focus 62 [ elettromedicale ] Migliorare il processo di sterilizzazione 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. N ella vita quotidiana facciamo affidamento su prodotti puliti non 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. SELEZIONE DI ELETTRONICA Come avviene la sterilizzazione Esistono diversi metodi per sterilizzare un prodotto o uno strumento; il più diffuso consiste nell’uccidere i microrganismi 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. 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 settembre 2011 focus 64 [ elettromedicale ] le costose condizioni della “clean room”. La dose di irradiazione dipende delle condizioni microbiche originali dei prodotti e dal livello di sicurezza finale. Di solito si richiede una dose compresa tra 25 e 45 kGy. 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 sono in grado di conservare altri dati che possono essere scritti durante il processo di produzione (numero lotto, data produzione, data scadenza, tipo prodotto, ecc.) e lungo la catena di fornitura (uscita dalla fabbrica, data sterilizzazione, partner di logistica, ecc.). Soprattutto nel caso degli strumenti e dei prodotti medicali è importante identificare gli oggetti in modo affidabile e documentare il trattamento e il tipo di produzione. Eventuali errori possono mettere in pericolo la vita del paziente. Per sfruttare al massimo queste caratteristiche è necessario combinare l’irradiazione gamma e le tecnologie Rfid. I tradizionali prodotti Rfid basati su Eeprom non resistono però al processo di irradiazione, in quanto 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 il contenuto di una cella Fram non viene archiviato sotto forma di portatore di carica in un ‘floating gate’. Le informazioni sono contenute nella polarizzazione del materiale ferroelettrico titanato zirconato di piombo, che viene posto SELEZIONE DI ELETTRONICA tra due elettrodi in forma di pellicola sottile. 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 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. 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 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 Flash e Eeprom è compreso tra 10.000 e 100.000. Superato questo limite, non è più possibile archiviare in modo affidabile il contenuto della memoria. Confrontando gli oltre 10 miliardi di cicli, la durata di una 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. Un’interessante combinazione Rispetto ai tradizionali chip Rfid basati su Eeprom/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 superiore a quello dei tag Rfid tradizionali, con conseguente riduzione di costi e tempi. Fujitsu offre prodotti Rfid Hf e Uhf con tecnologia Fram. I dispositivi hanno una frequenza operativa di 13,56 MHz e sono dotati di memorie da 2 kByte e 256 Byte. Nella banda Uhf da 860 a 900 MHz, Fujitsu offre il dispositivo Fram a 4 kByte. 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 e un derivato con un’altra interfaccia Spi a contatto. Questo tipo a interfaccia doppia può essere implementato come parte di un sistema embedded basato su microcontrollore. Dirk Fischer Product Marketing Engineer Fujitsu www.emea.fujitsu.com/fram settembre 2011