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CN116034269A - 具有灭菌剂响应开关的灭菌指示器传感器 - Google Patents

具有灭菌剂响应开关的灭菌指示器传感器 Download PDF

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CN116034269A
CN116034269A CN202180052194.8A CN202180052194A CN116034269A CN 116034269 A CN116034269 A CN 116034269A CN 202180052194 A CN202180052194 A CN 202180052194A CN 116034269 A CN116034269 A CN 116034269A
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CN
China
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sensor device
sterilant
state
responsive switch
conductive polymer
Prior art date
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Pending
Application number
CN202180052194.8A
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English (en)
Inventor
夏文胜
景乃勇
G·马可·博马里托
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Shuwanuo Intellectual Property Co
Original Assignee
3M Innovative Properties Co
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Publication date
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    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01N—INVESTIGATING OR ANALYSING MATERIALS BY DETERMINING THEIR CHEMICAL OR PHYSICAL PROPERTIES
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    • G01N27/02—Investigating or analysing materials by the use of electric, electrochemical, or magnetic means by investigating impedance
    • G01N27/04—Investigating or analysing materials by the use of electric, electrochemical, or magnetic means by investigating impedance by investigating resistance
    • G01N27/12—Investigating or analysing materials by the use of electric, electrochemical, or magnetic means by investigating impedance by investigating resistance of a solid body in dependence upon absorption of a fluid; of a solid body in dependence upon reaction with a fluid, for detecting components in the fluid
    • G01N27/125—Composition of the body, e.g. the composition of its sensitive layer
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    • A—HUMAN NECESSITIES
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Abstract

一种传感器装置。该传感器装置包括灭菌剂响应开关，该灭菌剂响应开关包括：电路；导电聚合物，该导电聚合物具有第一状态和第二状态，以及聚合物粘结剂；并且其中灭菌剂响应开关在第一状态下连接电路，并且在第二状态下断开电路，并且其中导电聚合物在与灭菌剂接触时能够从处于第一状态转变为处于第二状态。

Description

具有灭菌剂响应开关的灭菌指示器传感器
背景技术
化学指示器广泛用于灭菌监测，以确保灭菌过程已经正确完成。由于来自再处理外科器械的潜在交叉污染，不合格或不充分的灭菌循环将使患者面临巨大风险。
传统化学指示器是基于某种灭菌剂存在时的比色变化以及该灭菌剂的运行条件(诸如灭菌温度和灭菌时间等)。例如，蒸汽指示器的颜色可从浅黄色变为黑色。另一种类型的化学指示器(诸如Bowie-Michael测试包)被设计用于检测灭菌器漏气或排气不足。
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。因此，非常需要一种更好的系统。
发明内容
传感器装置可以直接报告关于每个灭菌循环的合格/不合格信息，以避免任何主观的人眼颜色判断，从而减少错误。另外，化学指示器的数字化将把人们从手工记录和物理存储中解放出来。
在一个方面，本公开提供一种传感器装置，该传感器装置包括：灭菌剂响应开关，该灭菌剂响应开关包括：电路；导电聚合物，该导电聚合物具有第一状态和第二状态，以及聚合物粘结剂；并且其中灭菌剂响应开关在第一状态下连接电路，并且在第二状态下断开电路，并且其中导电聚合物在与灭菌剂接触时能够从处于第一状态转变为处于第二状态。
在另一方面，本公开提供了一种方法，该方法包括：提供本公开的传感器装置；在灭菌过程中将传感器装置暴露于灭菌剂；允许灭菌剂响应开关与灭菌剂反应，由此将灭菌剂响应开关从第一状态改变为第二状态。
在另一方面，本公开提供了一种系统，该系统包括：本公开的传感器装置；存储元件，该存储元件用于存储由传感器装置捕获的数据；以及感测装置，该感测装置被配置为询问传感器装置。
已总结了本公开的示例性实施方案的各个方面和优点。以上发明内容并不旨在描述本公开的每个例示的实施方案或每种实施方式。另外的特征和优点在随后的实施方案中公开。下面的附图和具体实施方式更具体地举例说明了使用本文所公开的原理的某些实施方案。
定义
对于以下给出定义的术语，除非基于以下定义中使用的术语的修改形式的具体引用，在权利要求中或在说明书中的其它地方提供了不同的定义，否则整个说明书、包括权利要求都应该以这些定义为准：
关于数值或形状的术语“约”或“大约”意指数值或性能或特性的+/-5％，但是也明确包括在数值或性能或特性的+/-5％内的任何窄范围以及精确的数值。例如，“约”100℃的温度是指从95℃到105℃的温度，但也明确地包括在该范围内的任何较窄的温度范围或甚至单个温度，包括例如精确为100℃的温度。例如，“约”1Pa-sec的粘度是指从0.95Pa-sec至1.05Pa-sec的粘度，但也明确地包括恰好1Pa-sec的粘度。类似地，“基本上正方形”的周边旨在描述具有四条侧棱的几何形状，其中每条侧棱的长度为任何其他侧棱的长度的95％至105％，但也包括其中每条侧棱恰好具有相同长度的几何形状。
关于特性或特征的术语“基本上”是指该特性或特征表现出的程度大于该特性或特征的相对面表现出的程度。例如，“基本上”透明的基底是指与不透射(例如，吸收和反射)相比透射更多辐射(例如，可见光)的基底。因此，透射多于50％的入射在其表面上的可见光的基底是基本上透明的，但透射50％或更少的入射在其表面上的可见光的基底不是基本上透明的。
术语“一个”、“一种”和“该/所述”包括多个指代物，除非本文内容另外明确指明。因此，例如，提及包含“一种化合物”的材料包括两种或更多种化合物的混合物。
“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。
“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。
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要素，或者所列要素中的任何两个或更多个要素的组合。
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。
附图说明
结合附图考虑到以下对本公开的各种实施方案的详细说明可以更全面地理解本公开，其中：
图1示出根据一个实施方案的灭菌指示器系统100。
图2A示出根据一个实施方案的灭菌指示器传感器200。
图2B示出根据一个实施方案的替代灭菌指示器传感器200。
图3示出在不同视角下的灭菌指示器传感器1300。
图4示出根据一个实施方案的方法1500。
虽然可能未按比例绘制的上述附图示出了本公开的各种实施方案，但还可以设想其他实施方案，如在具体实施方式中所指出。在所有情况下，本公开通过示例性实施方案的表示而非通过表达限制来描述当前公开的发明。应当理解，本领域的技术人员可想出许多其他修改和实施方案，这些修改和实施方案落在本公开的范围和实质内。
具体实施方式
在详细解释本公开的任何实施方案之前，应当理解在本申请中本发明不限于在下文描述中提及的部件的使用、构造和布置的细节。本发明容许其他实施方案并且容许以各种方式操作或进行，对于本领域的普通技术人员而言，在阅读本公开时，这些方式将变得显而易见。另外，应当理解，本文中所用的用语和术语均出于说明目的，并且不应被视为限制性的。本文中“包括”、“包含”或“具有”及其变型的使用意指涵盖其后所列举的项目及其等同形式以及附加的项目。应当理解，可利用其他实施方案，并且可在不脱离本公开范围的前提下，作出结构变化或逻辑变化。
除非另外指明，否则本说明书和实施方案中所使用的表达量或成分、特性测量等的所有数值在所有情况下均应理解成由术语“约”来修饰。因此，除非有相反的说明，否则在上述说明书和所附实施方案列表中示出的数值参数可根据本领域的技术人员利用本公开的教导内容寻求获得的期望特性而变化。最低程度上说，并且在不试图将等同原则的应用限制到受权利要求书保护的实施方案的范围内的情况下，每个数值参数应至少根据所报告的有效位数并通过应用惯常的四舍五入法来解释。
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导电聚合物材料形成。
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可以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，并且可包括但不限于暴露时间、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。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 Disinfection and Sterilization in HealthcareFacilities、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。传感器装置102可包括任何适当的电连接，以与检测和测量所产生的任何电信号的感测装置110通信。此类连接可包括但不限于硬连线、物理电触点(例如，弹簧加载或插孔)、以太网、蓝牙、802.11、无线局域网(WLAN)、WiFi、WiMAX等，或本领域已知的任何其它有线或无线通信类型。
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(Alien Technology)(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 Solutions Ltd)(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2A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也可包括监测环路220。监测环路220可包括灭菌剂响应开关208，该灭菌剂响应开关能够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进行电修改。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。
灭菌剂响应开关208可基于导电聚合材料或与各种部件(诸如环境变化受体204)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可包括电路206、具有第一状态和第二状态的导电聚合物以及聚合物粘结剂(统称为207)。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。在至少一个实施方案中，电路206可为集成电路。
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，导电聚合物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。
导电聚合物材料可以是具有半导电特性或能够在第一状态和第二状态之间切换的任何物质。换句话说，当与灭菌剂接触时，导电聚合物能够从处于第一状态转变为处于第二状态。在至少一个实施方案中，第一状态可以是具有第一阻抗的第一阻抗状态，第二状态可以是具有第二阻抗的第二阻抗状态，例如，具有介于绝缘体的电导率和金属的电导率之间的电导率的固体物质。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。阻抗状态可与导电聚合物材料的流动相反相关，并且包括导电聚合物材料的电阻以及电感和电容电抗的聚集。在至少一个实施方案中，第一状态可为非导电状态且第二状态可为导电状态，反之亦然。导电状态可以是掺杂的导电状态，并且非导电状态可以是导电聚合物的非导电还原形式或非导电氧化形式。在至少一个实施方案中，灭菌剂响应开关在第一状态下连接电路，并且在第二状态下断开电路。
导电聚合物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，电活性聚合物可具有以下的重复单元：苯胺、乙炔、吡咯、亚苯基、亚苯基亚乙烯基、亚苯基亚乙炔基、苯硫醚、芴、芘、薁、萘、咔唑、吲哚、噻吩、亚乙基二氧噻吩或它们的组合。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，导电聚合物材料为聚苯胺(PANI)，该聚苯胺可为三种氧化态中的一种氧化态(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。另外，当灭菌剂响应开关208与蒸汽或过氧化氢接触时，可通过还原反应将翠绿亚胺盐转变为非导电的还原态聚苯胺盐或全(苯胺黑)。当灭菌剂响应开关208与蒸汽或过氧化氢接触时，可通过去掺杂反应将导电聚合物转变为非导电聚合物。
聚合物粘结剂可包括任何合适的粘结剂，例如聚氨酯、聚乙烯醇缩丁醛、聚丙烯酸酯、聚乙酸乙烯酯、聚苯乙烯、聚苯乙烯丙烯酸酯、聚脲、聚酰亚胺、酰胺、环氧树脂、含缩水甘油基-Si-Zr的溶胶凝胶、聚酯、苯氧基树脂、聚硫化物或它们的混合物。使用聚合物粘结剂，还原的非导电PANI可以保持更长时间的非导电状态而不返回(至少一年)。令人惊奇地发现，在没有粘结剂的情况下，导电聚合物材料可从第一状态改变为第二状态，但是在没有粘结剂的情况下，第二状态是能够逆转的。例如，PANI可通过蒸汽灭菌被还原，但是没有粘结剂的PANI的氧化还原状态是能够逆转的，即非导电PANI可在空气中快速地逆转回导电PANI形式。除此之外，导电聚合物(例如PANI)可粘附在金属表面上，但是一旦它经过灭菌过程，还原的非导电PANI可容易地从金属表面剥离(剥落)。除此之外，当使用聚合物粘结剂时，固体膜中PANI的电导率可被显著提高，而无需醇洗涤。因此，当存在粘结剂时，醇洗涤是任选的，并且使用者可以节省成本和时间，而无需额外的醇洗涤步骤。
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)。
传感器装置102可包括第一导电迹线214和第二导电迹线216，该第一导电迹线具有第一端部222和第二端部224，该第二导电迹线具有第一端部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。
在至少一个实施方案中，导电迹线214和导电迹线216可包括例如涂布有导电材料或由导电材料形成的金属电极。金属电极可包括金属，并且金属的氧化电势大于导电聚合物的还原电势。合适金属的示例可包括铝、铁、锌、钨、钼、锡、镍、铜、半导体金属或它们的合金。例如，已惊奇地发现，使用铝直接与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可基于导电聚合物材料与金属在对应于(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，以影响导电聚合物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。
传感器装置200可包括天线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。
图2B示出类似于图2A的灭菌指示器传感器200的灭菌指示器传感器200，除了通过与用于阻抗或电阻测量的感测装置110的直接物理接触来读取电路206之外。直接物理接触可以是电极与用于检测和测量由电子转移产生的电信号的电路之间的硬连线电连接250。
图3示出在不同视角下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4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％的饱和蒸汽/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与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一状态改变为第二状态(例如，从第一阻抗状态改变为第二阻抗状态)，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，感测装置可为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灭菌过程(例如，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。
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：灭菌剂响应开关，该灭菌剂响应开关包括：电路；导电聚合物，该导电聚合物具有第一状态和第二状态，以及聚合物粘结剂；并且其中灭菌剂响应开关在第一状态下连接电路，并且在第二状态下断开电路，并且其中导电聚合物在与灭菌剂接触时能够从处于第一状态转变为处于第二状态。
2.根据实施方案1所述的传感器装置，其中当环境变化受体或灭菌剂接触导电聚合物时，该导电聚合物从第一阻抗改变为第二阻抗。
3.根据实施方案1至2中任一项所述的传感器装置，其中该导电聚合物包含以下的重复单元：苯胺、乙炔、吡咯、亚苯基、亚苯基亚乙烯基、亚苯基亚乙炔基、苯硫醚、芴、芘、薁、萘、咔唑、吲哚、噻吩、亚乙基二氧噻吩或它们的组合。
4.根据实施方案1至3中任一项所述的传感器装置，其中该导电聚合物包含苯胺、吡咯或它们的组合的重复单元。
5.根据实施方案1至4中任一项所述的传感器装置，该传感器装置还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电路。
6.根据实施方案5所述的传感器装置，其中该灭菌剂响应开关响应于灭菌过程而修改第一导电迹线和第二导电迹线之间的电连接。
7.根据实施方案5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金属电极。
8.根据实施方案7所述的传感器装置，其中该金属电极包括金属，其中该金属的氧化电势大于导电聚合物的还原电势。
9.根据实施方案7所述的传感器装置，其中该金属电极包括铝、铁、锌、钨、钼、锡、镍、铜或它们的合金。
10.根据实施方案7所述的传感器装置，在暴露于包括蒸汽灭菌剂的适当环境条件下时，该金属电极与导电聚合物反应，以改变导电聚合物的阻抗。
11.根据实施方案1至10中任一项所述的传感器装置，其中该灭菌剂响应开关被配置为响应于充分的灭菌过程而改变阻抗。
12.根据实施方案1至11中任一项所述的传感器装置，其中该电路为集成电路。
13.根据实施方案1至12中任一项所述的传感器装置，其中该聚合物粘结剂包括聚氨酯、聚乙烯醇缩丁醛、聚丙烯酸酯、聚乙酸乙烯酯、聚苯乙烯、聚苯乙烯丙烯酸酯、聚脲、聚酰亚胺、酰胺、环氧树脂、含缩水甘油基-Si-Zr的溶胶凝胶、聚酯、苯氧基树脂、聚硫化物或它们的混合物。
14.根据实施方案1至13中任一项所述的传感器装置，其中该导电聚合物为未掺杂的。
15.根据实施方案1至14中任一项所述的传感器装置，其中该导电聚合物掺杂有掺杂剂。
16.根据实施方案1至15中任一项所述的传感器装置，其中该第一状态导致闭合的监测环路。
17.根据实施方案1至16中任一项所述的传感器装置，其中该第二状态是非导电的。
18.根据实施方案1至17中任一项所述的传感器装置，其中该灭菌剂包括蒸汽或水。
19.根据实施方案1至18中任一项所述的传感器装置，其中该环境变化受体包括水杨酰胺。
20.根据实施方案1至19中任一项所述的传感器装置，其中该环境变化受体包括有机碱，该有机碱具有大于140℃的熔点并且能够与水杨酰胺混溶。
21.一种方法，所述方法包括：
提供根据实施方案1至20中任一项所述的传感器装置；
在灭菌过程中将传感器装置暴露于灭菌剂；
允许灭菌剂响应开关与灭菌剂反应，由此将灭菌剂响应开关从第一状态改变为第二状态。
22.根据实施方案21所述的方法，其中该灭菌剂为至少95％的饱和蒸汽，并且该充分的灭菌过程为134℃下2分钟或121℃下10分钟。
23.根据实施方案21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。
24.一种系统，该系统包括：
根据实施方案1至20中任一项所述的传感器装置；
存储元件，该存储元件用于存储由传感器装置捕获的数据；以及
感测装置，该感测装置被配置成询问传感器装置。
以下工作例旨在举例说明本公开而非进行限制。
实施例
材料：
防篡改RFID嵌体(加利福尼亚州尔湾市的Smartrac科技集团(SmartracTechnology Group,Irvine,CA))
聚苯胺(北卡罗来纳州罗利市的硼分子公司(Boron Molecular,Raleigh,NorthCarolina))
Desmodur N3300(宾夕法尼亚州匹兹堡市的科思创有限责任公司(Covestro LLC,Pittsburgh,PA))
Desmodur N3390(宾夕法尼亚州匹兹堡市的科思创有限责任公司(Covestro LLC,Pittsburgh,PA))
CAPA 3031(俄亥俄州托莱多市的柏斯托多元醇公司(Perstorp Polyols Inc.,Toledo,OH))
T-12催化剂(新泽西州帕西波尼市的赢创公司(Evonik Corp.,Parsippany,NJ))
RFID读写器(马萨诸塞州沃本市的ThingMagic公司(ThingMagic,Woburn,MA))
COMPLY Bowie-Dick测试包(明尼苏达州圣保罗市的3M公司(3M Company,St.Paul,MN))
电子万用表(福禄克(Fluke)，89IV)
二甲苯
MIBK
实施例1.电阻研究
将在甲苯中的50％二壬基萘磺酸掺杂的聚苯胺(聚苯胺:DNNSA＝1:1.5)储备溶液进一步在甲苯中稀释至30％(w/w)，以用于制备涂布溶液。用50％/50％二甲苯与甲基异丁基酮(MIBK)或甲苯的混合物将多异氰酸酯稀释至表1中列出的所需浓度。还将多元醇在二甲苯与MIBK的50/50混合物中或在MIBK中稀释至表1中所示的所需浓度。将涂布溶液在室温下配混，并使用#22迈耶棒涂布到5密耳聚对苯二甲酸乙二酯(PET)膜上，然后在140℃下固化10分钟(min)。使用具有两个相隔1英寸距离的探针的万用表(福禄克，89IV)测量涂布膜的电导率。在一些情况下，在进行电阻测量之前，将膜浸入甲醇中10秒并且在140℃下再次干燥5分钟。电阻测量和涂布观察报告在表1中。
表1.制剂和涂布性能。
Figure BDA0004092236580000231
实施例2.Bowie-Dick测试包中的电阻
使用相同的程序通过表2中所示的涂布溶液制备涂布膜样品。将溶液涂布在3密耳PET膜上，该膜上印刷有两根间隔1cm的1mm铝线。使用#22迈耶棒来实施涂布。在涂布之前，已经将粘合剂和离型膜施涂到PET膜的背面。将涂布样品在140℃下固化10分钟。然后将样品浸入甲醇中10秒钟，并在140℃下干燥5分钟。作为对照，使用相同的涂布程序将相同的溶液涂布在没有印刷铝线的3密耳PET上。将涂布样品切成约8mm×20mm的条，除去离型膜，并将涂布膜条粘附到来自ComplyTMBowie-Dick测试包(圣保罗市的3M公司(3M Company,St.Paul)的纸卡上。如图1所示，从卡片的中心开始并沿着对角线延伸到左上角，将六个涂布膜条条粘附到卡片上。对于每个涂布膜条，测量每个涂布膜条的两根线之间的电阻。每个条的电阻约为0.3MΩ。然后将卡片插入到ComplyTMBowie-Dick测试包中，以替换面向化学指示器片的卡片(该化学指示器片也被移除)。在以下两种不同的条件下，将卡片叠堆重新包裹并灭菌：ISO INADQ合格循环(132℃，3.5分钟，真空度至24inHg，压力为26psi)和ISOINADQ不合格循环(132℃，3.5分钟，真空度至10inHg，压力为10psi)。对于每个实验，使用未修改的ComplyTMBowie-Dick测试包作为对照。灭菌循环完成后，立即从灭菌器中取出修改的测试包，并测量每个涂布膜条的两根印刷铝线之间的电阻。表3示出使用三种不同涂布制剂的具有印刷铝线的涂布膜条在不合格循环中的电阻。图1示出具有粘附的涂布膜条的测试包卡。中心示出最低的电阻变化，而外部条示出高电阻，表明在中心存在“气穴”。沿着对角线的电阻变化与在未改性的测试包中从对照化学指示器片观察到的黄色圆一致。作为另外的对照，使用没有印刷铝线的涂布膜条进行相同的实验，这些结果在表4中提供。与灭菌前的电阻(0.1MΩ-0.2MΩ)相比，在合格循环和不合格循环之间，没有铝线的条上的电阻几乎没有变化，表明铝线在检测气穴中起作用。
表2.用于PANI/PU体系的制剂。
组分 制剂8 制剂9 制剂10
30％PANI(g) 1 1 1
25％N3390(g) 1.642 1.3632 1.3632
25％CAPA 3031(g) 0.637 0.744 0.9555
电阻(MΩ) 1.4 0.35 0.9
表3.在“不合格”灭菌循环前后的电阻(以MΩ计)。
制剂8 制剂9 制剂10
条1(中心) 1.4 0.35 0.9
条2 15 0.6 1.9
条3 27 18 2.2
条4 19 22 6.2
条5 >50 30 9.1
条6(外边缘) >50 21 24
灭菌前的耐性 0.4 0.4 0.6
表4.没有铝线的PANI涂布膜的电阻变化。
Figure BDA0004092236580000251
实施例3.采用2步涂布方法在Bowie-Dick包中的电导率研究
使用具有印刷铝线的相同PET膜，使用#22迈耶棒涂布在甲苯中的30％ PANI溶液(PANI:DNNSA＝1:1.5)，然后在80℃下干燥10分钟。然后将所得涂层浸入异丙醇中10秒钟，并在80℃下干燥10分钟。然后使用含有如表5中所示的制剂11-制剂13中的一种制剂的第二层涂布这些样品。使用#12迈耶棒施涂每种第二涂布溶液，并在140℃下固化10分钟。然后如实施例2中所述将具有印刷铝线的两次涂布膜切成矩形条，并如图1中所示对角地附着到BD卡上。通过刺穿顶涂层以接触下面的含PANI层来测量两根印刷铝线之间的电阻。运行ISOINADQ 132循环。灭菌后，再次测量电阻，如表6中所示。在BD测试包中检测到相同的电阻“气穴”，其中中心条显示最小的电阻变化。
表5.用于2步PANI/PU体系的上(第二)涂层的制剂。
组分 制剂11 制剂12 制剂13
30％N3390 3.284g 3.284g 1.642g
30％CAPA 3031 1.274g 1.274g 0.637g
BYK-SilClean-3700 0.19g 0.1637g
T12催化剂 0.012g 0.012g 0.012g
表6.在BD测试包中灭菌前后的条电阻变化(以MΩ计)。
条编号 膜-制剂11 膜-制剂12 膜-制剂13
条1(中心) 19 0.28 0.5
条2 >50 0.15 4
条3 >50 0.47 22
条4 >50 20 >50
条5 >50 >50 >50
条6(外边缘) >50 >50 >50
灭菌前的耐性 1 0.1 0.4
实施例4.PANI:DNNSA比例研究
以1:1.3和1:1.75的PANI:DNNSA比例制备两种另外的PANI:DNNSA聚合物，并与基于制剂9的聚氨酯试剂以不同的PANI浓度混合，如表7中所示。PANI:DNNSA之间的比例显著影响电导率。较低的PANI:DNNSA比例优选用于构建用于灭菌监测的电子化学传感器。
表7.PANI:DNNSA比例对电阻的影响。
PANI:DNNSA PANI浓度 电导率(MΩ) 甲醇洗涤后电导率(MΩ)
1:1.75 25％ 25 2.2
1:1.75 20％ 22 2.8
1:1.75 15％ >50 10
1:1.5 25％ 1 0.15
1:1.5 20％ 1 0.22
1:1.5 15％ 2.3 0.48
1:1.3 20％ 0.16 0.13
实施例5.灭菌温度和时间效应
使用如实施例2所述的30％PANI/PU溶液涂布具有印刷铝电极的PET膜。将涂布条附着到Bowie-Dick卡上并重新包装到如前所述的测试包中。所有条在灭菌前均显示约0.3MΩ的电阻。检查两个灭菌时间(3.5分钟和10分钟)，均在121℃下进行。每个条的电阻用万用表测量并记录，如表8中所示。这些结果表明基于涂布膜条的电传感器是温度敏感的和时间敏感的。
表8.PANI涂布的铝电极在较低灭菌温度(121℃)下的电阻变化。
Figure BDA0004092236580000261
实施例6.2型e-Bowie-Dick测试包
沿着环路外切割具有G2iM或G2iL RFID的湿度感测天线嵌体，并且移除天线上的PET覆盖物并用遮蔽胶带(明尼苏达州圣保罗市的3M公司(3M Company,St.Paul,Mn))替换。随后，在靠近天线的两个铝电极的位置处，用大约1微升的根据制剂9的聚氨酯溶液涂布RFID(图2a)。将涂布的RFID在140℃下干燥10分钟。用ThingMagic读写器读取RFID标签，以检测RFID标签的连通性。读写器显示为“连接”，表明断裂的环路通过PANI涂布连接。所有涂布的标签在PANI涂布后显示“连接”(表9)。然后剥离RFID标签的背衬纸，将RFID附着在Bowie-Dick纸卡上，并插入测试包中，如图2b中所示。然后将卡片叠堆包裹在Bowie-Dick测试包中，如在原始封装件中那样。然后在ISO ADQ循环和ISO INADQ循环两者中使用AMSCO蒸汽灭菌器对这些电子Bowie-Dick测试包进行灭菌。在灭菌循环完成后，再次用RFID读写器读取测试包。读写器报告为“断开”，表明成功的(ADQ)灭菌循环，读写器在不成功的(INADQ)循环中报告为“连接”，表明具有气体泄漏或低真空压力的“气穴”。表9示出由RFID读写器读取的RFID响应。
表9.来自灭菌循环的PANI涂布的RFID响应。
RFID涂布方法 灭菌前 循环 灭菌后
1μl点涂布(蒸汽带覆盖物) 连接 不合格 连接
1μl点涂布(蒸汽带覆盖物) 连接 合格 断开
1μl点涂布(原始PET覆盖物) 连接 不合格 连接
1μl点涂布(原始PET覆盖物) 连接 合格 断开
棒式涂布(蒸汽带覆盖物) 连接 不合格 连接
棒式涂布(蒸汽带覆盖物) 连接 合格 断开
棒式涂布(蒸汽带覆盖物) 连接 不合格 连接
棒式涂布(蒸汽带覆盖物) 连接 合格 断开
实施例7：干热激发试验
如实施例6所述，用根据表10具有不同固体含量的制剂9的溶液(用50/50MIBK/二甲苯稀释)涂布RFID标签。在140℃烘箱中烘烤30分钟之前，读取样品并测量其电导率。烘烤后，再次测量和读取标签。表10给出其结果。数据表明，PANI非常适合于制备2型化学指示器，该2型化学指示器需要在140℃下激发30分钟。
表10.PANI涂布的RFID的干热试验。
Figure BDA0004092236580000281
实施例8.H2O2灭菌监测
使用实施例6的步骤，用具有根据表11的不同固体含量的溶液涂布RFID标签。纯PANI溶液也用作对照。在读取标签并测量其电阻率后，将所有标签装入塑料托盘中并在Sterrad 100S VHP灭菌器(加利福尼亚州尔湾市的高级灭菌产品公司(AdvancedSterilizing Products，Irvine，CA))中灭菌一个完整的循环。将标签从灭菌器中取出，然后对其再次测量并读取。表11给出其结果。数据表明，PANI可用作基于过氧化氢的灭菌方法的电子化学指示器。
表11.VHP灭菌前后的电阻和RFID响应。
Figure BDA0004092236580000282
实施例9：电极金属的变化
使用真空气相沉积工艺，将100nm的四种不同金属(金、银、铝和锡)沉积在4密耳PET膜上。通过以下方式制备镀银PET样品：Kilby I电子束在蒸发室中将银金属蒸发到PET基板上，以9.5埃/秒
Figure BDA0004092236580000283
的速度产生100nm厚的涂层。以类似的方式，以
Figure BDA0004092236580000284
的速度在PET上获得100nm厚的铝涂层，以
Figure BDA0004092236580000285
的速度在PET上获得100nm厚的锡涂层，并且以
Figure BDA0004092236580000291
的速度在PET上获得100nm厚的金涂层。
然后使用#22迈耶棒，用实施例1中所述的PANI/PU涂布溶液(制剂1)涂布每个所得的金属化PET膜。没有金属涂层的对照样品也用PANI/PU溶液涂布。在140℃下固化10分钟后，将样品切成1.2英寸x3/8英寸的试样。用银色油漆笔在试样两端的PANI涂层顶部画出两条相隔一英寸的银线。将试样附着在Bowie-Dick纸卡上，并在132℃下灭菌3.5分钟。用万用表读取每对的电阻。表12给出其结果。发现在灭菌过程之后，铝和锡两者的电阻值均增加。
表12.灭菌前后的金属涂布的PET膜的耐性。
金属 耐性(灭菌前) 耐性(灭菌后)
Au 14Ω 1.8Ω
Ag 12Ω 1.5Ω
Al 14kΩ 440kΩ
Sn 13kΩ >50MΩ
PET控制器 60kΩ 77kΩ
实施例10：粘结剂对PANI电阻变化的影响
用#22迈耶棒将在甲苯中的20％ PANI溶液涂布在市售的超净铝箔(VWR牌)上。然后将涂层在100℃条件下加热10分钟。然后将获得的PANI涂布的铝箔在132℃下蒸汽灭菌3.5分钟。观察到PANI涂层在灭菌前为绿色，而在灭菌后为黄色。用万用表测量的任意两点之间的电阻值在灭菌后大于50MΩ，而灭菌前的电阻小于0.5MΩ。
将样品在室温和环境条件下储存三周。在此期间，黄色的PANI涂布的铝箔缓慢地转变回绿色，并且电阻值逐渐降低至几MΩ，表明没有粘结剂的PANI涂层的氧化还原状态是能够逆转的，因此该没有粘结剂的PANI涂层不能用于制造可靠的传感器。
相反，将具有聚氨酯粘结剂的制剂9涂布在相同的铝箔上。蒸汽灭菌后的电阻值相对稳定多于6个月，只有较小的电阻变化(<1MΩ)。
本文所引用的所有参考文献和公布全文均明确地以引用方式并入本公开。本文讨论了本发明的例示性实施方案，并且引用了本发明范围内可能的变型。例如，结合一个例示性实施方案描绘的特征可与本发明的其他实施方案结合使用。在不脱离本发明范围的前提下，本发明中的这些以及其他变型和修改对本领域内的技术人员将是显而易见的，并且应当理解，本发明并不限于本文阐述的例示性实施方案。因此，本发明仅受以下所提供的权利要求书及其等同物的限定。

Claims (16)

1.一种传感器装置，包括：
灭菌剂响应开关，所述灭菌剂响应开关包括：
电路；
导电聚合物，所述导电聚合物具有第一状态和第二状态，以及
聚合物粘结剂，并且
其中所述灭菌剂响应开关在所述第一状态下连接所述电路，并且在所述第二状态下断开所述电路，并且
其中所述导电聚合物在与灭菌剂接触时能够从处于所述第一状态转变为处于所述第二状态。
2.根据权利要求1所述的传感器装置，其中当环境变化受体或所述灭菌剂接触所述导电聚合物时，所述导电聚合物从第一阻抗改变为第二阻抗。
3.根据权利要求1至2中的任一项所述的传感器装置，其中所述导电聚合物包含以下的重复单元：苯胺、乙炔、吡咯、亚苯基、亚苯基亚乙烯基、亚苯基亚乙炔基、苯硫醚、芴、芘、薁、萘、咔唑、吲哚、噻吩、亚乙基二氧噻吩或它们的组合。
4.根据权利要求1至3中的任一项所述的传感器装置，其中所述导电聚合物包含苯胺、吡咯或它们的组合的重复单元。
5.根据权利要求1至4中的任一项所述的传感器装置，所述传感器装置还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电路。
6.根据权利要求5所述的传感器装置，其中所述灭菌剂响应开关响应于灭菌过程而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。
7.根据权利要求5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金属电极。
8.根据权利要求7所述的传感器装置，其中所述金属电极包括金属，其中所述金属的氧化电势大于所述导电聚合物的还原电势。
9.根据权利要求7所述的传感器装置，其中所述金属电极包括铝、铁、锌、钨、钼、锡、镍、铜或它们的合金。
10.根据权利要求7所述的传感器装置，在暴露于包括蒸汽灭菌剂的适当环境条件下时，所述金属电极与所述导电聚合物反应，以改变所述导电聚合物的阻抗。
11.根据权利要求1至10中的任一项所述的传感器装置，其中所述灭菌剂响应开关被配置为响应于充分的灭菌过程而改变阻抗。
12.根据权利要求1至11中的任一项所述的传感器装置，其中所述电路为集成电路。
13.根据权利要求1至12中的任一项所述的传感器装置，其中所述聚合物粘结剂包含聚氨酯、聚乙烯醇缩丁醛、聚丙烯酸酯、聚乙酸乙烯酯、聚苯乙烯、聚苯乙烯丙烯酸酯、聚脲、聚酰亚胺、酰胺、环氧树脂、含缩水甘油基-Si-Zr的溶胶凝胶、聚酯、苯氧基树脂、聚硫化物或它们的混合物。
14.一种方法，所述方法包括：
提供根据权利要求1至13中的任一项所述的传感器装置；
在灭菌过程中将所述传感器装置暴露于灭菌剂；
允许所述灭菌剂响应开关与所述灭菌剂反应，由此将所述灭菌剂响应开关从所述第一状态改变为所述第二状态。
15.根据权利要求14所述的方法，其中所述灭菌剂为至少95％的饱和蒸汽，并且充分的灭菌过程为134℃下2分钟或121℃下10分钟。
16.一种系统，所述系统包括：
根据权利要求1至13中的任一项所述的传感器装置；
存储元件，所述存储元件用于存储由所述传感器装置捕获的数据；以及
感测装置，所述感测装置被配置成询问传感器装置。
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EP4329830A1 (en) * 2021-04-28 2024-03-06 3M Innovative Properties Company Sensor device
WO2024074913A1 (en) * 2022-10-06 2024-04-11 Solventum Intellectual Properties Company Test device, sterilization monitoring system and method
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* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US20040262170A1 (en) * 2003-06-27 2004-12-30 Steris Inc. Sensor for sensing a chemical component concentration using an electroactive material
JP5785096B2 (ja) 2008-12-31 2015-09-24 スリーエム イノベイティブ プロパティズ カンパニー 化学的インジケータ組成物、インジケータ、及び方法
US9459233B2 (en) * 2012-06-25 2016-10-04 Steris Corporation Amperometric gas sensor
US11079340B2 (en) * 2014-12-23 2021-08-03 3M Innovative Properties Company Methods of monitoring wetness utilizing a resonant circuit

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