JP5562944B2 - 無線周波センサを有する使い捨て感知装置 - Google Patents
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Description
本発明は感知装置に関し、特に、バイオ処理構成要素において使用するための使い捨て感知装置に関する。
電波による個体識別（ＲＦＩＤ）タグは、物体（例えば、動物、衣類など）の自動識別並びに容器の無許可開放の検出に広く使用されている。従来の受動型ＲＦＩＤタグは低価格であることで注目されている。感知に適用される場合、ＲＦＩＤセンサはバッテリを必要とすることが多い。ＲＦＩＤセンサでバッテリを使用すると、センサは大型になり且つセンサの動作に多くの電力を必要とする。これにより、ＲＦＩＤセンサの受動型センサとしての利点は損なわれる。
通常、医薬品製造装置では、医薬品の１バッチを製造し終わるたびに装置全体を洗浄しなければならない。そのような製造装置は巨大であるため、洗浄に際して大量の水が必要である。加えて、汚染の危険も高いので、蒸気を使用して装置は滅菌される。そのため、蒸気滅菌に使用される蒸気を発生するための別の装置が必要になる。従って、１回分の製造量が少ない場合、大規模な洗浄を必要とする大型の製造装置を使用することは経済的とは言いがたい。従って、小型バイオ処理装置が望ましい。さらに、装置の洗浄を回避するために、小規模な使い捨て装置を実現することが望ましい。そのような使い捨て装置を動作させ且つ制御するためには、使い捨てセンサが必要である。
従って、そのような使い捨てシステムと共に使用するためのセンサ構体を提供することが望ましいだろう。
一実施形態では、容器内部の１つ以上の状態を感知する感知装置が提供される。感知装置は、無線周波センサと、容器の内部に対して動作可能に近接するようにセンサを位置決めする支持体と、センサと動作可能に関連するピックアップコイルとを備える。
別の実施形態では、使い捨て容器内部の１つ以上の状態を感知する感知装置が提供される。感知装置は、前校正される無線周波センサと、センサと動作可能に関連するピックアップコイルと、センサ及びピックアップコイルを互いに対して動作可能に近接するように位置決めする支持体とを備える。
さらに別の実施形態では、容器内部の１つ以上の状態を感知する感知装置が提供される。感知装置は、無線周波センサと、容器の内部に対して動作可能に近接するようにセンサを位置決めする支持体と、センサと動作可能に関連するピックアップコイルと、容器に固定され、ピックアップコイルが直接固定されるか又は間接的に固定される固定要素とを備える。
別の実施形態では、容器内部の１つ以上の状態を感知する感知装置を有するシステムが提供される。感知装置は、無線周波センサと、容器の内部に対して動作可能に近接するようにセンサを位置決めする支持体と、センサと動作可能に関連するピックアップコイルとを備える。
本発明の上記の特徴、態様及び利点並びに他の特徴、態様及び利点は、添付の図面を参照して以下の詳細な説明を読むことによりさらによく理解されるだろう。図面中、同じ図中符号は一貫して同じ部分を示す。
図１は、メモリチップ及びアンテナを有するセンサを示す概略図である。
図２は、ピックアップコイルを固定する固定要素の一実施例を示す斜視図である。
図３は、無線周波センサを有する支持体の一実施例を示す斜視図である。
図４は、図２及び図３にそれぞれ示す固定要素及び支持体を使用する感知装置の構体を示す斜視図である。
図５は、図４の感知装置を使用する容器を示す斜視図である。
図６は、支持体に配設されるように構成されたピックアップコイルの一実施例を示す側面図である。
図７は、無線周波センサを有する支持体の一実施例を示す側面図である。
図８は、図６及び図７にそれぞれ示すピックアップコイル及び支持体を使用する感知装置の構体を示す側面図である。
図９は、容器内部で感知装置を使用することと関連するステップを示すフローチャートである。
図１０は、容器内部で感知装置を使用することと関連するステップを示すフローチャートである。
図１１は、感知装置の構体を示す横断面図である。
図１２は、センサとピックアップコイルとの離間距離の変化に関するセンサパラメータの変化を示すグラフである。
図１３は、可撓性膜を使用した場合と非可撓性膜を使用した場合のセンサのＺｐパラメータの変化を示すグラフである。
図１４は、０〜２０ｐｓｉの圧力変化に対するＲＦＩＤ圧力センサの応答を示すグラフである。
本明細書において、容器内部の１つ以上の状態を感知する感知装置が説明される。ある特定の実施形態では、感知装置の少なくとも一部は実質的に使い捨てであってもよい。ある特定の実施形態では、感知装置は、無線周波センサと、容器の内部に対して動作可能に近接するようにセンサを位置決めする支持体と、センサから信号をピックアップするためにセンサと動作可能に関連するピックアップコイルとを含む。いくつかの実施形態では、ピックアップコイルは支持体に配設されてもよい。他の実施形態では、センサと動作可能に関連するようにピックアップコイルを固定するために固定要素が使用されてもよい。ピックアップコイルは、無線周波信号を送受信するために使用される。
ある特定の実施形態では、センサは、物理的状態、生物学的状態又は化学的状態を含む１つ以上の状態を感知するように構成される。感知装置は、容器内部の所望のパラメータに対して定量的応答を示してもよい。例えば、導電率測定値、ｐＨレベル、温度、血液関連測定値、イオン測定値、非イオン測定値、非導電率測定値、電磁放射レベル測定値、圧力、蒸気濃度、生物物質濃度及び典型的な流体（溶液又は気体）から測定しうる他の種類の測定値などの関心環境パラメータの大きさを監視するために感知装置は使用されてもよい。尚、監視されるパラメータはここで挙げた種類に限定されない。例えば、動作中又は動作後の使い捨てバイオ処理構成要素内部のパラメータを監視するために、構成要素と関連させて感知装置が使用されてもよい。
１つ以上の限定的ではない実施例において、容器は、使い捨て容器、バイオリアクタ、ステンレス鋼容器、プラスチック容器、ポリマー材料容器又は前滅菌ポリマー材料容器であってもよい。さらに、容器は種々の大きさ及び形状であってもよく、例えば、極細流路、ペトリ皿、グローブボックス、フード又はポリ袋であってもよい。容器は所定の形状を有してもよいが、所定の形状でなくてもよい。ある特定の実施形態では、容器は使い捨てバイオ処理構成要素である。バイオ処理構成要素は、使い捨て保存袋、使い捨て容器、製品移送配管、フィルタ、コネクタ、弁、ポンプ、バイオリアクタ、分離塔、ミキサ又は遠心分離機であるが、それらに限定されない。一実施例において、使い捨て容器又は使い捨て袋はプラスチック製であってもよい。使い捨て容器は、無線周波センサ及びピックアップコイルを挿入するためのポートを具備してもよい。一実施形態では、センサ及びピックアップコイルは、同一のポートを使用して容器に挿入されてもよい。他の実施形態では、センサ及びピックアップコイルは、それぞれ別のポートを使用して容器に挿入されてもよい。一実施形態では、支持体は使い捨てであってもよい。
一実施形態では、無線周波センサは電波による個体識別（ＲＦＩＤ）タグである。無線周波センサとして多種多様な市販のタグが適用されてもよい。タグは、約１２５ｋＨｚ〜約２．４ＧＨｚの範囲の種々の周波数で動作する。適切なタグは、Ｔｅｘａｓ Ｉｎｓｔｒｕｍｅｎｔｓ、ＴａｇＳｙｓ、Ｄｉｇｉ Ｋｅｙ、富士通、Ａｍｔｅｌ、日立などの様々な供給業者及び販売業者から入手可能である。適切なタグは、受動モード、半受動モード及び能動モードで動作可能である。受動型ＲＦＩＤタグは、タグを動作させるための電源（例えば、バッテリ）を必要としないが、半受動型ＲＦＩＤタグ及び能動型ＲＦＩＤタグは、搭載されている電源に依存して動作する。ＲＦＩＤタグは、デジタルＩＤを有し且つ実部及び虚部を含む複素インピーダンスとしてＲＦＩＤタグのアンテナ回路の周波数応答を測定可能である。タグには感知膜又は保護膜が塗布され、複素インピーダンスは、膜の塗布により形成されるセンサに近接する周囲環境の関数として測定される。そのようなセンサは、名称「Ｃｈｅｍｉｃａｌ ａｎｄ ｂｉｏｌｏｇｉｃａｌ ｓｅｎｓｏｒｓ， ｓｙｓｔｅｍｓ ａｎｄ ｍｅｔｈｏｄｓ ｂａｓｅｄ ｏｎ ｒａｄｉｏ ｆｒｅｑｕｅｎｃｙ ｉｄｅｎｔｉｆｉｃａｔｉｏｎ」の米国特許出願第１１／２５９７１０及び米国特許出願第１１／２５９７１１号に記載されるように製造される。また、ＲＦＩＤタグは、信号を受信し、増幅し且つ異なる周波数で信号を再送信する自動装置であるトランスポンダであってもよい。さらに、ＲＦＩＤは、事前定義済み受信信号に応答して所定のメッセージを送信する別の種類のトランスポンダであってもよい。このＲＦＩＤタグは、援用によって本明細書の内容の一部をなす２００５年１０月２６日出願、名称「Ｍｏｄｉｆｉｅｄ ＦＲ Ｔａｇｓ ａｎｄ ｔｈｅｉｒ Ａｐｐｌｉｃａｔｉｏｎｓ ｆｏｒ Ｍｕｌｔｉｐｌｅｘｅｄ Ｄｅｔｅｃｔｉｏｎ」の米国特許出願第１１／２５９７１０号及び２００５年１０月２６日出願、及び名称「Ｍｕｌｔｉｖａｒｉａｔｅ Ｍｅｔｈｏｄｓ ｏｆ Ｃｈｅｍｉｃａｌ ａｎｄ Ｂｉｏｌｏｇｉｃａｌ Ｄｅｔｅｃｔｉｏｎ Ｕｓｉｎｇ Ｒａｄｉｏ−Ｆｒｅｑｕｅｎｃｙ Ｉｄｅｎｔｉｆｉｃａｔｉｏｎ Ｔａｇｓ」の米国特許出願第１１／２５９７１１号に開示されたタグのうち１つ以上を具備してもよいが、それに限定されない。一実施形態では、タグは、タグと関連するメモリチップへのアナログ入力端子を有する。一実施形態では、ＲＦＩＤタグのメモリチップのアナログ入力端子に別の化学センサ、生物センサ又は物理センサが接続される。別の実施形態では、少なくとも１つの化学センサ、生物センサ又は物理センサは、ＲＦＩＤタグのメモリチップの一体の部分であり、その場合、タグのセンサ部分は、メモリチップ自体の製造工程中に製造されている。ＲＦＩＤタグのメモリチップは、周知の集積回路製造方法及び有機電子素子製造方法を使用して製造される。
一実施形態では、センサは使い捨てであってもよい。この実施形態では、センサ及び／又は支持体は、所定の処理容器の取り外し可能な構成要素であってもよい。センサ及び支持体が使用される用途及び環境に応じて、センサ及び／又は支持体は廃棄されてもよいが、再利用されてもよい。支持体はプラスチック、ポリマー、金属、金属複合材料又はセラミックから製造されてもよいが、材料はそれらに限定されない。
従来のＲＦＩＤタグはγ線放射に対する耐性を有していない。すなわち、γ線放射に暴露された場合、タグに格納されている情報は完全に又は一部失われるか、あるいは情報が監視中のパラメータの真正表現ではなくなるほど変形されてしまうという望ましくない事態が起こる。従って、γ線による滅菌を必要とする機器構成でそのようなタグを使用するのは難しい。一実施形態では、医薬品処理に必要とされる程度（２５〜５０ｋＧｙ）までγ線放射による無線周波センサの滅菌が可能である。すなわち、センサは、γ線放射に暴露された後でもパラメータを感知可能である。一実施形態では、センサとしての機能に致命的な損傷を受けることなく、ＲＦＩＤタグ自体がγ線放射に耐えることができる。
ある特定の実施形態では、無線周波センサは支持体にセンサが位置決めされる前に事前に校正される。ある特定の実施形態では、センサは再校正又は有効化がさらに必要になった場合に支持体から取り外されるように構成される。センサは容器内での動作中又は動作後に再校正されてもよい。一実施形態では、再校正後、センサはプロセス監視のために支持体に戻されてもよい。しかし、感知装置が使い捨て構成要素として使用される別の実施形態では、センサが取り外された後、センサを再び構成要素に戻すことは望まれない場合もある。「使い捨て構成要素」という用語は、使用後に廃棄されるか又は再利用のために再調整される製造機器又は監視機器をいう。一実施形態では、センサはインライン製造の監視及び制御を容易にするために使用されてもよい。
ある特定の実施形態では、センサ及び／又は感知装置とその周囲の任意の金属との間にフェライト材料の薄い層が配設される。その結果、センサへの問合せのために使用される電磁束は周囲の金属によって減衰されないので、感知装置は金属面上で動作可能になる。さらに、感知装置は金属層を含んでもよい。金属層はフェライト材料の上に配設されてもよい。援用によって本明細書の内容の一部をなす２００７年１２月７日出願、名称「Ｒａｄｉｏ Ｆｒｅｑｕｅｎｃｙ Ｓｅｎｓｏｒ Ｃｉｒｃｕｉｔｒｙ Ｂａｓｅｄ Ｓｅｎｓｉｎｇ Ｄｅｖｉｃｅ」の米国特許出願第１１／９５２６７１号に開示されているように、金属層は、感知装置の周囲に存在する電磁界を減少するか又は少なくとも部分的に消滅してもよい。さらに、いくつかの実施形態では、金属層は感知膜として作用するように構成される。例えば、金属層は、検体と相互に作用した場合に１つ又は２つの検出可能な特性を変化させるような金属層であってもよい。感知装置は、無線周波センサ上に配設された感知材料又は感知膜をさらに含んでもよい。本明細書において使用される場合の用語「感知材料及び感知膜」は、センサ上に堆積され且つ周囲環境と相互に作用した場合に予測性及び再現性をもってセンサ応答に影響を及ぼす機能を実行する材料をいう。典型的なセンサ膜は、浸漬される溶液１０１ａに基づいて電気的特性を変化させるポリマー膜、有機膜、無機膜、生物膜、複合膜又はナノ複合膜を含んでもよい。センサ膜は、ポリ（２−ヒドロキシエチルメタクリレート）などのヒドロゲル、Ｎａｆｉｏｎなどのスルホン化ポリマー、シリコーン接着剤などの接着性ポリマー、ゾル−ゲル膜などの無機膜、カーボンブラック−ポリイソブチレン膜などの複合膜、カーボンナノチューブ−Ｎａｆｉｏｎ膜、金ナノ粒子−ヒドロゲル膜、電界紡糸ポリマーナノファイバ、金属ナノ粒子水素膜電界紡糸無機ナノファイバ、電界紡糸複合ナノファイバなどのナノ複合膜及び他の任意のセンサ材料であってもよいが、それらに限定されない。
ピックアップコイルが固定要素に固定される実施形態では、ピックアップコイルは固定要素の面に直接配置されてもよい。あるいは、ピックアップコイルは固定要素に間接的に結合されてもよい。例えば、固定要素に装着されたホルダにピックアップコイルが結合されてもよい。この場合、ホルダは必要に応じてプックアップコイルを解放可能である。一実施形態では、固定要素はインサートの形態であってもよく、インサートは支持体に対して出入りするように構成される。別の実施形態では、構成要素は、支持体にねじ留めされるように構成されたキャップの形であってもよい。例えば、キャップ及び支持体は、キャップを支持体にねじ留めできるように係合するねじ山を有してもよい。別の実施形態では、固定要素は支持体と嵌合する差込み口を有するキャップの形であってもよい。一実施形態では、固定要素はプラスチック材料から製造されてもよく且つ実質的に使い捨てであってもよい。別の実施形態では、ピックアップコイルは実質的に再利用可能であってもよい。例えば、ピックアップコイルは、金属製であるか又は効率及び／又は経済的な面を考慮して再利用可能であるのが好ましい金属材料から製造されてもよい。
用途に応じて、センサ及び／又はピックアップコイルは、容器に永久的に装着されてもよいが、取り外し可能に容器に装着されてもよい。例えば、動作後にセンサ及び／又はピックアップコイルの再校正を必要とする用途の場合、センサ及び／又はピックアップコイルは取り外し可能に容器に装着されてもよい。これに対し、使い捨ての用途の場合、センサ及び／又はピックアップコイルは永久的に容器に固定されてもよい。センサが取り外し可能に容器に装着される実施形態では、使用後、校正後及び／又は有効化後に、センサを支持体から取り外すか、あるいはセンサを支持体から取り外し、その後にセンサを再び支持体に固定することが可能である。例えば、動作後、校正のためにセンサが支持体から取り外され、その後、容器内でさらに動作させるためにセンサが支持体に戻されてもよい。一実施形態では、センサは支持体に配設される前に校正されてもよい。さらに、動作後にセンサが支持体から取り外され、再校正され、支持体に再び挿入されてもよい。同様に、いくつかの実施形態では、使用後、校正後及び／又は有効化後に、ピックアップコイルは固定要素から取り外され、その後に固定要素に再び固定されてもよい。従って、支持体及び／又は固定要素は容器に取り外し可能に装着されてもよい。
ピックアップコイルは製造されてもよいが、在庫品から購入されてもよい。ピックアップコイルが製造される実施形態では、ピックアップコイルは、リソグラフィ、マスキング、ループ形態の金属ワイヤ形成又は集積回路製造処理などの標準的な製造技術を使用して製造されてもよい。例えば、銅被覆積層構造のフォトリソグラフィックエッチング又は型への銅線の巻き付けを使用してピックアップコイルは製造されてもよい。
ある特定の実施形態では、センサ及びピックアップコイルは好適な幾何学構成で同時に支持体に配置される。一実施形態では、センサ及びピックアップコイルは１つのプラスチック基板の上に製造される。この実施形態では、センサとピックアップコイルとの間の相互インダクタンスはほぼ同一のままであり且つ変化させることが物理的に難しいので、支持体により支持されているセンサ及びピックアップコイルの幾何学構成を使い捨て構成要素に配設する前に実行されるセンサの前校正が容易になる。別の実施形態では、センサとピックアップコイルとの間の相互インダクタンスが一定になり且つ判定される動作状態に応じて相互インダクタンスが変化せず、それによりセンサの前校正及び動作が容易になるように、センサ及びピックアップコイルは１枚の材料から製造される。
センサ及びピックアップコイルが同時に配置される実施形態では、ピックアップコイルは、ピックアップコイルへの定期的な電気接続を実現するためのコネクタを使用する。例えば、コネクタは金めっきピンなどの標準電子コネクタを含んでもよい。ピックアップコイルは種々の方法で支持体に装着されてもよい。例えば、接着剤を使用するか、ピックアップコイルを支持体と共に成形するか又はねじを使用してピックアップコイルを支持体に固着することにより、ピックアップコイルは支持体に装着されてもよい。あるいは、ピックアップコイルが支持体のホルダに載ることができるように、支持体にホルダが設けられてもよい。
一実施形態では、同時に配置されるセンサ及びピックアップコイルは、ピックアップコイルに対向するセンサの面に配設された感知膜を有してもよい。例えば、ｐＨ感知、グルコース感知、二酸化炭素感知、酸素感知、圧力感知、温度感知及びγ線放射感知などに感知膜が使用されてもよいが、それらの用途に限定されない。
図１に示すように、センサ１はアンテナ２及びメモリチップ５を含む。アンテナの端部３及び４は、導体媒体（導体ワイヤ、導体条片又は導体ケーブルなど）を使用して、導体媒体が交差するアンテナの他の領域では導体媒体が電気的に短絡しないように電気的に接続される。チップ５は情報を格納するために使用される。チップ５はリーダ／ライタにより送信される無線周波信号により起動される。センサ１のアンテナ２は信号を送受信する。アンテナ２により送信される信号はピックアップコイル又はリーダ６によりピックアップされ、ピックアップコイル６はそれらの信号を感知装置から送出する。センサ１及びピックアップコイル６は互いに動作可能に近接するように配置される。一実施例において、センサ１及びピックアップコイル６は、誘導結合接続又は物理的電気接続を介して結合されてもよい。ピックアップコイルが固定要素に配設される実施形態では、支持体及び固定要素のうち一方又はその双方で電気接続がなされてもよい。あるいは、別の実施形態では、センサ１及びピックアップコイル６は電気接点を介して結合されなくてもよい。この実施形態では、センサ１及びピックアップコイル６は無線通信するように構成されてもよい。
図２に示すように、インサート１０は、インサート１０の第１の端部１４に配設されたピックアップコイル１２を含んでもよい。一実施形態では、ピックアップコイル１２は、インサートの第１の端部１４の面に直接配設されてもよいが、間接的に配設されてもよい。一実施形態では、ピックアップコイル１２は使い捨てでなくてもよい。インサート１０の第２の端部１６は、第１の端部１４より相対的に幅広であってもよい。第２の端部１６の寸法を大きくすることにより、第２の端部１６は、支持体２０へのインサート１０の進入を制限するための機械的ストッパとして機能してもよい。例えば、図３及び図４に示すように、支持体２０はインサート１０を受け入れるための空胴２２を有する。図示した実施形態は円形の横断面を有するインサート１０及び支持体２０のみを示すが、他の幾何学形状の横断面を有するインサート１０及び支持体２０が使用されてもよい。支持体２０は、容器への支持体の挿入長さを所定の長さに制限するための機械的ストッパとして機能するフランジ２４をさらに備える。無線周波センサ２６は支持体２０の第１の端部２８に結合される。フランジ２４と支持体２０の第１の端部２８との離間距離３２は、感知装置３４が使用される容器の大きさ及び種類に応じて変更されてもよい。例えば、小型の容器の場合、センサ２６はフランジ２４に近接してもよく、容器が大型になれば、センサ２６はフランジ２４からさらに離間されてもよい。図示したように、支持体２０の第２の端部３０は、固定要素、例えばインサート１０を受け入れるように構成される。２方向矢印３２は、容器（図示せず）内部のパラメータを監視する場合にインサート１０が支持体２０の中に挿入されてもよく、後に測定が終了した後、インサート１０が支持体２０から取り出されてもよいことを示す。言い換えれば、インサート１０は支持体２０に取り出し可能に配設されてもよい。
図５に示すように、容器４０は一定の形状を有するが、容器は可撓性で変形自在であってもよい。容器４０はプラスチック材料から製造されてもよく且つ実質的に使い捨てであってもよい。容器４０の一部に溶液４２が満たされ、溶液４２は、液体、流体又は気体、個体、ペースト又は液体と固体の組み合わせのいずれかであってもよい。例えば、溶液４２は、水、生物緩衝液、血液又は気体であってもよい。図示した実施形態では、容器４０は、センサ４７を収納する支持体４６及びピックアップコイル４９を収納するインサート４８を挿入するための１つのポート４４を有する。
図６は、電気コネクタ５２を有するピックアップコイル５０を示す側面図である。コネクタ５２は、ネットワークアナライザ及びリーダ／ライタにピックアップコイルを接続するために使用される。図７は、第１の端部５５及び第２の端部５６を有する支持体５４を示す側面図である。第２の端部５６は無線周波センサ５８を受け入れるように構成され、第１の端部５５はコネクタ５２を有するピックアップコイル５０を受け入れるように構成される。図８に示すように、ピックアップコイル５０は、感知装置６０を形成するために支持体５４に配設される。
図９は、感知装置を形成するために無線周波センサが支持体に配設され且つピックアップコイルが固定要素に配設される感知装置３４（図４を参照）のような感知装置を有する容器の動作を示すフローチャート６０である。ブロック６２において、センサは支持体に配設される。ブロック６４において、支持体に配設されたセンサは校正される。次に、前校正されたセンサを有する支持体は容器に結合される（ブロック６６）。例えば、支持体は支持体を受け入れるように設計された容器の開口に固定されてもよい。支持体は容器に取り外し可能に固定される。ブロック６８において、センサを有する容器は滅菌されてもよい。例えば、容器はセンサと共に滅菌のためにγ線放射に暴露される。次に、センサ及びピックアップコイルが互いに動作可能に近接するように、ピックアップコイルを有する固定要素が支持体に配設される（ブロック７０）。ブロック７２において、容器内部で動作が実行される。例えば、バイオ処理構成要素の場合、処理が実行される。ブロック７４〜７８は、容器内部で動作が実行された後に感知装置の再校正又は有効化が必要になった場合に実行されてもよい任意のステップを示す。ステップ７４において、センサを有する支持体は容器から取り外される。次に、ブロック７６において、センサは再校正され、その後、支持体は容器に再び装着され（ブロック７８）、さらに使用される。
図１０は、感知装置を形成するために無線周波センサ及びピックアップコイルの双方が支持体に配設される感知装置６０（図８を参照）のような感知装置を有する容器の動作を示すフローチャート７９である。ブロック８０において、センサは支持体に配設される。ブロック８１において、感知装置を形成するために、センサを有する支持体にピックアップコイルが配設される。ブロック８２において、センサ及びピックアップコイルを含む感知装置は校正される。次に、感知装置は容器に結合される（ブロック８３）。一実施形態では、感知装置は容器に取り外し可能に固定される。ブロック８５において、感知装置を有する容器は、例えば、γ線放射を使用することにより滅菌される。ブロック８７において、容器内部で動作が実行される。ブロック８９において、感知装置、すなわち、センサ及びピックアップコイルを有する支持体は容器から取り外される。次に、ブロック９１において、センサ及びピックアップコイルは再校正され、その後、支持体は容器に再び装着され（ブロック９３）、さらに使用される。
ＬａｂＶＩＥＷを使用するコンピュータ制御の下で、ネットワークアナライザ（Ａｇｉｌｅｎｔ Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｉｅｓ社（米国カリフォルニア州サンタクララ））を使用してＲＦＩＤセンサの複素インピーダンスの測定を実行した。関心範囲の周波数（通常は〜１０ＭＨｚの走査範囲で１３ＭＨｚを中心とする周波数）を走査し且つＲＦＩＤセンサからの複素インピーダンス応答を収集するためにアナライザを使用した。Ｅｘｃｅｌ（Ｍｉｃｒｏｓｏｆｔ社（米国ワシントン州シアトル））又はＫａｌｅｉｄａＧｒａｆｐｈ（Ｓｙｎｅｒｇｙ Ｓｏｆｔｗａｒｅ社（米国ペンシルバニア州リーディング））及びＭｉｔｌａｂ（Ｔｈｅ Ｍａｔｈｗｏｒｋｓ社（米国マサチューセッツ州ネイティック））によって動作されるＰＬＳ＿Ｔｏｏｌｂｏｘ（Ｅｉｇｅｎｖｅｃｔｏｒ Ｒｅｓｅａｒｃｈ，社（米国ワシントン州マンソン））を使用して、収集された複素インピーダンスデータを解析した。以下に示す実施例で提示されるデータは、複素インピーダンスの実部の大きさである収集センサ応答Ｚｐを示す。
ハンドヘルドＳｋｙｅＴｅｋリーダ及びＳｋｙｅＴｅｃコンピュータ制御（ＬａｂＶｉｅｗ使用）リーダ（Ｍｏｄｅｌ Ｍ−１、ＳｋｙｅＴｅｃ社（米国コロラド州ウェストミンスター））をそれぞれ含むいくつかのＲＦＩＤリーダ及びコンピュータ制御マルチスタンダードＲＦＩＤリーダ／ライタ評価モジュール（Ｍｏｄｅｌ ＴＲＦ７９６０ Ｅｖａｌｕａｔｉｏｎ Ｍｏｄｕｌｅ、Ｔｅｘａｓ Ｉｎｓｔｒｕｍｅｎｔｓ）を使用して、ＲＦＩＤセンサのメモリマイクロチップからのデジタルＩＤ読み取りを実行した。
実施例１：センサとピックアップコイルとの離間距離の変化の影響
再利用可能な固定要素に配設されたピックアップコイルの基本概念を評価するための機器構成の一例が図１１に示す。支持体８４はその一端に配設された無線周波センサ８６を備える。ピックアップコイル９０を収納するか又は他の方法により支持する固定要素８８は、支持体８４への挿入及び引き出しが可能であるように構成される。あるいは、ピックアップコイルは、支持体に締め付け固定されるか、支持体にねじ留めされるか又は支持体と嵌合する差込み口を有するように構成される。矢印９２は、支持体８４の中で固定要素８８が動くことができる距離を示す。本実施例において、センサ８６とピックアップコイル９０との離間距離は定期的に変更されてもよい。図１２のグラフは、横軸９４に時間の経過を示し、縦軸９６にセンサ応答のＺｐパラメータを示す。センサ８６とピックアップコイル９６との離間距離が変更された時間周期は、破線９８で示す。点１００は、時間の経過に伴うセンサ８６とピックアップコイル９０との離間距離の変化によるセンサの応答を示す。ピックアップコイル９０の位置を制御下で調整した結果、センサ８６の相対信号変化は０．１％で、無視してよいほど小さかった。
再利用可能な固定要素に配設されたピックアップコイルの基本概念を評価するための機器構成の一例が図１１に示す。支持体８４はその一端に配設された無線周波センサ８６を備える。ピックアップコイル９０を収納するか又は他の方法により支持する固定要素８８は、支持体８４への挿入及び引き出しが可能であるように構成される。あるいは、ピックアップコイルは、支持体に締め付け固定されるか、支持体にねじ留めされるか又は支持体と嵌合する差込み口を有するように構成される。矢印９２は、支持体８４の中で固定要素８８が動くことができる距離を示す。本実施例において、センサ８６とピックアップコイル９０との離間距離は定期的に変更されてもよい。図１２のグラフは、横軸９４に時間の経過を示し、縦軸９６にセンサ応答のＺｐパラメータを示す。センサ８６とピックアップコイル９６との離間距離が変更された時間周期は、破線９８で示す。点１００は、時間の経過に伴うセンサ８６とピックアップコイル９０との離間距離の変化によるセンサの応答を示す。ピックアップコイル９０の位置を制御下で調整した結果、センサ８６の相対信号変化は０．１％で、無視してよいほど小さかった。
実施例２：圧力センサの動作
移送配管の構成要素に埋め込まれたインサートに、液体の圧力及び流量を測定するためのセンサが組み込まれる。図１３に示すように、ＲＦＩＤセンサを使用する圧力測定の場合、センサ、ピックアップコイル及び補助膜の結合を制御下で変化させる方法が使用された。
移送配管の構成要素に埋め込まれたインサートに、液体の圧力及び流量を測定するためのセンサが組み込まれる。図１３に示すように、ＲＦＩＤセンサを使用する圧力測定の場合、センサ、ピックアップコイル及び補助膜の結合を制御下で変化させる方法が使用された。
ＲＦＩＤセンサが可撓性ニトリル膜上に配置された場合のセンサとピックアップコイルとの結合の変化を監視することにより、圧力測定値が収集された。可撓性ではないシートの上にＲＦＩＤセンサを配置した場合、信号変化は検出不可能であったが、ニトリル基板上のセンサの応答は４０Ω／ｐｓｉであった。この短時間実験の場合、センサ応答の雑音のみを考慮に入れて計算された検出限界は０．１２ｐｓｉであった。これらの実験の結果は図１３及び図１４に示す。
図１３は、時間（横軸１０４）に関する圧力応答（縦軸１０２）を示すグラフである。図示した実施形態では、ピックアップコイルが固定されている場合のニトリル基板上のＲＦＩＤセンサの圧力応答（破線１０６）及びポリカーボネート基板上のＲＦＩＤセンサの圧力応答（実線１０８）が示される。基板が撓むことにより、センサ／ピックアップコイル間の距離変化の再現性は高くなり、その結果、センサ応答が変化する。剛性の高い基板（例えば、ポリカーボネート）では、与えられた圧力に対する変化は小さくなる。図１４は、グラフ１１４に示すように０〜２０ｐｓｉの圧力変化（横軸１１０）に対するセンサのパラメータＺｐの応答（縦軸１１２）を示すグラフである。
本発明のある特定の特徴のみを図示し且つ説明したが、当業者には多くの変形及び変更が明らかだろう。従って、添付の特許請求の範囲は、本発明の範囲内にあるそのような変形及び変更のすべてを含むことを意図すると理解すべきである。
１ センサ
２ アンテナ
３ 端部
４ 端部
５ メモリチップ
６ ピックアップコイル（リーダ）
１０ インサート
１２ ピックアップコイル
１４ 第１の端部
１６ 第２の端部
２０ 支持体
２２ 空胴
２４ フランジ
２６ 無線周波センサ
２８ 第１の端部
３０ 第２の端部
３２ 離間距離（２方向矢印）
３４ 感知装置
４０ 容器
４２ 溶液
４４ ポート
４６ 支持体
４７ センサ
４８ インサート
４９ ピックアップコイル
５０ ピックアップコイル
５２ コネクタ
５４ 支持体
５５ 第１の端部
５６ 第２の端部
５８ 無線周波センサ
６０ 感知装置
８４ 支持体
８６ 無線周波センサ
８８ 固定要素
９０ ピックアップコイル
２ アンテナ
３ 端部
４ 端部
５ メモリチップ
６ ピックアップコイル（リーダ）
１０ インサート
１２ ピックアップコイル
１４ 第１の端部
１６ 第２の端部
２０ 支持体
２２ 空胴
２４ フランジ
２６ 無線周波センサ
２８ 第１の端部
３０ 第２の端部
３２ 離間距離（２方向矢印）
３４ 感知装置
４０ 容器
４２ 溶液
４４ ポート
４６ 支持体
４７ センサ
４８ インサート
４９ ピックアップコイル
５０ ピックアップコイル
５２ コネクタ
５４ 支持体
５５ 第１の端部
５６ 第２の端部
５８ 無線周波センサ
６０ 感知装置
８４ 支持体
８６ 無線周波センサ
８８ 固定要素
９０ ピックアップコイル
Claims (8)
- 容器内部の１つ以上の状態を感知する感知装置（３４）であって、
無線周波センサ（２６）と、
前記容器の内部に対して動作可能に近接するように前記センサ（２６）を位置決めする支持体（２０）と、
前記センサ（２６）と動作可能に関連するピックアップコイル（１２）と、
前記センサに動作可能に近接するように前記ピックアップコイルを固定する固定要素（１０；４８；８８）と
を備えており、前記支持体（２６）が前記固定要素を（１０；４８；８８）を受け入れるように構成されている、感知装置（３４）。 - 前記ピックアップコイルが前記容器に取り外し可能に装着される、請求項１記載の感知装置（３４）。
- 前記センサが前記容器に取り外し可能に装着される、請求項１又は請求項２記載の感知装置（３４）。
- 前記無線周波センサが前校正される、請求項１乃至請求項３のいずれか１項記載の感知装置（３４）。
- 前記容器が使い捨てバイオ処理構成要素である、請求項１乃至請求項４のいずれか１項記載の感知装置（３４）。
- 前記無線周波センサがγ線放射滅菌可能である、請求項１乃至請求項５のいずれか１項記載の感知装置（３４）。
- 前記センサ及び前記ピックアップコイルの双方が前記支持体に配設される、請求項１記載の感知装置（３４）。
- 前記固定要素（１０）が前記容器に固定され、前記ピックアップコイル（１２）が前記固定要素（１０）に直接又は間接的に固定される、請求項１記載の感知装置（３４）。
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