感器，其中该导电元件为弹簧。
44.根据实施方案42所述的灭菌指示器传感器，其中该导电元件为导电油墨。
45.根据实施方案19至44中任一项所述的灭菌指示器传感器或根据实施方案1至19中任一项所述的传感器装置，其中该灭菌剂响应开关包括粘合剂，该粘合剂夹置传感器装置的至少两个折叠区段。
46.根据实施方案19至45中任一项所述的灭菌指示器传感器，其中该灭菌剂响应开关包括pH敏感型聚合物、导电油墨层，并且该环境变化受体在暴露于该灭菌剂时为酸性，其中该导电油墨层电耦接在该第一导电迹线和该第二导电迹线之间。
47.一种灭菌指示器系统，该灭菌指示器系统包括：
根据实施方案19至实施方案46中任一项所述的灭菌指示器传感器；
灭菌器，该灭菌器被配置成在腔室内使用该灭菌剂对该灭菌指示器传感器执行灭菌过程。
48.根据实施方案47所述的灭菌指示器系统，该灭菌指示器系统还包括：
待灭菌制品，其中该灭菌器被配置成对该制品执行灭菌过程。
49.根据实施方案47或48所述的灭菌指示器系统，其中该灭菌指示器传感器提供对充分的环境条件的视觉指示。
50.根据实施方案47至49中任一项所述的灭菌指示器系统，该灭菌指示器系统还包括：
经包裹封装件，该经包裹封装件包括：
制品；
灭菌指示器传感器；和
材料片，该材料片包裹该制品和该灭菌指示器系统两者，使得该材料片在视觉上遮挡该灭菌指示器传感器。
51.根据实施方案47至50中任一项所述的灭菌指示器系统，该灭菌指示器系统还包括：
感测装置，其中该感测装置为RFID询问器装置，该RFID询问器装置被配置成：
将第一无线电信号发送到该灭菌指示器传感器；
接收指示该灭菌过程为充分的第二无线电信号。
52.一种方法，该方法包括：
提供灭菌指示器传感器，该灭菌指示器传感器包括传感器装置，该传感器装置进一步包括：
集成电路，该集成电路具有第一导电迹线和第二导电迹线；
灭菌剂响应开关，该灭菌剂响应开关电耦接该第一导电迹线和该第二导电迹线，其中该灭菌剂响应开关具有第一阻抗状态和第二阻抗状态，其中该灭菌剂响应开关基于在充分的灭菌过程中对充分的环境条件的暴露来修改该第一导电迹线和该第二导电迹线之间的电连接；
在灭菌过程中将该传感器装置暴露于充分的环境条件，其中该充分的环境条件包括灭菌剂；
允许该灭菌剂响应开关吸收该灭菌剂，由此将该灭菌剂响应开关从第一阻抗状态变为第二阻抗状态。
53.根据实施方案52所述的方法，其中该灭菌剂为至少95％蒸汽，并且该充分的灭菌过程为134℃下2分钟或121℃下10分钟。
54.根据实施方案53所述的方法，其中该第一导电迹线和该第二导电迹线在外表面上包括铝，其中该灭菌剂响应开关包括翠绿亚胺盐，在允许该灭菌剂响应开关吸收该灭菌剂时，翠绿亚胺盐的至少一部分与铝进行氧化还原反应并转化为还原态聚苯胺盐。
55.根据实施方案52所述的方法，其中该灭菌剂为过氧化氢，并且该环境条件的气氛包含31％过氧化氢蒸气，并且该灭菌过程为50℃下60分钟。
56.根据实施方案52至55中任一项所述的方法，其中该传感器装置被放置在具有待灭菌的制品的经包裹封装件中。
57.根据实施方案52至56中任一项所述的方法，其中该传感器装置为射频识别(RFID)标签。
58.根据实施方案52至57中任一项所述的方法，该方法还包括从RFID询问器装置接收第一无线电信号，
其中，当该灭菌剂响应开关处于该第一阻抗状态时，该传感器装置输出第二无线电信号；并且
当该开关处于该第二阻抗状态时，该传感器装置输出第三无线电信号。
59.根据实施方案58所述的方法，其中该第一阻抗状态对应于不充分的灭菌过程。
60.根据实施方案58或59所述的方法，其中该第二阻抗状态或第二阻抗状态对应于充分的灭菌过程。
61.根据实施方案52至60中任一项所述的方法，该方法还包括：利用该第一无线电信号询问该传感器装置并接收该第二无线电信号。
62.根据实施方案52至61中任一项所述的方法，其中该第一导电迹线和该第二导电迹线涂覆有铝或由铝形成。
63.根据实施方案52至62中任一项所述的方法，其中该灭菌剂响应开关包括聚合物栅极材料。
64.根据实施方案52至63中任一项所述的方法，其中该传感器装置电耦接到第一基板以形成该灭菌指示器传感器；
其中，在将该灭菌指示器传感器暴露于该灭菌过程时，该环境变化受体从第一基板位置迁移到第二基板位置，其中该灭菌剂响应开关位于该第二基板位置处。
65.根据实施方案64所述的方法，其中在将该灭菌指示器传感器暴露于充分的灭菌过程时，该环境变化受体在视觉上改变。
Claims (19)
1.一种传感器装置，所述传感器装置包括：
集成电路；
监测环路，所述监测环路耦接到所述集成电路，所述监测环路包括：
第一导电迹线和第二导电迹线，所述第一导电迹线和所述第二导电迹线各自具有第一端部和第二端部，所述第一端部电耦接到所述集成电路；
灭菌剂响应开关，所述灭菌剂响应开关电耦接所述第一导电迹线和所述第二导电迹线的所述第二端部，其中所述灭菌剂响应开关具有第一阻抗状态和第二阻抗状态，其中，所述灭菌剂响应开关基于在充分的灭菌过程中对充分的环境条件的暴露来修改所述第一导电迹线和所述第二导电迹线之间的电连接；和
天线，所述天线耦接到所述集成电路，从而形成天线环路，其中所述监测环路不同于所述天线环路；
其中所述灭菌剂响应开关是聚合物栅极材料，所述聚合物栅极材料包括电活性聚合物，当环境变化受体或灭菌剂接触所述电活性聚合物时，所述电活性聚合物从第一阻抗变为第二阻抗。
2.根据权利要求1所述的传感器装置，其中所述传感器装置为RFID标签，所述传感器装置被配置成在被RFID询问器装置询问时，在所述灭菌剂响应开关暴露于不充分的灭菌过程时发送第一无线电信号，并且在所述灭菌剂响应开关暴露于充分的灭菌过程时发送第二无线电信号。
3.根据权利要求1所述的传感器装置，其中所述灭菌剂响应开关被配置成响应于充分的灭菌过程中的充分的环境条件而在导纳上劣化。
4.根据权利要求2所述的传感器装置，其中所述第二无线电信号不为零。
5.根据权利要求1所述的传感器装置，其中所述电活性聚合物为聚苯胺、反式-聚乙炔、聚(对苯二胺)、聚(3-乙烯基苝)、聚吡咯、聚(2,5-双(3-十四烷基噻吩-2-基)噻吩并[3,2-b]噻吩)、聚(2-(3-噻吩基氧基)乙磺酸酯)、聚噻吩或它们的组合。
6.根据权利要求1所述的传感器装置，其中所述第一导电迹线和所述第二导电迹线包括铝，在暴露于包括蒸汽灭菌剂的充分的环境条件时，所述铝与所述电活性聚合物反应，以劣化所述电活性聚合物的导纳。
7.根据权利要求1所述的传感器装置，其中所述灭菌剂响应开关包括粘合剂，所述粘合剂夹置所述传感器装置的至少两个折叠区段。
8.一种灭菌指示器传感器，所述灭菌指示器传感器包括：
根据权利要求1所述的传感器装置；
第一基板，其中所述灭菌剂响应开关接触所述第一基板；
环境变化受体，所述环境变化受体邻近所述第一基板。
9.根据权利要求8所述的灭菌指示器传感器，其中所述环境变化受体响应于灭菌剂的存在而产生视觉指示。
10.根据权利要求8所述的灭菌指示器传感器，其中所述环境变化受体被配置成对充分的环境条件作出响应，并且被传输穿过所述第一基板。
11.根据权利要求8所述的灭菌指示器传感器，其中所述第一基板被配置成将所述灭菌剂或环境变化受体从第一基板位置芯吸到第二基板位置，其中所述聚合物栅极材料根据所述第二基板位置来定位，并且所述第二基板位置对应于所述充分的环境条件。
12.根据权利要求8所述的灭菌指示器传感器，其中所述灭菌剂响应开关包括导电元件，所述导电元件能够基于暴露于灭菌剂而被所述环境变化受体修改。
13.根据权利要求12所述的灭菌指示器传感器，其中所述开关包括弹簧和柱塞。
14.根据权利要求12所述的灭菌指示器传感器，其中所述导电元件为导电油墨或导电油墨层。
15.根据权利要求14所述的灭菌指示器传感器，其中所述灭菌剂响应开关包括pH敏感型聚合物、导电油墨层，并且所述环境变化受体在暴露于所述灭菌剂时为酸性，其中所述导电油墨层电耦接在所述第一导电迹线和所述第二导电迹线之间。
16.一种方法，所述方法包括：
提供灭菌指示器传感器，所述灭菌指示器传感器包括传感器装置，所述传感器装置进一步包括：
集成电路，所述集成电路具有第一导电迹线和第二导电迹线；
灭菌剂响应开关，所述灭菌剂响应开关电耦接所述第一导电迹线和所述第二导电迹线，其中所述灭菌剂响应开关具有第一阻抗状态和第二阻抗状态，其中所述灭菌剂响应开关基于在充分的灭菌过程中对充分的环境条件的暴露来修改所述第一导电迹线和所述第二导电迹线之间的电连接；
在灭菌过程中将所述传感器装置暴露于充分的环境条件，其中所述充分的环境条件包括灭菌剂；
允许所述灭菌剂响应开关吸收所述灭菌剂，由此将所述灭菌剂响应开关从第一阻抗状态变为第二阻抗状态；
其中所述灭菌剂响应开关是聚合物栅极材料，所述聚合物栅极材料包括电活性聚合物。
17.根据权利要求16所述的方法，其中所述灭菌剂为至少95％的蒸汽，并且所述充分的灭菌过程为134℃下2分钟或121℃下10分钟。
18.根据权利要求17所述的方法，其中所述第一导电迹线和所述第二导电迹线在外表面上包括铝，其中所述灭菌剂响应开关包含翠绿亚胺盐，在允许所述灭菌剂响应开关吸收所述灭菌剂时，所述翠绿亚胺盐的至少一部分与铝进行氧化还原反应并转化为还原态聚苯胺盐。
19.根据权利要求16所述的方法，其中所述传感器装置为射频识别RFID标签，所述方法还包括从RFID询问器装置接收第一无线电信号，
其中，当所述灭菌剂响应开关处于所述第一阻抗状态时，所述传感器装置输出第二无线电信号；并且
当所述灭菌剂响应开关处于所述第二阻抗状态时，所述传感器装置输出第三无线电信号，其中所述第三无线电信号不为零。
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