ITMI20110499A1 - Etichetta termosensibile - Google Patents

Description

ETICHETTA TERMOSENSIBILE

La presente invenzione si riferisce in un suo primo aspetto ad una etichetta termosensibile in grado di indicare se Γ oggetto su cui essa è applicato è stato esposto, anche solo per un breve intervallo di tempo, ad una temperatura inferiore ad una soglia minima di temperatura.

In ambito farmaceutico è nota l’esigenza di un costante e preciso monitoraggio delle condizioni di conservazione e trasporto dei medicinali, cosa che consente di garantire che essi non risultino modificati nelle loro caratteristiche chimiche e fisiche e quindi che siano in grado di preservare le loro proprietà funzionali e non possano esercitare eventuali indesiderati effetti collaterali nell’esercizio della loro attività terapeutica.

Generalmente i medicinali, con particolare riferimento a quelli confezionati all’interno di flaconi, si trovano in scatole che a loro volta sono assemblate a gruppi come ad esempio in pallet. Questi pallet sono in genere trasportati dal punto di fabbricazione al centro di distribuzione presente nel territorio di destinazione, dove il pallet viene suddiviso nelle diverse scatole o nei singoli flaconi in modo da consentire la consegna al cliente, nel caso specifico ad esempio ospedali, farmacie, etc.

E particolarmente importante, quindi, che ciascun flacone risulti controllato per quanto riguarda il rischio di esposizione a temperature indesiderate. Per molti medicinali risulta essere fondamentale, alla pari di una temperatura massima da non superare durante tutta la sua vita commerciale, anche il non essere stati esposti ad una temperatura inferiore ad una soglia minima di temperatura, in quanto un loro congelamento avrebbe comunque degli effetti indesiderati sulla loro capacità terapeutica. Intervallo tipico idoneo alla conservazione di tali prodotti è infatti considerato quello definito tra le temperature di 2° ed 8°C.

Questo problema di controllo della temperatura durante la conservazione e la movimentazione dei prodotti non è comunque da intendersi limitato al settore farmaceutico. Ad esempio altri ambiti interessati da ciò possono essere quello alimentare, biotecnologico, botanico, chimico.

Se ad oggi sono state sviluppate varie soluzioni tecniche che vanno a monitorare il superamento di una soglia massima di temperatura in maniera efficace e tempestiva, questo problema risulta ancora non adeguatamente risolto per quanto riguarda la soglia minima.

Particolarmente di interesse appare infatti la ricerca di soluzioni adatte all’applicazione su singoli oggetti, di dimensione anche ridotta, senza particolari limitazioni correiabili alla forma dell’oggetto del quale si vuole monitorare la temperatura. In altre parole, il problema potrebbe considerarsi superato efficacemente sviluppando un elemento sensibile in formato di etichetta, ovvero un elemento di ridotto ingombro oltre che adattabile a diverse superfici, eventualmente anche non piane, dell’oggetto su cui esso verrà applicato.

Gran parte del sistema di distribuzione, inoltre, basa la propria efficienza sull’ utilizzo di dispositivi in grado di monitorare il prodotto da movimentare durante tutta la sua vita e, possibilmente, in tempo reale ed in remoto. Tale monitoraggio, in genere, si basa sull’utilizzo di dispositivi a radiofrequenza applicabili sui diversi prodotti, nel settore comunemente noti come etichette RFID (dall’inglese Radio Frequency IDentification). Risulta quindi particolarmente vantaggioso che la soluzione di monitoraggio di una eventuale soglia minima di temperatura sia integrabile con sistemi di questo tipo.

Il brevetto statunitense US 6.848.390 descrive un dispositivo che consente di monitorare l’esposizione a temperature superiori a quelle desiderate. Il suo funzionamento si basa su un elemento in lega a memoria di forma, selezionata tra quelle note nel settore anche come SMA (dall’ acronimo inglese Shape Memory Alloy), che va a costituire l’elemento in grado di rispondere alla temperatura in combinazione con un elemento in grado di esercitare una funzione di carico (nel settore indicato con il termine inglese “bias”). Tale elemento SMA funge da elemento mobile per la visualizzazione della esposizione a temperature maggiori rispetto a quelle desiderate.

Tuttavia esso non solo non consente di monitorare l’eventuale esposizione a temperature inferiori a quelle desiderate, ma inoltre prevede un complesso processo di calibratura che deve consentire di controllare la conducibilità termica verso l’elemento SMA, prevedendo che l’interno del dispositivo sensibile sia mantenuto in condizioni di vuoto o, alternativamente, riempito con un fluido termicamente isolante. Quest’ultima caratteristica, tuttavia, comporta un rallentamento della risposta del dispositivo, rendendolo quindi non applicabile al monitoraggio istantaneo di temperature che siano ritenute indesiderate. Inoltre la necessità del mantenimento del vuoto o del contenimento di un fluido rende relativamente complessa la scalabilità di tale dispositivo ad un formato del tipo “etichetta” e non pratica la sua produzione in larga scala.

Una diversa soluzione è descritta dal brevetto US 6.837.620 che mostra un sensore utile ad indicare Γ esposizione, anche temporanea, a temperature al di sotto di una prefissata temperatura critica. Esso sfrutta la transizione dalla fase austenitica a quella martensitica di un filo SMA associato ad un carico, che può essere una molla od un altro elemento resiliente. Tale elemento resiliente, che costituisce il carico contrapposto al filo SMA, viene descritto anche come in grado di assicurare il non ritorno dell’ elemento sensibile alla posizione originaria, consentendo quindi di mantenere la segnalazione dell’ avvenuto evento indesiderato anche quando la temperatura sia ritornata a valori accettabili.

Tuttavia anche in questo caso vengono descritte soluzioni che difficilmente possono essere adattabili a configurazioni del tipo “etichetta” oltre che difficilmente integrabili con le tecniche di monitoraggio RFID e, soprattutto, non ideali nelTottica di un impiego su larga scala. Infatti una delle forme realizzative proposte prevede l’utilizzo di una molla come elemento di carico con i conseguenti limiti in termini di miniaturizzazione del sistema, mentre la seconda presenta un sistema di movimentazione dell’elemento visivo di segnalazione che non consentirebbe, senza modifiche sostanziali, di essere messo in comunicazione con un microprocessore di controllo adatto per il monitoraggio a distanza.

L’utilizzo di elementi a memoria di forma come elementi sensibili è previsto anche nella domanda di brevetto statunitense US 2009/0120106. Tuttavia in questo caso il sistema visivo di segnalazione è riferito solo al superamento di soglie massime di temperatura. Inoltre, sebbene venga descritto come un metodo integrabile con sistemi RFID in una della sue forme realizzative, la sua realizzazione sembra piuttosto complessa in quanto basata su fenomeni di schermaggio elettromagnetico esercitato dal sistema stesso tra un etichetta RFID e l’elemento ricevente (noto nel settore con il termine antenna) ad esso associato.

Infine la domanda di brevetto internazionale WO 00/50849, sebbene descriva genericamente la possibilità di utilizzo di elementi a memoria di forma come elementi sensibili airinterno di dispositivi per il monitoraggio remoto, non descrive e non fornisce alcun insegnamento su come realizzare la suddetta integrazione. Inoltre tale utilizzo non emerge come preferito rispetto alla moltitudine di soluzioni presentate come potenzialmente utili a fini sensoristici e descritte all’interno della sua descrizione, risultando tutte tra loro pressoché equivalenti all’interno dell’ampio e variegato spettro di possibilità.

La presente invenzione consente di superare i limiti della tecnica nota per l’ottenimento di etichette termosensibili in grado di segnalare visivamente l’esposizione a temperature inferiori ad una temperatura di soglia Tcfissata come critica e che siano opzionalmente integrabili con sistemi di monitoraggio remoto.

Per raggiungere tale scopo l’invenzione consiste in un’etichetta comprendente almeno un sistema termosensibile costituito da un elemento filiforme a memoria di forma vincolato ad un elemento filiforme di carico dotato di un incavo preferibilmente ricavato dalla piegatura su se stesso dell’elemento filiforme di carico, una delle estremità dell’elemento a memoria di forma essendo inserita in detto incavo in modo tale che in caso di esposizione ad una temperatura inferiore alla temperatura di soglia critica Tcl’elemento a memoria di forma effettua una transizione di fase, da fase austenitica a martensitica, che ne riduce la resistenza e ne provoca il disimpegno irreversibile dal vincolo.

Di seguito verranno esplicitamente descritte etichette comprendenti solo un sistema termosensibile comprendente una coppia di elementi funzionali, costituita da un elemento a memoria di forma ed un elemento di carico con relativo vincolo, ma è chiaro che quanto detto è applicabile anche ad etichette comprendenti un numero maggiore di sistemi termosensibili che consentono quindi di svolgere una funzione di allerta non solo rispetto ad un’unica temperatura di soglia minima critica, ma rispetto a più temperature diverse tra loro che possono risultare critiche a seconda delle specificità del prodotto da monitorare su cui è applicata l’etichetta.

Inoltre è ovvio che l’incavo potrebbe essere realizzato anche con un elemento separato, quale un anellino o simili, fissato all’elemento a memoria di forma o all’elemento di carico ma la semplice piegatura della estremità dell’elemento di carico è la soluzione più economica.

L’invenzione verrà di seguito descritta dettagliatamente tramite alcune sue forme realizzative, fomite come esempi non limitativi, con riferimento alle seguenti figure: in figura la è rappresentato in forma schematica il sistema termosensibile costituito da un elemento a memoria di forma ed un elemento di carico ad esso vincolato in accordo con la presente invenzione;

in figura lb è rappresentata schematicamente la dislocazione spaziale degli elementi costituenti il sistema di figura la dopo l’esposizione a temperature inferiori alla temperatura di soglia critica;

in figura 2a è rappresentata schematicamente una prima forma realizzativa di etichetta in accordo con la presente invenzione, contenente il sistema termosensibile di figura la, nella sua condizione originale;

- in figura 2b è rappresentata l’etichetta di figura 2a dopo l’esposizione a temperature inferiori alla temperatura di soglia critica;

in figura 3 è rappresentata una seconda forma realizzativa di etichetta secondo la presente invenzione dopo l’esposizione a temperature inferiori alla temperatura di soglia critica; e

- in figura 4 è rappresentata una terza forma realizzativa di etichetta secondo la presente invenzione dopo l’esposizione a temperature inferiori alla temperatura di soglia critica.

Facendo dapprima riferimento alle Figg.la e lb, si vede che l’invenzione consiste essenzialmente in un sistema termosensibile 10 comprendente un elemento a memoria di forma 1, preferibilmente un filo SMA, vincolato ad un elemento di carico filiforme 2 piegato all’estremità posta in contatto con detto elemento a memoria di forma in modo da formare un incavo 3 nel quale l’elemento a memoria di forma può essere vincolato. Quest’ultimo si trova in quella che comunemente è nota nel settore come fase austenitica, in maniera che esso risulti in tensione controbilanciando la forza esercitata dall’elemento di carico 2.

Il vincolo di contatto tra i due elementi 1, 2 è garantito, in condizioni di temperatura superiore alla temperatura di soglia critica Tc, preferibilmente da una piegatura dell’elemento di carico 2 che forma un incavo 3 in corrispondenza dell’estremità interessata dall’accoppiamento con l’elemento SMA. Opzionalmente è possibile prevedere che l’elemento SMA sia posizionato attraverso l’utilizzo di alcuni elementi guida 4, 4’, etc. che consentano al meglio la sua introduzione all’interno dell’etichetta in cui andrà inserito il sistema termosensibile costituito dall’elemento a memoria di forma 1 e dall’elemento di carico 2.

Come mostrato in Fig.lb, con l’esposizione ad una temperatura inferiore alla temperatura di soglia critica Tc, anche temporaneamente, l’elemento a memoria di forma 1 passa dalla fase austenitica a quella che invece è nota come fase martensitica e, di conseguenza, la sua resistenza si riduce provocando il suo disimpegno dal vincolo costituito dall’incavo 3 formato dalla piegatura (o altro elemento) presente alla estremità dell’elemento di carico 2. I due elementi 1 e 2 quindi risultano liberi di assumere irreversibilmente la loro posizione finale, che consiste nella loro assenza di contatto ovvero in una diversa loro dislocazione spaziale.

In Fig.2a è mostrata una prima forma realizzativa di etichetta 20 comprendente il suddetto sistema termosensibile mostrato nelle Figg.la e lb inserito all’interno di un contenitore che è dotato di mezzi per l’applicazione ad un oggetto da monitorare, tipicamente una superficie posteriore adesiva, e preferibilmente abbastanza flessibile da adattarsi ad oggetti di forma diversa pur mantenendo un volume interno libero sufficiente a consentire lo spostamento degli elementi 1 e 2.

Tale struttura ad etichetta svolge una funzione di contenimento del sistema termosensibile nonché una funzione di segnalazione visiva attraverso la collocazione di un’opportuna finestra trasparente 5 sulla sua superficie in corrispondenza del vincolo del sistema termosensibile. Poiché tale finestra 5 è ricavata in corrispondenza della posizione originale dell’incavo 3 che realizza il vincolo tra l’elemento a memoria di forma 1 e l’elemento di carico 2, essa consente di correlare la visibilità di detto incavo 3 con il mantenimento della temperatura al di sopra della soglia critica Tce quindi in assenza di transizione di fase dell’elemento a memoria di forma 1. Quando invece tale transizione avviene gli elementi 1, 2 assumono le posizioni illustrate in Fig.lb e quindi non sono più visibili attraverso la finestra 5, come mostrato in Fig.2b.

Viceversa, come mostrato nelle Figg.3 e 4, è possibile prevedere altre forme realizzative dell’etichetta in accordo alla presente invenzione in cui il posizionamento della finestra 5 è in corrispondenza della posizione di disimpegno di uno dei due elementi 1, 2 raggiunta in seguito alla transizione di fase causata dall’esposizione ad una temperatura inferiore alla temperatura di soglia critica Tc.Specificamente, nella seconda forma realizzativa di Fig.3 l’etichetta 30 prevede la finestra 5 posizionata in corrispondenza della posizione di disimpegno dell’elemento di carico 2, mentre nella terza forma realizzativa di Fig.4 l’etichetta 40 prevede la finestra 5 posizionata in corrispondenza della posizione di disimpegno dell’elemento a memoria di forma 1 (ovviamente l’etichetta può comprendere anche due finestre 5 in corrispondenza di entrambe le suddette posizioni di disimpegno).

In questo caso quindi la visibilità dell’elemento 1 e/o 2 corrisponde, diversamente dalla soluzione precedente, ad una situazione di allerta per il responsabile del trasporto dell’oggetto monitorato così come per l’utente finale cui esso è destinato. In entrambe le soluzioni è possibile prevedere altri mezzi di visualizzazione attraverso l’utilizzo di opportuni elementi indicatori (quali ad esempio elementi colorati) in varianti strutturali che consentano di rendere visualizzabile lo stato di sicurezza o allerta per l’oggetto monitorato, ovvero dell’ avvenuto mantenimento della temperatura al di sopra della soglia critica Tcoppure l’ avvenuta mancanza di questa condizione.

L’invenzione prevede, nella sua forma realizzativa preferita, che l’elemento a memoria di forma sia costituito da una lega SMA selezionata tra le comuni leghe SMA, tra le quali particolarmente preferite risultano quelle a base di nickel e titanio, comunemente note come Nitinol. Per quanto riguarda le sue caratteristiche dimensionali, risulta preferito l’impiego di fili di lunghezza compresa tra 1 e 30 mm, preferibilmente tra 2 e 20 mm. Inoltre il diametro di detto filo SMA risulta preferibilmente compreso tra 25 e 500 pm. L’elemento di carico 2 è invece realizzato preferibilmente con un filo di lunghezza compresa tra 4 e 30 mm, preferibilmente tra 4 e 20 mm, ed avente un diametro preferibilmente compreso tra 25 e 500 pm.

L’etichetta oggetto dell’invenzione può essere facilmente integrata con i sistemi RFID quando l’elemento SMA e l’elemento di carico sono realizzati in materiale elettricamente conduttivo. Infatti in tal caso le loro estremità non interessate dal vincolo reciproco e posizionate in corrispondenza del perimetro dell’etichetta possono essere utilizzate come contatti elettrici per chiudere un ramo di circuito elettrico connesso col sistema RFID, fornendo un segnale gestibile ed interpretabile da un microcircuito integrato (microchip).

In condizione di sicurezza, ossia fino a quando la temperatura rimane al di sopra della soglia critica Tc, il microcircuito sarà caratterizzato dalla chiusura elettrica del ramo di circuito comprendente l’elemento SMA e l’elemento di carico che risulteranno posti in serie. Al contrario, nel momento in cui si verificasse l’esposizione ad una temperatura al di sotto di detta soglia, questo circuito si aprirà fornendo in tempo reale l’informazione di stato di allerta al microcircuito a cui detto ramo elettrico è collegato.

Si noti che i contatti elettrici presenti nella zona perimetrale dell’etichetta ed integrabili con il microcircuito integrato possono essere di materiale conduttivo diverso da quello costituente gli elementi SMA e/o di carico, consentendo di ottenere detta integrazione attraverso le tradizionali tecniche utili allo scopo, quali ad esempio saldatura o crimpatura.

In un suo secondo aspetto, l’invenzione comprende un microcircuito RFID in cui sia integrata attraverso contatti elettrici un’etichetta termosensibile come sopra descritta.

Claims (10)

1. RIVENDICAZIONI 1. Etichetta termosensibile comprendente un contenitore dotato di mezzi per Γ applicazione ad un oggetto da monitorare, detto contenitore alloggiando almeno un sistema termosensibile composto da un elemento filiforme a memoria di forma (1) vincolato ad un elemento filiforme di carico (2), caratterizzata dal fatto che detto elemento filiforme di carico (2) è provvisto di un incavo (3), preferibilmente ricavato dalla piegatura su se stesso in corrispondenza di una sua estremità, in cui è inserita una delle estremità di detto elemento filiforme a memoria di forma (1) in modo tale che in caso di esposizione ad una temperatura inferiore ad una temperatura di soglia critica (Tc) prefissata l’elemento filiforme a memoria di forma (1) effettua una transizione di fase, da fase austenitica a fase martensitica, che ne provoca il disimpegno irreversibile dal vincolo costituito da detto incavo (3), mezzi di visualizzazione essendo previsti per visualizzare detta condizione di disimpegno.
2. 2. Etichetta termosensibile secondo la rivendicazione 1, in cui detto elemento filiforme a memoria di forma (1) è costituito da un filo in lega a memoria di forma.
3. 3. Etichetta termosensibile secondo la rivendicazione 1 o 2, in cui detto elemento filiforme a memoria di forma (1) ha una lunghezza compresa tra 1 e 30 mm, preferibilmente tra 2 e 20 mm.
4. 4. Etichetta termosensibile secondo una delle rivendicazioni precedenti, in cui detto elemento filiforme a memoria di forma (1) e detto elemento filiforme di carico (2) sono realizzati in un materiale elettricamente conduttivo.
5. 5. Etichetta termosensibile secondo una delle rivendicazioni precedenti, in cui detto elemento filiforme di carico (2) ha una lunghezza compresa tra 4 e 30 mm, preferibilmente tra 4 e 20 mm.
6. 6. Etichetta termosensibile secondo una delle rivendicazioni precedenti, in cui detto elemento filiforme a memoria di forma (1) e/o detto elemento filiforme di carico (2) ha un diametro compreso tra 25 e 500 pm.
7. 7. Etichetta termosensibile secondo una delle rivendicazioni precedenti, in cui i mezzi di visualizzazione consistono in una finestra trasparente (5) ricavata nel contenitore in corrispondenza della posizione assunta dall’incavo (3) quando i due elementi filiformi (1, 2) sono vincolati tra loro.
8. 8. Etichetta termosensibile secondo una delle rivendicazioni precedenti, in cui i mezzi di visualizzazione consistono in almeno una finestra trasparente (5) ricavata nel contenitore in corrispondenza della posizione di disimpegno di uno dei due elementi filiformi (1, 2) raggiunta in seguito alla transizione di fase dell’elemento filiforme a memoria di forma (1).
9. 9. Etichetta termosensibile secondo una delle rivendicazioni precedenti, in cui il contenitore alloggia una pluralità di sistemi termosensibili ed è provvisto di una pluralità di mezzi di visualizzazione atti a visualizzare rispettivamente la condizione di ciascuno di detti sistemi termosensibili.
10. 10. Microcircuito RFID comprendente una etichetta termosensibile secondo una delle rivendicazioni precedenti.