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JPH0376933B2 - - Google Patents
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JPH0376933B2 - - Google Patents

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JPH0376933B2
JPH0376933B2 JP59010349A JP1034984A JPH0376933B2 JP H0376933 B2 JPH0376933 B2 JP H0376933B2 JP 59010349 A JP59010349 A JP 59010349A JP 1034984 A JP1034984 A JP 1034984A JP H0376933 B2 JPH0376933 B2 JP H0376933B2
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JP
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electrode
glycol
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acid
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Junji Suzuki
Shiro Sasaki
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Description

【発明の詳細な説明】 本発明は皮膚に貼着使用される生体用電極に関
する。
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION The present invention relates to a biological electrode that is attached to the skin.

従来、心電図や脳波測定等の検知用途あるいは
低周波治療、イオントフオレーゼ(イオン浸透療
法)等の刺激乃至電流伝達用途、更には電気メス
用対極板等の接地用途等に於いて、機器と電気的
に接続された導電素子と、生体皮膚間との電気的
接続を維持すべく所謂電極ペーストやクリームが
導電素子乃至皮膚に塗布使用されて来た。近時、
これら電極ペーストやクリームに代わるものとし
て自己保形性、皮膚接着性並びに導電性を併せ有
する各種生体用電極が提案されている。
Traditionally, equipment and electricity have been used for detection applications such as electrocardiograms and brain wave measurements, stimulation or current transmission applications such as low frequency therapy and iontophoresis (iontophoresis), and grounding applications such as return electrodes for electric scalpels. In order to maintain electrical connection between a conductive element that is electrically connected to the skin of a living body, a so-called electrode paste or cream has been applied to the conductive element or the skin. Recently,
As an alternative to these electrode pastes and creams, various biological electrodes have been proposed that have self-shape retention, skin adhesion, and electrical conductivity.

例えば、特開昭52−95895号公報、同55−81635
号公報、同56−36939号公報、同58−135506号公
報等は、架橋乃至非架橋重合体等を基材とする各
種皮膚貼着用電極を開示している。
For example, Japanese Patent Application Laid-open No. 52-95895, Japanese Patent Application Laid-open No. 55-81635.
Japanese Patent No. 56-36939, Japanese Patent No. 58-135506, etc. disclose various electrodes for application to the skin that are made of crosslinked or non-crosslinked polymers.

しかし乍らこれら非架橋型重合体を基材とする
ものにあつては、近時特に重要度を増しているホ
ルター心電計等の長時間モニタ用途あるいは長時
間イオントフオレーゼ用途等に於いて発汗等に伴
ない流動変形してしまい電気的接続の安定的維持
の達成が困難であり、他方、架橋重合体を基材と
するものにあつてはその多くがモノマからの直接
的架橋重合物であるため残存モノマによる生体刺
激乃至為害性を回避し得ない等の困難が知見され
得る。
However, products based on these non-crosslinked polymers cannot be used for long-term monitoring applications such as Holter electrocardiographs or long-term iontophoresis applications, which have recently become increasingly important. It is difficult to maintain stable electrical connection due to flow deformation due to sweating, etc. On the other hand, in the case of products based on crosslinked polymers, most of them are directly crosslinked from monomers. Therefore, it may be difficult to avoid biological stimulation or toxicity due to residual monomers.

上記に鑑み本発明の主たる目的は、長時間用途
に於いても流動変形することなく良好な寸法安定
性及び電気的接続を維持し得且つ生体為害作用を
有しない組成要素のみによつて形成された基材よ
り成る新規生体用電極を提供することにある。
In view of the above, the main object of the present invention is to maintain good dimensional stability and electrical connection without flow deformation even in long-term use, and to be formed only from compositional elements that do not have any harmful effects on living organisms. The object of the present invention is to provide a novel biological electrode made of a base material.

上記目的は、カルボキシル基含有親水性高分子
と多価アルコールとの部分的エステル架橋反応物
を基材主成分とする本発明電極により達成され
る。
The above object is achieved by the electrode of the present invention, the main component of which is a partially ester crosslinked reaction product of a carboxyl group-containing hydrophilic polymer and a polyhydric alcohol.

以下、本発明電極の組成要素、配合及び反応条
件、使用態様及び特性等につきより詳細に分説す
る。
Hereinafter, the compositional elements, formulation and reaction conditions, mode of use, characteristics, etc. of the electrode of the present invention will be explained in more detail.

カルボキシル基含有親水性高分子 アクリル酸、メタクリル酸、マレイン酸、フマ
ル酸、イタコン酸、アコニツト酸、シトラコン
酸、ハイミツク酸等々のモノマのホモポリマ乃至
コポリマ、又は、これらのモノマとエチレン、プ
ロピレン、ブタジエン、イソプレン、イソブテ
ン、アルキルビニルエーテル(C1〜C6)、酢酸ビ
ニル、塩化ビニル、アクリルアミド、スチレン、
ビニルアルコール等々のカルボキシル基を有しな
い各種モノマとのコポリマを好適なものとして例
示し得る。
Carboxyl group-containing hydrophilic polymer Homopolymers or copolymers of monomers such as acrylic acid, methacrylic acid, maleic acid, fumaric acid, itaconic acid, aconitic acid, citraconic acid, and hemicic acid, or these monomers and ethylene, propylene, butadiene, Isoprene, isobutene, alkyl vinyl ether (C 1 - C 6 ), vinyl acetate, vinyl chloride, acrylamide, styrene,
Suitable examples include copolymers with various monomers having no carboxyl group, such as vinyl alcohol.

ここに於いて、ポリマの平均分子量は好ましく
は1万以上、より好ましくは10万以上であり、更
にポリマ中のカルボキシル基含有モノマの好まし
い割合は5mol%以上である。
In this case, the average molecular weight of the polymer is preferably 10,000 or more, more preferably 100,000 or more, and the preferable proportion of the carboxyl group-containing monomer in the polymer is 5 mol % or more.

他方、ポリマ中カルボキシル基は、酸無水物、
1価金属塩、アミン塩、第4アンモニウム塩のい
ずれの状態でもよいが、カルボキシレートの場合
はそのポリマ水溶液pHは一般に好ましくは7以
下に調製されて反応に供せられる。
On the other hand, the carboxyl group in the polymer is an acid anhydride,
It may be in the form of a monovalent metal salt, an amine salt, or a quaternary ammonium salt, but in the case of a carboxylate, the pH of the polymer aqueous solution is generally preferably adjusted to 7 or less before being subjected to the reaction.

多価アルコール エチレングリコール、ジエチレングリコール、
トリエチレングリコール、テトラエチレングリコ
ール、プロピレングリコール、ジプロピレングリ
コール、トリプロピレングリコール、トリエチレ
ングリコール、ブタンジオール、ペンタジオー
ル、ヘキシレングリコール、オクチレングリコー
ル等々の脂肪族グリコール類、グリセリン、トリ
メチロールプロパン、ヘキサントリオール、ポリ
プロピレングリコール、ポリグリセリン、ポリビ
ニルアルコール乃至その誘導体等々のポリオール
類及び単糖乃至三糖類又は多糖加水分解物をも含
有するオリゴ糖類或いはその水酸基の1部がフエ
ノール性水酸基である各種多価アルコール類を好
適なものとして例示し得る。
Polyhydric alcohol ethylene glycol, diethylene glycol,
Aliphatic glycols such as triethylene glycol, tetraethylene glycol, propylene glycol, dipropylene glycol, tripropylene glycol, triethylene glycol, butanediol, pentadiol, hexylene glycol, octylene glycol, glycerin, trimethylolpropane, hexane Polyols such as triol, polypropylene glycol, polyglycerin, polyvinyl alcohol and its derivatives, oligosaccharides containing monosaccharides to trisaccharides or polysaccharide hydrolysates, and various polyhydric alcohols in which part of the hydroxyl groups are phenolic hydroxyl groups. can be exemplified as suitable examples.

尚、これら多価アルコールは後述の様に可塑剤
としての機能をも併せ有する。
Incidentally, these polyhydric alcohols also have a function as a plasticizer as described below.

配合及び反応条件 本発明電極は基材全体に対しその基材主成分と
して5〜70重量%、より好ましくは10〜50重量%
の前出ポリマと1〜95重量%、より好ましくは10
〜60重量%の前記多価アルコールとの部分的エス
テル架橋反応物を含有するものであるが、導電
性、粘着性等をより向上すべくこれに下記付加的
諸成分が更に添加され得る。
Formulation and reaction conditions The electrode of the present invention has a main component of the base material of 5 to 70% by weight, more preferably 10 to 50% by weight based on the entire base material.
from 1 to 95% by weight, more preferably 10% by weight with the aforementioned polymer of
Although it contains ~60% by weight of a partial ester crosslinking reaction product with the polyhydric alcohol, the following additional components may be further added thereto in order to further improve conductivity, adhesiveness, etc.

電解質 NaCl、KCl、Na2CO3、くえん酸カリウム
等々の各種電解質を導電性を増大すべく参加し
得る。
Electrolytes Various electrolytes such as NaCl, KCl, Na 2 CO 3 , potassium citrate, etc. may be included to increase conductivity.

可塑剤 前記多価アルコールを基材の流動性を高める
ための可塑剤としてそのまま使用し得るが、所
要の場合、別途多価アルコール等の可塑剤を更
に添加使用してもよい。
Plasticizer The polyhydric alcohol may be used as it is as a plasticizer to improve the fluidity of the base material, but if necessary, a plasticizer such as a polyhydric alcohol may be further added and used.

水 基材の導電性、粘着性増加のために添加され
得る。
Water Can be added to increase the conductivity and tackiness of the base material.

粘着付与剤 各種粘着剤を添加し得るが、ハーキユレス社
製ForaxAX 、同ABITOL 等のロジン系水
添樹脂粘着剤、更に酢酸ビニル系、アクリル
系、ポリブデン等の粘着エマルジヨンは基材と
の相溶性等の点で特に有用なものと云い得る。
Tackifier Various types of adhesives can be added, but rosin-based hydrogenated resin adhesives such as Hercules ForaxAX and ABITOL, as well as adhesive emulsions such as vinyl acetate, acrylic, and polybdenum, may be used depending on their compatibility with the base material, etc. It can be said to be particularly useful in this respect.

親水性高分子 カラヤガム、グアーガム、ペクチン、ゼラチ
ン、キトサン等の親水性多糖類ガム、カルボキ
シメチルセルロース、ポリビニルアルコール、
ポリジアルキルアミノアルキル(メタ)アクリ
レート、ポリビニルピリジニウムハロゲン塩、
ポリジアリルアンモニウムハロゲン塩、ポリア
ミノメチルアクリルアミド、ポリビニルイミダ
ゾリン、アイオネン系ポリマ、ポリビニルテト
ラアンモニウムハロゲン塩などのカチオン系凝
集剤等々の任意の親水乃至水溶性高分子を基材
のレオロジー的性質の改良のために添加し得
る。すなわち、これらの水溶性高分子はエステ
ルリンク中に包括された形態で基材に有用な粘
弾性的性質を与えるものとなる。
Hydrophilic polymers Hydrophilic polysaccharide gums such as karaya gum, guar gum, pectin, gelatin, chitosan, carboxymethyl cellulose, polyvinyl alcohol,
Polydialkylaminoalkyl (meth)acrylate, polyvinylpyridinium halogen salt,
Any hydrophilic or water-soluble polymers such as polydiallylammonium halide salts, polyaminomethylacrylamide, polyvinylimidazoline, ionene polymers, cationic flocculants such as polyvinyltetraammonium halide salts can be used to improve the rheological properties of the base material. Can be added. That is, these water-soluble polymers are incorporated into the ester link and provide useful viscoelastic properties to the base material.

一価アルコール メタノール、エタノール、プロパノール、イ
ソプロパノール、ブチルアルコール、sec−ブ
タノール、1・デカノール等の脂肪族一価アル
コールは、基材の親水・疎水性バランスを調製
する為に、添加することができる。
Monohydric Alcohols Aliphatic monohydric alcohols such as methanol, ethanol, propanol, isopropanol, butyl alcohol, sec-butanol, and 1-decanol can be added to adjust the hydrophilic/hydrophobic balance of the base material.

他方、本発明電極基材は、上記主成分要素単
独又はこれに各種添加材を混合した系を、通
常、酸性条件下、50〜100℃、50〜1時間エス
テル架橋反応に付すことにより容易に調製され
る。尚、この際塩酸等の鉱酸を周知の通りエス
テル化反応促進酸触媒とし使用し得る。
On the other hand, the electrode base material of the present invention can be easily prepared by subjecting the above-mentioned main components alone or a system in which various additives are mixed thereto to an ester crosslinking reaction at 50 to 100°C for 50 to 1 hour under acidic conditions. prepared. In this case, a mineral acid such as hydrochloric acid may be used as an acid catalyst for promoting the esterification reaction, as is well known.

特性及び使用態様 以上の様にして調製される本発明電極基材は、
実質的に水不溶性であるが適度な吸水膨潤性を有
するものであるため長時間の貼着使用に於いても
良好な寸法安定性を示し且つ導電素子と皮膚間を
確実に電気的に連結し得、更に極めて強力な皮膚
接着性を粘着付与剤なしにも達成し得且つエステ
ル架橋網中に比較的多量の水分を全体の粘弾特性
を悪化させず包含し得るものであるため低インピ
ーダンス特性を有するものであること、あるいは
特にイオントフオレーゼ用電極としては好ましく
ない不純物イオンを含有することなくイオン性薬
剤を所望の濃度で保有し得るものであること等々
の利点を有する。
Characteristics and usage mode The electrode base material of the present invention prepared as described above is as follows:
Although it is substantially water-insoluble, it has moderate water absorption and swelling properties, so it exhibits good dimensional stability even when used for long periods of time, and provides reliable electrical connection between the conductive element and the skin. In addition, extremely strong skin adhesion can be achieved without a tackifier, and a relatively large amount of water can be contained in the ester crosslinked network without deteriorating the overall viscoelastic properties, resulting in low impedance properties. It has advantages such as being able to retain an ionic drug at a desired concentration without containing impurity ions that are particularly undesirable as an electrode for iontophoresis.

尚、一般に皮膚刺激性を有する残存モノマが実
質的に存在しない本発明電極基材が良好な生体適
合性を有し得るものであることは前述の通りであ
る。
As described above, the electrode base material of the present invention, which is substantially free of residual monomers that generally cause skin irritation, can have good biocompatibility.

他方、本発明電極基材は、検知用途に於いては
例えば添付第1図に例示する構造で使用され、他
方、刺激又は通電用途に於いては第2図に示す構
造で使用され得る。すなわち、各図に於いて、本
発明電極基材1は、その上に配置されている金属
等の導電素子2,4をリード線に連結することに
より、生体用電極として機器本体と電気的に接
続、使用される。
On the other hand, the electrode base material of the present invention can be used, for example, in the structure illustrated in the attached FIG. 1 in sensing applications, while it can be used in the structure shown in FIG. 2 in stimulation or energization applications. That is, in each figure, the electrode base material 1 of the present invention is electrically connected to the main body of the device as a biological electrode by connecting conductive elements 2 and 4 made of metal or the like placed thereon to lead wires. Connected and used.

尚、上記は最も単純な形態を示すものである
が、本発明はこれになんら限定されるものではな
く、例えば添付第3図に示す様な複合的構造体と
して使用してもよい。
Although the above embodiment shows the simplest form, the present invention is not limited to this in any way, and may be used as a composite structure as shown in the attached FIG. 3, for example.

すなわち、第3図に於いて、複合型電極は接続
用端子5、補強用絶縁テープ6、本発明基材7、
不織布又はスポンジ8及び粘着テープ9より成
る。
That is, in FIG. 3, the composite electrode includes a connecting terminal 5, a reinforcing insulating tape 6, a base material 7 of the present invention,
It consists of a nonwoven fabric or sponge 8 and an adhesive tape 9.

更に又、本発明基材は、不織布、スポンジ、紙
材等の補強材に一体的に含浸使用してもよい。
Furthermore, the base material of the present invention may be used by integrally impregnating reinforcing materials such as nonwoven fabrics, sponges, and paper materials.

実施例 下記配合例1〜6の混合物を60℃、15時間部分
エステル架橋反応させて電極基材を調製した。得
られた基材は全て水不溶性且つ有限吸水膨潤性で
あり、更に好適な皮膚接着性と低インピーダンス
特性(比抵抗:0.8〜10kΩ・cm)を併せ有するも
のであつた。
Example An electrode base material was prepared by subjecting a mixture of Formulation Examples 1 to 6 below to a partial ester crosslinking reaction at 60°C for 15 hours. All of the obtained base materials were water-insoluble and finitely water-swellable, and also had suitable skin adhesion and low impedance characteristics (specific resistance: 0.8 to 10 kΩ·cm).

配合例 1 ポリ(ビニルメチルエーテル/無水マレイン
酸)M.W.20万 ……20重量部 グリセリン ……20 〃 10%食塩水 ……60 〃 2 ポリ(ビニルメチルエーテル/無水マレイン
酸)M.W.20万 ……20重量部 グリセリン ……10 〃 ポリエチレングリコール ……50 〃 10%食塩水 50 〃 3 ポリ(ビニルメチルエーテル/無水マレイン
酸)M.W.20万 ……20重量部 ポリグリセリン* ……20 〃 10%食塩水 ……60 〃 *水、ジグリセリン、トリグリセリン混合物 4 ポリ(ビニルメチルエーテル/無水マレイン
酸)M.W.20万 ……30重量部 ソルビトール ……30 〃 10%食塩水 ……40 〃 5 ポリ(イソプレン/無水マレイン酸)M.
W.5万 ……20重量部 カルボキシメチルセルロース ……10 〃 グリセリン ……30 〃 10%食塩水 ……10 〃 6 ポリ(イソブチレン/無水マレイン酸)M.
W.15万 ……40重量部 グリセリン ……55 〃 10%食塩水 ……5 〃
Formulation example 1 Poly(vinyl methyl ether/maleic anhydride) MW200,000...20 parts by weight Glycerin...20 10% saline solution...60 2 Poly(vinyl methyl ether/maleic anhydride) MW200,000...20 parts by weight Parts Glycerin...10 Polyethylene glycol...50 10% saline 50 3 Poly(vinyl methyl ether/maleic anhydride) MW200,000...20 parts by weight Polyglycerin*...20 10% saline 60 *Water, diglycerin, triglycerin mixture 4 Poly(vinyl methyl ether/maleic anhydride) MW200,000...30 parts by weight Sorbitol...30 10% saline solution...40 5 Poly(isoprene/maleic anhydride) M.
W.50,000...20 parts by weight Carboxymethyl cellulose...10 Glycerin...30 10% saline solution...10 6 Poly(isobutylene/maleic anhydride) M.
W.150,000...40 parts by weight Glycerin...55 10% saline solution...5

【図面の簡単な説明】[Brief explanation of drawings]

第1乃至3図は本発明生体用電極の使用の態様
を示した断面図である。 1,7……電極基材、2,4,5……導電素
子、3……絶縁保護カバー。
FIGS. 1 to 3 are cross-sectional views showing how the biological electrode of the present invention is used. 1, 7... Electrode base material, 2, 4, 5... Conductive element, 3... Insulation protection cover.

Claims (1)

【特許請求の範囲】[Claims] 1 基材主成分がカルボキシル基含有親水性高分
子と多価アルコールとの部分的エステル架橋反応
物より成ることを特徴とする生体用電極。
1. A biological electrode characterized in that the main component of the base material is a partially ester crosslinked reaction product of a carboxyl group-containing hydrophilic polymer and a polyhydric alcohol.
JP59010349A 1984-01-25 1984-01-25 Electrode for living body Granted JPS60153838A (en)

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