Migliorare il processo di sterilizzazione con la Fram

ELETTROMEDICALE –

I prodotti Rfid con tecnologia Fram consentono di creare un’interessante combinazione tra la sterilizzazione con raggi gamma e i vantaggi offerti dalla tecnologia Rfid.

Nella vita quotidiana facciamo affidamento su prodotti puliti che non siano contaminati da germi patogeni. Questo aspetto è importante soprattutto nel caso della diagnostica medica e dei prodotti medicali. Attrezzature come strumenti chirurgici, macchine per iniezioni ed endoscopi devono essere disinfettati prima dell'utilizzo. Altrettanto importante è la sterilità di prodotti medicali monouso come aghi, garze, e impianti per giunture femorali e mandibole. Sebbene la diagnostica in-vitro non riguardi direttamente i pazienti, ma l'analisi del sangue, delle urine e di altre sostanze corporee, è comunque necessario utilizzare strumenti perfettamente sterilizzati. La contaminazione delle attrezzature da laboratorio e delle provette da parte di microrganismi può portare a risultati diagnostici alterati o inutili. La sterilità è un fattore essenziale anche in molti altri processi di produzione moderni, ad esempio nella biotecnologia, nell'industria farmaceutica e cosmetica e nel settore alimentare. È importante prendere in considerazione tutti i fattori, a partire dalle materie prime e dai mezzi di produzione, fino ai materiali da imballaggio. Norme, standard e leggi definiscono i requisiti per la sterilizzazione. Le autorità pubbliche competenti, come la Food and Drug Administration negli Usa, controllano che tali requisiti vengano rispettati.

Come avviene la sterilizzazione
Esistono diversi metodi per sterilizzare un prodotto o uno strumento; il più diffuso consiste nell'uccidere i microrganismi (ad esempio batteri, funghi e virus) mediante esposizione al calore. Nel settore sanitario si utilizzano le autoclavi: qui gli oggetti da sterilizzare vengono esposti al vapore a una temperatura di circa 125 °C per un certo periodo di tempo. La temperatura elevata, l'umidità e la pressione del vapore sono uno svantaggio in questo tipo di approccio perchè alcuni materiali non resistono a queste condizioni. Per questo motivo si sta diffondendo un altro metodo di sterilizzazione: l'irradiazione con raggi gamma o raggi X. Questo metodo offre diversi vantaggi. I raggi gamma penetrano a fondo, il che consente di disinfettare prodotti già imballati, all'interno di grandi scatole e perfino sui pallet a temperatura ambiente. In pratica gli oggetti vengono sterilizzati nell'ultima fase del processo di produzione, per cui vengono a mancare le costose condizioni della “clean room” necessarie durante la produzione. La dose di irradiazione dipende delle condizioni microbiche originali dei prodotti e dal livello di sicurezza finale. Di solito si richiede l'applicazione di una dose compresa tra 25 e 45 kGy; il kiloGray è l'unità internazionale standard della dose di radiazione ionizzante.

Rintracciabilità dei prodotti sterilizzati
I processi logistici moderni utilizzano la tecnologia di identificazione a radio frequenza per etichettare e tracciare gli oggetti. Nella forma più semplice un tag Rfid elettronico contiene un ID univoco, simile a un'etichetta con codice a barre. Diversamente da quest'ultima, i tag Rfid possono essere letti mediante un'interfaccia aerea, senza accesso ottico diretto al tag. In questo modo è possibile identificare ogni singolo oggetto contenuto in una scatola, senza doverla aprire. Un altro aspetto importante è che le etichette Rfid elettroniche sono in grado di conservare altri dati che possono essere scritti durante il processo di produzione (ad esempio numero di lotto, data di produzione, data di scadenza, tipo di prodotto, ecc.) e nel flusso lungo la catena di fornitura (ad esempio uscita dalla fabbrica, data di sterilizzazione, nome partner di logistica, ecc.). Soprattutto nel caso degli strumenti e dei prodotti medicali è molto importante identificare gli oggetti in modo affidabile e documentare il trattamento e il tipo di produzione. Eventuali errori possono provocare problemi gravi e mettere in pericolo la vita del paziente. Per sfruttare al massimo queste caratteristiche nelle applicazioni medicali è necessario combinare l'irradiazione gamma e le tecnologie Rfid sopra descritte. I tradizionali prodotti Rfid basati su Eeprom non resistono al processo di irradiazione. Dopo l'esposizione il contenuto della memoria viene cancellato. È a questo punto che entra in gioco la straordinaria tecnologia Fram di Fujitsu.

La tecnologia Fram
A differenza delle memorie non volatili tradizionali, Flash ed Eeprom, il contenuto di una cella Fram non viene archiviato sotto forma di portatore di carica in un 'floating gate'. Le informazioni (0 o 1) sono contenute nella polarizzazione del materiale ferroelettrico titanato zirconato di piombo, PZT (Pb (ZrTi)O3). Questo materiale viene posto tra due elettrodi in forma di pellicola sottile, come nella struttura del condensatore. Applicando un campo elettrico, il materiale si polarizza in una direzione e mantiene questa struttura anche quando il campo viene tolto. Invertendo la direzione del campo elettrico, gli atomi si polarizzano nella direzione opposta. Una cella di memoria Fram ha la stessa struttura di una cella Dram ed è costituita da un transistor e da un condensatore, ma in questo caso la cella Fram contiene un condensatore con un dielettrico ferroelettrico.
L'energia applicata durante il processo di irradiazione elimina la carica nei floating gate delle celle Eeprom, senza però influire sulla polarizzazione delle celle Fram. Alcuni studi scientifici hanno dimostrato la resistenza della Fram alla radiazione, con dosi fino a 50kGy.

Altri vantaggi della Fram
La Fram offre anche altri vantaggi, soprattutto per i prodotti Rfid. Non dovendo sostituire grandi quantità di carica, le pompe che generano tensioni di programmazione elevate non servono. Quindi la tecnologia Fram consente di risparmiare molta più energia della Eeprom, il che influisce in modo positivo direttamente sul range operativo dei tag Rfid. Considerati i bassi valori di consumo della Fram, il range operativo è maggiore per una data intensità di campo o di densità di energia. La velocità di scrittura delle memorie Fram è alta quanto la velocità di lettura, cioè l'accesso in scrittura della Fram è circa 25 volte maggiore dell'accesso in scrittura della Eeprom. Il numero massimo di cicli di scrittura/cancellazione della Flash e della Eeprom è compreso tra 10.000 e 100.000. Una volta superato questo limite, non è più possibile archiviare in modo affidabile il contenuto della memoria. Confrontando gli oltre 10 miliardi di cicli di scrittura/cancellazione (1010 ), la durata di una memoria Fram è praticamente illimitata, il che consente di riutilizzare moltissime volte i tag Fram. A volte la Fram viene erroneamente associata al ferromagnetismo. I campi magnetici non influiscono sul materiale ferroelettrico.

Una interessante combinazione
Rispetto ai tradizionali chip Rfid basati su E2PROM/flash, la famiglia FerVID di Fujitsu offre le stesse elevate velocità di trasferimento dati, sia per la lettura che per la scrittura sulle lunghe distanze. L'accesso in scrittura, specificato in 10 miliardi di cicli, è nettamente superiore a quello dei tag Rfid tradizionali, con conseguente riduzione dei costi e del tempo per le applicazioni. Fujitsu offre prodotti Rfid HF e Uhf con tecnologia Fram. I dispositivi conformi alla norma ISO 15693 hanno una frequenza operativa di 13,56MHz e sono dotati di memorie da 2kByte e 256Byte. Nella banda UHF da 860 a 900MHz, Fujitsu offre il dispositivo Fram a 4kByte, conforme allo standard EPC global C1G2. I prodotti sono dotati di comandi di trasmissione anticollisione, blocco e lettura/scrittura veloce. Sono anche disponibili due tipi di dispositivi a doppia interfaccia: un prodotto Rfid tradizionale senza contatto, conforme allo standard EPCglobal, e un derivato con un'altra interfaccia SPI basata su contatto. Questo tipo a interfaccia doppia può essere implementato come parte di un sistema embedded basato su microcontroller.

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