DE69923468T2

DE69923468T2 - Elektrode zum übertragen von elektrischem strom durch die haut eines patienten

Info

Publication number: DE69923468T2
Application number: DE69923468T
Authority: DE
Inventors: Thomas Eric McADAMS; Min Dao ZHOU; Andre Pascal MAILLEY; Claude Mikler
Original assignee: Iomed LLC
Current assignee: Iomed LLC
Priority date: 1998-11-09
Filing date: 1999-11-08
Publication date: 2006-01-19
Anticipated expiration: 2019-11-09
Also published as: FR2785544A1; EP1128867B1; AU742396B2; AU1053000A; CA2348674A1; JP2002529158A; WO2000027467A1; EP1128867A1; ATE287749T1; DE69923468D1; FR2785544B1; US6731987B1

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft μmeine Elektrode zum Übertragen eines elektrischen Stroms durch die Haut eines Patienten und insbesondere eine Elektrode des Typs, die a) eine Strom leitende Schicht zum Zuführen oder Sammeln des elektrischen Stroms, der die Haut durchquert, und b) eine Verbrauchsschicht zur elektrochemischen Schnittstellenbildung umfasst.
Elektroden dieses Typs werden bei verschiedenen medizinischen Anwendungen eingesetzt, wie zum Beispiel beim Messen elektrischer Signale, die aus dem menschlichen oder tierischen Körper stammen (Elektrokardiogramme, Elektroenzephalogramme usw.), bei der transdermalen Verabreichung von Medikamenten durch Ionophorese oder bei der Elektroheilung von Wunden oder Verletzungen.
Die zur Umsetzung dieser Anwendungen konzipierten Vorrichtungen umfassen normalerweise zwei Elektroden, wobei die eine als Anode und die andere als Kathode dient, die mit der Haut in Berührung gebracht werden, wobei der angelegte oder der zu messende Strom zwischen diesen zwei Elektroden fließt.
Jede Elektrode besteht gewöhnlich aus einer metallischen leitenden Schicht, zum Beispiel aus Silber, mit der eine ionische Leitungsschicht verbunden (oder benachbart) ist, die aus einem Gel besteht, das mit der Haut des Patienten in Berührung ist, wobei dieses Gel entweder mit einem Elektrolyt geladen ist, der einen guten elektrischen Kontakt zwischen der Haut und der Silberschicht sicherstellt (zum Beispiel beim Messen von elektrischen Signalen, die aus dem menschlichen oder tierischen Körper stammen), oder mit einem Werkstoff in ionischer Form geladen ist (in dem Fall der transdermalen Verabreichung von Medikamenten durch Ionophorese).
In dem Fall der Elektroheilung von Wunden oder Verletzungen ist die ionische leitende Schicht, die mit der leitenden Schicht verbunden ist, eine hydrophile Schicht, die diesmal mit der zu behandelnden Wunde in Berührung ist.
Diese hydrophile Schicht ist entweder eine Schicht, die ursprünglich leitend gemacht wurde, das heißt vor oder bei ihrem Auftragen auf die Wunde, und zwar durch Wasser- und Mineralsalzladung, oder ist bei ihrem Auftragen auf die Wunde eine trockene, nicht leitende hydrophile Schicht, und die im Anschluss an die Migration von Exsudaten der Wunde in die Stärke der trockenen hydrophilen Schicht leitend wird.
In diesem Fall kann die trockene hydrophile Schicht, die die ionisch leitende Schicht bildet, ausgehend von jedem absorbierenden, hydrophilen trockenen Werkstoff oder einer Zusammensetzung hergestellt werden, die bei der Herstellung von Verbänden verwendet wird, die zum Behandeln nässender Wunden verwendet werden.
Sie kann daher die Form von absorbierendem Schaum haben, insbesondere hydrophiler Polyurethanschaum, der bei den so genannten hydrozellularen Verbänden verwendet wird, die Form von Fasern auf der Basis absorbierender Werkstoffe, wie zum Beispiel Alginatfasern, wie zum Beispiel Natrium- oder Calciumalginate, oder von Fasern von Zellulosederivaten in Form von Vlieskompressen, in Form gefriergetrockneter Gele, und in Form hydrokolloider Verbindungen, wie zum Beispiel hydrokolloide Gele oder Massen, wie zum Beispiel die, die bei den so genannten hydrokolloiden Verbänden verwendet werden.
Auf jeden Fall geht die elektrische Leitung von einer elektronischen Leitung (in der Silberschicht) zu einer ionischen Leitung (in dem Gel) über. Der Ladungstransfer, der diesen Austausch erlaubt, wird von den elektrochemischen Eigenschaften der Schnittstelle Elektrode/Haut gesteuert.
Um die Stabilität dieser elektrochemischen Eigenschaften sicherzustellen, wurde vorgeschlagen, auf der oben genannten Silberschicht eine elektrochemische Schnittstellenbildungsschicht zu bilden, die den Übergang von der ionischen Leitung zur elektrochemischen Leitung erleichtern kann, indem sie an der betreffenden Schnittstelle ein schwaches und stabiles elektrochemisches Potenzial aufrechterhält, das einen Transfer von Ladungen mit hoher Leistung sicherstellt.
Diese Schnittstellenbildungsschicht, auch „Opfer"-Schicht genannt, besteht herkömmlich aus Silber oder einem Gemisch Ag/AgCl, jeweils in dem Fall einer Anode oder einer Kathode, die auf der Stromzuführschicht aufgebracht oder mit ihr vermischt wird.
Die chemische Schnittstellenbindung dieser Opferschichten wird daher durch die folgende umkehrbare Redox-Reaktion sichergestellt: Ag+Cl^– ⇔ AgCl + e^– die das Silber der Anode durch Oxidation in Silberchlorid und durch Reduktion des Silberchlorids der Kathode in Silber umwandelt. Das Potenzial der Reaktion ist im Vergleich zu dem Potenzial der Standardwasserstoffelektrode relativ schwach (ca. 100 bis 200 mV). Der Potenzialunterschied zwischen Anode und Kathode ist schwach und liegt in der gleichen Größenordnung. Da das Standardpotenzial des Paars Ag/AgCl in dem elektrochemischen Stabilitätsbereich von Wasser liegt, verhindert diese Reaktion jede Elektrolyseerscheinung des Wassers begleitet von pH-Schwankungen und Gasbildung, was die elektrochemische Stabilität der Schnittstelle und die Sicherheit des Patienten hinsichtlich einer dieser Belästigungen in Zusammenhang mit der Drift der elektrochemischen Schnittstelle betrifft und das solange die Reaktion stattfinden kann, das heißt solange Silberchlorid in der Kathode vorhanden ist und oder solange Silber und das Ion Cl^– an der Anode verfügbar sind.
Obwohl solche Schnittstellenbildungsflächen der Nachfrage hinsichtlich der elektrochemischen Stabilität der Schnittstelle Elektrode/Haut entsprechen, hat man festgestellt, dass, wenn die Behandlung das Durchgehen starker Ströme während langer Zeitspannen erfordert, wie das bei ionophoretischen Vorrichtungen zur transdermalen Verabreichung von Medikamenten der Fall ist, die mit solchen schnittstellenbildenden Schichten ausgestatteten Elektroden noch zu wünschen übrig lassen, was ihre Beständigkeit gegenüber einer physikalischen Verschlechterung, die Gleichförmigkeit der Stromdichte auf der Oberfläche der Elektrode und die „elektrochemische Kapazität" der Elektrode betrifft, das heißt ihre Fähigkeit, während einer gegebenen Zeitspanne (von mehreren Stunden oder darüber) einen Strom mit einer gegebenen Stärke abzugeben (in der Größenordnung von 1 μA bis 1 mA, genauer genommen in dem Fall einer Ionophoreseanwendung in der Größenordnung von 0,2 mA pro cm² Elektrodenfläche) wie das erforderlich ist, damit man eine genaue Kontrolle einer transdermalen Medikamentverabreichung durch Ionophorese sicherstellen kann.
Man beobachtet nämlich bei dieser Anwendung eine bestimmte Dislokation der Elektrode, die insbesondere auf einen Haftungsmangel der Ag/AgCl-Schicht auf der darunter liegenden Silberschicht zurückzuführen ist. Ferner bemerkt man eine Ungleichförmigkeit der Stromdichte, die benachbarte Bereiche der Elektrode durchquert, wobei diese Dichte dazu tendiert, an den Rändern der Elektrode zu steigen. Dieser Gleichförmigkeitsfehler verursacht „Hitzestellen" an diesen Rändern, die die Haut des Patienten reizen. Ferner bewirkt er eine schnellere Erosion der elektrochemischen Schnittstellenbildungsschicht gegenüber den heißen Stellen der Elektrode, deren Lebensdauer daher sinkt. Dieses Sinken bewirkt das der elektrochemischen Leistung der Elektrode.
Das Dokument WO-A-9 839 957 betrifft eine Vorrichtung zum Abgeben eines Medikaments durch Ionophorese mit einer leitenden Schicht und einer elektrochemischen Schnittstellenbildungsschicht.
EP-A-0 985 426, das nach der Einreichung der vorliegenden Anmeldung veröffentlicht wurde (Dokument des Stands der Technik wie in Artikel 54(3) EPÜ definiert), beschreibt eine Elektrode, die eine Strom leitende Schicht, eine Zwischenschicht und eine chemisch träge elektrisch widerstehende sowie eine elektrochemische Schnittstellenbildende Verbrauchsschicht umfasst.
Die vorliegende Erfindung hat genau die Aufgabe, eine Elektrode des oben genannten Typs zu liefern, die so perfektioniert wird, dass sie eine mechanische Stabilität und eine elektrochemische Leistung aufweist, die größer sind als die der Elektroden des Stands der Technik, das heißt eine Lebensdauer, die mit der Dauer der therapeutischen Behandlungen vereinbar ist, die solche Elektroden verwenden, wie zum Beispiel die transdermale Verabreichung von Medikamenten durch Ionophorese oder auch die Elektroheilung.
Man verwirklicht diese Aufgaben der Erfindung sowie weitere, die sich bei der Lektüre der folgenden Beschreibung ergeben, mit einer Elektrode zum Übertragen eines elektrischen Stroms durch die Haut eines Patienten.
Wie weiter unten detailliert beschrieben wird, verbessert die Gegenwart dieser Zwischenschicht gleichzeitig das mechanische Halten der Elektrode und ihre elektrochemische Leistung.
Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung umfasst die Zwischenschicht Kohlenstoff, zum Beispiel in Form feiner Partikel, die in einem Polymerbindemittel dispergiert sind.
Gemäß einer weiteren bevorzugten Ausführungsform der Erfindung ist die Elektrode auf einer Unterlage aus elektrochemisch isolierendem Werkstoff gebildet, an den die Strom leitende Schicht angefügt ist.
Die Elektrode umfasst ferner eine ionisch leitende Schicht, die mit einer Wunde oder der Haut eines Patienten in Berührung ist.
Gemäß einem optionalen Merkmal der erfindungsgemäßen Elektrode umfasst diese ferner eine Schicht aus elektrisch isolierendem Werkstoff, die die Ränder des Stapels von Schichten bedeckt, der aus der leitenden Schicht, der Zwischenschicht und der elektrochemischen Schnittstellenbildungsschicht besteht.
Gemäß einem weiteren optionalen Merkmal der erfindungsgemäßen Elektrode nimmt die leitende Schicht die Form eines Gitters an.
Weitere Merkmale und Vorteile der vorliegenden Erfindung ergeben sich bei der Lektüre der folgenden Beschreibung und bei der Untersuchung der anliegenden Zeichnung, in welcher:
1 eine schematische Schnittansicht einer erfindungsgemäßen Elektrode ist, die auf die Haut eines Patienten angelegt ist,
2 eine auseinander gezogene Ansicht der Elektrode der 1 ist,
3 eine schematische Ansicht einer Ausführungsform einer Schicht zum Zuführen von Strom ist, die einen Teil der Elektrode der 1 und 2 bildet, und
4 Kurven darstellt, die das Steigern der elektrochemischen Leistung der erfindungsgemäßen Elektrode im Vergleich zu der einer Elektrode des Stands der Technik zeigen.
Zuerst wird 1 der anliegenden Zeichnung herangezogen, in der schematisch eine Ausführungsform der erfindungsgemäßen Elektrode 1 in der Stellung dargestellt wurde, die sie auf der Haut eines Patienten einnimmt. In dieser 1 wurde die Elektrode in ihrer Stärke stark gedehnt, um die verschiedenen Werkstoffschichten, aus welchen sie besteht, sichtbarer zu machen. Unten wird die Elektrode als Element einer ionophoretischen Vorrichtung zum transdermalen Verabreichen von Medikamenten als darstellendes aber nicht einschränkendes Beispiel beschrieben, wobei eine solche Elektrode in anderen Vorrichtungen verwendet werden kann, wie weiter unten erklärt wird.
Eine ionophoretische Vorrichtung zum transdermalen Verabreichen von Medikamenten umfasst herkömmlich eine elektronische Schaltung, die konzipiert ist, um einen Strom mit einer vorausbestimmten Stärke während eines vorausbestimmten Zeitintervalls zwischen zwei Elektroden abzugeben, die auf die Haut eines Patienten angelegt werden. Eine der Elektroden ist selbst an einen „Behälter" gefügt, wie zum Beispiel den mit dem Bezugszeichen 3 in 1, der in direkter Berührung mit der Haut des Patienten ist, wobei dieser Behälter eine ionische Form eines Wirkstoffs in Lösung enthält, der das zu verabreichende Medikament bildet. Je nach Polung dieser ionischen Form ist die betreffende Elektrode eine Anode oder eine Kathode, wobei das von der Zirkulation des Stroms zwischen den zwei Elektroden erstellte elektrische Feld die Ionen des Wirkstoffs dazu zwingt, von dem Behälter 3, der aus einer ionisch leitenden Schicht besteht, die aus einem hydrophilen Gel gebildet ist, das zum Beispiel mit einer Salzlösung des Wirkstoffs geladen ist, unter den daneben liegenden Teil der Haut des Patienten überzugehen.
Die andere Elektrode kann selbst auch an eine Schicht hydrophilen Gels gefügt sein, das mit einer Salzlösung geladen ist, allein zu dem Zweck, eine gute elektrische Leitung zwischen der Haut und der Elektrode sicherzustellen, die für den Übergang des Stroms zwischen diesen erforderlich ist.
Die zwei Schichten Gel können jede in eine der Elektroden eingebaut und mit den oben beschriebenen Lösungen kurz vor dem Beginn einer Behandlung „befeuchtet" werden.
Unter erneuter Bezugnahme auf 1 und 2 der anliegenden Zeichnung, erkennt man, dass die erfindungsgemäße Elektrode mehrere Schichten verschiedener Werkstoffe nebeneinander umfasst. Daher kann die Elektrode zuerst eine Schicht 4 eines Substrats, umfassen, das vorteilhafterweise biegsam ist, das auf einer Seite mit einer Schicht 5 aus einem Elektrizität leitenden Werkstoff beschichtet ist. Die Biegsamkeit des Substrats erlaubt es, die Elektrode eng an die Haut des Patienten anzulegen.
Gemäß der vorliegenden Erfindung ist die Schicht 5 selbst mit einer Schicht 6 aus einem elektrisch widerstehenden Werkstoff überzogen, der chemisch träge ist, und zwischen der leitenden Schicht 5 und einer Verbrauchsschicht zur elektrochemischen Schnittstellenbildung 7 des oben beschriebenen Typs liegt.
Die Stapelung der Schichten 5, 6, 7, die oben beschrieben ist, kann an ihren Rändern mit einer Schicht 8 eines dielektrischen Werkstoffs beschichtet werden, der einen Rahmen mit einer Aufgabe beschreibt, die weiter unten erklärt wird.
Die so gebildete Elektrode 1 kann durch die Ablagerung der oben genannten Gelschicht 3 auf den Schichten 7 und 8 vervollständigt werden.
Verschiedene gut bekannte Techniken für die Ausführung von dünnen Folien oder Werkstoffschichten können zum Ausbringen der oben genannten Schichten angewandt werden, Ablagerung unter Vakuum in Dampfphase, Beschichten mit einer Walze, serigraphische Beschichtung usw. Diese letztere Technik wird für die Herstellung der Elektrode der 1 und 2 vorgezogen.
Aus oben Stehendem ergibt sich, dass sich die erfindungsgemäße Elektrode im Wesentlichen von den Elektroden des Stands der Technik durch die Gegenwart der Schicht 6 aus einem elektrisch widerstehenden und chemisch trägen Werkstoff unterscheidet.
Gemäß einer Ausführungsform der Erfindung ist diese Schicht 6 eine Schicht auf der Basis resistiven und feinen Kohlenstoffs mit einer Stärke von einigen Mikrometer, die zum Beispiel aus einer Dispersion feiner Kohlenstoffpartikel in einem Polymerbindemittel gebildet wird. Diese Partikel können eine Größe von 0,1 bis 5 μm aufweisen, wobei der Kohlenstoffgehalt der Tinte in der Größenordnung von 15 bis 25 Gew.-% des Gemischs liegt.
Gemäß einer anderen Ausführungsform der Erfindung hat die Schicht 6 anisotrope Resistivität. Ein geeigneter Werkstoff zum Herstellen einer solchen Schicht ist zum Beispiel der unter dem Namen „z-axis adhesive film" der US-amerikanischen Firma mit der Bezeichnung Minnesota Mining and Manufacturing Co verkaufte.
Die Schicht 6 wird zwischen der Schicht 5, die zum Beispiel aus Silber besteht, und der schnittstellenbildenden Schicht 7 aus AG/AgCl für die Kathode, aus Silber für die Anode, eingefügt, wobei diese Schicht 7 selbst in direkter Beruhrung mit der Schicht 3 aus hydrophilem, mit einer ionisch Strom leitenden Lösung geladenen Gel ist.
Die Schicht 5 gewährleistet die elektrische Verbindung mit der elektronischen Schaltung, die das Übergehen eines elektrischen Stroms zwischen solchen Elektroden steuert.
Die Schicht 7 stellt die Stabilität der elektrochemischen Eigenschaften der Schnittstelle der Elektrode mit der Gelschicht und der Haut des Patienten sicher.
Die Zwischenschicht 6 der erfindungsgemäßen Elektrode, die zum Beispiel aus Kohlenstoff besteht, spielt zuerst dank ihrer chemischen Trägheit die Aufgabe einer „Pufferschicht", die Folgendes sicherstellt:

1) dass die Haftung zwischen den Schichten 5 und 7 nicht von dem Durchgehen des Stroms und dem Aufbrauchen der Opferschicht aus Ag/AgCl in dem Fall einer Kathode oder aus Silber in dem Fall einer Anode beeinträchtigt wird,
2) dass die Leitfähigkeit der Schicht 5 nicht von den elektrochemischen Reaktionen beeinträchtigt wird, die sich in der elektrischen schnittstellenbildenden Schicht 7 entwickeln, und
3) dass die Haftung der Schicht 5 auf dem Substrat 4 nicht durch diese elektrochemischen Reaktionen beeinträchtigt wird.

Gemäß der vorliegenden Erfindung muss die Zwischenschicht 6 auch einen elektrischen Widerstand aufweisen, der größer ist als der der darunter liegenden leitenden Schicht 5.
Messungen haben in der Tat gezeigt, dass sich daraus eine gleichförmigere Verteilung des Stroms auf der Oberfläche der Opferschicht 7 ergibt, die den „Randeffekt" verringert, der zu Beginn der vorliegenden Erfindung bei Fehlen der Kohlenstoffschicht bemerkt wurde. Daraus ergibt sich ein regelmäßigerer „Verbrauch" der Opferschicht 7 im Laufe des Durchgehens eines Stroms, was daher die Lebensdauer der Elektrode steigert. Diese kann daher unter der Haut eines Patienten einen Strom mit einer gegebenen Stärke während einer längeren Zeit zirkulieren lassen als eine Elektrode, die die Schicht 6 aus Kohlenstoff nicht hat, was die „elektrochemische Leistung" der erfindungsgemäßen Elektrode im Vergleich zu der einer Elektrode ohne diese Schicht 6 steigert.
Es zeigt sich daher, dass es die vorliegende Erfindung erlaubt, die oben zur vorliegenden Beschreibung genannten Aufgaben gut zu erfüllen, nämlich eine Elektrode herzustellen, die einerseits eine verbesserte mechanische und elektrochemische Stabilität und andererseits eine verbesserte elektrochemische Leistung aufweist.
Die oben erwähnten Ergebnisse werden noch dank der isolierenden Schicht 8 verstärkt, die insbesondere die Ränder der darunter liegenden Schichten 5, 6 und 7 bedeckt. Nebenbei bemerkt man, dass diese Schicht auch dazu dient, die Versorgungspiste 5' der Schicht 5, die über die Kontur dieser Schicht hinaussteht, zu isolieren, indem sie sie überzieht.
Die Schicht 8 schützt die Schichten 5 und 6 der Gelschicht 3 und verhindert daher, dass ein in dieser Schicht enthaltenes Lösemittel über die Ränder bis in die Schicht 5 eindringen kann, was die Gefahren des „Abblätterns" der Schichten 5 und 6 minimiert.
Diese elektrisch leitende Schicht 8 widersetzt sich auch der Gegenwart von Bereichen mit starker Stromdichte auf den Rändern der Elektrode, die „heiße Stellen" hervorbringt, die gleichzeitig für den Patienten durch die Reizung der Haut, die sie bewirken kann, unangenehm ist und andererseits der elektrochemischen Leistung der Elektrode durch frühzeitige Erosion der Opferschicht, welche sie verursacht, schadet.
Es wird jetzt eine Ausführungsform der erfindungsgemäßen Elektrode beispielhaft darstellend und nicht einschränkend beschrieben.
BEISPIEL
Die Substratschicht 4, die zum Tragen der anderen Schichten verwendet wird, besteht aus einer Polyesterfolie zu etwa 50 Mikrometer Stärke.
Die Schichten 5, 6, 7 werden nacheinander auf das Substrat 4 durch die gut bekannte Serigraphietechnik aufgetragen.
Die Schicht 5 kann aus jeder „leitenden" Tinte bestehen, typisch aus einer Tinte auf Silberbasis, die gleichzeitig eine gute Haftung auf dem Substrat 4 und auf der Zwischenschicht 6, welche sie bedeckt, aufweisen kann. Die Schicht 5 kann ein Netz aus Lücken oder „Löchern" wie in 3 derart aufweisen, dass sie die Form eines Gitters annimmt.
Diese Lücken erlauben es der Schicht 6, direkt auf dem Substrat durch diese zu haften, was die mechanische Stabilität der Elektrode verbessert und eine Vielzahl von Krümmungen in den Linien des zugeführten Stroms schafft, welche eine bessere Verteilung dieses Stroms aufgrund der Vervielfachung der Randeffekte sicherstellt. Die Verformungen, welche dieses Gitter den Schichten 6 und 7, die sie bedecken, auferlegt, steigern die Oberfläche der schnittstellenbildende Schicht 7/Gel 3 oder der Schnittstelle zwischen der Schicht 7/dem Elektrolyt, die für die elektrischen Eigenschaften dieser Schnittstelle günstig ist.
Die Zwischenschicht 6 muss resistiv und dünn sein oder eine anisotrope Resistivität haben, und chemisch träg sein. Man kann zu ihrem Bilden eine handelsübliche leitende Tinte auf der Grundlage feiner Kohlenstoffpartikel, die in einem Polymerbindemittel und einem Lösemittel dispergiert sind, verwenden. Derartige Tinten werden zum Beispiel von den Firmen DuPont de Nemours, Acheson Kolloiden BV oder auch Gwent Electronic Materials vermarktet. Weitere resistive Werkstoffe könnten verwendet werden, um die Schicht 6 zu bilden: Tinte auf Graphitbasis, wie zum Beispiel die unter der Bezeichnung BIROX von der Firma DuPont de Nemours vermarktete, Tinten auf Ruthenium-, Palladium-, Thallium- oder Iridiumbasis, Tinte auf der Grundlage von Palladium oder auch einer Palladium-Silberlegierung. Die Tinte muss die geforderten Haftungsmerkmale aufweisen und es erlauben, die Opferschicht 7 physikalisch von der leitenden Schicht 5 aus Silber zu trennen. Wenn die Schicht 7 aus Ag/AgCl besteht, stellt die Schicht 6 sicher, dass die Haftung dieser letzteren Schicht auf den darunter liegenden Schichten nicht von dem Durchgehen des Stroms und dem Aufbrauchen beeinträchtigt wird, die sich daraus für das AgCl der Schicht 7 ergeben, dass die elektrischen Leitfähigkeitsmerkmale der Schicht 5 nicht von den elektrochemischen Reaktionen beeinträchtigt werden, die sich auf der anderen Seite der Schicht 6 entwickeln, und dass das Substrat 4 ebenfalls nicht von diesen Reaktionen erreicht wird. Vorzugsweise weist die Zwischenschicht eine Stärke zwischen 1 und 100 Mikrometer auf und vorzugsweise zwischen 10 und 5 μm, in dem Fall einer dünnen resistiven Schicht.
Die Opferschicht 7 besteht herkömmlich, wie weiter oben erwähnt, aus einer Tinte auf Silberbasis für die Anode, einer Tinte auf Ag/AgCl-Basis für die Kathode. Für eine gleiche Tinte bestimmen die Stärke und die Rauheit dieser Kathodenschicht im Wesentlichen die elektrochemische Leistung, wie sie oben definiert ist, das heißt ihre Nutzlebensdauer. Um dieser Schicht die geeignete Stärke zu verleihen, damit sie die gewünschte Lebensdauer erreicht, kann man sie mit einer Abschirmung mit großen Maschen oder durch Überlagern mehrerer nacheinander aufgetragener Schichten herstellen.
Die dielektrische Schicht 8 wird mit einer isolierenden Tinte hergestellt, zum Beispiel einer Tinte für dicke Folien, die unter UV-Strahlung härtbar sind, mit der Artikelnummer 451ss in den Katalogen der niederländischen Firma ACHESON KOLLOIDEN BV.
Es wurden Elektroden gemäß den oben genannten Daten hergestellt. Die Schichten 5, 6, 7, 8 wiesen Stärken auf, die zwischen 5 und 20 μm, 5 und 10 μm, 20 und 70 μm und 5 bis 20 μm lagen. Vorzugsweise wiesen die Schichten 5, 6, 7, 8 jeweils Stärken von 12 μm, 8 μm, 40 μm und 8 bis 10 μm auf.
Die Zusammensetzung der Schicht 7 für eine Kathode lag zwischen 40 und 80 Gew.-% AgCl und 60 bis 20 Gew.-% Silber und vorzugsweise zwischen 30 und 40 Gew.-% Silber und 60 bis 70 Gew.-% AgCl.
Die Kurven der 4 stellen die Steigerung der elektrochemischen Leistung dar, die durch die vorliegende Erfindung erzielt wird. Sie präsentieren die zeitliche Entwicklung der Spannung, die zwischen der Schicht 5 und einem Elektrolyt gemessen wurde, der in der Schicht 7 oder in der Gelschicht 3 liegt, wenn man einen Strom von 1 mA durch die Elektrode durchfließen lässt. Die Kurven A und B stellen die Entwicklung dieser Spannung für eine Elektrode ohne die Schicht 6 aus Kohlenstoff und für eine erfindungsgemäße Elektrode dar. In beiden Fällen beginnt man mit der Messung einer Spannung in der Größenordnung von 0,2 V, die dem geringen elektrochemischen Potenzial der umkehrbaren Redox-Reaktion entspricht, die durch die Gegenwart der Opferschicht 7 hervorgerufen wird. Nach einer gewissen Zeit verbraucht sich diese, und das elektrochemische Potenzial geht auf einen viel größeren Wert in der Größenordnung von 1,6 V über, das heißt auf das elektrochemische Potenzial der Elektrolysereaktion von Wasser, Lösemittel des Elektrolyts. In diesem Augenblick verschlechtert sich die Elektrode und ist nicht mehr verwendbar.
Gewöhnlich misst man eine Zeit von 250/300 Minuten bis zum Erscheinen dieser Spannung bei einer Elektrode ohne die Schicht 6 aus Kohlenstoff (Kurve A) und eine Stromdichte von 125 μA/cm².
Die Gegenwart einer Schicht 6, die aus einer Tinte DuPont mit der Artikelnummer E 84380-106A besteht, lässt diese Zeit auf mindestens etwa 900 Minuten (Kurve B), mit der gleichen Stromdichte übergehen, und das, ohne dass man die Risse und das Abblättern von Schichten wie oben erwähnt beobachtet.
Die „elektrochemische Leistung" Q der erfindungsgemäßen Elektrode wird umso mehr gesteigert, um von einem um etwa 40 mA·mn/cm² zentrierten Wert auf einen auf etwa 187 μA·mn/cm² zentrierten Wert und auf mindestens 168 μA·mn/cm² überzugehen, wobei die Oberfläche der Elektrode gemäß einer der von der vorliegenden Erfindung verfolgten Aufgaben in cm² gemessen wird.
Natürlich beschränkt sich die Erfindung nicht auf die hier beschriebene und dargestellte Ausführungsform, die rein beispielhaft gegeben wurde. Die verschiedenen Schichten der erfindungsgemäßen Elektrode können daher durch andere Beschichtungsverfahren als Serigraphie hergestellt werden.
Man kann daher im Handel Substrate finden, die mit Kohlenstoff geladen sind, der diesen Substraten einen bestimmten elektrischen Widerstand verleihen, der es ihnen erlaubt, die Aufgabe der Zwischenschicht 6 zu übernehmen. Man bildet daher auf einer Fläche dieses Substrats eine Metallschicht, zum Beispiel durch Aufbringen in Dampfphase, um die Schicht 5 zu bilden, und auf der anderen Fläche des Substrats die elektrochemische schnittstellenbildende Schicht 7.
Ebenso ist die Erfindung nicht auf die Herstellung von Elektroden für ionophoretische Vorrichtungen zum transdermalen Verabreichen von Medikamenten beschränkt. Sie kann im Gegenteil überall da angewandt werden, wo ein elektrochemisches Gleichgewicht an der Schnittstelle, an der die Elektrode aufliegt, beibehalten werden muss, und insbesondere daher auf Elektroden, die für die Elektrotherapie von Wunden oder Verletzungen verwendet werden, für Elektroden zum Erfassen elektrischer Signale, die aus dem menschlichen Körper stammen (Elektroenzephalogramme, Elektrokardiogramme) und für Elektroden zur transdermalen Muskelelektrostimulation (TENS).

Claims

Elektrode zum Übertragen eines elektrischen Stroms durch die Haut eines Patienten, dadurch gekennzeichnet, dass sie in der folgenden Reihenfolge Folgendes umfasst: a) eine Strom leitende Schicht (5) zum Zuführen oder Sammeln des elektrischen Stroms, der die Haut durchquert, b) eine Zwischenschicht (6) aus einem chemisch trägen und elektrisch widerstehenden Werkstoff, c) eine Verbrauchsschicht (7) zur elektrochemischen Schnittstellenbildung und d) eine ionisch leitende Schicht (3), die dazu bestimmt ist, mit der Haut des Patienten in Berührung zu kommen.
Elektrode nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Zwischenschicht (6) Kohlenstoff umfasst.
Elektrode nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Zwischenschicht (6) aus feinen Kohlenstoffpartikeln besteht, die in einem Polymerbindemittel dispergiert sind.
Elektrode nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Zwischenschicht (6) eine Stärke zwischen etwa 1 μm und 100 μm, vorzugsweise zwischen 5 und 10 μm aufweist.
Elektrode nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die ionisch leitende Schicht (3) dazu bestimmt ist, mit einer Wunde in Berührung zu kommen, und aus einer trockenen, im Augenblick ihrer Anlegung auf die Wunde nicht Strom leitenden hydrophilen Schicht besteht, und die im Anschluss an die Migration der Exsudate der Wunde in die Stärke der hydrophilen trockenen Schicht leitend wird.
Elektrode nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass die leitende ionische Schicht (3) dazu bestimmt ist, mit einer Wunde in Berührung zu kommen und eine hydrophile Schicht ist, die vor ihrem Aufbringen auf die Wunde durch eine Ladung Wasser- und Mineralsalzladung elektrisch leitend gemacht werden kann.
Elektrode nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass sie ferner eine Schicht (8) aus einem elektrisch isolierenden Werkstoff umfasst, die die Ränder des Stapels der Schichten bedeckt, die aus der leitenden Schicht (5), der Zwischenschicht (6) und der elektrochemischen schnittstellenbildenden Schicht (7) besteht.
Elektrode nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die leitende Schicht (5) die Form eines Gitters annimmt.
Elektrode nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass sie auf einem Substrat (4) aus einem elektrisch isolierenden Werkstoff gebildet wird, an den die elektrisch leitende Schicht (5) angefügt wird.
Elektrode nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass die Zwischenschicht (6) aus einem Substratwerkstoff besteht, der mit Kohlenstoffpartikeln geladen ist.
Elektrode nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Zwischenschicht eine anisotrope Resistivität aufweist.
Elektrode nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die leitende Schicht (5) Silber enthält.
Elektrode nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die elektrochemische schnittstellenbildende Schicht (7) Silber enthält.
Elektrode nach einem der Ansprüche 1 bis 11, dadurch gekennzeichnet, dass die elektrochemische schnittstellenbildende Schicht (7) ein Gemisch aus Ag/AgCl enthält.
Elektrode nach Anspruch 14, dadurch gekennzeichnet, dass das Gemisch zwischen 40 und 80 Gew.-% AgCl und 60 bis 20 Gew.-% Silber, vorzugsweise zwischen 30 und 40 Gew.-% Ag und 60 bis 70 Gew.-% AgCl enthält.
Elektrode nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass sie eine elektrochemische Leistung von mindestens 168 μA·mn·cm² aufweist.