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(In Japanese)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

Patent code P180015022
File No. (S2015-0835-N0)
Posted date May 24, 2018
Application number P2017-506201
Date of filing Mar 17, 2016
International application number JP2016058557
International publication number WO2016148249
Date of international filing Mar 17, 2016
Date of international publication Sep 22, 2016
Priority data
  • P2015-053942 (Mar 17, 2015) JP
  • P2015-053945 (Mar 17, 2015) JP
Inventor
  • (In Japanese)鳥光 慶一
Applicant
  • (In Japanese)国立大学法人東北大学
Title (In Japanese)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
Abstract (In Japanese)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。
Outline of related art and contending technology (In Japanese)

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。

Field of industrial application (In Japanese)

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。

Scope of claims (In Japanese)
【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、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。

【請求項2】
 
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、(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、防染糊はデンプン糊であることを特徴とする、請求項3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、同期させた重合促進処理は、(1)の有機溶媒性溶液と(2)のEDOTの混合液の基材への接触から1分以内に開始す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)の有機溶媒性溶液にバインダーが含有されており、同期させた重合促進処理は混合液の基材への接触から24時間以内に開始す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7】
 
上記生産方法において、重合促進処理は局所的な加熱処理であ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、局所的な加熱処理は、(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、及び/又は、(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、であることを特徴とする、請求項7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、基材は、絹繊維を材料とする基材、又は、セリシン若しくはフィブロインを被覆した基材であることを特徴とする、請求項1~8のいずれかに記載の電極素子の生産方法。

【請求項10】
 
上記生産方法において、絹繊維を材料とする基材は、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9に記載の電極素子の生産方法。

【請求項11】
 
上記生産方法において、基材の形状は、膜状、布状、フィルム状、シート状、又は、ゲル状であることを特徴とする、請求項1~10のいずれかに記載の電極素子の生産方法。

【請求項12】
 
上記生産方法において、(1)の有機溶媒性溶液におけるpTSの含有量は、当該有機溶媒性溶液に対して0.1~10質量%であることを特徴とする、請求項1~11のいずれかに記載の電極素子の生産方法。

【請求項13】
 
上記生産方法において、酸化成分は遷移金属であることを特徴とする、請求項1~12のいずれかに記載の電極素子の生産方法。

【請求項14】
 
上記生産方法において、接触による付着は、滴下、噴霧、浸漬、転写、又は、塗布により行われることを特徴とする、請求項1~13のいずれかに記載の電極素子の生産方法。

【請求項15】
 
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1~14のいずれかに記載の電極素子の生産方法。

【請求項16】
 
請求項1~15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17】
 
請求項1~15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18】
 
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17に記載の電極の生産方法。

【請求項19】
 
上記生体電極は表面用電極であり、電極素子の形状は線状又は平面状であることを特徴とする、請求項18に記載の電極の生産方法。

【請求項20】
 
上記生体電極は、多点電極であることを特徴とする、請求項19に記載の電極の生産方法。

【請求項21】
 
上記生体電極は、表面用電極であり、かつ、電極素子の皮膚との接触可能面積が、0.25~100cm2であることを特徴とする、請求項19又は20に記載の電極の生産方法。

【請求項22】
 
上記生体電極は、表面用電極であり、かつ、電極素子の皮膚との接触可能面積が、0.0004~0.002cm2であることを特徴とする、請求項19又は20に記載の電極の生産方法。

【請求項23】
 
上記生体電極は、穿刺用電極であり、かつ、電極素子を直接的に生体組織に差し入れる部分を有していることを特徴とする、請求項18に記載の電極の生産方法。

【請求項24】
 
上記生体電極の形状は、線状又は針状であることを特徴とする、請求項23に記載の電極の生産方法。

【請求項25】
 
上記生体電極は、穿刺用電極であり、かつ、電極素子とこれを生体内に刺し入れるための補助機構が設けられていることを特徴とする、請求項23又は24に記載の電極の生産方法。

【請求項26】
 
上記生体電極の電極素子と生体組織との接触可能表面積は、0.0004~0.002cm2であることを特徴とする、請求項23~25のいずれかに記載の電極の生産方法。

【請求項27】
 
上記生体電極は、筋電測定システム又は脳波測定システムに用いるための生体電極であることを特徴とする、請求項18~26のいずれかに記載の電極の生産方法。

【請求項28】
 
請求項17~27のいずれかの請求項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29】
 
請求項17~27のいずれかの請求項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30】
 
請求項28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31】
 
請求項17~27のいずれかの請求項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32】
 
請求項28に記載の生体電極を用いてなることを特徴とする、脳波測定システム。
IPC(International Patent Classification)
F-term
Drawing

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JP2017506201thum.jpg
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