DE2449091A1

DE2449091A1 - Elektrischer detektor zur befestigung an der haut

Info

Publication number: DE2449091A1
Application number: DE19742449091
Authority: DE
Inventors: Jozsef Balla; Laszlo Hajdu; Gyoergy Hegyessy; Gabor Vitan
Original assignee: Medicor Muvek
Current assignee: Medicor Muvek
Priority date: 1973-10-15
Filing date: 1974-10-15
Publication date: 1975-04-17
Also published as: HU168079B; FR2247724B1; SE403043B; CA1037127A; SE7412892L; SU558620A3; NL7413489A; FR2247724A1; DE2449091B2; IT1022729B; US3923042A

Description

Die Erfindung.betrifft einen an der Hautoberfläche zu befestigenden elektrischen Detektor zur Verwendung bei biometrischen Beobachtungen, insbesondere für elektrokardiographische und elektroenzephalographische Untersuchungen.

Die im Detektor enthaltene Elektrode dient zur Aufnahme und Übertragung des an der Hautoberfläche auftretenden Potentials, das bei Aufnahme und Übertragung unverändert bleiben soll. Da im Körper eine Übertragung zweiter Art, das heißt eine Ionenübertragung, stattfindet, formt die Elektrode die Übertragung zweiter Art in eine Übertragung erster Art (Elektronenübertra-

509816/0917

gung) um. Die wichtigste Anforderung an die Elektroden ist eine hinreichende Stabilität des Elektrodenpotentials über eine bestimmte oder längere Zeitspanne. Das heißt, es soll verhindert werden, daß die Elektrode merklich polarisiert wird. Dies kann bekanntermaßen mittels Silber-Silberchlorid-Elektroden in Verbindung mit einem Cl^-Ionen enthaltenden Elektrolyten erreicht werden.

Außer dem Haupterfordernis, der Potentialstabilitat der Elektrode, muß der Kontaktwiderstand zwischen dem Elektrolyten und dem Elektronenübertragungs-Auslaß minimal und die gesamte Oberfläche der Elektrode muß äquipolar sein. Der Cl^Ionen enthaltende, zwischen der Elektroden- und der Hautoberfläche angeordnete Elektrolyt darf auch bei längerer Benutzung, beispielsweise 48 bis 72 Stunden, die Hautoberfläche nicht reizen. Er muß weiter im wesentlichen seine ursprüngliche Konzentration beibehalten.

Mit der Entwicklung der medizinischen Technik werden einmalig zu benutzende medizinische Geräte einschließlich elektrischer Detektoren in immer stärkerem Maße verwendet, weil sie einfach, schnell und hygienisch einsetzbar sind. Diese einmalige Benutzung setzt für elektrische Detektoren weitere Forderungen. Im Interesse einer schnellen und einfachen Handhabung ist es wünschenswert, daß die Elektrode bereits gebrauchsfertig ist und mit dem zur richtigen Funktion erforderlichen Elektrolyten sowie mit geeigneten Einrichtungen versehen ist, durch die eine sichere Verbindung mit der Hautbberflache gewährleistet wird.

Das Material einer bekannten Elektrode besteht aus einem gepreßten Gemisch aus feinkörnigem Silber und Silberchlorid, mit dem der elektrische Ausgang durch Löten verbunden ist. Die Oberfläche der auf diese Weise hergestellten Elektrode ist nicht äquipotential, da die einzelnen Silberkörner einander nur durch das Silberchlorid berühren, das ein schlechter elektrischer Leiter ist. Durch die durch die Elektrode flie-

509816/091 7

ORIGJNAL IWSPECTED

ßenden sehr geringen Ströme werden an unterschiedlichen Punkten der Elektrodenfläche Spannungsabfälle erzeugt, die bei Messungen störend sind. Eine weitere Schwierigkeit kann durch die Ableitung des Stroms von einer Lötstelle verursacht werden, da bei Gegenwart der elektrolytischen Substanz das Lot weitere störende Potentiale erzeugen kann. Darüberhinaus kann eine fortschreitende Korrosion die Güte des Kontakts nachteilig beeinflussen.

Bei einer weiteren bekannten Silber-Silberchlorid-Elektrode ist auf die Oberfläche einer Silberplatte eine elektrolytische Silberchloridbeschichtung aufgebracht. Der Nachteil dieses Aufbaus besteht einmal darin, daß durch den hohen spezifischen Widerstand des festen Silberchlorids der Widerstand der Elektrode erhöht wird, und zum anderen darin, daß das Silberchlorid nur schlecht an der Oberfläche des Silbers haftet und in wässrigen Substanzen, insbesondere während längerer Untersuchungen, Teilchen des Silberchlorids getrennt werden, wodurch Potentialschwankungen entstehen. Ein weiterer Nachteil der Elektrode mit glatter Oberfläche besteht darin, daß ihre Oberfläche um einige Größenordnungen kleiner ist als eine poröse Oberfläche. Sie eignet sich daher nicht besonders gut für längere Prüfungen, beispielsweise zwischen 4~8 und 72 Stunden.

Die stetig steigende Anwendung von elektischen, einmal zu benutzenden oder Wegwerfdetektoren liegt hauptsächlich in ihrer einfachen und schnellen Anwendbarkeit. Die bisher bekannten elektrischen Detektoren erfüllen die an einmal zu benutzende Geräte zu stellenden Anforderungen"-nicht. Darüba?- hinaus sind sie nicht einfach genug herstellbar.

Der erfindungsgemäße elektrische Detektor, der zur Durchführung biometrischer Beobachtungen an der Haut befestigt werden kann, enthält eine Silber-Silberchlorid-Elektrode, die in einem Gehäuse mit einem Auslaß untergebracht ist, sowie ein biologisch unschädliches, ionenleitendes Gel, das zwischen

5098 16/09 1^

BAD ORIGINAL

ItII «I

: . .:V.·.· ■■·. 2U9Q91

• ι ' *

I)I I )

der Haut ob er fläche und der Elektrode angeordnet ist. Die Elektrode ist porös. Die lineare Größe der Silberkörner ist geringer als 800/um. Die Dichte liegt zwischen 2 und 8 g/cßr. An der Oberfläche der einzelnen Si„lberkörner befinden sich durch Adhäsionskräfte an die Oberfläche der benachbarten Silberkörner oder an die Oberfläche des aus Silber bestehenden Auslasses gebundene Inseln, und die an der Ausbil-

dung der Adhäsionsbindung nicht teilnehmenden Oberflächenteile der SilberkÖroer ist mit dem bekannten Silberchloridüberzug beschichtet.

Die adhäsiv aneinander haftenden Silberkörner gewährleisten eine gute Leitfähigkeit des Elektrodenmaterials, so daß die Elektrode an allen Stellen gleiches Potential aufweist. Ferner ergibt sich so eine sehr große, homogene Elektrodenoberfläche, wodurch Polarisationserscheinungen vermindert werden_ und die erforderliche Potentialstabilitüt gewährleistet wird. Da der Auslaß ebenfalls aus Silber besteht, und weil die an ihn angrenzenden Silberkörner durch Adhäsion haftend mit ihm verbunden sind, ergibt sich ein stabiler und sicherer elektrischer Kontakt zwischen dem Material der Elektrode und dem Auslaß. Der Auslaß kann aus Silberdraht bestehen, der zwischen den Silberkörnern der Elektrode angeordnet sein kann.

Der Auslaß besteht vorzugsweise aus. einer Silberkappe, die die Elektrode an drei Seiten umgibt. Zwischen der inneren Oberfläche der Kappe und den an die Kappe angrenzenden Silberkörnern der Elektrode besteht eine adhäsive Bindung. Der Auslaß-kann gleichzeitig auch das Gehäuse der Elektrode bilden.

Gemäß einer bevorzugten Äusfiihrungsf orm der Erfindung ist das ionenleitende Gel in den Poren einer porösen,elastischen Scheibe enthalten, deren Dicke größer ist als die Entfernung zwischen der Elektrodenoberfläche und der Haut.

Bei einer weiteren bevorzugten .Ausführungsform der Erfindung sind die Kappe mit der darin befindlichen Elektrode sowie

509816/0917

; .■ . : ··* .
die das ionenleitende Grel entnaltentb Scheibe in einer·

" ' it

Kunststaffscheibe angeordnet, an deren Äußeres eine weitere Scheibe befestigt ist, die aus einem elastischen Material besteht, und die an ihrer mit der Haut in Berührung kommenden Fläche mit einer biologisch unschädlichen Klebstoffschicht beschichtet sein kann.

An der äußeren Oberfläche der silbernen Kappe kann eine Glocke befestigt sein, und die elastische Scheibe wird zwischen., der Glocke und der Kunst st off scheibe eingeklemmt gehalten.

Eignet sich der Detektor nur zum einmaligen Gebrauch, so besteht die mit Klebstoff beschichtete Oberfläche der elastischen Scheibe vorzugsweise aus Polyäthylen und ist.~mit einem Schutzpapier mit einer Silikonbeschichtung bedeckt. Das Schutzpapier dichtet die vom leitfähigen Gel getränkte Scheibe ab und bildet sq einen Schutz gegen Austrocknen. Vor der Benutzung muß die Papierschicht von der Oberfläche der Scheibe entfernt werden.

Eine bevorzugte Ausführungsform des erfindungsgemäßen Detektors ist von einem hermetisch abgedichteten, . gesättigten Wasserdampf enthaltenden Behälter umgeben.

Die Erfindung wird an Hand des in der Zeichnung dargestellten. Ausführungsbeispiels näher erläutert. Es zeigen: Fig. 1 den schematischen Schnitt einer mit dem Auslaß verbundenen Elektrodenanordnung! und Fig. 2 den vereinfachten Schnitt einer Wegwerfelektrode.

Fig. 1 zeigt den körnigen Aufbau der Elektrode des erfindungsgemäßen Detektors. Die Elektrode 4 besteht aus aneinander haftenden Silberkörnern 1 und aus an dem Auslaß haftenden Silberkörnern 15. Wegen des porösen Aufbaus der Elektrode haften die Silberkörner 1 und 13 nur an manchen Teilen aneinander oder am Auslaß. Die Oberflächenteile der Silberkorner 1, die mit den benachbarten Körnern verhaftet sind, bilden Inseln 2, über deren Fläche die Silberkörner durch adhäsive Kräfte miteinander in Verbindung stehen. Die an

509816/091 7

den Auslaß angrenzenden Silberkörne.? 1,5 sind längs der Inseln 14 ebenfalls durch adhäsive Kräfte mit dem Auslaß aus Silber verhaftet. Die Größe der Silberkörner 1 und ist geringer als 800,ua. Bei einer praktisch ausgeführten Elektrode betrug die Dichte des Material^ 3,5 g/ca^. Die freien Oberflächanteile, d,h. die Oberflächenteile der Silberkörner, die an der adhäsiven Bindung nicht teilhaben, sind mit einer Silberchloridschicht bedeckt» Das in Fig. 2 gezeigte Ausführungsbeispiel des elektrischen Detektors ist so ausgebildet, daß es einmal benutzt und dann weggeworfen wird.

Den Auslaß, der Elektrode 4 bildet eine Kappe 6 aus Silber, die die Elektrode 4 von drei Seiten umgibt; Der äußere Plansch der Kappe 6 bildet die Verbindung mit der inneren Oberfläche einer Kunststoffscheibe 7» die ihrerseits den Sita für eine Scheibe 5 aus porösem Kunststoffschaua bildet. Durch feste Verbindung ist eine metallische Glocke 12 an der Außenseite der Kappe 6 befestigt. Im Zwischenraum zwischen der Glocke 12 und der Kunststoffscheibe 7 ist eine Scheibe 8 aus geschlossenzelligem Kunststoffschaum angeordnet. An der Oberfläche der Kunststoff schaumscheibe 8, die mit der Haut in Berührung konuat, ist eine bekannte, wasserunlösliche Klebstoffschicht 9 angebracht, mit der die Elektrode an der Haut befestigt werden kann. Bei diesem Ausführungsbeispiel besteht die geschlossenzellige Kunststoffschaumscheibe 8 aus Polyurethan, Ihr Durchmesser beträgt 50 mm, ihre Stärke ^ mm. Die an der Scheibe angebrachte Klebstoffschicht 9 kann aus einem beliebigen Klebstoff bestehen, der für den menschlichen Organismus unschädlich und in Wasser nicht löslich ist, beispielsweise aus einem Polyisobutylen-Kleber,

Die Stärke der innerhalb der Kunststoffscheibe 7 angeordneten, aus porösem Kunststoff bestehenden Scheibe 5 ist so gewählt, daß sie die Tiefe der Ausnehmung in der Kunststuffscheibe 7 übersteigt und die äußere Oberfläche der Scheibe 5 daher über ..den äußeren Flansch der Kunststoff scheibe 7 hinausragt. Die Scheibe 5 ist mit einem Cl""-Ionen enthaltenden Gel getränkt, das für den menschlichen Organismus unschädlich ist. Das Gel kann zum Bei-

509818/0917 bad original

~⁷~ 2A49091

spiel folgende Bestandteile enthalten: 1 % Cl~, 6 % Glycerin und 1 % OarboXyae^hyloellulose. Die übrigen Komponenten des Gels können destilliertes Y7asser sowie... verschiedene Duftstoffe, zum Beispiel Zitronenöl, sein.

Vor der Benutzung ist die von der Schicht 9 bedeckte Oberfläche der Kunststoffschaumscheihe 8 durch ein mehrschichtiges Schutzpapier abgedeckt. Die die Schicht 9 berührende Oberfläche des Papiers trägt einen an dem Klebstoff nicht haftenden Überzug, zum Beispiel eine Silikonschicht U.

Die Elektrode befindet sich in einem hermetisch abgedichteten, mehrschichtigen, gesättigten Wasserdampf enthaltenden Beutel, der wenigstens eine Polyäthylenschicht und eine Schicht aus Aluminiumfolie aufweist. Bei dieser Lagerung trocknet das in der Scheibe 5 enthaltene, ionenleitende Gel nicht aus.

Soll die Elektrode benutzt werden, so wird der Beutel geöffnet und das Schutzpapier 10 von der Kunststoffschauascheibe 8 entfernt. Darauf wird der elektrische Detektor auf die zu prüfende Hautoberfläche gesetzt und auf dieser mittels der Klebstoffschicht 9 fixiert. Wenn sich der ' Detektor auf der Haut befindet, wird die Scheibe 5 zusammengedrückt. Das in ihr gespeicherte Gel bildet dann einen sicheren elektrischen Kontakt zwischen der HaUtoberfläche und der Elektrode 4'. Da das Gel von hermetisch abgedichteten Flächen umgeben ist, kann es nicht verdampfen. Die Elektrode bildet daher, nachdem sie einmal angebracht ist, eine, hervorragende Verbindung für mehrere Tage.

Die elektrische Verbindung zwischen dem Detektor und dem Prüfgerät kann durch eine Steckverbindung geeigneten Aufbaus erfolgen, die an der äußeren Oberfläche der Glocke 12 befestigt wird. Geeignet ist beispielsweise die in der ungarischen Patentanmeldung MS-1673 beschrie-

509816/0917

BAD

- 8 bene elektrisch Verbindung. 2-44909 Ί

Die erfindungsgemäße Elektrode übertrifft hinsichtlich Potentialstabilität, Kontaktv/iderstand und Zeitstabilität alle bisher bekanntgewordenen Elektroden. Darüberhinaus kann sie billig hergestellt werden.

509816/0917 BADOKK₃₁NAL

Claims

Patentansprüche' ' 2Α49091 1. Elektrischer Detektor, der für biometrische Beobachtungen an der Haut befestigt werden kann und der aus einer in einem Gehäuse angebrachten Silber-Silberchlorid-Elektrode, einem Auslaß und eineaa zwischen der Hautoberfläche und der Elektrode angeordnetem, biologisch unschädlichem, ionenleitendem. Gel besteht, dadurch gekennzeichnet, daß die Elektrode (4) porös ist und Silberkörner (l, I3) mit einer linearen Größe von weniger als 80OyUm enthält und ihre Dichte zwischen 2 und 8 g/ctir liegt, und sich an der Oberfläche der einzelnen SiIberkörner (l, I3) durch* Adhäsionskräfte an die Oberfläche der benachbarten Silberkörner (l) oder an die Oberfläche des aus Silber bestehenden Auslasses gebundene Inseln (2, 14) befinden, und die an der Ausbildung der Adhäsionsbindung nicht teilnehmenden Oberflächenteile der Silberkörner mit dem bekannten Silberchloridiiberzug beschichtet sind.
2. Detektor nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Auslaß aus einer Kappe (6) aus Silber besteht, die die Elektrode (4) an drei Seiten umgibt, und zwischen der inneren Oberfläche der Kappe (6) und der Oberfläche der daran angrenzenden Silberkörner (Xj) eine Adhesionsbindung besteht;
3; Detektor nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet,

den Poren daß sich das ionenleitende Gel in/einer elastischen Scheibe (5) poröser Struktur angeordnet -ist, und die Dicke der Scheibe (5) größer ist als die Entfernung zwischen der Elektrode (4) und der Hautoberfläche.

5098 16/09 17

~¹⁰~· 2U9091
4« Detektor nach Anspruch 3» dadurch £,ekennzo lehnet, daß die Kappe (6) mit der in ihr angebrachten !Elektrode (4) und die mit dem Gel durchtränkte Scheibe (5) innerhalb einer Kunststoffscheibe (7) angeordnet sind, daß eine Scheibe (β) aus geschlossenzelligam Schaum an der Außenseite der Kunststoffscheibe (7) befestigt ist, und die mit der Haut in Berührung kommende Oberfläche der Scheibe (8) aus geschlossenzelligem Schaum mit einem biologisch unschädlichen Klebstoff beschichtet ist.
5.Detektor nach Anspruch 4j dadurch gekennzeichnet, daß eine an der Außenfläche der Kappe (6) befestigte Glocke (12) vorgesehen ist und die Scheibe (8) aus ge schlossernzelligern Kunst st offs chaum. zwischen der Glocke und der Kunststoffscheibe (7) eingeklemmt ist»
6; Detektor nach Anspruch 4 oder 5* dadurch gekennzeichnet, daß sich auf der mit Klebstoff überzogenen Oberfläche der Scheibe Cs) aus geschlossenaelligem Schaum ein mit Silikonlack und Polyäthylen beschichtetes Schutzpapier befindet.
7. Detektor nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß er in.einem hermetisch abgedichteten Behälter untergebracht ist, der gesättigten Wasserdampf enthält.

509816/091 7

BAD ORIGINAL