DE2727396A1 - Elektrisch leitendes, viskoelastisches gel - Google Patents

Elektrisch leitendes, viskoelastisches gel

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DE2727396A1 DE19772727396 DE2727396A DE2727396A1 DE 2727396 A1 DE2727396 A1 DE 2727396A1 DE 19772727396 DE19772727396 DE 19772727396 DE 2727396 A DE2727396 A DE 2727396A DE 2727396 A1 DE2727396 A1 DE 2727396A1
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Description

Die Erfindung betrifft ein elektrisch leitendes, viskoelastisches Gel, das sich insbesondere für die Verwendung in Elektroden für medizinische Zwecke eignet.
Zur Messung von Aktionsspannungen des Körpers, wie EEG und EEG, oder für elektrotherapeutische Zwecke ist eine störungsfreie elektrische Verbindung zwischen den verschiedenen Stellen der Haut des Patienten und dem elektrischen Gerät erforderlich. Besonders kritisch ist hierbei der Stromübergang zwischen der Hautoberfläche und den Leitungsdrähten, da die Verbindung einen möglichst niedrigen und zeitlich konstanten Widerstand aufweisen soll.
Ale Kontaktelemente werden in zunehmendem MaBe selbstklebende Elektroden eingesetzt, die nach ein- oder mehrmaligem Gebrauch verworfen werden. Sie bestehen im allgemeinen aus einem Leitkörper, der die Verbindung zu den Leitungsdrähten ergibt, einer Einrichtung, die den Kontakt zur Hautoberfläche herstellt, und einem selbstklebendem flexiblen Flachmaterial, wie einem Pflasterstreifen, mit welchem beide fest auf der Haut fixiert werden.
Bei einer Reihe derartiger Elektroden wird der Kontakt mit
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der Haut durch einen weichen, pasten- oder gelartigen Elektrolyten mit hohen Vaseergehalt hergestellt, der entweder vor Jedem HefiTorgang auf die Haut gestrichen wird oder bei den bereits gebrauchsfertigen Elektroden von einem saugfähigen Polster, z.B. aus einem offenporigen Schaumstoff, bzw. in einer Art Kammer festgehalten wird.
Sie bekannten, bisher verwendeten weichen Gele und Basten weisen jedoch zwei wesentliche Rachteile auf. Ihre Leit- und Fließfähigkeit werden in erster Linie von der in ihnen enthaltenen Vassermenge bestimmt. Bei offener Lagerung in üblicher Raumatmosphäre mit etwa 30 - 50 % rel. Luftfeuchtigkeit verdampft ein großer Teil dieses Wassers, wodurch die Kontaktfähigkeit bis zur Unbrauchbarkeit verschlechtert wird. Auch durch besonders sorgfältiges und deshalb kostenaufwendiges Abdichten und Verpacken der Elektroden läßt sich dies nicht vollständig verhindern. Außerdem verbleibt nach dem Abnehmen der Eontaktelemente immer ein mehr oder weniger schmieriger Best des Elektrolyten auf der Haut zurück, dessen Beseitigung unbequem ist.
Es wurde deshalb bereits vorgeschlagen, auf eine derartige Leitsubstanz überhaupt zu verzichten. Der Eontakt mit der Hautoberfläche soll dabei durch eine Vielzahl feiner Metallspitzen hergestellt werden, die in eine Klebschicht eingebettet sind und in die oberen Schichten der Haut eindringen. Hierbei besteht jedoch die Gefahr, daß bei auereichend sicherem und deshalb erforderlich festem Eontakt, der auch bei Bewegungen des Patienten erhalten bleibt, die Haut verletzt oder zumindest gereizt wird.
Aufgabe der Erfindung war es daher, einen Kontaktvermittler zu entwickeln, der die genannten Nachteile nicht aufweist, sondern sowohl einen einwandfreien Stromübergang auch nach längerer
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Lagerzeit gewahrleistet als auch keine Rückstände auf der Haut hinterläßt oder diese in anderer Weise beeinträchtigt. Außerdem sollten sich die damit versehenen Elektroden technologisch einfach und kostengünstig herstellen lassen, um als Einmalgebrauchsartikel verwendet werden zu können.
Gelost wird diese Aufgabe durch ein elektrisch leitendes, viskoelaetisches Gel aus
10-30 Gew.-%, jeweils bezogen auf das Gesamtgewicht,
eines hochmolekularen Polysaccharide,
90-20 Gew.-# eines oder mehrerer Polyole mit einem
Gehalt von 5-50 Gew.-$, vorzugsweise 10 - 20 Gew.-%, Wasser, 0-30 Gew.-# einer oder mehrerer nichtflüchtiger, im
Polyol löslichen Säuren,
0-30 Gew.-% einer oder mehrerer nichtflüchtiger, im Polyol löslichen Basen sowie gegebenenfalls geringen Mengen üblicher Zusatzbzw. Hilfsstoffe.
Viskoelastisch soll in diesem Zusammenhang bedeuten, daß das Gel sowohl viskoses als auch elastisches Verhalten zeigt. Das kommt insbesondere darin zum Ausdruck, daß es einerseits ausreichend Fließvenaögen aufweist, so daß es auch die feinen Unebenheiten der Haut benetzt, und andererseits aber so viel Festigkeit (Eohäsivität), daß es rückstandsfrei von der Haut abgezogen werden kann.
Das erfindungsgemäße Gel, bei welchem das Polyol als Quellmittel und Weichmacher für das Polysaccharid wirkt, besitzt ein gutes Leitvermögen, das von Protonen der Carboxylgruppen der
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Poly(hetero)saccharide und/oder gegebenenfalls von der zugesetzten, vorzugsweise mehrbasischen Säure stammt.
Der Vaesergehalt des Polyols sollte hierfür 5-50 Gew.-%, vorzugsweise 10-20 Gew.-%, betragen. Die Säure kann zur Einstellung eines für die Haut günstigen pH-Wertes von 4-5 durch eine Base teilneutralisiert werden.
Außerdem können in geringen Mengen weitere übliche Zusatzbzw. Hilfsstoffe, wie Konservierungs- und Alterungsschutzmittel oder Farbstoffe, zugesetzt werden, wobei diese Substanzen ebenso wie die Sauren und Basen physiologisch gut verträglich sein sollen, um keine Reizerscheinungen zu verursachen.
Bei einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung beträgt der Anteil des hochmolekularen Polysaccharide an der Zusammensetzung 10 - 40 Gew.-% und darauf abgestimmt derjenige der Polyole 90 - 60 Gew.-%. Die Menge an Säure bzw. Base soll in der Regel zwischen 5 und 30 Gew.-$ der Mischung betragen.
Um die gewünschten viskoelastischen Eigenschaften des Gels zu erzielen, ist es erforderlich, daß das Polysaccharid ein hohes Molekulargewicht aufweist. Ein mittleres Molekulargewicht von mindestens etwa 10 sollte in den meisten Fällen gegeben sein, da das Gel sonst nicht die notwendige Kohäsivität besitzt, um rücketandsfrei von der Haut oder einer anderen entsprechenden Unterlage, auf welche die damit gefertigte Elektrode geklebt wird, wieder abgezogen werden zu können.
Als Polysaccharide eignen sich für das erfindungsgemäße Gel in erster Linie Karaya-, Traganth- und lanthan-Gummi oder auch Carboxymethylcellulose, wobei Karaya-Gummi, wohl aufgrund seines sehr hohen Molekulargewichts von etwa 9,5 · 106 (nach
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Ullmann, Bd. 13, S. 167 ff), die besten Ergebnisse liefert.
Für die Herstellung des Leitgels ist es besonders vorteilhaft, wenn das Polyol gegenüber dem Polysaccharid ein Geliervermögen aufweist, das erst mit einer gewiesen zeitlichen Verzögerung zu einem festen, viskoelastischen Körper führt. Als geeignet haben sich Polyole wie Athylenglycol, Propylenglycol und insbesondere Glycerin erwiesen. Die Glycole können einzeln oder im Gemisch eingesetzt werden. Ihr Vassergehalt kann je nach Art der Komponenten in dem weiten Bereich von 5-50 Gew.-% liegen; die günstigsten Ergebnisse sind jedoch bei 10-20 Gew.-% des Polyols zu erzielen.
Als Säuren und Basen, welche dem Gel gegebenenfalls zugesetzt werden können, um diese den jeweiligen Anforderungen noch besser anzupassen, können sowohl anorganische Substanzen als auch organische Verbindungen eingesetzt werden soweit sie im Polyol löslich und physiologisch gut verträglich sind. Ein Gemisch aus gleichen Teilen Zitronensäure und Triethanolamin hat sich dabei in der Praxis besonders bewährt aufgrund seines hautfreundlichen pH-Wertes von etwa 4,3«
Das erfindungsgemäße Gel läßt sich wegen seines guten elektrischen Leitvermögens in den verschiedensten Elektroden einsetzen. Insbesondere eignet es sich für Elektroden für medizinische Zwecke, da es sich durch sein viskoelastisches Verhalten dicht der Haut anpaßt, einen einwandfreien Stromübergang gewährleistet und ohne einen Bückstand zu hinterlassen von dieser wieder abgezogen werden kann. Außerdem besitzt die Masse den weiteren Vorteil, daß sie hydrophilen Charakter besitzt und deshalb die Feuchtigkeit, die von der Haut immer mehr oder weniger stark abgesondert wird, absorbieren kann, ohne ihre
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Haftfähigkeit und anderen vorteilhaften Eigenschaften zu verlieren.
Aufgrund ihres relativ geringen Vasseranteils können die Gele offen an der Luft gelagert werden, ohne wie die üblichen, stark wasserhaltigen Pasten und Gele einzutrocknen und dadurch ihren Ableitungswiderstand zu verändern und unbrauchbar zu werden. Dies und die Eigenklebrigkeit der Nassen ermöglicht es, daraus in ihrem Aufbau vergleichsweise einfache und kostengünstige Elektroden herzustellen, da weder spezielle Vorrichtungen zur Aufnahme der leitenden Substanz noch aufwendiges Abdichten und Verpacken erforderlich sind.
Im einfachsten Fall kann eine derartige Elektrode aus einem schmiegsamen, mit Selbstklebemasse versehenen kleinen Stuck Trägerstreifen, beispielsweise auf Gewebe- oder Vlies-Basis, und einem in der Mitte durch diesen durchgeführten Leitkörper aus Hetall oder einem anderen leitfähig gemachten Material bestehen. Dieser ist an seinem einen Ende, d.h. auf der klebenden und später der Haut zugewandten Seite des Trägermaterials, von einer kleinen Scheibe des Gels umgeben und kann am anderen Ende über Verbindungselemente und -leitungen an das Aufnahmegerät angeschlossen werden.
Zur besseren Handhabung ist die klebende Seite der Elektroden bis sum Gebrauch mit einem mehr oder weniger steifen und leicht wieder abziehbaren Blattmaterial abgedeckt. Ebenso kann auf der nichtklebenden Seite des Trägers - insbesondere wenn dieser sehr dünn ist - die Durchtrittsöffnung des Leitkörpers zusätzlich zur Befestigung mit einem Ring aus Folie oder dgl. umgeben sein. Die Elektroden können wie üblich einzeln hergestellt und abgepackt werden oder in Form eines durchgehenden
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Bandstreifens, ion den sie nach Bedarf abgetrennt werden.
Die Erfindung wird anhand der nachfolgenden Beispiele näher erläutert.
Beispiele 1-14
Herstellung erfindungsgemäßer Leitgele unter Verwendung des hochmolekularen Polysaccharide Karaya
(Gum-Earaya: getrocknetes Exsudat von Sterculia urens, ein acetyliertes Polysaccharid mit einem nolekulargewicht von ca. 9.5 · 106)
Die in der nachfolgenden Tabelle 1 aufgeführten Bestandteile 2-6 (jeweils Gew.-%) wurden bei etwa 80° C gelöst. Anschließend wurde die Mischung auf 10° C abgekühlt und das Karayapulver langsam eingerührt. Diese Masse wurde in Formen von 15 mm Durchmesser und 2 mm Dicke gegossen, 3 Min. bei 80° C geliert und nach Abkühlung auf Baumtemperatur ausgeformt. .
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Tabelle 1
(jeweils Gew.-%)
Beispiel 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14
1. Karaya-Pulver 10 15 20 25 30 20 20 20 20 20 20 40 20 20
2. Glycerin (15 % Wasser)
03. Zitronensäure
CD
00 4. Phosphorsäure		 70
10		 65
10		 60
10		 55
10		 50
10		 50
20		 67
10		 40
20		 80 70
5		 45
10		 40
10		 58
10		 58 C)
10
^ 5. Triäthanolamin 10 10 10 10 10 10 - 20 - 5 25 10 -
% 6. NaOH (50 #ig)
-α		 - - - - - - 3 - - - - - 12 12
pH-Wert (2) 4,3 4,3 4,2 4,1 4,2 1,7 3,0 4,2 4,5 4,2 7,7 4,2 6,2 e»2
1) 90 $iges Glycerin zur Kompensation des Vassergehaltes der NaOH-Lösung
2) Messung des pH-Wertes mit einer Ingold-Hautelektrode nach Benetzung der
Oberfläche mit wenig Wasser
•Ο U) CD CD
Vergleichsbeispiele A und B
Aus zwei Leitgelen nach dem Stand der Technik wurden Kontaktelenente hergestellt indem die Substanzen jeweils in Polyurethan-Schaumstoff aufgesaugt wurden.
A: Leitgel aus einer handelsüblichen Selbstklebe-Elektrode
("Red Dot", der Firma Minnesota Mining and Manufacturing Co.)
B: Leitgel gemäß DT-OS 2 302 618 (Beispiel 2) aus:
79»1 Gew.-TIe. Wasser
2,4 " " Carbopol 940
3,0 " " Triethanolamin
0,5 " ■ 2-Chlor-m-xylenol
15,0 " " Natriumsulfat (wasserfrei)
Vergleichsversuche
Aus den erfindungsgemäßen viskoelastischen Leitgelen gemäß den Beispielen 1-14 und den bekannten Leitgelen A und B wurden einfache Elektroden hergestellt aus einem mit einer Selbstklebemasse einseitig beschichteten runden Stück Vlies-Trägermaterial, einem durch diesen mittig durchgeführten kleinen Leitkörper aus einem mit Graphit leitfähig gemachten Polyestervlies und der hautseitig an dessen Ende angebrachten kleinen flachen Gelscheibe aus den Beispielen (1 - 14) bzw. aus mit Gel getränktem Schaumstoff (A und B).
An diesen Leitgelen und den daraus gefertigten Elektroden wurden folgende Werte und Produkteigenschaften vergleichend gemessen (Tabelle 2):
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1. Gewichtsdifferenz bei Lagerung von 17 Stdn. in Umgebungsklima (21 - 23° C, 55 - 65 % rel. Luftfeuchtigkeit). Da kein weiterer, flüchtiger Bestandteil in den Mischungen enthalten ist, wird hierdurch die Abgabe (negative Differenz) bzw. Aufnahme (positive Differenz) von Wasser erfaßt.
2. Hautwiderstand
Zur Messung wurden jeweils zwei Elektroden in Abstand von 30 ca auf den Unterarm geklebt und der Widerstand zwischen beiden Bit einen Digimeter 704 der Firma HEB (Meßbereich 20 Mi9 bestimmt.
Tabelle 2
Beispiel Gewichtsdifferenz Hautwiderstand (MA) 17 Stdn.Lagerung
(#) frisch 0,57
1 + 3,5 0,41 0,78
2 + 2,0 0,65 0,40
3 + 1,5 0,27 0,35
4 + 1,3 0,20 0,65
5 + 0,5 0,40 1,20
6 + 2,0 0,21 0,92
7 + 0,1 0,49 0,72
8 + 1,6 0,51 0,48
9 + 1,9 0,07 0,43
10 + 1,8 0,39 0,74
11 + 3,5 0,19 1,10
12 - 0,4 0,70 0,23
13 - 2,7 0,16 0,32
14 - 0,7 0,15 oo
A - 77 0,23 o*
B - 63 0,07
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Uie Messungen neigen, daß die erfindungsgemäßen Gele auch nach 17 Stdn. offener Lagerung praktisch keine Gewichtsveränderung und damit auch keine wesentliche Erhöhung ihres vorteilhaft niedrigen Hautwiderstandes erfahren. Im Gegensatz dazu erleiden die bekannten, sehr wasserhaltigen Gele bzw. Pasten eine starke Einbuße ihrer Werte und Gebrauchsfähigkeit.
Ebenso ergab die Bestimmung des Rückstandes auf der Haut nach 3 Stdn. Verklebung, daß die neuen Produkte zwar wie gewünscht auf der Haut leicht haften, sich jedoch einwandfrei wieder abziehen lassen, wohingegen die Vergleichsubstanzen aufgrund ihrer mangelnden Kohäsivität einen Schmierfilm hinterlassen.
Beispiele 15-29
Wie für die Beispiele 1-14 beschrieben, wurden Leitgele gemäß der Erfindung aus den folgenden in Tabelle 3 aufgeführten Bestandteilen hergestellt. Sie zeigten ein ähnlich vorteilhaftes Verhalten wie diese.
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Tabelle 3
(Jeweils Gev.-%)
Beispiel 15 16 17 18 19 20 21 22 23 24 25 26 27 28 29
Karaya 20 20 20 20 20 20 20
Xanthan 20 30 20 20 20 20
Traganth 20 30
Glycerin (15 % Wasser) 60 50 60 50
Glycerin (30 % Wasser) 60 60 \
ο Glycerin (50 % Wasser) 60 60 »
^ Ithylenglykol (15 % Wasser) 60 U
I
^ Ithylenglykol (30 % Wasser) 60 60
^ Ithylenglykol (50 % Wasser) 60 60
^ 1,2-Propylenglyko1 (15 % Wasser) 60
^J Polyäthylenglykol (MG 300; 15% Wasser) 60
Zitronensäure 10 10 10 10 10 10 10 10 10 10 10 10 10 10 10
Triethanolamin 10 10 10 10 10 10 10 10 10 10 10 10 10 10 10
Ca) CO

Claims (4)

  1. Pa tentansprüche
    10-50 Gew.-%, jeweils bezogen auf das Gesamtgewicht, eines
    hochmolekularen Polysaccharide,
    90-20 Gew.-% eines oder mehrerer Polyole mit einem Gehalt
    Ton 5-50 Gew.-%, vorzugsweise 10-20 Gew.-%, Wasser, 0-30 Gew.-% einer oder mehrerer nichtflüchtiger, im PoIy-
    ol loslichen Sauren, 0-30 Gew.-% einer oder mehrerer nichtflüchtiger, im PoIy-
    ol löslichen Basen
    sowie gegebenenfalls geringen Mengen üblicher Zusatz- bzw. Hilfsstoffe.
  2. 2. Elektrisch leitendes, viskoelastisches Gel nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Anteil des hochmolekularen Polysaccharide 10 - 40 Gew.-# und der Anteil des Polyols bzw. der Polyole 90 - 60 Gew.-% beträgt.
  3. 3. Elektrisch leitendes, viskoelastisches Gel nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Anteil der Säure/ Säuren 5-30 Gew.-% und der Anteil der Base/Basen 5-30 Gew.-* betragt.
  4. 4. Elektrisch leitendes, viskoelastisches Gel nach Anspruch 1, 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, daß das Polysaccharid ein mittleres Molekulargewicht von mindestens etwa 106 aufweist.
    5· Verwendung des elektrisch leitenden, viskoelastisehen Gels nach Anspruch 1, 2, 3 oder 4 in Elektroden für medizinische Zwecke.
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    ORIGINAL INSPECTED
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