ES2831873T3 - Soluciones de energía sin contacto para sensores de bajo consumo en entornos de procesos biotecnológicos - Google Patents

Abstract

Un elemento (400) de filtrado que comprende: a. un cuerpo cilíndrico, que tiene una superficie exterior expuesta a un material sin filtrar y una superficie interior, b. un extremo (420) cerrado; c. un extremo abierto a través del cual pasa material filtrado; y d. un dispositivo (220, 470, 550) fijado a dicho elemento (440) de filtrado, dicho dispositivo (220, 470, 550) electrónico que comprende una antena adaptada para recibir un campo electromagnético generado por una antena de bucle alimentada y convertirla a corriente alterna; caracterizado por una antena (230, 480, 560) eléctricamente resonante no alimentada fijada a dicho elemento (400) de filtración en proximidad con dicho dispositivo (220, 470, 550) electrónico y posicionado para aumentar dicho campo electromagnético recibido por dicho dispositivo (220, 470, 550) electrónico, en donde el dispositivo (220, 470, 550) electrónico inalámbrico está dispuesto entre la antena de bucle alimentada y la antena (230, 480, 560) electromagnéticamente resonante no alimentada.

Description

DESCRIPCIÓN

Soluciones de energía sin contacto para sensores de bajo consumo en entornos de procesos biotecnológicos Antecedentes de la invención

El uso de etiquetas RFID y otros dispositivos electrónicos, tales como los dispositivos Bluetooth® y Zigbee®, se ha convertido en algo frecuente, especialmente en la gestión de activos, particularmente en aquellas aplicaciones asociadas con la gestión de inventario. Por ejemplo, el uso de las etiquetas RFID permite la monitorización de la línea de producción y el movimiento de los activos o componentes durante toda la cadena de suministro.

Para ilustrar adicionalmente este concepto, una entidad fabricante puede adherir etiquetas RFID a los componentes a medida que estos se introducen en la instalación de producción. Estos componentes se introducen a continuación en el flujo de producción, formando sub-conjuntos en combinación con otros componentes, y dando lugar finalmente a un producto terminado. El uso de etiquetas RFID permite que el personal dentro de la entidad fabricante trace el movimiento del componente específico a lo largo del proceso de fabricación. También permite a la entidad poder identificar los componentes específicos que comprenden cualquier conjunto en particular o producto terminado. Además, el uso de etiquetas RFID también ha sido defendida dentro de las industrias de medicamentos y farmacéuticas. En febrero de 2004, la Administración de Alimentos y Medicamentos de los Estados Unidos emitió un informe abogando por el uso de las etiquetas RFID para etiquetar y monitorizar los fármacos. Esta acción es un intento de proporcionar un certificado de origen y de limitar la infiltración de fármacos con prescripciones fraudulentas en el mercado y hacia los consumidores.

Desde su introducción, las etiquetas RFID se han utilizado en muchas aplicaciones, tales como para identificar y proporcionar información para el control de procesos en productos de filtración.

La patente de EE.UU. 5,674,381, expedida a Den Decker en 1997, (Patente de EE.UU. re-expedida 39,361E) divulga el uso de “etiquetas electrónicas” junto con unos conjuntos de aparato de filtrado y filtro reemplazable. Específicamente, la patente divulga un filtro con una etiqueta electrónica que tiene una memoria de lectura/escritura y un aparato de filtrado asociado que presenta medios de lectura sensibles a la etiqueta. La etiqueta electrónica se adapta para contar y almacenar las horas operativas reales del filtro reemplazable. El aparato de filtrado se adapta para permitir el uso o el rechazo del filtro, en base a este valor en tiempo real. La patente también divulga que la etiqueta electrónica puede ser utilizada para almacenar información de identificación sobre el filtro reemplazable. La patente de EE.UU. No. 7,259,675 expedida a Baker et al, divulga un sistema de trazado del equipo de proceso. Este sistema incluye el uso de etiquetas RFID en conjunto con un equipo de proceso. La etiqueta RFID se describe como capaz de almacenar “al menos un evento trazable”. Estos eventos trazables se mencionan como fechas de limpieza, y fechas de procesos por lotes. La publicación también divulga un lector de RFID que se puede conectar a un PC o a internet, en el que existe una base de datos del equipo de proceso. Esta base de datos contiene múltiples eventos trazables y puede suministrar información útil a la hora de determinar “la vida útil del equipo de proceso en base a los datos acumulados”. La aplicación incluye el uso de este tipo de sistema con una variedad de equipos de procesos, tal como válvulas, bombas, filtros, y lámparas ultravioletas.

Además de las etiquetas RFID, existe la posibilidad de incluir también otros sistemas electrónicos en los elementos de filtrado. La patente de EE.UU. No. 7,048,775, expedida a Jornitz et al, divulga un dispositivo y un método para monitorizar la integridad de las instalaciones de filtrado.

Esta patente describe el uso de filtros que contienen un chip de memoria y un dispositivo de comunicaciones integrado, en conjunto con un alojamiento del filtro. El alojamiento del filtro actúa como un comprobador de monitorización e integridad. Esa aplicación también divulga un conjunto de etapas que van a ser utilizadas para asegurar la integridad de los elementos de filtrado utilizados en alojamientos para múltiples cartuchos. Estas etapas incluyen consultar el elemento de memoria para verificar el tipo de filtro que va a ser utilizado, sus datos límite, y sus datos de lanzamiento de producción.

Cada vez más, también se han añadido otros componentes electrónicos tales como sensores, incluyendo sensores de presión, sensores de temperatura y sensores de concentración, a los elementos de filtrado para expandir adicionalmente las capacidades de estos dispositivos. Las publicaciones de solicitud de patente de EE.UU, en tramitación con la presente, con Nos. 2007/0240578,2007/0243113 y 2007/0240492 describen todas componentes electrónicos adicionales que pueden añadirse a los elementos de filtrado para mejorar el rendimiento y la disponibilidad del sistema.

Sin embargo, a pesar del rápido aumento en la capacidad y la intención de añadir una electrónica avanzada a los elementos de filtrado, aún persisten desventajas significativas. Por ejemplo, el problema de comunicarse de manera efectiva con un dispositivo electrónico dentro de un alojamiento de acero inoxidable (u otro metal) sigue siendo problemático.

De forma similar, los sistemas desechables de procesos biotecnológicos pueden también presentar dificultades de propagación de energía inalámbrica y comunicaciones. En este entorno, los componentes desechables se emparejan a menudo con uno o más dispositivos electrónicos inalámbricos, tales como una etiqueta RFID, un sensor de temperatura o presión, u otros componentes adecuados. Aunque estos sistemas desechables no están contenidos en un alojamiento de metal, su entorno puede aún suponer un desafío en cuanto a la electricidad. Por ejemplo, por un típico sistema de procesos biotecnológicos se hacen pasar fluidos. Se sabe que los fluidos y otros entornos acuosos distorsionan o atenúan las señales inalámbricas, y por lo tanto tienen un efecto negativo sobre cualquier esquema de transmisión de energía o comunicaciones inalámbrico. Además, estos sistemas desechables, aunque están construidos de plástico principalmente, se encuentran soportados a menudo por estructuras o elementos de sujeción de metal. Estas estructuras de metal, como los fluidos, tienden a degradar o distorsionar las señales inalámbricas en sus alrededores. Además, el tamaño de una configuración de procesos biotecnológicos desechables puede ser lo suficientemente grande para hacer que la distancia de la antena a los sensores dentro de los componentes desechables sea problemática. Por tanto, los sistemas desechables pueden encontrarse con los mismos problemas con respecto a la comunicación y la energía inalámbrica que afecta al sistema de procesos biotecnológicos contenido en entornos de alojamiento tradicionales.

La patente de EE.UU. 2004/182761 A1 divulga un elemento de filtrado cilíndrico que comprende un dispositivo de identificación por radiofrecuencia (RFID) para comunicaciones inalámbricas con una unidad base.

La patente de EE.UU. 2002/021208 A1 divulga un sustrato que comprende una antena de bucle pasiva en proximidad con un RFID para extender el rango operativo del sistema de detección.

Se necesita un sistema y un método más fiables para comunicarse con y alimentar a unos dispositivos de forma inalámbrica en entornos de procesos biotecnológicos que suponen un desafío eléctrico.

Resumen de la invención

Los problemas de la técnica anterior son minimizados por la presente invención, la cual divulga un elemento de filtrado de acuerdo con la reivindicación 1 para proporcionar una comunicación inalámbrica más fiable. Una realización preferida se define en la reivindicación 2 dependiente.

Breve descripción de los dibujos

La Figura 1 es una ilustración simplificada que muestra los principales componentes de la presente invención;

La Figura 2 muestra un alojamiento representativo de acero inoxidable que puede utilizarse con una realización de la presente invención;

La Figura 3 muestra el bucle inductivo utilizado en una realización de la presente invención.

La Figura 4 muestra una realización de la presente invención; y

La Figura 5 muestra una segunda realización de la presente invención.

Descripción detallada de las Figuras

Es bien conocido que la inducción puede utilizarse para suministrar energía a un dispositivo con el que no existe una conexión física. Habitualmente, se arrolla una bobina de alambre un número de veces, y una corriente alterna se hace pasar a través de la misma. Esta corriente alterna produce un campo magnético cambiante alrededor de la bobina. Una bobina secundaria, situada en un dispositivo físicamente separado y alejado de la primera bobina, puede utilizarse entonces para convertir este campo magnético cambiante nuevamente en una corriente alterna. Esta corriente puede utilizarse a continuación por el dispositivo para alimentar su electrónica integrada.

La Figura 1 muestra una ilustración simplificada de los elementos principales utilizados en la presente invención. El bucle 200 alimentado se conecta a una fuente 210 de alimentación, suministrando preferiblemente corriente alterna. La frecuencia a la que oscila esta frecuencia no es fundamental para la presente invención, y se contemplan todas las frecuencias. En determinadas realizaciones, pueden ser preferibles unas frecuencias o rangos de frecuencia específicos debido a la interacción del campo electromagnético con cualquier otra actividad inalámbrica que puede estar presente. Por ejemplo, en una realización en particular, pueden tener lugar comunicaciones inalámbricas a 2,4 GHz. En este caso, la frecuencia del bucle alimentado puede encontrarse preferiblemente en el rango de megahercios, tal como 13,56 MHz o 950 MHz. El dispositivo 220 electrónico de interés se encuentra representado sobre el bucle 200 alimentado. Este dispositivo 220 puede ser un sensor, una etiqueta RFID, o cualquier otro componente o conjunto de componentes electrónicos adecuados. Debido a la electrónica incorporada en el dispositivo, también se conoce como un dispositivo inteligente. Adicionalmente, este dispositivo también tiene un componente de comunicaciones, tal como un transmisor inalámbrico. Este dispositivo también puede incluir un elemento de almacenamiento, tal como una RAM o una ROM. Dentro del dispositivo 220 se encuentra una pequeña antena de bucle, adaptada para recibir el campo electromagnético generado por el bucle 200 alimentado, y convertirlo en corriente alterna. La energía generada en el dispositivo 220 se utiliza entonces para alimentar el resto de componentes electrónicos en el dispositivo inteligente. La cantidad de energía suministrada al dispositivo es una función de la fuerza del campo electromagnético cerca del dispositivo, además de la densidad del flujo magnético relacionada con el tamaño de la bobina en el dispositivo y el número de arrollamientos. Una antena 230 reflectora se muestra tanto sobre el bucle 200 alimentado como sobre el dispositivo 220 electrónico. Tal como se ha expuesto anteriormente, una antena reflectora es un bucle o circuito electromagnéticamente resonante no alimentado, diseñado para resonar con una antena alimentada, que emite a una frecuencia predeterminada. En esta posición, la antena 230 reflectora tiene la habilidad de aumentar y limitar el campo electromagnético entre la misma y el bucle 200 alimentado, a esta frecuencia predeterminada. Por tanto, el dispositivo 200 electrónico experimenta un flujo electromagnético aumentado, permitiendo que sea inducida más energía dentro del dispositivo 220. Esto permite la operación del dispositivo 220 en entornos en los que solo el bucle 200 alimentado sería insuficiente para suministrar el campo que se necesita.

La Figura 2 muestra un conjunto 100 de alojamiento de acero inoxidable convencional utilizado en el filtrado de productos farmacéuticos y otros fluidos. En un sistema tradicional, el conjunto 100 de alojamiento se divide en dos partes: un alojamiento 110 superior y un alojamiento 120 inferior. El alojamiento 120 inferior se fija habitualmente en su lugar, ya que contiene las conexiones eléctricas y de fontanería con la unidad. Los fluidos sin filtrar se introducen en el alojamiento 120 inferior a través de un conducto 130 de entrada y los materiales filtrados salen del alojamiento 120 inferior a través de un conducto 140 de salida.

Tradicionalmente, se utiliza acero inoxidable para fabricar estos alojamientos. Sin embargo, pueden utilizarse también otros metales. En otra realización, puede también moldeado de un material plástico para formar los componentes del alojamiento.

Uno o más elementos de filtro pueden instalarse en el alojamiento inferior. Después de que se instalen estos elementos, el alojamiento 110 superior se sitúa en la parte superior del alojamiento inferior, y se asegura en su lugar. Habitualmente, se utilizan unos elementos 150 de sujeción, tal como abrazaderas de metal, bridas sanitarias, abrazaderas Laddish o abrazaderas con fleje, para sujetar las dos partes entre sí.

Para asegurar un cierre adecuado entre los alojamientos superior e inferior, se utiliza habitualmente una junta 160, tal como una junta tórica. En la mayoría de casos, esta junta 160 es anular o en forma de anillo. Esta junta 160 se construye de un material biocompatible, que pueda soportar las temperaturas alcanzadas dentro del alojamiento. Además, el material debe también ser lo suficientemente elástico para formar un cierre estanco al aire y a fluidos. En una realización preferida, se moldea un material a base de silicona en la forma requerida. Esta junta 160 se sitúa entonces entre los alojamientos superior 110 e inferior 120, preferiblemente en una ranura formada en uno o ambos de los alojamientos superior e inferior para asegurar un alineamiento adecuado durante el ensamblaje.

En una realización, uno o más conductos eléctricos (no se muestran), tales como cables, se moldean en la junta 160. La junta 160 se produce preferiblemente utilizando un doble proceso de moldeo, para asegurar que los conductos estén completamente encapsulados dentro del material de la junta.

En una realización, se proporciona un bucle inductivo alimentado grande a lo largo de una circunferencia interna de la junta anular, tal como se muestra en la Figura 3. Un conducto eléctrico rodea la junta 300 una pluralidad de veces, con un mayor número de arrollamientos que inducen un mayor campo magnético. Esta realización proporciona la menor interrupción al flujo normal del fluido dentro del conjunto de alojamiento. Ha de señalarse que en la Figura 3, se muestran tres elementos 310 de filtro. La invención no se limita a esta realización; pueden utilizarse más o menos elementos de filtrado. Habitualmente, tales sistemas utilizan 1, 3, 5, 10, 12, 24 o 30 elementos de filtro en un alojamiento.

Para aumentar o limitar el campo, se introduce en el entorno una antena (no se muestra) no conectada, o reflectora. La colocación de esta antena reflectora es crucial para lograr el resultado requerido. En una realización, la antena reflectora se sitúa dentro del propio elemento de filtrado.

La Figura 4 muestra un elemento 400 de filtrado tradicional. El elemento 400 de filtrado, está formado por una primera cubierta 420 de extremo, un núcleo 450 poroso y una membrana 430. Tal como se muestra en este dibujo, hay una salida 410 que se extiende desde la segunda cubierta 415 de extremo. Los sellos de los bordes (no se muestran) se encuentran adheridos/unidos a la primera y a la segunda cubiertas de extremo para formar un sello integral estanco al fluido entre los bordes de las membranas y las cubiertas de extremo, de tal manera que todo el fluido en el exterior del cartucho deba pasar a través de la membrana 430 antes de alcanzar el cartucho interior o la salida 410. En el exterior de la membrana se encuentra una carcasa 440 exterior que es porosa. La carcasa 440 es preferiblemente de un plástico que sea capaz de soportar las elevadas temperaturas dentro del alojamiento. El elemento 400 de filtrado resultante presenta por lo tanto un cilindro interno hueco, con un extremo abierto y un extremo cerrado y un cilindro externo. El área entre estos dos cilindros define el bastidor del elemento, y la ubicación del material de membrana o de filtro. El material sin filtrar se presenta en la superficie exterior del elemento de filtrado, pasa a través del material de filtro, y sale a través del extremo abierto del cilindro.

El filtro puede realizarse de una o más membranas de cualquier variedad utilizada comúnmente en el filtrado, incluyendo pero sin limitarse a membranas microporosas, membranas de ultrafiltración, membranas de nanofiltración, o membranas de ósmosis inversa. Se utilizan preferiblemente membranas microporosas. Entre las membranas microporosas representativas adecuadas se incluyen nitrocelulosa, acetato de celulosa, polisulfonas incluyendo polietersulfona y poliarilsulfonas, fluoruro de polivinilideno, poliolefinas tales como polietileno ultra alto peso molecular, polietileno y polipropileno de baja densidad, nailon y otras poliamidas, PTFE, polímeros fluorados termoplásticos tales como poli(TFE-co-PFAVE), p.ej. PFA, policarbonatos o membranas llenas con partículas tales como las membranas EMPORE.RTM. disponibles por 3M de Minneapolis, Minn. Tales membranas son bien conocidas en la técnica, pueden ser simétricas o asimétricas o una combinación de las dos y se encuentran comercialmente disponibles en una variedad de fuentes, incluyendo las membranas Durapore® y membranas Millipore Express® disponibles en Millipore Corporation of Bedford, Mass.

Entre las membranas de ultrafiltración o nanofiltración representativas se incluyen polisulfonas, incluyendo polietersulfona y poliarilsulfonas, fluoruro de polivinilideno, y celulosa. Estas membranas incluyen habitualmente una capa de soporte que está formada generalmente de una estructura altamente porosa. Los materiales habituales para estas capas de soporte incluyen diversos materiales no tejidos, tales como polietileno o polipropileno de filamento continuo, o materiales de vidrio o microporosos formados del mismo polímero o de un polímero diferente que la propia membrana. Tales membranas son bien conocidas en la técnica, y se encuentran comercialmente disponibles en una variedad de fuentes tales como Millipore Corporation de Bedford, Mass.

Numerosas solicitudes de patente, incluyendo las publicaciones de solicitud de patente en tramitación con la presente, Nos. 2007/0240578, 2007/0243113 y 2007/0240492 todas describen una electrónica adicional que puede añadirse a los elementos de filtrado para mejorar el rendimiento y la disponibilidad del sistema. Muchos de estos dispositivos 470 electrónicos se encuentran situados, de la forma más ventajosa, dentro del cilindro interno hueco del elemento de filtrado. De esta manera, puede medirse la temperatura, la presión, concentración y otros parámetros del material filtrado. Además, a menudo resulta deseable colocar el dispositivo 470 electrónico sobre, o fijado al extremo 420 cerrado del elemento de filtrado.

El tamaño de estos elementos de filtrado significa a menudo que puede haber muchas pulgadas, y algunas veces varios pies, entre la base del elemento de filtrado (es decir, el extremo abierto) y el extremo opuesto cerrado, donde el dispositivo electrónico se sitúa generalmente. Con el bucle 300 inductivo alimentado estando situado cerca del extremo abierto, tal como se muestra en las Figuras 2 y 3, esta distancia puede ser problemática. Adicionalmente, el dispositivo electrónico se encuentra habitualmente en la trayectoria del fluido, comprometiendo aún más de este modo el campo electromagnético. Además, el alojamiento de acero inoxidable alrededor del elemento de filtración también degrada el rendimiento inalámbrico. Debido a estos factores, puede ser necesario aumentar o limitar el campo electromagnético para maximizar su efecto cerca del dispositivo electrónico.

En una realización que no forma parte de la presente invención, la antena 480 reflectora se sitúa en el cilindro interno hueco del elemento 400 de filtrado. El bucle 480 puede estar cerca del extremo 420 cerrado, para estar cerca del dispositivo 470 electrónico. Alternativamente, puede situarse en cualquier otra ubicación adecuada. Preferiblemente, la antena 480 reflectora se moldea en el bastidor 440 a lo largo de su superficie 455 interna para no estar expuesta a la trayectoria del fluido. Por tanto, la antena 480 reflectora debe estar situada entre el cilindro interno hueco y el material de filtro.

En otra realización, la antena 480 reflectora se sitúa en el extremo 420 cerrado del elemento de filtración. Nuevamente, la antena reflectora se moldea preferiblemente en el plástico para no quedar expuesta al flujo del fluido.

En otra realización, la antena 480 reflectora se sitúa en el bastidor 440 a lo largo de la superficie 460 exterior del dispositivo 400 de filtrado. Nuevamente, el bucle se moldea preferiblemente en el plástico para no quedar expuesta al flujo del fluido.

Debido a que la antena 480 reflectora no está conectada, no hay necesidad de suministrar ningún conducto eléctrico al bucle. De este modo, su integración en el elemento 400 de filtrado se logra moldeando el bucle en el alojamiento de plástico. Tal como se ha expuesto anteriormente, la localización exacta del bucle 480 dentro del elemento de filtrado es una decisión de implementación y no está limitada por la presente invención.

La descripción anterior recita la inclusión de una única antena reflectora en un elemento de filtrado. La invención no está limitada de este modo. Por ejemplo, la antena reflectora puede presentar tantas vueltas como sea necesario. De forma similar, puede incorporarse más de una antena reflectora en un único elemento de filtrado. Más aún, se contempla que en un entorno con múltiples elementos de filtrado dentro de un único alojamiento, que cada elemento de filtrado puede estar equipado con su propia antena reflectora asociada. Alternativamente, no todos los elementos de filtrado dentro de un alojamiento necesitan estar equipados con una antena reflectora.

La anterior descripción menciona una junta que existe entre un alojamiento superior e inferior en un conjunto de alojamiento; sin embargo, son posibles otras ubicaciones. Por ejemplo, una junta del tipo descrito puede ser introducido entre cualquiera de las dos partes separables del alojamiento. Por ejemplo, en ciertas realizaciones, existe una junta entre la salida de aire superior y el tubo de purga superior. En esta realización, es posible introducir la junta de la presente invención entre estas dos partes separables. Puede utilizarse cualquier localización en la que se juntan dos partes separables del alojamiento para introducir esta junta.

En el entorno del alojamiento, existen otras ubicaciones en las que puede situarse la antena reflectora. Por ejemplo, a menudo se coloca una placa de alineamiento en la parte superior del elemento o elementos de filtrado para sujetarlas en su lugar. La Figura 3 muestra el uso de una placa 330 de alineamiento para sujetar la pluralidad de elementos 310 de filtrado en su lugar. Esta placa de alineamiento se construye habitualmente de acero inoxidable o de otros materiales rígidos que resistan la corrosión y mantengan el soporte estructural durante el proceso. Debido a que esta placa de alineamiento se sitúa cerca del extremo cerrado de los elementos 310 de filtrado, puede afectar con seguridad al campo electromagnético cerca de los dispositivos electrónicos embebidos. La antena reflectora puede ser embebido en esta placa en una variedad de maneras. En una realización, la placa de alineamiento se construye de tal manera que complete su función para sujetar los filtros además de controlar el campo electromagnético. Es obvio para una persona experta en la técnica elegir materiales que resistan la degradación en el entorno del alojamiento, que sean estructuralmente sólidos y permanezcan eléctricamente neutros, tal como un polímero termoendurecible o termoplástico para alta temperatura. En una primera realización, se incluye una única antena reflectora en la placa de alineamiento, de tal manera que circunscriba todos los tres elementos de filtrado. En una segunda realización, una pluralidad de antenas reflectoras, preferiblemente se incluye una para cada elemento de filtrado asociado. En este caso, cada antena reflectora circunscribe únicamente su elemento de filtrado asociado. Las antenas reflectoras se integran fácilmente en el entorno simplemente colocando la placa de alineamiento en la parte superior de los elementos de filtrado. Sin embargo, la antena reflectora no necesita ser embebida en la placa 330 de alineamiento. En otras realizaciones, es moldeada en su lugar, es adherida, es termo-soldada y fijada utilizando cualquier método adecuado. Además, la placa de alineamiento puede ser una placa de acero inoxidable a la que se fija un material de plástico que contiene una o más antenas.

Además de los dispositivos inteligentes en los alojamientos de filtro, la presente invención tiene utilidad con soluciones desechables de procesos biotecnológicos. Las soluciones desechables de procesos biotecnológicos replican las operaciones de unidades básicas de los procesos de fabricación, reemplazando los componentes permanentes reutilizables con componentes desechables. Aunque existen numerosos beneficios en una solución de procesos biotecnológicos desechables, el principal de ellos es el ahorro de costes derivado de eliminar el mantenimiento de la limpieza y los ensayos. Las soluciones desechables de procesos biotecnológicos se realizan generalmente a base de componentes físicamente flexibles de bajo coste que se sitúan en unas estructuras de soporte reutilizables. Un sistema comercialmente disponible tal como una Solución desechable Mobius™ de Millipore Corporation contiene componentes desechables. Entre los componentes desechables se incluyen tubos, conectores, bolsas como por ejemplo para almacenamiento, mezclado, cultivo celular (biorreactores), llevar a cabo reacciones y similar, filtros y otros componentes similares. Puede crearse un entorno de procesos biotecnológicos en una superficie plana, tal como un tablero de mesa, o apilarse en un bastidor. Los diversos componentes se disponen según requiera la tarea en particular. A menudo, muchos de estos componentes se encuentran equipados con sistemas electrónicos o dispositivos inteligentes. Estos dispositivos inteligentes pueden ser utilizados para medir la temperatura, la presión, el pH, la concentración u otro tipo de información.

Unos elementos de sujeción o unas estructuras, a menudo realizadas de metal por su resistencia, soportan los diversos componentes en esta disposición de procesos biotecnológicos. Para alimentar estos dispositivos inteligentes, puede colocarse un bucle inductivo alimentado próximo a la disposición de procesos biotecnológicos. En una realización, el bucle alimentado se coloca sobre una superficie plana, circunscribiendo uno o más elementos de la disposición de procesos biotecnológicos. El campo electromagnético generado por este bucle se utiliza entonces por parte de uno o cada uno de los dispositivos inteligentes, utilizando la técnica descrita anteriormente. Pueden también utilizarse bucles alimentados adicionales para una agrupación de elementos o para cada elemento individual según se desee.

Sin embargo, muchos de los desafíos mencionados anteriormente, tal como la distancia, entornos acuosos, y una alta concentración de metal pueden también estar presentes en una disposición desechable de procesos biotecnológicos. Por lo tanto, para maximizar la transferencia de la energía electromagnética desde el bucle alimentado a los dispositivos inteligentes, puede instalarse una antena reflectora en algunos, o en todos los componentes farmacéuticos desechables.

En el caso de bolsas de biorreactores, la antena reflectora puede estar embebida en el material utilizado para formar al menos una parte de la bolsa, o toda la bolsa si se desea, o puede fijarse a al menos una parte de la superficie exterior de la bolsa. En una realización, el dispositivo electrónico se fija a la superficie exterior de la bolsa, con la antena reflectora también fijada a la bolsa, alrededor del dispositivo.

La Figura 5 ilustra una realización que no forma parte de la presente invención para su uso con soluciones desechables de procesos biotecnológicos. La bolsa 500 de biorreactor, con un conducto 510 de entrada y un conducto 520 de salida, se coloca opcionalmente en la estructura 530 de soporte. Situado preferiblemente sobre la superficie de soporte plana, se encuentra el bucle 540 inductivo alimentado. En la figura 5, el bucle 540 se sitúa directamente bajo la estructura 530 de soporte, pero la invención no se limita a esta realización. El bucle 540 puede tener un diámetro mayor y rodear múltiples componentes. Además, el bucle 540 inductivo puede estar embebido en un fieltro u otra superficie sobre la que se colocan los componentes desechables. En un escenario de este tipo, pueden estar embebidos en el fieltro, de tal manera que los bucles se posicionan en las ubicaciones en las que se colocan los dispositivos.

Situado en la bolsa 500 del biorreactor, se encuentra un componente electrónico, o dispositivo 550 inteligente. Para mejorar el campo electromagnético cerca de este dispositivo inteligente, una antena 560 reflectora se coloca alrededor de la bolsa 500 del biorreactor. Mientras que la antena 560 reflectora en la Figura 5 se sitúa entre el bucle 540 inductivo alimentado y el dispositivo 500 inteligente, de acuerdo con la invención el dispositivo inteligente entre la antena 560 reflectora y el bucle 500 inductivo alimentado.

En una realización, la antena 560 reflectora se fija a la bolsa 500 del biorreactor, tal como mediante calentamiento. En otra realización, la antena 560 reflectora se encuentra embebida en la bolsa 500 del biorreactor. En otra realización, la antena 560 reflectora se fija a la estructura 530 de soporte, que a su vez sujeta la bolsa 500 del biorreactor. En otra realización, la antena 560 reflectora se encuentra embebida en la estructura 530 de soporte. Los expertos en la técnica reconocerán que pueden utilizarse una variedad de técnicas para fijar la antena 560 reflectora a la bolsa 500 del biorreactor o a la estructura 530 de soporte.

Aunque el término bolsa del biorreactor se utiliza en la descripción anterior, debe señalarse que la presente invención puede operar con cualquier recipiente. Además, un alcance similar puede utilizarse con otros componentes desechables, tales como tubos. La antena reflectora puede ser embebida en el tubo de plástico, o puede fijarse, preferiblemente a la superficie exterior del tubo.

Aunque algún experto en la técnica del diseño de la antena inductiva puede ser capaz de maximizar la corriente inducida optimizando la bobina de la fuente y el receptor, puede aún haber límites de tamaño o coste de la bobina del receptor. La integración de una antena reflectora en un dispositivo reduce potencialmente el coste y la complejidad de la configuración mejorando el flujo electromagnético en relación al dispositivo. Esto puede ser cierto especialmente para soluciones desechables de procesos biotecnológicos en las que el usuario, no el fabricante de los dispositivos, determinará la configuración física de los dispositivos en el sitio del usuario.

Es conocido que el uso de una antena reflectora para mejorar la inducción de la energía eléctrica puede también utilizarse para mejorar la habilidad para comunicarse de forma inalámbrica con el dispositivo final. Puede utilizarse una antena alimentada como una antena transceptora con una señal eléctrica modulada que suministra energía y comunicación de dos vías al dispositivo final. Esta es la función habitual de las antenas de un lector de RFID. De forma similar en la Figura 5, la bolsa 500 del biorreactor biofarmacéutico puede presentar una etiqueta electrónica que debe ser visible para el usuario en la parte superior de la bolsa. Aumentar la altura de la bolsa del biorreactor puede comprometer la capacidad de la etiqueta electrónica para comunicarse con el bucle de comunicaciones alimentado. Una antena 560 reflectora colocada de forma apropiada comunicará bien en un entorno eléctricamente agresivo. Una única antena reflectora puede ser utilizada para la alimentación y la comunicación de la etiqueta electrónica al lector.

Aunque las realizaciones en esta divulgación describen principalmente bucles de inducción magnética, esta invención no está limitada a esto. La antena reflectora puede también tener una forma diferente, tal como la de un dipolo, utilizado más habitualmente para las comunicaciones.

Claims (2)

REIVINDICACIONES

1. Un elemento (400) de filtrado que comprende:

a. un cuerpo cilíndrico, que tiene una superficie exterior expuesta a un material sin filtrar y una superficie interior,

b. un extremo (420) cerrado;

c. un extremo abierto a través del cual pasa material filtrado; y

d. un dispositivo (220, 470, 550) fijado a dicho elemento (440) de filtrado, dicho dispositivo (220, 470, 550) electrónico que comprende una antena adaptada para recibir un campo electromagnético generado por una antena de bucle alimentada y convertirla a corriente alterna; caracterizado por

una antena (230, 480, 560) eléctricamente resonante no alimentada fijada a dicho elemento (400) de filtración en proximidad con dicho dispositivo (220, 470, 550) electrónico y posicionado para aumentar dicho campo electromagnético recibido por dicho dispositivo (220, 470, 550) electrónico, en donde el dispositivo (220, 470, 550) electrónico inalámbrico está dispuesto entre la antena de bucle alimentada y la antena (230, 480, 560) electromagnéticamente resonante no alimentada.

2. El elemento de filtrado según la reivindicación 1, en donde dicha antena (230, 480, 560) se fija a dicha superficie interior de dicho cuerpo cilíndrico; o

en donde dicha antena (230, 480, 560) no alimentada se fija a dicha superficie exterior de dicho cuerpo cilíndrico;

en donde dicha antena (230, 480, 560) no alimentada se fija a dicho extremo (420) cerrado; o

en donde dicho dispositivo (220, 470, 550) electrónico se fija a dicho extremo (420) cerrado; o

en donde dicha antena (230, 480, 560) no alimentada tiene forma de bucle.