DE102021106794A1

DE102021106794A1 - Herstellung von Hautelektroden durch Transferdruck

Info

Publication number: DE102021106794A1
Application number: DE102021106794.4A
Authority: DE
Inventors: Robert Dittmer; Leonard Stoica
Original assignee: Heraeus Deutschland GmbH and Co KG
Current assignee: Heraeus Medical Components LLC
Priority date: 2021-03-19
Filing date: 2021-03-19
Publication date: 2022-09-22

Abstract

Die Erfindung betrifft Elektrode zum Aufbringen auf die Haut, umfassend ein Transfersubstrat, ein Pflastersubstrat, und eine leitfähige Polymerschicht; wobei das Pflastersubstrat eine Klebeschicht umfasst, welche das Pflastersubstrat mit der leitfähigen Polymerschicht verbindet, wobei das Transfersubstrat unmittelbar und lösbar mit der leitfähigen Polymerschicht und der Klebeschicht verbunden ist.

Description

GEBIET DER ERFINDUNG
Die vorliegende Erfindung betrifft eine Elektrode zum Aufbringen auf die Haut eines Lebewesens, beispielsweise eines Menschen. Eine solche Elektrode kann zur Aufnahme eines elektrischen Signals dienen, beispielsweise für eine EKG-Messung, oder der Abgabe eines elektrischen Signals dienen, beispielsweise für eine TENS-Behandlung (transkutane elektrische Nervenstimulation). Die Erfindung betrifft weiterhin ein Herstellungsverfahren für eine solche Elektrode.
TECHNISCHER HINTERGRUND
Hautelektroden können leitfähige Polymere beispielsweise auf Basis von PEDOT:PSS enthalten, die eine sehr gute elektrische Leitfähigkeit besitzen. Die Herstellungsverfahren sind jedoch oft aufwändig oder schlecht anpassbar. Eine besondere Herausforderung stellt häufig die stabile Verbindung der leitfähigen Polymere mit den anderen Materialien der Hautelektroden dar.
BEVORZUGTE AUSFÜHRUNGSFORMEN
Die vorliegende Erfindung ermöglicht eine einfache und kostengünstige Herstellung von Hautelektroden, welche leitfähige Polymere beispielsweise auf Basis von PEDOT:PSS enthalten. Hierbei wird das leitfähige Polymer zunächst auf ein Transfersubstrat aufgebracht, und anschließend auf ein Zielsubstrat übertragen, welches eine Klebeschicht umfasst. Das Transfersubstrat kann nachfolgend zum Schutz des Pflasters dienen, und vor der Verwendung vom Pflaster abgelöst werden. Die Erfindung betrifft auch die durch dieses Verfahren hergestellten Hautelektroden und deren Zwischenprodukte. Bevorzugte Ausführungsformen der Erfindung werden nachstehend beschrieben.

1. Verfahren zur Herstellung einer Hautelektrode, umfassend die folgenden Schritte,
1. (a) Bereitstellen eines Transfersubstrats und eines Pflastersubstrats, wobei das Pflastersubstrat eine Klebeschicht umfasst;
2. (b) Beschichten des Transfersubstrats mit einer leitfähigen Polymerschicht;
3. (c) Verbinden des Transfersubstrats und des Pflastersubstrats durch in Kontakt bringen der Klebeschicht des Pflastersubstrats mit der leitfähigen Polymerschicht des Transfersubstrats;
4. (d) dadurch Erhalten einer Hautelektrode, welche die leitfähige Polymerschicht umfasst.
2. Verfahren gemäß Ausführungsform 1, wobei die leitfähige Polymerschicht in eine vorher bestimmte Form gebracht wird, bevor der Schritt (c) durchgeführt wird.
3. Verfahren gemäß Ausführungsform 2, wobei die leitfähige Polymerschicht mithilfe einer Maske und/oder durch Stanzen des Transfersubstrats in eine vorher bestimmte Form gebracht wird.
4. Verfahren gemäß einer der vorangehenden Ausführungsformen, wobei die leitfähige Polymerschicht stärker an der Klebeschicht als an dem Transfersubstrat haftet, nachdem der Schritt (c) durchgeführt worden ist.
5. Verfahren gemäß einer der vorangehenden Ausführungsformen, weiterhin umfassend einen Schritt, in welchem das Transfersubstrat von der leitfähigen Polymerschicht entfernt wird, nachdem der Schritt (d) durchgeführt worden ist.
6. Verfahren gemäß einer der vorangehenden Ausführungsformen, wobei das Pflastersubstrat, die Klebeschicht und die leitfähige Polymerschicht so ausgewählt werden, dass das Transfersubstrat von der leitfähigen Polymerschicht der in Schritt (d) erhaltenen Hautelektrode entfernbar ist, ohne die Form der leitfähigen Polymerschicht zu verändern.
7. Verfahren gemäß einer der vorangehenden Ausführungsformen, wobei die leitfähige Polymerschicht ein Leitmaterial umfasst, welches ausgewählt ist aus der Gruppe bestehend aus einem intrinsisch leitfähigen Polymer, Kohlenstoffpartikeln, Kohlenstoffnanoröhrchen und Metallpartikeln.
8. Verfahren gemäß einer der vorangehenden Ausführungsformen, wobei der Schritt (a) Beschichten des Transfersubstrats mithilfe eines flüssigen Polymervorläufermaterials und Härten des flüssigen Polymervorläufermaterials umfasst, um dadurch die leitfähige Polymerschicht auf dem Transfersubstrat auszubilden.
9. Verfahren gemäß einer der vorangehenden Ausführungsformen, wobei das Transfersubstrat ein Polymer umfasst, bevorzugt ein Polymer ausgewählt aus der Gruppe bestehend aus Polyethylen, PET und Polyimid.
10. Verfahren gemäß einer der vorangehenden Ausführungsformen, wobei der Schritt (a) Beschichten des Transfersubstrats mithilfe eines Rakelverfahrens oder eines Schlitzdüsenbeschichtungsverfahrens umfasst.
11. Verfahren gemäß einer der vorangehenden Ausführungsformen, wobei Schritt (c) bei einer Temperatur von etwa 290 bis etwa 300 K und einer Kontaktkraft von weniger als 1000 N durchgeführt wird.
12. Verfahren gemäß einer der vorangehenden Ausführungsformen, wobei die leitfähige Polymerschicht einen Flexibilitätsverstärker umfasst, welcher ausgewählt ist aus der Gruppe bestehend aus Polyacrylamid-co-Acrylsäure, Polyvinylpyrrolidon, Polyvinylalkohol, Polyethylenglykol und Polyethylenoxid.
13. Verfahren gemäß einer der vorangehenden Ausführungsformen, wobei in Schritt (c) nur ein Teil der Oberfläche der Klebeschicht mit der leitfähigen Polymerschicht in Kontakt gebracht wird.
14. Elektrode zum Aufbringen auf die Haut, hergestellt durch ein Verfahren gemäß einer der vorangehenden Ausführungsformen.
15. Elektrode zum Aufbringen auf die Haut, umfassend ein Transfersubstrat, ein Pflastersubstrat, und eine leitfähige Polymerschicht; wobei das Pflastersubstrat eine Klebeschicht umfasst, welche das Pflastersubstrat mit der leitfähigen Polymerschicht verbindet, wobei das Transfersubstrat unmittelbar und lösbar mit der leitfähigen Polymerschicht und der Klebeschicht verbunden ist.
16. Elektrode gemäß Ausführungsform 15, wobei nur ein Teil der Oberfläche der Klebeschicht mit der leitfähigen Polymerschicht überlappt.

AUSFÜHRLICHE BESCHREIBUNG
Zu den hierin beschriebenen Ausführungsformen, deren Elemente ein bestimmtes Merkmal (z.B. ein Material) „aufweisen“, oder „umfassen“ wird grundsätzlich immer eine weitere Ausführungsform erwogen, in denen das betreffende Element allein aus dem Merkmal besteht, d.h. keine weiteren Bestandteile umfasst. Das Wort „umfassen“ oder „umfassend“ wird hierin synonym mit dem Wort „aufweisen“ oder „aufweisend“ verwendet. Wenn in einer Ausführungsform ein Element mit dem Singular bezeichnet ist, wird ebenfalls eine Ausführungsform erwogen, bei denen mehrere dieser Elemente vorhanden sind. Die Verwendung eines Begriffs für ein Element im Plural umfasst grundsätzlich auch eine Ausführungsform, in welchem nur ein einzelnes entsprechendes Element enthalten ist. Soweit nicht anders angegeben oder aus dem Zusammenhang eindeutig ausgeschlossen, ist es grundsätzlich möglich und wird hiermit eindeutig in Betracht gezogen, dass Merkmale unterschiedlicher Ausführungsformen auch in den anderen hierin beschriebenen Ausführungsformen vorhanden sein können. Ebenso wird grundsätzlich erwogen, dass alle Merkmale, die hierin in Zusammenhang mit einem Verfahren beschrieben werden, auch für die hierin beschriebenen Erzeugnisse und Vorrichtungen anwendbar sind, und umgekehrt. Lediglich aus Gründen der knapperen Darstellung werden alle diese erwogenen Kombinationen nicht in allen Fällen explizit aufgeführt. Auch technische Lösungen, die zu den hierin beschriebenen Merkmalen bekanntermaßen gleichwertig sind, sollen grundsätzlich vom Umfang der Erfindung umfasst sein.
Ein erster Aspekt der Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung einer Hautelektrode, umfassend die folgenden Schritte,

(a) Bereitstellen eines Transfersubstrats und eines Pflastersubstrats, wobei das Pflastersubstrat eine Klebeschicht umfasst;
(b) Beschichten des Transfersubstrats mit einer leitfähigen Polymerschicht;
(c) Verbinden des Transfersubstrats und des Pflastersubstrats durch in Kontakt bringen der Klebeschicht des Pflastersubstrats mit der leitfähigen Polymerschicht des Transfersubstrats;
(d) dadurch Erhalten einer Hautelektrode, welche die leitfähige Polymerschicht umfasst.

In einem ersten Verfahrensschritt werden ein Transfersubstrat ein Pflastersubstrat mit einer Klebeschicht bereitgestellt.
Das Pflastersubstrat kann jedes im Stand der Technik übliche Material umfassen, welches für die Verwendung auf der Haut geeignet ist. Beispiele für geeignete Materialien sind Textilgewebe, beispielsweise aus Baumwolle, oder hautverträgliche Kunststoffe, wie zum Beispiel Polyurethan.
Die Klebeschicht umfasst ein Material, welches eine gute Haftung zu dem gewählten Pflastersubstrat und der leitfähigen Polymerschicht aufweist. Bevorzugt umfasst die Klebeschicht einen hautverträglichen Klebstoff. Beispiele für geeignete Klebstoffe sind Klebstoffe auf Kautschuk-Basis, Polyacrylate und Silikone.
Das Transfersubstrat kann beispielsweise eine Kunststofffolie umfassen oder daraus bestehen, beispielsweise eine Folie aus Polyethylen, Polyethylenterephthalat (PET) oder Polyimid. Das Transfersubstrat weist bevorzugt eine geringe Haftung in Bezug auf die verwendete Klebeschicht auf.
In einem zweiten Verfahrensschritt wird das Transfersubstrat mit einer leitfähigen Polymerschicht beschichtet. Bevorzugt umfasst die leitfähige Polymerschicht PEDOT, weiter bevorzugt PEDOT:PSS. Beispielsweise kann das Produkt Tecticoat™ oder die Clevios™-Produktserie der Firma HERAEUS (Hanau, Deutschland) verwendet werden, um die leitfähige Polymerschicht herzustellen. Weitere Beispiele für elektrisch leitfähige Polymere, die für die elektrisch leitfähige Polymerschicht verwendet werden können, umfassen Polyaniline and Polypyrrole.
Bevorzugt wird das Beschichten des Transfersubstrats mithilfe eines flüssigen Polymervorläufermaterials und Härten des flüssigen oder pastösen Polymervorläufermaterials durchgeführt, um dadurch die leitfähige Polymerschicht auf dem Transfersubstrat auszubilden. Hierzu kann das Polymervorläufermaterial beispielsweise aufgerakelt, aufgespritzt oder auf das Transfersubstrat aufgedruckt werden.
Ein Polymervorläufermaterial kann ein Lösungsmittel und gelöstes Monomer und/oder Polymer enthalten, welches durch Polymerisation bzw. Verdampfung des Lösungsmittels zur leitfähigen Polymerschicht aushärten kann. Das Härten des Polymervorläufermaterials kann eine Erwärmung des Polymervorläufermaterials umfassen. Zum Beispiel kann das Polymervorläufermaterial auf eine Temperatur von 70, 80 oder 90 °C erwärmt werden.
Die Beschichtung des Transfersubstrats mit der leitfähigen Polymerschicht kann beispielsweise mithilfe eines Rakelverfahrens oder eines Schlitzdüsenbeschichtungsverfahrens (engl: slot die coating) durchgeführt werden.
Bei einem Rakelverfahrens wird zunächst das Polymervorläufermaterial auf das Transfersubstrat aufgebracht, und anschließend mithilfe eines Rakelmessers, welches sich in einem gleichmäßigen, definierten Abstand zu Oberfläche des Transfersubstrats befindet, auf eine gleichmäßige, definierte Schichtdicke gebracht, wobei überschüssiges Polymervorläufermaterial durch Abstreifen mithilfe des Rakelmessers vom Transfersubstrat entfernt wird. In der EP 2 397 860 A1 und der DE 4205996 A sind Beispiele für Rakelverfahren beschrieben.
In einem weiteren Verfahrensschritt erfolgt das Verbinden des Transfersubstrats mit dem Pflastersubstrat durch in Kontakt bringen der Klebeschicht des Pflastersubstrats mit der leitfähigen Polymerschicht des Transfersubstrats. Hierdurch entsteht ein mehrlagiger Verbund, welcher auf den beiden Außenseiten das Pflastersubstrat und das Transfersubstrat umfasst, und die leitfähige Polymerschicht und die Klebeschicht im Inneren des Verbunds umfasst. Das Verbinden des Transfersubstrats mit dem Pflastersubstrat kann bevorzugt bei normaler Zimmertemperatur, d. h. ohne eine zusätzliche Erwärmung des Verbunds, erfolgen. Beispielsweise können das Transfersubstrat und das Pflastersubstrat bei einer Temperatur von etwa 290 bis etwa 300 K zusammengefügt werden. Bevorzugt kann dies bei geringem Druck geschehen, beispielsweise mit einer Kontaktkraft von weniger als 1000 N. In einigen Ausführungsformen wird das Transfersubstrat mit dem Pflastersubstrat bei einem Druck von weniger als 2000 N, 1500 N, 1000 N oder weniger als 500 N zusammengefügt, um einen dauerhaften Verbund aus Transfersubstrat und Pflastersubstrat zu erhalten. Als Ergebnis dieses Schritts wird eine Hautelektrode oder ein Zwischenprodukt zur Herstellung einer Hautelektrode erhalten, welche(s) die leitfähige Polymerschicht umfasst.
In einer bevorzugten Ausführungsform wird die leitfähige Polymerschicht in eine vorher bestimmte Form gebracht, bevor das Transfersubstrat und das Pflastersubstrat zusammengefügt werden. Beispielsweise kann die leitfähige Polymerschicht bereits in einer vorbestimmten Form auf das Transfersubstrat aufgebracht werden, zum Beispiel durch Aufdrucken. In einer Ausführungsform kann die leitfähige Polymerschicht durch Verwendung einer Maske in einer vorbestimmten Form auf das Transfersubstrat aufgebracht werden. Eine solche Maske umfasst Aussparungen, welche die Form der auf das Transfersubstrat aufgebrachten leitfähigen Polymerschicht definieren. Die Maske kann die zweidimensionale oder dreidimensionale Form der leitfähigen Polymerschicht definieren. In diesem Fall weist das Transfersubstrat nach der Beschichtung beschichtete und unbeschichtete Bereiche auf. Alternativ kann die leitfähige Polymerschicht zunächst ohne eine solche Formgebung als geschlossene, gleichmäßige Schicht auf das Transfersubstrat aufgebracht werden, und erst in einem nachfolgenden Schritt, beispielsweise durch Schneiden oder Stanzen des Transfersubstrats inklusive der Polymerschicht, in eine vorher bestimmte Form gebracht werden. In diesem Fall ist das Transfersubstrat nach der Beschichtung homogen mit der leitfähigen Polymerschicht beschichtet, und weist auf der beschichteten Seite des Transfersubstrats keine unbeschichteten Bereiche auf.
In einer Ausführungsform haftet die leitfähige Polymerschicht stärker an der Klebeschicht als an dem Transfersubstrat, nachdem der Schritt (c) durchgeführt worden ist, d.h. nach dem Verbinden des Transfersubstrats und des Pflastersubstrats durch in Kontakt bringen der Klebeschicht des Pflastersubstrats mit der leitfähigen Polymerschicht des Transfersubstrats. Dies bedeutet, dass das Transfersubstrat beispielsweise durch einfaches händisches Abziehen von dem Pflastersubstrat entfernt werden kann, wobei die leitfähige Polymerschicht im Wesentlichen unverändert auf der Klebeschicht des Pflastersubstrats verbleibt. Dies kann durch eine geeignete Auswahl der Materialien der Klebeschicht, des Transfersubstrats und der leitfähigen Polymerschicht erzielt werden. Insbesondere können hierzu für das Transfersubstrat Materialien ausgewählt werden, welche grundsätzlich keine starke Haftwirkung in Bezug auf PEDOT:PSS- haltige Polymere wie zum Beispiel Tecticoat™ aufweisen. Beispiele für geeignete Materialien für das Transfersubstrat sind Polyethylen, Polyethylenterephthalat (PET), Polyimid oder vergleichbare Kunststoffe, die üblicherweise in Folienform käuflich erhältlich sind. Bevorzugt weist das Transfersubstrat eine möglichst glatte Oberfläche auf, um das Ablösen der leitfähigen Polymerschicht zu erleichtern.
In einer Ausführungsform umfasst das Verfahren einen Schritt, in welchem das Transfersubstrat von der leitfähigen Polymerschicht entfernt wird, nachdem der Schritt (d) durchgeführt worden ist, d. h. nachdem durch in Kontakt bringen der Klebeschicht des Pflastersubstrats mit der leitfähigen Polymerschicht des Transfersubstrats ein Verbund aus Pflastersubstrat und Transfersubstrat gebildet worden ist. In diesem weiteren Schritt wird das Transfersubstrat, beispielsweise durch einfaches händisches Abziehen, von dem Pflastersubstrat entfernt, wobei die leitfähige Polymerschicht im Wesentlichen unverändert auf der Klebeschicht des Pflastersubstrats verbleibt.
In einer Ausführungsform werden das Pflastersubstrat, die Klebeschicht und die leitfähige Polymerschicht so ausgewählt, dass das Transfersubstrat von der leitfähigen Polymerschicht der in Schritt (d) erhaltenen Hautelektrode entfernbar ist, ohne die Form der leitfähigen Polymerschicht zu verändern.
Die leitfähige Polymerschicht weist eine gute elektrische Leitfähigkeit auf. Sie kann entweder intrinsisch leitfähig sein, oder durch einen darin enthaltenen Zusatzstoff, hierin als Leitmaterial bezeichnet, elektrische Leitfähigkeit erlangen.
Die leitfähige Polymerschicht kann beispielsweise ein perse nicht leitfähiges Polymer und elektrisch leitfähige Partikel als Leitmaterial umfassen. Solche elektrisch leitfähigen Partikel können beispielsweise Kohlenstoff-Partikel, Kohlefasern, Kohlenstoffnanoröhrchen, Metallpartikel, oder Partikel oder Fasern aus einem elektrisch leitfähigen Polymer umfassen. Beispielsweise kann die leitfähige Polymerschicht ein elektrisch isolierendes Polymer, zum Beispiel ein medizinisch verträgliches Silikon, und Metallpartikel umfassen. Eine elektrisch leitfähige Verbindung stellt sich in dem Polymer in der Regel dann ein, wenn der Anteil der leitfähigen Partikel über der sogenannten Perkolationsschwelle liegt, bei der die leitfähigen Partikel in dem Polymer mindestens punktuell miteinander verbunden sind, so dass eine elektrische Leitung ermöglicht wird. In einer Ausführungsform umfasst die leitfähige Polymerschicht ein elektrisch isolierendes Polymer, zum Beispiel ein medizinisch verträgliches Silikon, und ein elektrisch leitfähiges Polymer, beispielsweise PEDOT. Das elektrisch isolierende Polymer kann Silikone, PMMA, Polyester, Polyamide, Polyurethane, Polyethylen, Polypropylen und ähnliche Polymere, und Copolymere davon umfassen. Besonders bevorzugte Polymere sind solche, die medizinisch verträglich sind und/oder weich genug sind, um sich in ihrer Form der Hautoberfläche gut anzupassen. Zu letzterem Zweck können dem ersten Polymer medizinisch verträgliche Weichmacher zugesetzt werden bzw. sein. Das erste leitfähige Polymer weist bevorzugt eine spezifische Leitfähigkeit von mindestens 1 S/m, weiter bevorzugt mindestens 100 S/m auf.
In einer Ausführungsform umfasst die leitfähige Polymerschicht einen Flexibilitätsverstärker, um die Beweglichkeit, Flexibilität und/oder Elastizität der leitfähigen Polymerschicht zu verbessern. Der Flexibilitätsverstärker kann auch das gezielte Ablösen des Transfersubstrats von der leitfähigen Polymerschicht erleichtern. Hierdurch kann insbesondere in noch höherem Maße sichergestellt werden, dass die leitfähige Polymerschicht beim Ablösen des Transfersubstrats nicht zerstört wird. Beispiele für geeignete Flexibilitätsverstärker sind Polyacrylamid-co-Acrylsäure, Polyvinylpyrrolidon, Polyvinylalkohol, Polyethylenglykol und Polyethylenoxid.
In einer Ausführungsform wird in Schritt (c), d.h. beim Verbinden des Transfersubstrats und des Pflastersubstrats durch in Kontakt bringen der Klebeschicht des Pflastersubstrats mit der leitfähigen Polymerschicht des Transfersubstrats, nur ein Teil der Oberfläche der Klebeschicht mit der leitfähigen Polymerschicht in Kontakt gebracht. Hierdurch bleibt ein Teil der Klebeschicht unbedeckt. Ein solcher unbedeckter Teil der Klebeschicht kann dazu verwendet werden, die hergestellte Elektrode auf der Haut eines Subjekts zu befestigen.
In einer Ausführungsform werden mehrere leitfähige Polymerschichten mit der Klebeschicht in Kontakt gebracht, um eine Elektrode mit zusammengesetzter Geometrie zu erhalten.
Ein weiterer Aspekt der Erfindung betrifft eine Elektrode zum Aufbringen auf die Haut, die durch ein Verfahren gemäß einer der vorangehenden Ausführungsformen herstellbar ist, oder hergestellt worden ist.
Ein weiterer Aspekt der Erfindung betrifft eine Elektrode zum Aufbringen auf die Haut, umfassend ein Transfersubstrat, ein Pflastersubstrats, und eine leitfähige Polymerschicht; wobei das Pflastersubstrat eine Klebeschicht umfasst, welche das Pflastersubstrat mit der leitfähigen Polymerschicht verbindet, wobei das Transfersubstrat unmittelbar und lösbar mit der leitfähigen Polymerschicht und der Klebeschicht verbunden ist.
In einer Ausführungsform überlappt nur ein Teil der Oberfläche der Klebeschicht mit der leitfähigen Polymerschicht. Dies bedeutet, dass die Klebeschicht nicht vollständig, sondern nur teilweise mit der leitfähigen Polymerschicht bedeckt ist. Hierdurch bleibt ein Teil der Klebeschicht unbedeckt. Ein solcher unbedeckter Teil der Klebeschicht kann dazu verwendet werden, die hergestellte Elektrode auf der Haut eines Subjekts zu befestigen. Beispielsweise kann die Klebeschicht im mittleren Teil ihrer Fläche mit der leitfähigen Polymerschicht bedeckt sein, während die Randbereiche der Klebeschicht nicht mit der leitfähigen Polymerschicht bedeckt sind.
Die elektrisch leitfähige Polymerschicht kann beispielsweise PEDOT umfassen, bevorzugt PEDOT:PSS umfassen, und weiter bevorzugt Tecticoat™ umfassen.
Die elektrisch leitfähige Polymerschicht kann ein elektrisch isolierendes Polymer umfassen. Beispiele für das elektrisch isolierende Polymer sind Silikone, PMMA, Polyester, Polyamide, Polyurethane, Polyethylen, Polypropylen und ähnliche Polymere, und Copolymere davon.
Das Pflastersubstrat kann einen Textilstoff umfassen, wie er bei Hautpflastern üblicherweise Verwendung findet. Textilstoffe umfassen gewebte Stoffe und Filze aus synthetischen oder natürlichen Fasermaterialien, beispielsweise Baumwolle, Zellulose, Viskose oder Polyethylen. Das Pflastersubstrat kann einen medizinisch verträglichen Kunststoff umfassen, beispielsweise Polyurethan.
Ein weiterer Aspekt der Erfindung betrifft eine Elektrode zum Aufbringen auf die Haut, umfassend ein Pflastersubstrat und eine leitfähige Polymerschicht; wobei das Pflastersubstrat eine Klebeschicht umfasst, welche das Pflastersubstrat unmittelbar mit der leitfähigen Polymerschicht verbindet. In einer Ausführungsform überlappt nur ein Teil der Oberfläche der Klebeschicht mit der leitfähigen Polymerschicht, sodass ein Teil der Klebeschicht unbedeckt bleibt, um an der Haut eines Subjekts befestigt zu werden. In einigen Ausführungsformen umfasst die Elektrode mehrere getrennte leitfähige Polymerschichten.
Die Elektrode kann zur elektrischen Stimulierung eines Subjekts und/oder zur Detektion eines elektrischen Signals von einem Subjekt verwendet werden.
Ein weiterer Aspekt betrifft ein Diagnosegerät zur Detektion eines elektrischen Signals von einem Subjekt, welches eine hierin beschriebenen Elektrode umfasst. Beispiele für Diagnosegeräte sind EKG- oder EEG-Geräte.
Ein weiterer Aspekt betrifft ein Stimulationsgerät zur Detektion eines elektrischen Signals von einem Subjekt, welches eine hierin beschriebenen Elektrode umfasst. Ein Beispiel für ein Stimulationsgerät ist ein TENS-Gerät.
Ein weiterer Aspekt der Erfindung betrifft ein Verfahren zur Detektion eines elektrischen Signals von einem Subjekt, umfassend in Kontakt bringen einer hierin beschriebenen Elektrode oder eines hierin beschriebenen Diagnosegeräts mit der Haut des Subjekts.
Ein weiterer Aspekt der Erfindung betrifft die Verwendung einer hierin beschriebenen Elektrode oder eines hierin beschriebenen Diagnosegeräts zur Detektion eines elektrischen Signals in einem oder aus einem Subjekt.
In einem weiteren Aspekt wird die Verwendung einer hierin beschriebenen Elektrode für ein Diagnose-, Prophylaxe- oder Therapieverfahren beschrieben. Beispiele solcher Verwendungen sind EKG-, EEG- oder TENS-Anwendungen.
Diese medizinische Verwendung kann die Abgabe eines Reizstroms mithilfe der Elektrode umfassen, beispielsweise ein TENS-Verfahren oder ein ähnliches Prophylaxe- oder Therapieverfahren. Das Verfahren kann beispielsweise zur Therapie von akut auftretenden oder chronischen Schmerzen eingesetzt werden. Beispiele für Indikationen mit chronischen Schmerzen sind chronische Kopfschmerzsyndrome, Radikulärsyndrome, Pseudoradikulärsyndrome, Arthralgien, Neuralgien, Stumpfschmerzen und postoperative Schmerzsyndrome.
Beispiele für erfindungsgemäße Diagnoseverfahren sind EKG- und EEG- Verfahren. Die hierin beschriebenen Verfahren sind bevorzugt solche, in welchen medizinische Elektroden auf der Haut eines Subjekts angebracht werden, um ein elektrisches Signal an das Subjekt abzugeben, oder ein elektrisches Signal von dem Subjekt zu empfangen.
In den hierin beschriebenen Verwendungen und Verfahren können grundsätzlich alle hierin beschriebenen Elektroden Verwendung finden.
Die Erfindung umfasst auch eine Elektrode zur medizinischen Verwendung in einem menschlichen oder tierischen Subjekt.
Die Erfindung liefert weiterhin eine Elektrode zur diagnostischen Verwendung in einem menschlichen oder tierischen Subjekt in vivo.
BEISPIELE
Die Erfindung wird nachfolgend anhand von Beispielen weiter verdeutlicht, die jedoch nicht als einschränkend zu verstehen sind. Dem Fachmann wird ersichtlich sein, dass anstelle der hier beschriebenen Merkmale andere äquivalente Mittel in ähnlicher Weise verwendet werden können.
Beispiel 1
Eine PET-Folie wurde mithilfe eines Zehner-Beschichtungsgeräts mit 20 ml Tecticoat™ (Heraeus, Hanau, Deutschland) beschichtet. Hierbei wurde das Polymervorläufermaterial mithilfe eines Rakels bei einer Temperatur von 40 °C und einer Laufgeschwindigkeit von 12 cm/s mit einer Nassfilmdicke von 300 µm auf die Folie aufgebracht.
Nach teilweiser Verdunstung des enthaltenen Lösungsmittels bei Zimmertemperatur wurde die beschichtete PET-Folie für 20 Minuten auf 80 °C erwärmt, um das Polymer auszuhärten. Danach wurde die beschichtete Folie mithilfe einer Stanze in eine hantelförmige Form geschnitten. Anschließend wurde die beschichtete Folie mit der beschichteten Seite auf ein Pflastersubstrat gedrückt, welches mit einem Klebstoff beschichtet war, sodass die Tecticoat-Schicht sich dauerhaft stabil mit dem Klebstoff verband. In gleicher Weise wurden mehrere Folien beschichtet, geformt und auf dasselbe Pflastersubstrat aufgebracht, um eine zusammengesetzte Elektrodengeometrie zu erhalten.
FIGUREN
1 zeigt beispielhaft einen Teilschritt c) des erfindungsgemäßen Verfahrens. Das Transfersubstrat 101, hier eine PET-Folie, ist mit einer Schicht aus einem leitfähigen Polymer 102, hier Tecticoat™, beschichtet. Ein Pflastersubstrat 110, hier aus Polyurethan, ist mit einer Klebeschicht 111 aus einem hautverträglichen Klebstoff, in diesem Beispiel ein Polyacrylat, versehen. Das Transfersubstrat 101 wird mit dem Pflastersubstrat 110 zusammengeführt und aufeinandergedrückt, sodass die leitfähige Polymerschicht 102 sich mit der Klebeschicht 111 verbindet, und ein Verbund aus dem Pflastersubstrat und dem Transfersubstrat gebildet wird. Bevorzugt werden dazu das Transfersubstrat und das Pflastersubstrat möglichst bündig aufeinandergelegt und mit geringer Kraft, beispielsweise per Hand, zusammengedrückt. Der Schichtaufbau der erfindungsgemäßen Elektrode ist hier im Querschnitt dargestellt.
2 zeigt den erfindungsgemäßen Schichtaufbau einer Elektrode 100 im Querschnitt. Das Pflastersubstrat 110 ist unmittelbar mit einer Klebeschicht 111 bedeckt, welche wiederum von einem leitfähigen Polymer 102 unmittelbar bedeckt ist. Das leitfähige Polymer 102 ist unmittelbar von dem Transfersubstrat 101 bedeckt. Das leitfähige Polymer 102 befindet sich zwischen dem Transfersubstrat 101 und der Klebeschicht 111.
3 zeigt beispielhaft einen optionalen Teilschritt des erfindungsgemäßen Verfahrens. Hierbei wird das Transfersubstrat 101 von dem übrigen Schichtaufbau entfernt, wobei ein Verbund aus Pflastersubstrat 110, Klebeschicht 111 und Polymerschicht 102 zurückbleibt.
4 zeigt den erfindungsgemäßen Schichtaufbau einer Elektrode 100 im Querschnitt, in welchem die Klebeschicht 111 nur teilweise von der leitfähigen Polymerschicht 102 bedeckt wird, sodass die Elektrode einen unbedeckten Bereich 103 der Klebeschicht 111 umfasst. Der unbedeckte Bereich 103 ist dazu eingerichtet, die Haut eines Subjekts zu kontaktieren, um die Elektrode 100 auf der Haut zu befestigen.
5 zeigt eine Ausführungsform einer erfindungsgemäßen Elektrode 100 gemäß 4, in welchem die leitfähige Polymerschicht 102 nur einen Teil der Klebeschicht 111 bedeckt. Das Pflastersubstrat 110 und die Klebeschicht 111 besitzen die gleiche zweidimensionale Form, während die Polymerschicht 102 eine davon abweichende zweidimensionale Form aufweist, in diesem Beispiel eine Hantelform.
6 zeigt einen optionalen Schritt des erfindungsgemäßen Verfahrens als Explosionszeichnung. Hierbei besitzen das Transfersubstrat 101 und die leitfähige Polymerschicht 102 die gleiche zweidimensionale Form. Mithilfe eines Stanzverfahrens werden beide Schichten gemeinsam in eine vorbestimmte Form gebracht, in diesem Beispiel eine Hantelform. Nach dem Stanzen kann die leitfähige Polymerschicht 102, oder mehrere solcher Schichten, auf ein Pflastersubstrat (in 6 nicht gezeigt) aufgebracht werden.
7 zeigt eine Ausführungsform einer erfindungsgemäßen Elektrode 100, welche mehrere Strukturen aus leitfähigen Polymerschichten 102 auf einem Pflastersubstrat 110 umfasst. Durch das mehrfache Aufbringen einer Vielzahl von Transfersubstraten mit Polymerschichten können zusammengesetzte Geometrien hergestellt werden.
Bezugszeichenliste

100: Elektrode
101: Transfersubstrat
102: Polymerschicht
103: unbedeckter Bereich
110: Pflastersubstrat
111: Klebeschicht

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur

EP 2397860 A1 [0011]
DE 4205996 A [0011]

Claims

Verfahren zur Herstellung einer Hautelektrode (100), umfassend die folgenden Schritte, (a) Bereitstellen eines Transfersubstrats (101) und eines Pflastersubstrats (110), wobei das Pflastersubstrat eine Klebeschicht (111) umfasst; (b) Beschichten des Transfersubstrats mit einer leitfähigen Polymerschicht (102); (c) Verbinden des Transfersubstrats und des Pflastersubstrats durch in Kontakt bringen der Klebeschicht des Pflastersubstrats mit der leitfähigen Polymerschicht des Transfersubstrats; (d) dadurch Erhalten einer Hautelektrode, welche die leitfähige Polymerschicht umfasst.
Verfahren gemäß Anspruch 1, wobei die leitfähige Polymerschicht in eine vorher bestimmte Form gebracht wird, bevor der Schritt (c) durchgeführt wird.
Verfahren gemäß Anspruch 2, wobei die leitfähige Polymerschicht mithilfe einer Maske und/oder durch Stanzen des Transfersubstrats in eine vorher bestimmte Form gebracht wird.
Verfahren gemäß einem der vorangehenden Ansprüche, wobei die leitfähige Polymerschicht stärker an der Klebeschicht als an dem Transfersubstrat haftet, nachdem der Schritt (c) durchgeführt worden ist.
Verfahren gemäß einem der vorangehenden Ansprüche, weiterhin umfassend einen Schritt e), in welchem das Transfersubstrat von der leitfähigen Polymerschicht entfernt wird, nachdem der Schritt (d) durchgeführt worden ist.
Verfahren gemäß einem der vorangehenden Ansprüche, wobei das Pflastersubstrat, die Klebeschicht und die leitfähige Polymerschicht so ausgewählt werden, dass das Transfersubstrat von der leitfähigen Polymerschicht der in Schritt (d) erhaltenen Hautelektrode entfernbar ist, ohne die Form der leitfähigen Polymerschicht zu verändern.
Verfahren gemäß einem der vorangehenden Ansprüche, wobei die leitfähige Polymerschicht ein Leitmaterial umfasst, welches ausgewählt ist aus der Gruppe bestehend aus einem intrinsisch leitfähigen Polymer, Kohlenstoffpartikeln, Kohlenstoffnanoröhrchen und Metallpartikeln.
Verfahren gemäß einem der vorangehenden Ansprüche, wobei der Schritt (a) Beschichten des Transfersubstrats mithilfe eines flüssigen Polymervorläufermaterials und Härten des flüssigen Polymervorläufermaterials umfasst, um dadurch die leitfähige Polymerschicht auf dem Transfersubstrat auszubilden.
Verfahren gemäß einem der vorangehenden Ansprüche, wobei das Transfersubstrat ein Polymer umfasst, bevorzugt ein Polymer ausgewählt aus der Gruppe bestehend aus Polyethylen, PET und Polyimid.
Verfahren gemäß einem der vorangehenden Ansprüche, wobei der Schritt (a) Beschichten des Transfersubstrats mithilfe eines Rakelverfahrens oder eines Schlitzdüsenbeschichtungsverfahrens umfasst.
Verfahren gemäß einem der vorangehenden Ansprüche, wobei Schritt (c) bei einer Temperatur von etwa 290 bis etwa 300 K und einer Kontaktkraft von weniger als 1000 N durchgeführt wird.
Verfahren gemäß einem der vorangehenden Ansprüche, wobei die leitfähige Polymerschicht einen Flexibilitätsverstärker umfasst, welcher ausgewählt ist aus der Gruppe bestehend aus Polyacrylamid-co-Acrylsäure, Polyvinylpyrrolidon, Polyvinylalkohol, Polyethylenglykol und Polyethylenoxid.
Verfahren gemäß einem der vorangehenden Ansprüche, wobei in Schritt (c) nur ein Teil der Oberfläche der Klebeschicht mit der leitfähigen Polymerschicht in Kontakt gebracht wird.
Elektrode zum Aufbringen auf die Haut, hergestellt durch ein Verfahren gemäß einem der vorangehenden Ansprüche.
Elektrode zum Aufbringen auf die Haut, umfassend ein Transfersubstrat (101), ein Pflastersubstrat (110), und eine leitfähige Polymerschicht (102); wobei das Pflastersubstrat eine Klebeschicht (111) umfasst, welche das Pflastersubstrat mit der leitfähigen Polymerschicht verbindet, wobei das Transfersubstrat unmittelbar und lösbar mit der leitfähigen Polymerschicht und der Klebeschicht verbunden ist.
Elektrode gemäß Anspruch 15, wobei nur ein Teil der Oberfläche der Klebeschicht mit der leitfähigen Polymerschicht überlappt.