無線周波数センサ回路に基づく検知デバイス

专利摘要:
環境変化及び／又はアナライトを検出するように適合された検知デバイスが提供される。この検知デバイスは、無線周波数センサ回路と、無線周波数センサ回路上に配設された保護材料と、保護材料上に配設された金属層とを備えてなる。環境変化又は物品内のアナライトを検出するための検出システムが提供される。
公开号:JP2011507076A
申请号:JP2010537036
申请日:2008-12-04
公开日:2011-03-03
发明作者:ポーティライロ，ラディスラヴ・アレクサンドロヴィッチ；モンク，デヴィッド・ジェームス
申请人:ゼネラル・エレクトリック・カンパニイＧｅｎｅｒａｌ Ｅｌｅｃｔｒｉｃ Ｃｏｍｐａｎｙ；
IPC主号:G06K19-077

专利说明:

[0001] 本発明は、物理的、化学的、放射線学的又は生物学的な検出用のデバイスに関し、具体的には、金属の存在下で物理的、化学的、放射線学的又は生物学的な検出用の、無線周波数センサ回路に基づく検知デバイスに関する。]
背景技術

[0002] ＲＦＩＤ（無線周波数識別）タグが、動物、衣類、消費財、コンビナトリアルケミストリ反応生成物の識別、及び容器の無断開放の検出に広く使用されている。かかる用途では、従来のパッシブ型ＲＦＩＤタグがその低コスト（１ドル未満）ゆえ好ましい。温度及び圧力の変化を検出する必要のある検知用途の場合、従来のＲＦＩＤタグには、その電子回路の一部分の特定の再設計が必要になる。不都合なことに、かかるＲＦＩＤセンサにはしばしばバッテリも必要である。]
[0003] 自由空間では、ＲＦＩＤタグの電磁界は乱されない。しかし、ＲＦＩＤタグが金属表面上又は金属表面内に（金属に近接して）配置される場合、金属基材を通る磁束が金属内に渦電流を誘導し、それがリーダの磁界を妨害する。このため、金属内の磁界が、リーダとトランスポンダの間の通信がもはや可能ではなくなるおそれのある程度まで弱まる。可読率が損なわれるという同様の問題は、水又は液体からなる物品又は製品の場合にも存在する。]
[0004] ＲＦＩＤシステムが近来、無線検知用途に利用されている。例えば、ＲＦＩＤベースの温度センサ、細菌センサＲＦＩＤタグが、検知用途に使用されている。ＲＦＩＤタグと同様に、ＲＦＩＤタグベースのセンサも、金属又は液体の存在下で悪影響を受ける。したがって、パッシブ型ＲＦＩＤベースのセンサの運用は、従来、（金属容器の壁部などの）金属表面のごく近くでは禁止されている。]
先行技術

[0005] 米国特許第７２０５８９９号明細書]
発明が解決しようとする課題

[0006] したがって、ＲＦＩＤベースのセンサが金属環境及び／又は液体環境内で動作することを可能にするデバイスを提供することが望ましい。]
課題を解決するための手段

[0007] 一実施形態では、環境変化及び／又はアナライトを検出するように適合された検知デバイスが提供される。この検知デバイスは、無線周波数センサ回路と、無線周波数センサ回路上に配設された保護材料と、保護材料上に配設された金属層とを備えてなる。]
[0008] 別の実施形態では、金属環境又は非金属環境内で使用するように適合された検知デバイスが提供される。このデバイスは、無線周波数センサ回路と、無線周波数センサ回路を金属環境から分離するための分離表面と、無線周波数センサ回路からの所定の信号を消滅させるための金属包囲体とを備えてなる。]
[0009] さらに別の実施形態では、流体試料中のアナライトを検出するための検知デバイスが提供される。このデバイスは、無線周波数センサ回路と、無線周波数センサ回路上に配設された分離材料と、分離材料上に配設された金属層とを備えてなり、検知デバイスは、流体試料中に少なくとも一部が配設される。]
[0010] 別の実施形態では、無線周波数センサ回路に基づく検知デバイスが、他の装置に近接して使用するために検知デバイスからの電磁信号が他の装置に対して干渉を引き起こさないように適合される。このデバイスは、無線周波数センサ回路と、無線周波数センサ回路上に配設された保護材料と、その保護膜に隣接して配設された金属表面とを備えてなる。]
[0011] 別の実施形態では、環境変化又は物品内のアナライトを検出するための検出システムが提供される。このシステムは、検知デバイスを含む。検知デバイスは、無線周波数センサ回路と、無線周波数センサ回路上に配設された保護材料と、保護材料上に配設された金属層とを備えてなる。]
[0012] 本発明の上記及び他の特徴、態様、及び利点は、以下の詳細な説明を添付の図面を参照して読めば、より良く理解されるようになるであろう。全ての図面を通して同様の符号が同様の部分を表す。]
図面の簡単な説明

[0013] 本技法の各検知デバイスの代替実施形態の断面図である。
本技法の各検知デバイスの代替実施形態の断面図である。
本技法の各検知デバイスの代替実施形態の断面図である。
本技法の各検知デバイスの代替実施形態の断面図である。
本技法の各検知デバイスの代替実施形態の断面図である。
本技法の各検知デバイスの代替実施形態の断面図である。
本技法の各検知デバイスの代替実施形態の断面図である。
本技法の各検知デバイスの代替実施形態の断面図である。
保護膜付き及び保護膜なしの検知デバイスのインピーダンス応答のグラフ図である。
保護膜付き及び保護膜なしの検知デバイスの導電率応答のグラフ図である。
金属表面上で用いられた検知デバイスの温度応答のグラフ図である。]
[0014] 以下に詳細に説明するように、金属環境及び／又は流体環境内で使用する検知デバイス及びシステムが提供される。検知デバイスは、物理的検知デバイス、化学的検知デバイス、放射線学的検知デバイス、及び生物学的検知デバイスとすることができる。検知デバイスは、他の多くの特性及びパラメータの中でもとりわけ、（温度、流量、圧力などの）物理的属性、化学的属性（導電率、ｐＨ）、（放射線量などの）放射線学的属性、並びに様々な生体材料の存在及び識別、並びにそれらの生体材料の特性を検出することができる。検知デバイスは、検知デバイスにごく近接して金属部品及び／又は液体を含む環境内で使用するように適合される。例えば、検知デバイスは、金属車両の表面上、金属空気ダクト内、配管路内又は使い捨てバイオプロセス製造において使用することができる。]
[0015] 幾つかの実施形態では、無線周波数センサ回路に基づく検知デバイスを使用する化学的又は生物学的なマルチアナライト識別が実現される。例えば、この検知デバイスは、従来のパッシブ型ＲＦＩＤ（無線周波数識別）タグを備えることができる。幾つかの実施形態では、金属表面が無線周波数センサ回路に基づく物理的検知デバイス、化学的検知デバイス、放射線学的検知デバイス、及び生物学的検知デバイスからの無線周波数信号の消滅に及ぼす影響をなくすデバイス及びシステムが提供される。幾つかの実施形態では、検知デバイスの表面上に（不活性ポリマーなどの）不活性化材料からなる薄層が配設される。不活性化層は、無線周波数センサ回路の片側又は両側に配設することができる。理解されるように、無線周波数センサ回路に基づくデバイスの電磁束は、デバイスにごく近接して配置された金属内に渦電流が発生することによって減衰する。幾つかの実施形態では、検知デバイスと金属包囲体の間に（フェライト材などの）保護材料からなる薄層が配設される。その結果、検知デバイスに問い合わせるために用いられる電磁束が金属包囲体によって減衰されず、そうした検知デバイスが金属表面上で動作することが可能になる。かかる検知デバイスは、使い捨て生物薬剤製造、国土安全保障、及び他の用途などの多様な用途において使用することができる。]
[0016] 本明細書では、「の上に配設される」という表現は、表面同士が直接物理的に接触している又は２つの表面間に１以上の層がある構成を包含するが、それらに限定されない。本明細書では、「流体」又は「流体の」という用語は、液体、気体又は固体を表すために使用される。本明細書では、「検知膜」という用語は、アナライトに選択的に応答する任意の材料又はデバイスを含む。本明細書では、「金属層」という用語は、検知デバイスの無線周波数センサ回路の少なくとも一部分の上に広がる任意の金属体を表すために使用される。]
[0017] 図１〜図８に関して説明するように、検知デバイスは、温度変化、圧力変化、導電率変化、抵抗変化、放射能放射量の変化などの環境変化又は流体中のアナライトを検出するように適合される。流体は、金属容器又は非金属容器内に配設することができる。検知デバイスは、無線周波数センサ回路と、無線周波数センサ回路上に配設された保護材料と、保護材料上に配設された金属層とを備えてなる。] 図１ 図２ 図３ 図４ 図５ 図６ 図７ 図８
[0018] 検知デバイスを金属容器の表面上で用いる場合、金属容器の表面は検知デバイスの金属層として働くことができる。したがって、そうした実施形態では、無線周波数センサ回路は、上に配設された保護材料を有することができ、保護材料は、容器の金属表面と動作可能に関連することができる。金属層は、容器の外表面でも内表面でもよい。容器の外表面上に配設される場合、検知デバイスを使用して、容器外の変化を検出することができる。例えば、検知デバイスを使用して、容器外の温度、圧力の変化又は化学種／生物学的種を検出することができる。或いは、金属層が容器の内表面である場合、即ち検知デバイスが容器の内側に配設される場合、検知デバイスを使用して、容器内に存在する流体の組成の変化を検知することができる。検知デバイスが容器の内表面上に配設される実施形態では、検知デバイスが流体の溶液導電率の変化に応答するのではなく流体中の１以上のアナライトの存在に応答するように、デバイスを適合させることができる。]
[0019] 無線周波数センサ回路は、それらに限定されないが、アンテナ、トランジスタ、ダイオード、整流器、論理チップ、無線周波数識別チップ、コンデンサ、集積回路、メモリチップ又はそれらの任意の組合せ若しくは集合など、１以上の電気部品を備えることができる。一例では、コンデンサがメモリチップの一部である。一実施形態では、無線周波数センサ回路は、ＲＦＩＤタグで使用されるのと同様のプログラム可能な一意の識別番号を有する集積回路を含んでいてもよい。一実施形態例では、無線周波数センサ回路は、様々な追加の回路部品に結合された無線周波数アンテナを備える。]
[0020] 金属層は、検知デバイスの周りに存在する電磁界を減少させ又はその少なくとも一部を消滅させることができる。さらに、幾つかの実施形態では、金属層が検知膜として働くように構成される。例えば、金属層は、アナライトと相互作用するとすぐに、１つ又は２つの検出可能な特性を変化させるようなものとすることができる。]
[0021] 金属層は、固体金属層、パターン付き金属層、金属メッシュ又は多孔質金属層のうち１以上を含むことができる。金属層は、アナライトが金属層のバルクを通過するのを可能にするために、選択的多孔性とすることができる。一実施形態では、金属層は、アナライトを運ぶ液体試料などの流体と直接接触していてよい。]
[0022] 金属層は、単一の金属又は金属の組合せを含むことができる。金属層内の金属は高導電性である。一実施形態では、金属層の導電率が、約１×１０4Ｓ／ｃｍ以上である。金属層は、鋼、ステンレス鋼、銅、アルミニウム、銀、金、プラチナ、チタン、並びに他の高導電性金属及び合金を含むことができる。さらに、金属層は、複合材料から形成することもできる。或いは、金属層は、１種以上の半導体材料を含んでいてもよい。半導体材料の非限定的な例には、酸化スズ又は酸化亜鉛などの半導体酸化膜があり得る。さらに、金属層は、導電性ポリマーとしても知られる共役ポリマーなど、金属の有機類似体を含んでいてもよい。理解されるように、共役ポリマーは、従来のポリマーの加工性及び他の特性を維持しながら金属の電気特性、電子特性、磁気特性、及び光学特性を有する、単一モノマー間に共役結合をもつ有機ポリマーである。共役ポリマーの例には、ポリパラフェニレン、ポリフェニレンビニレン、ポリピロール、ポリアセチレン、ポリチオフェン、ポリフラン、ポリへテロ芳香族ビニレン、ポリアニリン、及びこれらの化合物の多数の誘導体がある。]
[0023] 幾つかの実施形態では、保護材料又は保護層又は分離表面が、強磁性体タイプの材料から形成される。強磁性体材料からなる１以上の層は、電磁束減衰を防止し、それによって、そうしたセンサデバイスが金属表面上で動作することが可能になる。一実施形態では、強磁性体材料が１よりも大きな透磁率を有する。強磁性体材料は、ニッケル、亜鉛フェライト、カルボニル鉄、マグネタイト、ケイ化鉄、鉄合金、及びニッケル合金からなる群から選択される。強磁性体材料からなる層のミル単位での最適な厚さは、２４０を材料の透磁率で除した商に等しい。]
[0024] 検知デバイスは、検知デバイスを表面上に結合するための接着剤層を含んでいてもよい。接着剤層は、検知デバイスを表面に一時的に結合することができるようなものとすることができる。例えば、検知デバイスを、動作の間容器の表面に結合し、次いで動作後に容器から取り外すことができる。検知デバイスは、複数回、配設し次いで剥がされてもよい。一実施形態では、検知デバイスを、環境パラメータ又はアナライトを検出するためのデバイス又は機械又はシステム上にレトロフィットすることができる。一実施形態では、検知デバイスが、物品中に形成された空洞内に埋め込まれる。]
[0025] 図１〜図８に示す実施形態に関して論じるように、保護材料を検知デバイス内の様々な位置に配設することができる。一実施形態では、保護材料が無線周波数センサ回路の基板内に組み込まれる。例えば、基板の材料がフェライト材と混合され、したがって、アナライト濃度の変化がフェライト材の特性の変化をもたらす。別の実施形態では、センサデバイスを溶液の誘電率の変化に対して不活性にするために、フェライト材が流体試料と無線周波数センサ回路の間に組み込まれる。例えば、フェライト材は、導電率の変化の複雑な影響を受けずに温度を測定するために、流体と無線周波数センサ回路の間に組み込まれる。一実施形態では、センサデバイスを流体の変化に対してさらに不活性にするために、金属層が流体試料と無線周波数センサ回路の表面上にあるフェライト材との間に挟まれる。] 図１ 図２ 図３ 図４ 図５ 図６ 図７ 図８
[0026] 検知デバイスが検知する必要のある属性のタイプに応じて、図１〜図８に示す実施形態は、１以上の不活性化層を使用することができる。不活性化層は、無線周波数センサ回路の片側又は両側に配設することができる。検知デバイスが検知膜を使用する実施形態では、不活性化層の１つを無線周波数センサ回路と検知膜の間に設けることができる。一実施形態では、検知デバイスを、空の容器の内側又は外側で使用することができる。別の実施形態では、検知デバイスを、液体などの流体で少なくとも満たされた容器の内側又は外側で使用することができる。一例では、検知デバイスは、流体中に少なくとも一部が配設されてよい。] 図１ 図２ 図３ 図４ 図５ 図６ 図７ 図８
[0027] 無線周波数センサ回路上の様々な電気部品は、環境変化又はアナライトに応答することができる。例えば、環境内の温度変化又は圧力変化が、コンデンサ又は抵抗器の材料の収縮又は冷却により容量、抵抗の変化をもたらし、無線周波数センサ回路のそうした容量又は抵抗の変化を測定して、関連する温度変化にマッピングすることができる。同様に、アンテナの材料の歪みを、温度変化又は圧力変化などの環境変化に関連付けることができる。センサデバイスの電磁界の変化を検出することによって、環境変化を検出することができる。金属表面上に配置されたＲＦＩＤセンサは通常、金属内に渦電流が発生することにより、センサの電磁束の減衰を受ける。無線周波数センサ回路上の金属包囲体の普通なら悪影響と考えられているものが、本デバイスでは無線周波数センサ回路に有利に使用される。例えば、検知デバイス内の金属層を使用して、検知デバイスからの望ましくない応答を消滅させることができる。このようにして、望ましい応答が望ましくない応答よりも比較的弱くなり得る場合でさえ、検知デバイスからの望ましい応答を得ることができる。例えば、変動する導電率を有する溶液では、導電率の変化を、検知デバイス内の金属層を使用することによって消滅させることができる。しかし、ｐＨの変化など、大きさが比較的より小さな同じ溶液の別のパラメータは、検知デバイスを使用することによって検出することができる。]
[0028] 任意選択で、検知デバイスは１以上の検知膜を含むことができる。この検知膜を使用して、流体中に存在する１種以上のアナライトを検出することができる。例えば、試料のｐＨを検出するように適合された検知膜は、水素イオン感受性膜である。同様に、感圧膜を使用して、試料の圧力を検出することができる。検知膜は、１以上のセンサを含むことができる。センサは、それらに限定されないが、試料の温度、圧力などの様々なパラメータを検出するための物理的センサとすることができる。或いは、センサは、化学種又は生物学的種をそれぞれ検出するための化学的センサ又は生物学的センサとすることもできる。ＲＦＩＤ放射線学的センサの場合の、放射能放射を検出するための検知膜の適切な例が、ＮｉＯ、ＺｎＯ、Ｉｎ2Ｏ3、ＣｅＯ2、ＭｇＯ、ＴｉＯ2、ＣｕＯ、ＣｄＯ、及び他の既知の膜である。]
[0029] 図１は、非金属容器の外表面上で使用することができる検知デバイスの一例である。検知デバイス１０は、内容物の組成の変化など、容器内の変化に応答しないように適合されている。しかし、検知デバイス１０は、容器外の変化に応答するように適合されている。検知デバイス１０は、無線周波数センサ回路１２、無線周波数センサ回路１２上に配設された保護層１４、保護材料又は保護層１４上に配設された金属層又は金属包囲体１６を含む。金属層１６は、流体２２を有する容器２０の壁部１８の外側に配設される。図示していないが、検知デバイス１０は、壁部１８に接着剤によって結合することができる。任意選択で、検知膜２４を無線周波数センサ回路１２上に配設することができる。検知膜２４は、検出する必要のあるアナライトの種類に応じて選択することができる。又、検知デバイス１０が検知することになるものに応じて、無線周波数センサ回路１２と検知膜２４の間にもう１つの不活性化層１４を使用することもできる。] 図１
[0030] 図２は、無線周波数センサ回路３０、保護層３２を有する検知デバイス２８を示す。検知デバイス２８は、金属容器３６の外壁部３４上に配設される。この実施形態では、壁部３４の一部が検知デバイス２８の金属層として働く。容器３６は流体３８で満たされている。金属容器３６の壁部３４は、検知デバイス２８の金属層として働く。検知デバイス２８はさらに、無線周波数センサ回路３０上に配設された検知膜４０を含むことができる。] 図２
[0031] 図３〜図８は、例えば液体環境内の金属容器又は非金属容器の内側で使用することができる検知デバイスの実施形態を示す。これらの全ての実施形態では、検知デバイスが１以上の不活性化層を含むことができる。不活性化層は、無線周波数センサ回路３０の片側又は両側に配設することができる。] 図３ 図４ 図５ 図６ 図７ 図８
[0032] 図３の図示の実施形態では、検知デバイス４２が、無線周波数センサ回路４４、保護層４６、及び無線周波数センサ回路４４と非金属容器５２の外壁部５０との間に配設された金属層４８を含む。容器５２は、液体試料などの流体５４を収容している。任意選択で、検知デバイス４２は検知膜５６を含む。図示の実施形態では、検知膜５６は、流体５４と直接接触している。検知デバイス４２は、容器５２内の流体５４の組成の変化に応答するように構成される。] 図３
[0033] 次に図４に移ると、無線周波数センサ回路６２、保護層６４、及びオプションの検知膜６６を有する検知デバイス６０が、流体７２を有する金属容器７０の内壁部６８上に配設されている。金属容器の壁部６８は、検知デバイス６０の金属層として働く。図３に示す実施形態の場合と同じく、検知膜６６は、容器７０内に存在する流体７２と直接接触している。] 図３ 図４
[0034] 図５〜図８は、検知膜が流体と直接接触していない実施形態を示す。] 図５ 図６ 図７ 図８
[0035] 図５に示すように、検知デバイス７６が、２層以上の保護層及び金属層を備えることができる。検知デバイス７６は、無線周波数センサ回路７８の容器９２の壁部８４に近い方の側に配設された保護層８０及び金属層８２を含む。一方、検知デバイス７６は、無線周波数センサ回路７８の他方の側に配設された保護層８８及び金属層９０を含む。デバイス７６は、任意選択で、無線周波数センサ回路７８上に配設された検知膜８６を含んでいてもよい。図示の実施形態では、検知膜８６は、流体９４と直接接触していない。デバイス７６は、バルク容器の変化に応答しない。さらに、デバイス７６は、容器外の変化にも応答しない。デバイス７６は、流体９４中に存在するアナライトを検出するように適合される。アナライトは、金属層９０及び保護層８８を通過して、検知膜８６に到達する。] 図５
[0036] 図６は、無線周波数センサ回路１０２、容器壁部１０６上に配設された保護層１０４を有する検知デバイス１００を示す。検知デバイス１００は、検知膜１０８、前面保護膜又は前面保護材料１１０、及び前面金属層１１２も含む。「前面保護膜」及び／又は「前面金属層」という用語は、無線周波数センサ回路のアナライトに近い方の側をいう。前面保護材料及び保護材料は、同じ又は異なる材料を含むことができる。同様に、前面金属層及び金属層は、同じ又は異なる材料から形成することができる。容器１１４は、流体１１６を有する金属容器である。検知デバイス１００は、バルク容器内容物組成の変化、容器外の変化に応答しないように適合される。検知デバイス１００は、流体１１６中に存在するアナライトを検出する。アナライトは、前面金属層１１２及び前面保護膜１１０を通過して、検知膜１０８に到達する。] 図６
[0037] 図７を参照すると、検知デバイス１２０が、無線周波数センサ回路１２２を含む。無線周波数センサ回路１２２は、保護層１２４、金属層１２６を含み、それらは、無線周波数センサ回路１２２の片側に容器１３４の壁部１２８に隣接して配設される。無線周波数センサ回路１２２の他方の側に、検知膜１３０が配設される。検知膜１３０上に金属層１３２が配設される。金属層１３２は、流体１３６中に存在するアナライトが通過して検知膜１３０に到達するのを可能にするために、多孔質層とすることができる。] 図７
[0038] 図８は、金属表面上で使用する検知デバイス１４０を示す。デバイス１４０は、無線周波数センサ回路１４２、容器１５２の壁部１４６に隣接して配設された保護層１４４を含む。検知デバイス１４０はさらに、検知膜１４８及び金属層１５０を含む。金属層１５０は、流体１５４からのアナライトが検知膜１４８に到達するのを可能にする。] 図８
[0039] これらの検知デバイスは、薬剤、生物薬剤の製造、及び他のプロセスなどの使い捨てバイオプロセス用に製造された使い捨て構成部品に使用することができる。これらの検知デバイスを使用すると、使い捨て無線周波数センサ回路に基づく検知デバイスを使い捨て構成部品内に埋め込むことから可能になる新しい機能性が得られる。こうした使い捨て構成部品は、薬剤生産プロセスにおける主要な操作からの、及び他のプロセスからのものであり、バイオリアクタ、ミキサ、プロダクトトランスファライン、コネクタ、フィルタ、クロマトグラフィカラム及び構成部品、遠心分離機、並びにその他などの構成要素を含む。幾つかの実施形態は、センサ動作、収容、及び充填の改善と併せて使用することができる。これらの多様な必要性のために、使い捨てセンサシステムが、インラインの製造監視及び制御を可能にする上で必要である。]
[0040] 実施例１
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ＬａｂＶＩＥＷ（登録商標）を用いたコンピュータ制御下で使用して、ＲＦＩＤセンサの複素インピーダンスの測定を実施した。このアナライザを使用して、対象範囲にわたって周波数（典型的には１３ＭＨｚを中心とし、走査範囲は約１０ＭＨｚ）を走査し、ＲＦＩＤセンサから複素インピーダンス応答を収集した。２以上のＲＦＩＤセンサを一度に測定するために、多チャネル電子信号マルチプレクサをアナライザと共に動作するように構築した。温度制御は、Ｌａｂｊａｃｋ（登録商標）Ｕ１２（Ｎａｔｉｏｎａｌ Ｉｎｓｔｒｕｍｅｎｔｓ社）を使用して実施した。]
[0041] 収集した複素インピーダンスデータは、Ｅｘｃｅｌ（登録商標）（ＭｉｃｒｏＳｏｆｔ社（米国ワシントン州シアトル））又はＫａｌｅｉｄａＧｒａｐｈ（登録商標）（Ｓｙｎｅｒｇｙ Ｓｏｆｔｗａｒｅ、Ｒｅａｄｉｎｇ、ＰＡ）と、Ｍａｔｌａｂ（登録商標）（Ｔｈｅ Ｍａｔｈｗｏｒｋｓ社（米国マサチューセッツ州ネイティック））で動作するＰＬＳ＿Ｔｏｏｌｂｏｘ（Ｅｉｇｅｎｖｅｃｔｏｒ Ｒｅｓｅａｒｃｈ社（米国ワシントン州マンソン））とを使用して解析した。]
[0042] ＲＦＩＤセンサのメモリマイクロチップからのデジタルＩＤの読取りは、手持ち式のＳｋｙｅＴｅｋ（登録商標）リーダ及び（ＬａｂＶＩＥＷ（登録商標）を使用した）コンピュータ制御のＳｋｙｅＴｅｋ（登録商標）リーダ（それぞれモデルＭ−１、ＳｋｙｅＴｅｋ社（米国コロラド州ウェストミンスター））を含む幾つかのＲＦＩＤリーダ、並びにコンピュータ制御のマルチスタンダードＲＦＩＤリーダ／ライタ評価モジュール（モデルＴＲＦ７９６０ Ｅｖａｌｕａｔｉｏｎ Ｍｏｄｕｌｅ、Ｔｅｘａｓ Ｉｎｓｔｒｕｍｅｎｔｓ社製）を用いて実施した。]
[0043] 図９は、従来のＲＦＩＤセンサ対本技法の検知デバイスのインピーダンス応答の変化を示す。縦軸１６０が複素インピーダンスの実部を表し、横軸１６２が周波数を表す。ネットワークアナライザを通じて問い合わせたインピーダンス応答が、波形１６４及び１６６によって示されている。波形１６６によって示すように、薄いフェライトを使用して無線周波数センサ回路を金属表面から分離したときに、強い応答が得られた。一方、波形１６４によって示すように、検知デバイス内にフェライト膜を使用しなかったときには、応答が得られなかった。] 図９
[0044] 実施例２
この実施例では、測定システム及びデータ解析は、実施例１で説明した通りである。マルチプレクサを使用して、２つのＲＦＩＤ検知デバイスからの応答を一度に測定した。２つのＲＦＩＤ検知デバイスは、水を収容したプラスチック容器に接着テープで取り付けた。この実施例では、ＮａＣｌ塩を蒸留水に添加することによって、水の導電率が約０．００３ｍＳ／ｃｍから１８３ｍＳ／ｃｍまで変化した。一方のＲＦＩＤ検知デバイスは、検知デバイスと容器壁部の間に、アルミニウム箔及び保護フェライト膜を有していた。アルミニウム箔の片側を容器の壁部上に配設し、保護フェライト膜をアルミニウム箔の他方の側に配設し、検知膜を保護フェライト膜上に配設した。検知デバイスの応答を読み取るためのピックアップコイルも設けた。]
[0045] 第２の検知デバイスは容器壁部に直接取り付け、第２の検知デバイスの応答を第２のピックアップコイルを使用して読み取った。図１０は、保護膜付き及び保護膜なしの検知デバイスの、時間１７０に対するインピーダンス応答１６８のグラフ図である。グラフ１７２は、水の導電率が０．００３ｍＳ／ｃｍから１８３ｍＳ／ｃｍまで変化するにつれて、保護なしのＲＦＩＤセンサであった第２のＲＦＩＤ検知デバイスの応答が変化することを示す。したがって、第２の検知デバイスは、ＲＦＩＤ水導電率センサとして動作した。一方、グラフ１７４は、保護付きのＲＦＩＤ検知デバイスであった第１の検知デバイスの応答が、水の導電率が０．００３ｍＳ／ｃｍから１８３ｍＳ／ｃｍまで変化するにつれて変化しなかったことを示す。したがって、第１の検知デバイスは、水の導電率の変化の影響を受けなかった。かかる検知デバイスをさらに使用して溶液温度を測定したが、それは、温度の読取りが水の導電率の変化の影響を受けないためである。] 図１０
[0046] 実施例３
この実施例では、測定システム及びデータ解析は、実施例１で説明した通りである。保護フェライト膜付きＲＦＩＤ検知デバイスを、金属容器の表面上に配置した。この検知デバイスを使用して温度を測定した。図１１は、金属表面上で動作するＲＦＩＤ温度検知デバイスの応答のグラフ図である。グラフ１７８は、変化センサ周波数１８２を実験時間１８０の関数として表す。] 図１１
実施例

[0047] 以上、本明細書では、本発明の幾つかの特徴だけを図示し説明してきたが、当業者には多くの修正形態及び変更形態が想到されるであろう。したがって、添付の特許請求の範囲が、本発明の真の趣旨に含まれる、かかる全ての修正形態及び変更形態を網羅するものであることを理解されたい。]

权利要求:

請求項1
環境変化及び／又はアナライトを検出するように適合された検知デバイスであって、無線周波数センサ回路と、前記無線周波数センサ回路上に配設された保護材料と、前記保護材料上に配設された金属層とを備えてなる検知デバイス。
請求項2
環境又は前記アナライトが容器内にあり、前記金属層が容器の外表面である、請求項１記載の検知デバイス。
請求項3
前記金属層が容器の内表面である、請求項１記載の検知デバイス。
請求項4
非金属表面上に配設される、請求項１記載の検知デバイス。
請求項5
前記無線周波数センサ回路がＲＦＩＤ（無線周波数識別）タグである、請求項１記載の検知デバイス。
請求項6
前記無線周波数センサ回路が、アンテナ、コンデンサ、メモリチップ又はそれらの組合せの１以上を備える、請求項１記載の検知デバイス。
請求項7
前記金属層が前記アナライトに対して選択的多孔性である、請求項１記載の検知デバイス。
請求項8
前記金属層が半導体材料を含む、請求項１記載の検知デバイス。
請求項9
前記金属層が金属又は共役ポリマーを含む、請求項８記載の検知デバイス。
請求項10
前記無線周波数センサ回路上に配設された検知膜をさらに備える、請求項１記載の検知デバイス。
請求項11
前記検知膜が、化学的センサ、生物学的センサ、物理的センサ、放射線学的センサを含む、請求項１０記載の検知デバイス。
請求項12
前記検知膜上に配設された前面金属層、前面保護材料又は両方をさらに備える、請求項１０記載の検知デバイス。
請求項13
前記保護材料が検知膜として働くように構成される、請求項１記載の検知デバイス。
請求項14
前記保護材料が前記無線周波数センサ回路の基板内に分散される、請求項１記載の検知デバイス。
請求項15
前記環境変化が、温度変化、圧力変化、導電率変化、化学的濃度変化、放射能放射変化、生物学的濃度変化のうち１以上を含む、請求項１記載の検知デバイス。
請求項16
前記無線周波数センサ回路に隣接して配設された１以上の不活性化層をさらに備える、請求項１記載の検知デバイス。
請求項17
金属環境又は非金属環境内で使用するように適合された検知デバイスであって、無線周波数センサ回路と、前記無線周波数センサ回路を前記金属環境から分離するための分離表面と、前記無線周波数センサ回路からの所定の信号を消滅させるための金属包囲体とを備えてなる検知デバイス。
請求項18
流体試料中のアナライトを検出するための検知デバイスであって、無線周波数センサ回路と、前記無線周波数センサ回路上に配設された分離材料と、前記分離材料上に配設された金属層とを備えてなり、前記流体試料中に少なくとも一部が配設される検知デバイス。
請求項19
前記無線周波数センサ回路上に配設された検知膜をさらに備えてなり、前記検知膜が前記流体試料と直接接触している、請求項１８記載の検知デバイス。
請求項20
他の装置に近接して使用するために検知デバイスからの電磁信号が他の装置に対して干渉を引き起こさないように適合された、無線周波数センサ回路に基づく検知デバイスであって、無線周波数センサ回路と、前記無線周波数センサ回路上に配設された保護材料と、前記保護膜に隣接して配設された金属表面とを備えてなるデバイス。
請求項21
環境変化又は物品内のアナライトを検出するための検出システムであって、無線周波数センサ回路と、前記無線周波数センサ回路上に配設された保護材料と、前記保護材料上に配設された金属層とを備えてなる検知デバイスを含むシステム。
請求項22
前記保護材料が、１よりも大きな透磁率を有する強磁性体材料を含む、請求項２１記載のシステム。
請求項23
前記強磁性体材料が、ニッケル、亜鉛フェライト、カルボニル鉄、マグネタイト、ケイ化鉄、鉄合金、ニッケル合金、及びそれらの組合せからなる群から選択される、請求項２２記載のシステム。
請求項24
前記物品が空洞を備え、前記検知デバイスが前記空洞内に埋め込まれる、請求項２１記載のシステム。
請求項25
前記検知デバイスが、液体試料中のアナライトを検出するように構成される、請求項２１記載のシステム。