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電極素子及び電極の生産方法、並びに、当該電極を用いる測定システムの作製

国内特許コード P180015022
整理番号 (S2015-0835-N0)
掲載日 2018年5月24日
出願番号 特願2017-506201
登録番号 特許第6686244号
出願日 平成28年3月17日(2016.3.17)
登録日 令和2年4月6日(2020.4.6)
国際出願番号 JP2016058557
国際公開番号 WO2016148249
国際出願日 平成28年3月17日(2016.3.17)
国際公開日 平成28年9月22日(2016.9.22)
優先権データ
  • 特願2015-053942 (2015.3.17) JP
  • 特願2015-053945 (2015.3.17) JP
発明者
  • 鳥光 慶一
出願人
  • 国立大学法人東北大学
発明の名称 電極素子及び電極の生産方法、並びに、当該電極を用いる測定システムの作製
発明の概要 本発明は、PEDOT-pTSを導電性高分子として用いる場合における、滲みを起こさずに電極素子として実用可能な、基材に対する直接的かつ効率的な当該導電性高分子の適用手段を提供し、さらに、導電性ゲルを使用せず、かつ、導電性能に優れて電極本体の表面積をより小さくすることが可能であり、さらに、皮膚に密着させることが可能であり、少々の動きでは、電極と皮膚の間にブレを生じさせない、多様な生活場面において用いられる筋電測定システムや脳波測定システムに適用可能な表面用電極を提供することを目的として行われ、(1)酸化成分とpTS(p-toluenesulfonate)を含有する有機溶媒性溶液と、(2)EDOT(3,4-ethylenedioxythiophene)、の混合液の、基材への接触による付着を行い、当該接触に同期させた重合促進処理を当該接触箇所に施すことを特徴とする、電極素子の生産方法、さらに、当該電極素子を用いてなることを特徴とする、表面又は穿刺用の生体電極を提供するものである。
従来技術、競合技術の概要

現在、銅等の金属やカーボン等を導電素材として用いた従来の導電性繊維に代えて、より導電性及び親水性に優れて、かつ、生体への適合性が優れる素材として導電性高分子が着目されている。これは、金属やカーボン等は疎水性で、しかも硬質であり、生体との適合性に問題が認められるからである。例えば、生体電極として体表面に用いる場合には、当該生体電極と体表面とを電気的連続性を確保するために、導電性のペーストを当該生体電極と体表面の間で使用しなければならず、使用者において蒸れによる不快感や掻痒感、さらには接触性皮膚炎や細菌の感染等の問題が指摘されている。

このような問題を解決する素材として着目されている冒頭の導電性高分子として、既に「PEDOT-PSS(Poly(3,4-ethlenedioxythiophene)-polystyrenesulfonate)」が提供されており、当該導電性高分子を、生体材料である絹等の繊維にコーティングした導電性の繊維が、本発明者等によって開発されている(例えば、特許文献1、2、非特許文献1)。

導電性高分子を用いた生体電極の応用として、当該生体電極を用いる筋電計や脳波計が挙げられる。

ヒトや動物が歩いたり走ったり運動を行っているときは、そのもとになっている駆動力は筋の収縮によって生み出される。このような筋の活動状態を知る方法として、筋電図法(Electromyography:EMG)がある。筋電図法は、神経筋疾患の臨床診断に用いられる針筋電図と、動作解析に用いられる表面筋電図に二分される。

前者の針筋電図は、複雑な神経筋疾患が増加しつつある現代社会においてますます必要とされるものである。後者の表面筋電図では、生体表面電極を通して筋肉の活動電位を導出し、それを筋電図として視覚化することにより、動作に対応して、どの筋がどの時点で、どの程度活動しているかを知ることができる。

近年、筋電図を提供する筋電測定システムは、装置が高性能化及び低コスト化し、ソフトウエアも含めた使い勝手も向上したため、筋電位の測定自体は従来よりも容易になりつつある。また、汎用の信号処理ソフトを用いることによりパーソナルコンピュータを用いて様々な信号処理も簡単に実行できるようになった。

その結果、特に表面筋電測定システムにおいて、スポーツ動作解析やリハビリテーション分野での積極的な活用が検討されるに至っている。

脳波測定に関しては、医療機関における検査を始めとして、在宅検査、遠隔医療、心理学的研究、介護福祉分野、ユビキタスヘルスケアシステム、BCI(ブレインコンピュータインターフェース)等において重要な位置を占めつつある。

このような状況の中、より一般的な生活場面において脳波の測定を被験者に肉体的、心理的な負担をかけずに脳波測定を実行する手段が求められている。

また、脳波と眼球運動を関連づけるために、脳波と眼球運動の活動電位を同期させることが可能な複合システムも提供されている。

産業上の利用分野

本発明は、特定の材料を用いた電極として用いることができる電極素子の生産方法に関し、さらに具体的には絹電極として用いることができる電極素子の生産方法に関する発明である。さらに本発明は、生体親和性に優れる導電性素材を用いた、体表又は体内において用いる生体電極に関する発明であり、さらに具体的には、筋電計等の筋電測定システムや、脳波計等の脳波測定システムにおいて用いる生体電極、及び、当該生体電極を用いる筋電測定システム又は脳波測定システムに関する発明である。

特許請求の範囲 【請求項1】
(1)酸化成分とpTS(p-toluenesulfonate)を含有する有機溶媒性溶液と、(2)EDOT(3,4-ethylenedioxythiophene)、の混合液の、絹若しくは絹を主体とする繊維を材料とする基材、又は、セリシンを被覆した繊維基材への接触による付着を、当該(1)と(2)の混合後30秒以内に行い、かつ、当該混合液の基材への接触後1分以内に重合促進処理を当該接触箇所において開始することにより、基材にPEDOT-pTSが付着した電極素子を生産することを特徴とする、電極素子の生産方法であって、さらに当該重合促進処理は、下記(a)及び/又は(b)の局所的な加熱処理であることを特徴とする、電極素子の生産方法。
(a)該当部分における50~90℃の放熱体の直接的若しくは間接的な接触。
(b)該当部分が50~90℃になるように設定された熱風との接触。

【請求項2】
上記生産方法において、局所的な加熱処理(a)及び/又は(b)は、3~10分間行われることを特徴とする、請求項1に記載の電極素子の生産方法。

【請求項3】
上記生産方法において、局所的な加熱処理(a)及び/又は(b)は、機械的設定若しくは自動的設定において行われることを特徴とする、請求項1又は2に記載の電極素子の生産方法。

【請求項4】
上記生産方法において、基材への接触による付着は、滴下、噴霧、又は、転写により行われることを特徴とする、請求項1~3のいずれかに記載の電極素子の生産方法。

【請求項5】
上記生産方法において、基材への接触による付着、機械的設定若しくは自動的設定において行われることを特徴とする、請求項1~4のいずれかに記載の電極素子の生産方法。

【請求項6】
上記生産方法において、(1)酸化成分とpTS(p-toluenesulfonate)を含有する有機溶媒性溶液と、(2)EDOT(3,4-ethylenedioxythiophene)の混合液の、基材への接触による付着部分は、基材平面上の一部における描画デザインであることを特徴とする、請求項1~5のいずれかに記載の電極素子の生産方法。

【請求項7】
上記生産方法において、(1)酸化成分とpTS(p-toluenesulfonate)を含有する有機溶媒性溶液と、(2)EDOT(3,4-ethylenedioxythiophene)、の混合液の、基材への接触による付着を行う前に、当該付着予定箇所を除く部分に防染糊又はミツロウを塗布した後、少なくとも当該付着予定箇所において上記混合液との接触を行い、さらに重合促進処理を行った後に、上記防染糊又はミツロウを除去することを特徴とする、請求項1~6のいずれかに記載の電極素子の生産方法。

【請求項8】
上記生産方法において、絹若しくは絹を主体とする繊維を材料とする基材の絹は、セッケン精練、アルカリ精練、セッケン・アルカリ精練、酵素精練、高温・高圧精練、又は、酸精練されていることを特徴とする、請求項1~のいずれかに記載の電極素子の生産方法。

【請求項9】
上記生産方法において、基材上に2以上の異なる導電率の領域を設けることを特徴とする、請求項1~のいずれかに記載の電極素子の生産方法。

【請求項10】
請求項1~のいずれかに記載の生産方法により生産されたことを特徴とする、電極素子。

【請求項11】
請求項1~のいずれかに記載の電極素子の生産方法により電極素子を生産し、次いで、当該電極素子を用いて電極を生産することを特徴とする、電極の生産方法。

【請求項12】
上記電極は、表面又は穿刺用の生体電極であることを特徴とする、請求項11に記載の電極の生産方法。

【請求項13】
請求項11または12記載の生産方法により生産されたことを特徴とする、電極。

【請求項14】
請求項11または12記載の生産方法により電極を生産し、次いで、当該電極を生体に接触させる電極として筋電測定システムに設けることを特徴とする、筋電測定システムの生産方法。

【請求項15】
請求項13に記載の電極を用いてなることを特徴とする、筋電測定システム。

【請求項16】
請求項11または12に記載の生産方法により電極を生産し、次いで、当該電極を生体に接触させる電極として脳波測定システムに設けることを特徴とする、脳波測定システムの生産方法。

【請求項17】
請求項13に記載の電極を用いてなることを特徴とする、脳波測定システム。
国際特許分類(IPC)
Fターム
画像

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出願権利状態 登録
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