用於確定密封件被破壞的時間的方法和系統與流程
2023-12-04 19:10:36 1
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本申請要求2014年12月12日提交的美國非臨時申請序號14/568480的優先權，其全部內容通過引用併入本文。
背景
公開領域
本主題涉及用於確定容器或類似物上的密封件(seal)何時被破壞的系統和技術。更具體地，本主題涉及使用環境敏感性材料來確定容器或類似物上的密封件何時被破壞。
相關技術的描述
對於眾多應用中的任何一種，保持使用密封容器或環境是常見的。例如，藥物經常被提供在密封容器中，如吸塑包裝(blisterpack)，其可具有多個單獨的密封小室(cell)，必須將所述小室破壞才能獲得一定劑量的藥物。能夠確定小室上的密封件何時被破壞可能是有利的，例如，受試者可以在醫生或醫療護理提供者的指令下在特定時間攝取一定劑量的藥物。如果受試者不在醫生或醫療護理提供者控制下的設施(例如，醫院或療養院)內，醫生或醫療護理提供者可能難以知道受試者是否在適當的時間攝取藥物。因此，在這種情況下，有利的是，提供可用於確定特定密封件何時被破壞的系統和方法。
概述
本主題的幾個方面可以在以下描述和請求保護的裝置和系統中單獨或一起體現。這些方面可單獨或與本文所述的主題的其它方面結合使用，並且這些方面在一起的描述並不意在排除單獨使用這些方面或單獨地或以不同的組合來請求保護這些方面，如在所附權利要求中所提出的。
一方面，用於確定密封容器的密封件何時被破壞的系統包括密封容器和電路。密封容器包括將容器的內部與外部環境隔開的密封件。電路中的環境敏感性導體被安置在密封容器的內部。導體具有帶已知初始值的電學性能，其作為時間和暴露於外部環境的函數以可預測的方式變化。在密封件已被破壞之後，可以利用電學性能的當前值確定密封件被破壞以及導體暴露於外部環境的時間。
另一方面，用於確定密封容器的密封件何時被破壞的系統包括密封容器和電路。密封容器包括將容器的內部與外部環境隔開的密封件。電路中的環境穩定性導體和環境敏感性導體被安置在密封容器的內部。環境敏感性導體具有帶已知初始值的電學性能，其作為時間和暴露於外部環境的函數以可預測的方式而變化。在密封件已被破壞之後，可以利用電學性能的當前值確定密封件被破壞以及環境敏感性導體被暴露於外部環境的時間。
又一方面，確定密封容器的密封件何時被破壞的方法包括提供具有將位於容器內部的環境敏感性導體與外部環境隔開的密封件的密封容器。導體具有帶已知初始值的電學性能，其作為時間和暴露於外部環境的函數以可預測的方式而變化。密封件被破壞，從而將導體暴露於外部環境，並允許電學性能的值變化。然後根據電學性能的當前值和初始值確定密封件被破壞的時間。
附圖簡述
圖1是根據本公開一方面的具有用於確定密封件被破壞的時間的環境穩定性導體和環境敏感性導體的電路的圖解視圖；
圖2是具有被併入到密封容器或包裝的密封件中的環境穩定性導體的圖1的電路的圖解視圖；
圖3是示出在環境穩定性導體和密封件被破壞之前和之後的圖1的電路電阻的圖；
圖4是具有用於確定環境敏感性導體的電阻的關聯輸入/輸出埠的圖1的電路的圖解視圖；
圖5是具有用於確定環境敏感性導體的電阻的關聯模數轉換器(analog-to-digitalconverter)的圖1的電路的圖解視圖；
圖6是圖4的電路電壓隨時間變化的圖；
圖7是併入用於確定小室上的密封件何時被破壞的圖1的電路的醫用容器的含藥物小室的平面圖；
圖8是具有與兩部分相關聯的環境穩定性導體和與用於確定容器何時打開的一部分相關聯的環境敏感性導體的容器的兩部分的透視圖；
圖9是根據本公開一方面的具有用於確定密封件被破壞的時間的單個環境敏感性導體的電路的圖解視圖；和
圖10是併入用於確定小室上的密封件何時被破壞的圖9的電路的醫用容器的含藥物小室的平面圖。
具體實施方式
根據需要，在此公開本發明的詳細實施方式；然而，應理解的是，公開的實施方式僅僅是本發明的示例，本發明可以以各種形式實施。因此，在此公開的具體細節不應被解釋為限制，而僅僅被解釋為權利要求的基礎以及用於教導本領域技術人員以實際上任何適當的方式來不同地利用本發明的代表性基礎。
根據本公開的一方面，用於確定密封容器或包裝等的密封件何時被破壞的系統可包括圖1所示類型的電路10。圖2示出安置在密封容器12內部中、密封件14後面的電路10，將在本文中更詳細地描述。
圖1和圖2的電路10包括兩個電連接的並安置在密封環境或容器12內的導體16和18。在所示實施方式中，將導體16和18並聯連接，但在不脫離本公開範圍的情況下也可使用其它電路排布。第一導體16通常是環境穩定的，以使第一導體16的至少一種電學性能在暴露於密封容器12的外部環境之前和之後通常保持一致。第二導體18是環境敏感的，以使第二導體18的至少一種電學性能在暴露於密封容器12外部環境之後將作為時間的函數而變化。
在一個實施方式中，第一和第二導體16和18為電阻器，其中第一導體16具有在暴露於密封容器12外部環境之前和之後通常保持一致的電阻。對於第二導體18，其具有在暴露於密封容器12外部環境之後作為時間的函數而變化的電阻。第二導體18可以對任何一個或多個環境因素敏感。例如，第二導體18可以被配置以通過一定程度上的腐蝕而與外部環境中的液體或氣體反應，從而改變其電阻。由導電金屬形成的第二導體18可以至少部分地轉化為氧化物或其它非導電化合物作為改變其電阻的機制。有機導體(例如，聚苯胺)可具有其侵襲的結構作為改變其電阻的機制。因此，基於第二導體18將被暴露於的外部環境的性質，可以選擇具體的材料用於第二導體18以引起所需反應和可預見的電阻變化。
在一個實施方式中，儘管導體16和18被提供作為電阻器(並且以下討論是指作為第二導體18的可變的電學性能的電阻)，但應理解，導體可以是其它電組件。例如，導體16和18可以是電容器(例如，包括當暴露於外部環境時隨時間幹透的溼電介質層的電容器的第二導體18)或電感器或電晶體或二極體，條件是這些導體中的一個具有在某些環境條件的存在下可以可預測的方式變化的電學性能。在另一個實施方式中，第二導體18可以是電池，如鋅-空氣電池，其僅在暴露於空氣時產生電壓。在這種實施方式中，如果正通過相關聯的電路10引導電流，隨後第二導體/電池18的電壓將以可預測的方式隨時間下降。如果使用除電阻器之外的導體並對除電阻之外的可變電學性能(例如，電容或電感)進行監測，則不同於圖1和2所示的電路排布的電路是有利的。
如果兩個導體16和18被提供作為電阻器，將它們並聯放置使得點a和b之間的電阻等於導體16和18的電阻的組合。具體地，總電阻r0等於兩個電阻之積除以兩個電阻之和。圖3示出由於密封件14和第一導體16在時間t破壞而導致的點a和b之間的電阻如何變化。在密封件14被破壞之前，導體16和18兩者是完好的並且促成了點a和b之間的電阻，而產生電阻r0。
當密封14和第一導體16在時間t被破壞時，第一導體16的電阻基本上變為無限大(即開路)，因為沒有電流經其中流過。此時，點a和點b之間的所有電流將流過第二導體18，使得點a和點b之間的電阻瞬間變為第二導體18的電阻r2。這在圖3中示出，當密封件14和第一導體16破壞時，在時間t從r0到r2的逐步過渡。對於一些實施方式，可能有利的是，第一導體16的電阻遠小於第二導體18的電阻以在時間t產生較大階梯，這可能更容易通過監測裝置進行檢測。在其它實施方式中，兩個導體16和18可以是不同的電路組件，條件是第二導體18具有時間和環境可變的電學性能，並且第一導體16被配置以允許立即開/關檢測(其允許關聯的監測系統在密封件14已經被破壞時查看第二導體18的變化的電學性能)。
圖2示出確保第一導體16在與相關聯的密封件14相同的時間被破壞的示例性系統配置。在圖2的系統中，將電路10(其包括第一和第二導體16和18)安裝在通過密封件或屏障或框架14與外部環境隔開的密封容器或包裝等內。除了保護環境敏感性第二導體18免受外部環境外，密封件14還可以是絕緣屏障。將第一導體16併入密封件14中——如通過印壓在密封件14上或通過任何其它合適的方式，並定位以便破壞密封件14必然也會破壞第一導體16而不破壞第二導體18。在一個實施方式中，密封件14本身可以構成第一導體16，例如，如果密封件14是具有相對低電阻的易碎金屬膜。
當密封件14和第一導體16被破壞時，允許外部環境進入密封容器或包裝12的內部並接觸第二導體18。當外部環境作用於第二導體18時，第二導體18的電阻(或其它可變電學性能)將隨時間變化，如上所述。在圖3所示的實施方式中，第二導體18的電阻隨著暴露於外部環境的時間線性變化，但是在其它實施方式中，第二導體18的電阻或其它可變電學性能可隨時間或根據任何其它曲線呈指數變化。
如果第二導體18的初始電阻(在其被外部環境作用之前)和第二導體18的電阻隨時間變化的方式都是已知的，則特定時間的第二導體18的電阻可用於確定密封件14和第一導體16何時被破壞(即，當第二導體18首次暴露於外部環境並且其電阻開始改變時)。例如，假設第二導體18的被測電阻是第二導體18的初始電阻的兩倍。而且假設已知在被暴露於密封14和第一導體16被破壞之後的第二導體18被暴露的類型的環境條件後第二導體18的電阻將如何變化。利用這三條信息(即，第二導體18的初始電阻、第二導體18的被測電阻、和第二導體18的電阻作為時間和暴露於環境的函數的變化方式)，可以確定第二導體18已經暴露於外部環境多長時間。據此，可以由當前時間向後計算以確定密封件14和第一導體16被破壞時的時間。
圖4和圖5分別示出用於確定第二導體18的電阻的兩個不同的示例性系統20和22。在圖4的實施方式中，系統20包括圖1所示類型的電路10，其中第一導體16和第二導體18並聯連接。導體16和18另外與電容器24並聯連接。導體16和18以及電容器24的一端連接至地26，而另一端連接到監測裝置(諸如微控制器或遠程頻率識別(「fid」)晶片或一些其它監測系統)的輸入/輸出埠28。
使用時，輸入/輸出埠28被設置為輸出，並且電容器24最初被充電到或接近系統電源電壓v0。然後將輸入/輸出埠28設置為輸入，並且確定電容器24上的電壓v從v0下降到閾值vt(即，與輸入/輸出埠28相關聯的處理器或控制器讀取輸入為數字0而不是數字1的值)所需的時間。如果只有第二導體18是起作用的(由於第一導體16被破壞——通常與相關聯的密封件一起)，電流將流過第二導體18，其中電容器24上的電壓v以取決於第二導體18的電阻的速率下降。已知電容器24上的電壓v下降到閾值vt所需的時間以及電容器電壓和導體電阻之間的關係，可以導出第二導體18的當前電阻，其可用於確定第一導體16和與其相關聯的密封件被破壞的時間，如上所述。
圖6示出圖4中的電容器24上的電壓v的可能的曲線。如上所述，施加輸入電壓以對電容器24充電直到其達到目標電壓v0。然後，將輸入/輸出埠28設置為輸入，並允許電容器24通過第二導體18放電，這使電壓下降，如圖6所示。雖然穿過電容器24的電壓顯示為隨時間呈指數下降，但第二導體18的電阻將隨時間線性增加。具體的，穿過電容器24的電壓v可以由以下等式表示：
其中t是電容器24已經放電的時間的量，r是第二導體18的電阻，c是電容器24的電容。
可按如下重新排列等式(1)以分離出電壓：
其可以進一步重新排列為：
和
如等式(4)中所示，電阻r與時間t通過乘數成反比，所述乘數可以表示為如下的數值k：
最後，使用k可將等式(4)重寫：
rk＝-t(6)，其顯示電阻r隨時間線性變化，根據圖3所示的電阻曲線。
在圖5的實施方式中，系統22包括圖1中所示類型的電路10，其中第一導體16和第二導體18並聯連接。電路10還包括與導體16和18串聯的電阻器30，其中電阻器30具有已知電阻。系統22還包括連接到電阻器30的相對端的模數轉換器32。使用時，電壓被施加到電路10，其中由模數轉換器32所查看的電壓與電阻器30的電阻與第一和第二導體16和18(如果第一導體16仍然完好無損)或只是第二導體18(如果第一導體16已經被破壞)的電阻的比和施加的電壓成比例。如果第一導體16的電阻遠小於第二導體18的電阻，則當第一導體16完好時，由模數轉換器32查看的電壓將非常小(例如，接近於零)。當在實施方式中第一導體16和相關聯的密封件已經被破壞時，並聯導體排布提供高電阻/開路，電流通過相對高電阻第二導體18(和電阻器30)，其決定了由模數轉換器32查看的電壓。當已經確定電阻器30和第二導體18的電阻的比時，則可以導出第二導體18的當前電阻——因為電阻器30的電阻是已知的。然後，第二導體18的電阻可用於確定第一導體16和與其相關的密封件被破壞的時間，如上所述。
雖然圖4和圖5示出可併入根據本公開的電路或與根據本公開的電路相關聯的監測裝置的兩個可能的監測裝置或監測裝置的組件，但應理解，其它類型的監測裝置和電路組件也可以併入電路而不脫離本公開的範圍。優選地，監測裝置被配置以在不構成連續的功率消耗的情況下通信或以其它方式傳輸關於電路和/或密封件狀態的數據(例如，經藍牙或wifi或uhf等)。例如，從電路中省略實時時鐘可能是有利的，因為這種裝置通常需要電池並且構成連續的功率消耗。
在一個實施方式中，將監測裝置與負責數據通信的單獨處理器或控制器等相關聯或併入其中。處理器/控制器可以採取來自相對簡單的事物(例如，被配置以使用近場通信兼容的「標籤先講(tagtalksfirst)」協議與電話或其它裝置進行通信的印刷電子裝置)或可以適應(accommodate)更複雜的數據鏈(如wifi)的更複雜的事物的各種適合形式中的任一種。在選擇配對的監測裝置和處理器/控制器時，特別地注意功率消耗是有利的，其中，可優選更簡單的選項(例如，運行相對較慢的簡單微控制器或由讀取裝置或處理器或控制器供電的rfid鏈)
圖7示出一個具體應用，其中可以使用根據本公開的系統。圖7中，醫用容器包括至少一個含藥物小室34。每個小室34可以由任意合適的材料形成，但是，在一個實施方式中，每個小室由塑料材料或大體上不導電的另一種材料形成。可能有利的是，小室34由通常為剛性但可足以變形——人可以使用手指或數字力(digitalforce)和操控使單個小室變形——的材料形成。在優選實施方式中，醫用容器的主體採用一般形式的吸塑包裝，其中薄塑料片材設有多個真空型的凹陷或構造，其均限定用於接收一定劑量藥物的小室34。雖然可優選具有多個設有形成以限定所有小室的單個塑料片材的小室的醫用容器，但即將單獨或非整體地形成的單個醫用容器的小室也在本公開的範圍內。
每個小室34由蓋或密封件36封閉或覆蓋，小室34內的藥物可通過該蓋或密封件36進入。在一個實施方式中，密封件36是薄片材材料，如金屬箔等，其可被破壞以允許藥物離開小室34。在這種實施方式中，小室34的基底可以由使用者壓向易碎密封件36，直到密封件36上的力超過密封件36的強度，此時密封件36損壞並且藥物可從小室34移除。可選地，小室34可以保持不動，同時密封件36被直接接合併破壞以從小室34移除藥物。如果醫用容器設有多個小室，則可以優選單個密封件覆蓋所有小室，但設有單獨密封件的相同醫用容器的兩個或多個小室也在本公開的範圍內。例如，在一個實施方式中，不同的小室均由單獨的非易碎的(例如，鉸鏈式的)蓋或密封件覆蓋。
在圖7的實施方式中，可以將圖1所示類型的電路10併入醫用容器中。在這種實施方式中，布置電路10以便第一導體16與密封件36一起在小室34上延伸，而第二導體18被安置與小室34相鄰而不通過小室34。在具體實施方式中，電路10可以印壓在密封件36上或以其它方式集成到密封件36中，但電路10與密封件36分開提供也在本公開的範圍內。在另一個實施方式中，第一導體16可以是密封小室34的箔蓋，這樣的第一導體16提供充當虛擬短路(完好時)的低電阻，並且隨後具有有效的無限大的電阻(斷開時)，其引導所有電流通過第二導體18，允許監測裝置或系統「查看」第二導體18。可以將第二導體18製造為具有在製造期間保護第二導體18的屏障，該屏障被配置以當將密封件36固定到(例如通過熱封)醫用容器的主體時被突破。儘管圖7中未示出，但是電路10也可包括附加組件，如圖5所示類型的輸入/輸出埠和/或圖6所示類型的模數轉換器或其它合適的監測裝置組件。
通過密封件36進入小室34以移除藥物破壞小室34位置處的電路10——特別是通過切斷或破壞小室34處的第一導體16。將密封件36和第一導體16破壞使第二導體18暴露於外部環境，導致第二導體18的電阻作為時間的函數而變化。如上更詳細地描述，可以測得第二導體18在特定時間的電阻，然後用於確定醫用容器的密封件36被破壞的時間。如果醫用容器包括多個小室，每個均可包括其自身的相關電路，從而允許醫生或醫療護理提供者分別監測每個小室的狀態。如果各種小室包括在特定時間被受試者攝入的不同藥物，這可能是特別有利的。
圖8示出根據本公開所述的系統的另一個具體應用。圖8中，密封包裝或容器包括至少兩個部分或柄狀物38和40，包裝或容器被配置以通過使柄狀物38和40分開移動而打開或開封。在一個實施方式中，通過纏繞或以其它方式將第一導體16固定到柄狀物38和40兩者上，同時通過纏繞或以其它方式將第二導體18固定到僅一個柄狀物38將圖1所示類型的電路10併入包裝或容器中。儘管圖8中未示出，但是電路10可包括附加組件，如圖5所示類型的輸入/輸出和/或圖6所示類型的模數轉換器或其它適合的監測裝置組件。
優選地，第一導體16是易碎的並且被配置以使當柄狀物38和40分開而破壞包裝或容器上的密封件時，第一導體16也將破壞。將密封件和第一導體16破壞使第二導體18暴露於外部環境，導致第二導體18的電阻作為時間的函數而變化。如上更詳細地描述，可以測得第二導體18在特定時間的電阻，然後用於確定包裝或容器的密封件被破壞的時間。在具體實施方式中，第一導體16與在密封件被破壞時將第二導體18暴露於大氣氧的密封通道相關聯，但第二導體18可被配置以在不脫離本公開範圍的情況下與其它外部環境條件反應。不論具體實施方式如何，當裝運在運輸過程中解封的包裝或容器時，圖8所示類型的系統的優點在於，當密封件被破壞時，可以確定包裝或容器處於誰的保管中，該信息可用於確定誰承擔更換或支付解封物品的責任。
圖9示出用於確定密封件何時被破壞的系統的可替代實施方式。在圖9的實施方式中，系統包括電路42，其包括與圖1的雙導體電路10相反的單個導體44。提供僅具有一個導體44的電路42可產生比併入兩個導體的系統更便宜的系統。此外，圖9所示類型的系統的另一個優點是，導體44的初始校準可以在密封狀態下進行，其中信息被存儲在電路42本地的裝置(例如，rfid晶片)中，或存儲在與系統特性(identity)相關聯的單獨資料庫或控制器/處理器中。
導體44是環境敏感的，以便在暴露於密封容器外部環境後，其電學性能中的至少一個將作為時間的函數而變化，類似於圖1中的第二導體18。在一個實施方式中，導體44是電阻器，其具有在暴露於密封容器外部環境之後作為時間的函數而變化的電阻，但是，如上關於圖1和圖2中的第二導體18的更詳細地描述，導體44可以是任何其它適合的電路組件。導體44可對任何一個或多個環境因素敏感。例如，導體44可以被配置以通過在一定程度上腐蝕而與外部環境中的液體或氣體反應，從而改變其電阻。由導電金屬形成的導體44可以至少部分地轉化為氧化物或其它非導電化合物作為改變其電阻的機制。有機導體(例如，聚苯胺)可具有作為改變其電阻的機制而侵蝕的其結構。因此，基於導體44將被暴露的外部環境的性質，可以選擇具體的材料用於導體44以引起所需的反應和可預測的電阻變化。
導體44的初始電阻是已知的，其中當相關聯的密封容器或包裝的密封件完好時，導體44的電阻等於該初始電阻。當密封件被破壞並且導體44暴露於外部環境時，導體44的電阻將根據多個可能的曲線中的任一個而增加，如通過隨時間和暴露於外部環境線性或指數的增加。儘管圖9中未示出，但是電路44可包括附加組件，如與處理器或控制器等配對的用於確定導體44在密封件被破壞之前和之後的電阻的監測裝置(例如，具有圖4所示類型的輸入/輸出埠或圖5所示類型的模數轉換器的裝置)。
僅提供環境敏感性導體44(而不是將環境穩定性導體併入電路42)可使得更難以檢測導體44的電學性能的變化，因為消除了如圖3所示類型的性能的明顯階躍變化。然而，適當選擇的監測裝置和處理器/控制器將能夠測定電學性能的當前值，然後在外部環境的存在下利用對導體44反應的了解來追溯解封事件的時間。優選地，導體44被選擇以具有在其初始暴露於外部環境後快速變化的電學性能，以便監測裝置和處理器/控制器更易於確定密封件被破壞的時間。可特別優選的是，電學性能的數值最初變化快(為了在更短的時間段內的更好的精確性)，而隨著時間變化較慢(導致在更長的時間段內的精確性降低，但改善了系統的壽命)。這樣的實施方式可對於臨床目的是有利的，其中短期精確性(例如，十分鐘前與三十分鐘前是否服用藥片)比長期準確性(十一個小時前或十二個小時前是否服用藥片)更重要。對於併入兩個導體而不是單個導體的根據本公開所述的系統也是正確的。
圖10示出一個具體應用，其中可以利用圖9所示類型的單導體系統。圖10中，上述關於圖7所述類型的醫用容器被提供有至少一個含藥物小室34。並不是具有與在小室34上延伸的密封件36相關聯的環境穩定性導體和被安置與小室34相鄰而不穿過小室34的環境敏感性導體，該所示實施方案僅包括被安置與小室34相鄰而不穿過小室34的環境敏感性導體44。類似於圖7的實施方式，導體44可以被製造為具有在製造期間保護導體44的屏障，該屏障被配置以當密封件36被固定(例如通過熱封)到醫用容器的主體時被突破。另外，儘管圖10中未示出，但是電路42可包括附加組件，如圖5中所示類型的輸入/輸出埠和/或圖6中所示類型的模數轉換器或其它適合的監測裝置組件。
通過密封件36進入小室34以移除藥物使導體44暴露於外部環境，導致導體44的電阻作為時間的函數而變化。如上更詳細地描述，可以測得導體44在特定時間的電阻，然後用於確定醫用容器的密封件36被破壞的時間。如果醫用容器包括多個小室，每個可包括其自身的相關電路，從而允許醫生或醫療護理提供者分別監測每個小室的狀態。如果各種小室包含在特定時間被受試者攝取的不同藥物，這可能是特別有利的。
應理解，上述實施方式是對本主題原理的一些應用的說明。在不脫離所請求保護的主題的精神和範圍的情況下，本領域技術人員可以進行許多修改，包括本文單獨公開或要求保護的特徵的組合。由於這些原因，本發明的範圍不限於上述描述，而是如所附權利要求中所闡述的，並且應理解，權利要求可以涉及其特徵，包括作為本文單獨公開或要求保護的特徵的組合。