JP6652513B2 - 生体電極の製造方法 - Google Patents

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Description

本発明は、生体の皮膚に接触し、皮膚からの電気信号によって心拍数等の体の状態を検知することができる生体電極、及びその製造方法に関する。
近年、IoT(Internet of Things)の普及と共にウェアラブルデバイスの開発が進んでいる。インターネットに接続できる時計や眼鏡がその代表例である。また、医療分野やスポーツ分野においても、体の状態を常時モニタリングできるウェアラブルデバイスが必要とされており、今後の成長分野である。
医療分野では、例えば電気信号によって心臓の動きを感知する心電図測定のように、微弱電流のセンシングによって体の臓器の状態をモニタリングするウェアラブルデバイスが検討されている。心電図の測定では、導電ペーストを塗った電極を体に装着して測定を行うが、これは1回だけの短時間の測定である。これに対し、上記のような医療用のウェアラブルデバイスの開発が目指すのは、数週間連続して常時健康状態をモニターするデバイスの開発である。つまり、医療用ウェアラブルデバイスに使用される生体電極には、長時間使用した場合にも導電性の変化がないことや肌アレルギーがないことが求められる。また、これらに加えて、軽量であること、低コストで製造できることも求められている。
医療用ウェアラブルデバイスとしては、体に貼り付けるタイプと、衣服に組み込むタイプがあり、体に貼り付けるタイプとしては、上記の導電ペーストの材料である水と電解質を含む水溶性ゲルを用いた生体電極が提案されている(特許文献1)。一方、衣服に組み込むタイプとしては、PEDOT−PSS(Poly−3,4−ethylenedioxythiophene−Polystyrenesulfonate)のような導電性ポリマーや銀ペーストを繊維に組み込んだ布を電極に使う方法が提案されている(特許文献2)。
しかしながら、上記の水と電解質を含む水溶性ゲルを使用した場合には、乾燥によって水がなくなると導電性がなくなってしまうという問題があった。また、PEDOT−PSSのような導電性ポリマーを使用した場合にも、導電性ポリマーの酸性が強いために肌アレルギーを引き起こすリスクがあるという問題があった。
また、優れた導電性を有することから、金属ナノワイヤー、カーボンブラック、及びカーボンナノチューブ等を電極材料として使用することも検討されている。金属ナノワイヤーはワイヤー同士の接触確率が高くなるため、少ない添加量で通電することができる。しかしながら、金属ナノワイヤーは先端が尖った細い材料であるため、肌アレルギー発生の原因となる。また、カーボンナノチューブも同様の理由でこれ単独では生体適合性のリスクがある。カーボンブラックはカーボンナノチューブほどの毒性はないものの、これ単独では肌に対する刺激性がある。このように、そのもの自体がアレルギー反応を起こさなくても、材料の形状や刺激性によって生体適合性が悪化する場合があり、導電性と生体適合性を両立させることは困難であった。
このような問題を解決する手段として、導電性を有する金属粒子を電極材料として使用することが検討されている。金属の中でも、イオン化傾向が最も低い金、銀や白金等の貴金属は肌アレルギーが発生しにくいため、これらの貴金属粒子を使用することで、導電性と生体適合性を両立させることが可能となる。しかしながら、これらの貴金属粒子を樹脂に混合する場合には、絶縁体の樹脂の中で粒子同士が接触しないと電気が流れないため、粒子同士を接触させるために、体積比率で70%以上の貴金属粒子を配合する必要がある。このように、金属粒子を使用する場合には、高価な貴金属粒子を多量に配合する必要があるため、製造コストが非常に高くなり、また重量が増えるためにウェアラブルデバイスに求められる軽量化を達成できないという問題があった。
国際公開第WO2013−039151号パンフレット 特開2015−100673号公報
本発明は、上記問題を解決するためになされたものであり、導電性及び生体適合性に優れ、軽量であり、かつ低コストで製造することができる生体電極、及びその製造方法を提供することを目的とする。
上記課題を達成するために、本発明では、導電性基材と該導電性基材上に形成された生体接触層とを有する生体電極であって、前記生体接触層は、表面が金、銀、又は白金で覆われた粒子と該粒子が分散された樹脂層とを含み、該樹脂層の厚さが、前記粒子の平均粒径と同じかそれよりも薄いものである生体電極を提供する。
このような生体電極であれば、導電性及び生体適合性に優れ、軽量であり、かつ低コストで製造することができる生体電極となる。
また、前記粒子の平均粒径が、1μm以上1,000μm以下であり、前記樹脂層の厚さが、0.5μm以上1,000μm以下であることが好ましい。
粒子がこのような平均粒径であり、樹脂層がこのような厚さであれば、十分な導電性を確保しつつ、より軽量な生体電極とすることができ、製造コストも低減することができる。
また、前記樹脂層の厚さが、前記粒子の平均粒径1に対して、0.5以上1.0以下の割合であることが好ましい。
粒子の平均粒径に対する樹脂層の厚さがこのような割合であれば、樹脂層によって十分に粒子を保持することができるため、粒子の脱離による導電性の低下を効果的に防止することができる。
また、前記樹脂層と前記粒子の体積の和に対する前記粒子の体積比率が、0.5%以上70%以下であることが好ましい。
粒子がこのような体積比率であれば、十分な導電性を確保しつつ、より軽量な生体電極とすることができ、製造コストも低減することができる。
前記樹脂層が、熱硬化性樹脂及び光硬化性樹脂のいずれか、又はこれらの両方を含む樹脂組成物の硬化物であることが好ましい。
このような樹脂層であれば、容易に形成することができるため、本発明の生体電極に好適である。
また、前記樹脂層が、シロキサン結合、エステル結合、アミド結合、イミド結合、ウレタン結合、チオウレタン結合、及びチオール基から選ばれる1つ以上を有する珪素含有樹脂を含む樹脂組成物の硬化物であることが好ましい。
このような樹脂層であれば、導電性基材や粒子に対する接着性が良好であり、また撥水性が高く、加水分解しづらいため、生体電極を汗の影響を受けにくいものとすることができる。
また、前記樹脂層が、シリコーン樹脂、珪素原子を含有するポリアクリル樹脂、珪素原子を含有するポリアミド樹脂、珪素原子を含有するポリイミド樹脂、珪素原子を含有するポリウレタン樹脂、及び珪素原子を含有するポリチオウレタン樹脂から選ばれる1種以上の樹脂を含む樹脂組成物の硬化物であることが好ましい。
このような樹脂層であれば、導電性基材や粒子に対する接着性が良好であり、また撥水性が高く、加水分解しづらいため、生体電極を汗の影響を受けにくいものとすることができる。
また、前記導電性基材が、金、銀、塩化銀、白金、アルミニウム、マグネシウム、スズ、タングステン、鉄、銅、ニッケル、チタン、ステンレス、及び炭素から選ばれる1種以上を含むものであることが好ましい。
このような導電性基材であれば、本発明の生体電極に好適に用いることができる。
また、前記粒子が、球形の粒子であることが好ましい。
このような粒子であれば、生体からの通電をより均一にすることができ、また装着時の肌への刺激を更に低減することができる。
また、前記粒子は、ポリアクリレート、ポリエチレン、ポリプロピレン、ポリスチレン、ポリジビニルベンゼン、ノボラック、及びポリウレタンから選ばれる1種以上の樹脂からなる樹脂粒子の表面が金、銀、又は白金で覆われたものであることが好ましい。
このような粒子であれば、粒子全体が金、銀、又は白金からなるものに比べて軽量かつ安価であるため、生体電極をより軽量化することができ、製造コストも低減することができる。
また、前記粒子は、該粒子の内部に、銀、アルミニウム、銅、ニッケル、タングステン、及びスズから選ばれる1種以上の導電性金属からなる導電性金属層を有するものであることが好ましい。
このような粒子であれば、粒子表面の金、銀、又は白金を薄くしても、粒子内部の導電性金属層によって導電性を得ることができるため、十分な導電性を確保しつつ、製造コストを更に低減することができる。
また、前記樹脂層の厚さが、前記粒子の平均粒径よりも薄いものであり、前記樹脂層の表面から前記粒子が凸状に露出したものであることが好ましい。
このように樹脂層の表面から粒子が凸状に露出したものであれば、粒子と生体との接触面積が増加するため、生体からの微弱電流をより効率良く取り出すことができる。
前記粒子は、前記樹脂層の厚さ方向で1粒子だけ配置されたものであることが好ましい。
このように粒子が配置されたものであれば、十分な導電性を確保しつつ、必要となる粒子の量を最小限に抑えることができるため、より軽量な生体電極とすることができ、製造コストも低減することができる。
また、本発明では、表面が金、銀、又は白金で覆われた粒子と該粒子が分散した樹脂とを含む材料を導電性基材上に塗布し、加圧しながら前記樹脂を硬化させることで、前記導電性基材上に、前記粒子と該粒子の平均粒径と同じ厚さかそれよりも薄い樹脂層とを含む生体接触層を形成する生体電極の製造方法を提供する。
このような製造方法であれば、導電性及び生体適合性に優れ、軽量な生体電極を、低コストで製造することができる。
また、前記粒子として、平均粒径が1μm以上1,000μm以下のものを用い、前記樹脂層の厚さを、0.5μm以上1,000μm以下とすることが好ましい。
このような平均粒径の粒子を用い、樹脂層をこのような厚さにすれば、十分な導電性を確保しつつ、より軽量な生体電極を製造することができ、製造コストも低減することができる。
また、前記樹脂層の厚さを、前記粒子の平均粒径1に対して、0.5以上1.0以下の割合とすることが好ましい。
粒子の平均粒径に対する樹脂層の厚さをこのような割合とすれば、樹脂層によって十分に粒子を保持することができるため、粒子の脱離による導電性の低下が効果的に防止された生体電極を製造することができる。
また、前記樹脂層と前記粒子の体積の和に対する前記粒子の体積比率を、0.5%以上70%以下とすることが好ましい。
粒子をこのような体積比率とすれば、十分な導電性を確保しつつ、より軽量な生体電極を製造することができ、製造コストも低減することができる。
また、前記樹脂として、熱硬化性樹脂及び光硬化性樹脂のいずれか、又はこれらの両方を用い、熱及び光のいずれか、又はこれらの両方によって前記樹脂を硬化させることが好ましい。
このような樹脂を用い、このような方法で硬化させれば、樹脂層を容易に形成することができる。
また、前記樹脂として、シロキサン結合、エステル結合、アミド結合、イミド結合、ウレタン結合、チオウレタン結合、及びチオール基から選ばれる1つ以上を有する珪素含有樹脂を用いることが好ましい。
このような樹脂を用いれば、導電性基材や粒子に対する接着性が良好であり、また撥水性が高く、加水分解しづらい樹脂層を形成できるため、より汗の影響を受けにくい生体電極を製造することができる。
また、前記樹脂として、シリコーン樹脂、珪素原子を含有するポリアクリル樹脂、珪素原子を含有するポリアミド樹脂、珪素原子を含有するポリイミド樹脂、珪素原子を含有するポリウレタン樹脂、及び珪素原子を含有するポリチオウレタン樹脂から選ばれる1種以上の樹脂を用いることが好ましい。
このような樹脂を用いれば、導電性基材や粒子に対する接着性が良好であり、また撥水性が高く、加水分解しづらい樹脂層を形成できるため、より汗の影響を受けにくい生体電極を製造することができる。
また、前記導電性基材として、金、銀、塩化銀、白金、アルミニウム、マグネシウム、スズ、タングステン、鉄、銅、ニッケル、チタン、ステンレス、及び炭素から選ばれる1種以上を含むものを用いることが好ましい。
このような導電性基材であれば、本発明の生体電極の製造方法に好適に用いることができる。
また、前記粒子として、球形の粒子を用いることが好ましい。
このような粒子を用いれば、生体からの通電がより均一であり、また装着時の肌への刺激が更に低減された生体電極を製造することができる。
また、前記粒子として、ポリアクリレート、ポリエチレン、ポリプロピレン、ポリスチレン、ポリジビニルベンゼン、ノボラック、及びポリウレタンから選ばれる1種以上の樹脂からなる樹脂粒子の表面が金、銀、又は白金で覆われたものを用いることが好ましい。
このような粒子であれば、粒子全体が金、銀、又は白金からなるものに比べて軽量かつ安価であるため、これを用いることで、より軽量な生体電極を製造することができ、製造コストも低減することができる。
また、前記粒子として、該粒子の内部に、銀、アルミニウム、銅、ニッケル、タングステン、及びスズから選ばれる1種以上の導電性金属からなる導電性金属層を有するものを用いることが好ましい。
このような粒子であれば、粒子表面の金、銀、又は白金を薄くしても、粒子内部の導電性金属層によって導電性を得ることができるため、これを用いることで、十分な導電性を確保しつつ、製造コストを更に低減することができる。
また、前記樹脂層の厚さを、前記粒子の平均粒径よりも薄いものとし、前記樹脂層の表面から前記粒子を凸状に露出させることが好ましい。
このように樹脂層の表面から粒子を凸状に露出させることで、粒子と生体との接触面積を増加させ、生体からの微弱電流の取り出し効率を向上させることができる。
また、前記粒子を、前記樹脂層の厚さ方向で1粒子だけ配置することが好ましい。
このように粒子が配置されたものとすることで、十分な導電性を確保しつつ、必要となる粒子の量を最小限に抑えることができるため、より軽量な生体電極を製造することができ、製造コストも低減することができる。
以上のように、本発明の生体電極であれば、肌からの電気信号を効率良くデバイスに伝えることができ(即ち、導電性に優れ)、長期間肌に装着してもアレルギーを起こす恐れがなく(即ち、生体適合性に優れ)、必要となる粒子の量を最小限に抑えることができるため、軽量であり、また低コストで製造することができる生体電極となる。また、樹脂層の組成や厚さを適宜調節することで、生体からの汗による湿潤や乾燥、あるいは粒子の脱離による導電性の低下を防止することができ、また伸縮性や生体に対する粘着性を付与することもできる。従って、このような本発明の生体電極であれば、医療用ウェアラブルデバイスに用いられる生体電極として、特に好適である。また、本発明の生体電極の製造方法であれば、このような生体電極を低コストで容易に製造することができる。
本発明の生体電極の一例を示す概略断面図である。 本発明の生体電極を生体に装着した場合の一例を示す概略断面図である。 本発明の生体電極の製造方法の一例を示す説明図である。 樹脂層の厚さが粒子の平均粒径よりも厚い生体電極の一例を示す概略断面図である。 樹脂層の厚さが粒子の平均粒径よりも厚い生体電極の別の一例を示す概略断面図である。
上述のように、生体電極に金、銀や白金等の貴金属製の粒子を使用した場合には、生体適合性は良好なものとなるものの、十分な導電性を得るためには、粒子同士が接触するよう多量の貴金属粒子を配合する必要があるため、高価な貴金属粒子を多量に使用することで製造コストが増大し、また多量の粒子を含むことで重量が増加してしまうという問題があった。
本発明者らは、上記課題について鋭意検討を重ねた結果、生体接触層に配合する導電性の粒子を、肌アレルギーが発生しにくい金、銀、又は白金で表面が覆われた粒子とし、かつ樹脂層の厚さを粒子の平均粒径と同じかそれよりも薄いものとすることで、導電性及び生体適合性を両立でき、更に必要な粒子の量を抑えることができるために軽量化と製造コストの低減も可能となることを見出し、本発明を完成させた。
即ち、本発明は、導電性基材と該導電性基材上に形成された生体接触層とを有する生体電極であって、前記生体接触層は、表面が金、銀、又は白金で覆われた粒子と該粒子が分散された樹脂層とを含み、該樹脂層の厚さが、前記粒子の平均粒径と同じかそれよりも薄いものである生体電極である。
以下、本発明の生体電極について、図面を参照しながら詳細に説明するが、本発明はこれらに限定されるものではない。
<生体電極>
図1は、本発明の生体電極の一例を示す概略断面図である。図1の生体電極1は、導電性基材2と該導電性基材2上に形成された生体接触層3とを有するものである。生体接触層3は、表面が金、銀、又は白金で覆われた粒子4と該粒子4が分散された樹脂層5とを含み、樹脂層5の厚さは、粒子4の平均粒径と同じかそれよりも薄い。つまり、粒子4は、片側の表面が生体に接触する側の表面に現われており(即ち、樹脂層5の表面から粒子4が凸状に露出しており)、反対側の表面は導電性基材2に接している。また、粒子4は積み重なることなく、樹脂層5の厚さ方向で1粒子だけ配置されている。
このような図1の生体電極1を使用する場合には、図2に示されるように、生体接触層3(即ち、粒子4及び樹脂層5)を生体6と接触させ、粒子4によって生体6から電気信号を取り出し、これを導電性基材2を介して、センサーデバイス等(不図示)まで伝導させる。このように、本発明の生体電極であれば、樹脂層の厚さが粒子の平均粒径と同じかそれよりも薄いため、通電に必要となる粒子の量を最小限に抑えることができる。また、樹脂層の表面から粒子が凸状に露出しているため、粒子と生体との接触面積が大きく、導電性に優れたものとすることができる。
ここで、樹脂層の厚さが粒子の平均粒径よりも厚い生体電極の一例を図4に示す。図4の生体電極101は、導電性基材102上に粒子104と樹脂層105を含む生体接触層103が形成されているものの、樹脂層105の厚さが粒子104の平均粒径よりも厚い。つまり、粒子104が導電性基材102と接しておらず、また生体と接触する側の表面にも現れていない。また、粒子104同士も接触していないために、生体から導電性基材102へ通電が行われない。
また、樹脂層の厚さが粒子の平均粒径よりも厚い生体電極の別の一例を図5に示す。図5の生体電極111は、導電性基材102上に多量の粒子104と樹脂層105を含む生体接触層103が形成されているため、樹脂層105の厚さが粒子104の平均粒径よりも厚くても、通電自体は可能である。しかし、このように多量の粒子を配合する場合には、上述のように、粒子を最低でも生体接触層の体積の70%以上の割合としないと通電させることができない。つまり、この場合は高価な貴金属粒子を大量に使う必要があるため、製造コストが増大し、軽量化も達成することができない。
以下、本発明の生体電極の各構成材料について、更に詳しく説明する。
[導電性基材]
本発明の生体電極は、導電性基材を有するものである。この導電性基材は、通常、センサーデバイス等と電気的に接続されており、生体から粒子を介して取り出した電気信号をセンサーデバイス等まで伝導させる。
導電性基材としては、導電性を有するものであれば特に限定されないが、例えば、金、銀、塩化銀、白金、アルミニウム、マグネシウム、スズ、タングステン、鉄、銅、ニッケル、チタン、ステンレス、及び炭素から選ばれる1種以上を含むものとすることが好ましい。
また、導電性基材は、特に限定されず、硬質な導電性基板等であってもよいし、フレキシブル性を有する導電性フィルム等であっても、上記の導電性を有する材料と繊維をハイブリッドさせた導電性の布であってもよく、生体電極の用途等に応じて適宜選択すればよい。特に、肌に貼り付けたりする場合、あるいは衣服の一部として本発明の生体電極を肌に接触させる場合はフレキシブルな特性が必要であるために、フレキシブル導電性フィルムや、導電性布上に生体接触層を形成することが望ましい。
[生体接触層]
本発明の生体電極は、導電性基材上に形成された生体接触層を有するものである。この生体接触層は、生体電極を使用する際に、実際に生体と接触する部分である。生体接触層は、表面が金、銀、又は白金で覆われた粒子と該粒子が分散された樹脂層とを含む。
(粒子)
本発明の生体電極において、生体接触層を構成する粒子は、表面が金、銀、又は白金で覆われた導電性の粒子であり、生体から微弱な電気信号を取り出し、これを上記の導電性基材に伝導させるためのものである。
粒子としては、例えば、ポリアクリレート、ポリエチレン、ポリプロピレン、ポリスチレン、ポリジビニルベンゼン、ノボラック、及びポリウレタンから選ばれる1種以上の樹脂からなる樹脂粒子の表面が金、銀、又は白金で覆われたものであることが好ましい。このような粒子であれば、粒子全体が金、銀、又は白金からなるものに比べて軽量かつ安価であるため、生体電極をより軽量化することができ、製造コストも低減することができる。
粒子の最表面は、肌に接触するために肌アレルギーのない貴金属の金、銀、又は白金である必要があるが、粒子の内部には、銀、アルミニウム、銅、ニッケル、タングステン、及びスズ等から選ばれる1種以上の導電性金属からなる導電性金属層を有していてもよい。金、銀や白金は高価であるため、この層の厚さをなるべく薄くすることは低コスト化に有効である。しかしながら、金、銀や白金の層を薄くしすぎると導電性が低下するため、粒子の内部に安価なアルミ、銅、ニッケル、タングステン、スズ等の導電性金属層を設けることによって、必要な導電性を確保することが効果的である。なお、粒子表面の金、銀、又は白金の層の厚さは、特に限定されないが、上記のようにこの層を薄くすることで製造コストを低減させることができることから、数nm程度とすることが好ましい。
表面が金、銀、又は白金で覆われた粒子の平均粒径は、好ましくは1μm以上1,000μm以下であり、より好ましくは2μm以上800μm以下であり、更に好ましくは3μm以上600μm以下である。粒子の平均粒径が1μm以上であれば、粒子の平均粒径と同じかそれよりも薄く形成する必要がある樹脂層の形成が困難になる恐れがなく、粒子の平均粒径が1,000μm以下であれば、粒子が大きすぎて粒子の保持が困難となったり、生体電極としての重量が増えすぎたりする恐れがない。
なお、粒径のばらつきは小さいほど好ましい。より具体的には、例えば、粒子を10個測定したときの粒径の標準偏差が、平均粒径の10%以下であることが好ましく、平均粒径の5%以下であることがより好ましい。粒径のばらつきが小さいほど、樹脂層表面から露出する粒子の露出度合(即ち、粒子と生体との接触面積)が均一になるため、生体からの通電がより均一になる。
また、前記粒子が、球形の粒子であることが好ましい。球形の粒子であれば、生体からの通電をより均一にすることができる。また、装着時の肌への刺激を更に低減することができる。なお、粒子の形状は球形が最も好ましいが、楕円形や四角形、円錐形、その他不定形の形状であってもよい。
なお、樹脂粒子の表面を金、銀、又は白金で被覆した球形の粒子としては、従来、導電性接着剤や、LCD(Liquid Crystal Display)とその駆動回路の間の導通のためのスペーサーとして使用されているものを使用することもできる。このような粒子として、具体的には、特開平11−209714号公報、特開2006−156068号公報、特開2011−204530号公報、特開2015−109268号公報等に記載のものを挙げることができる。
(樹脂層)
本発明の生体電極において、生体接触層を構成する樹脂層は、上記の粒子が分散されたものであり、この粒子の生体接触層からの脱離を防ぎ、粒子を保持するための層である。なお、樹脂層は、熱硬化性樹脂及び光硬化性樹脂のいずれか、又はこれらの両方を含む樹脂組成物の硬化物であることが好ましい。
また、樹脂層から粒子が脱離することによる導電性の低下を防止するために、本発明の生体電極において、樹脂層は上述の表面が金、銀、又は白金で被覆された粒子との接着性が高いものであることが好ましい。また、導電性基材からの生体接触層の剥離を防止するために、本発明の生体電極において、樹脂層は導電性基材に対する接着性が高いものであることが好ましい。樹脂層を、導電性基材や金、銀、又は白金で被覆された粒子との接着性が高いものとするためには、極性が高い樹脂を用いることが効果的である。このような樹脂としては、エステル結合、アミド結合、イミド結合、ウレタン結合、チオウレタン結合、及びチオール基から選ばれる1つ以上を有する樹脂、あるいはポリアクリル樹脂、ポリアミド樹脂、ポリイミド樹脂、ポリウレタン樹脂、及びポリチオウレタン樹脂等が挙げられる。また、一方で、樹脂層は生体に接触するため、生体からの汗の影響を受けやすい。従って、本発明の生体電極において、樹脂層は撥水性が高く、加水分解しづらいものであることが好ましい。樹脂層を、撥水性が高く、加水分解しづらいものとするためには、珪素を含有する樹脂を用いることが効果的である。
このことから、本発明の生体電極において、樹脂層は、シロキサン結合、エステル結合、アミド結合、イミド結合、ウレタン結合、チオウレタン結合、及びチオール基から選ばれる1つ以上を有する珪素含有樹脂を含む樹脂組成物の硬化物であることが好ましい。
また、樹脂層は、シリコーン樹脂、珪素原子を含有するポリアクリル樹脂、珪素原子を含有するポリアミド樹脂、珪素原子を含有するポリイミド樹脂、珪素原子を含有するポリウレタン樹脂、及び珪素原子を含有するポリチオウレタン樹脂から選ばれる1種以上の樹脂を含む樹脂組成物の硬化物であることが好ましい。
このような樹脂層であれば、導電性基材や粒子に対する接着性が良好であり、また撥水性が高く、加水分解しづらいため、生体電極を汗の影響を受けにくいものとすることができる。つまり、撥水性と接着性を両立させることができる。
なお、上記のように、樹脂層は樹脂組成物の硬化物であることが好ましい。硬化させることによって、粒子と導電性基材の両方に対する樹脂層の接着性が良好なものとなる。なお、硬化手段としては、特に限定されず、一般的な手段を用いることができ、例えば、熱及び光のいずれか、又はその両方、あるいは酸又は塩基触媒による架橋反応等を用いることができる。架橋反応については、例えば、架橋反応ハンドブック 中山雍晴 丸善出版(2013年) 第2編 p51〜p371に記載のものを適宜選択して行うことができる。
また、後述のように、本発明の生体電極を製造する際には、粒子と樹脂とを含む材料を導電性基材上に塗布し、例えば型を用いて圧着延伸する。このため、硬化前の樹脂は低粘度のものとすることが好ましい。また、材料を加圧しながら硬化させるため、材料は無溶剤とすることが好ましい。無溶剤であれば、硬化時に加圧しても溶剤が急激に蒸発する恐れがなく、安定して硬化させることができる。また、同様の理由で、樹脂や架橋剤も蒸気圧の低い材料を選ぶことが好ましい。
珪素原子を含有するポリアクリル樹脂としては、シリコーンを主鎖に有するポリマーと珪素原子を側鎖に有するポリマーとがあるが、どちらも好適に用いることができる。シリコーンを主鎖に有するポリマーとしては、(メタ)アクリルプロピル基を有するシロキサンあるいはシルセスキオキサン等を用いることができる。この場合は、光ラジカル発生剤を添加することで(メタ)アクリル部分を重合させて硬化させることができる。
また、シリコーンの側鎖にビニル基、アリル基等の二重結合が存在していれば、チオール系の架橋剤を添加して光架橋させることもできる。なお、チオールは金と配位するため、表面が金で被覆された粒子を使用した場合には、これを添加することで、粒子と樹脂層との密着性を向上させる効果も得られる。この場合は、シリコーンにエステル結合、アミド結合、イミド結合、ウレタン結合、及びチオウレタン結合は必ずしも必要ない。
珪素原子を含有するポリアミド樹脂としては、例えば、特開2011−79946号公報、米国特許5981680号公報に記載のポリアミドシリコーン樹脂等を好適に用いることができる。このようなポリアミドシリコーン樹脂は、例えば、両末端にアミノ基を有するシリコーン又は両末端にアミノ基を有する非シリコーン化合物と、両末端にカルボキシル基を有する非シリコーン又は両末端にカルボキシル基を有するシリコーンを組み合わせて合成することができる。また、シリコーンの側鎖に(メタ)アクリルプロピル基を有していれば、光ラジカル架橋によって硬化させることができ、シリコーンの側鎖にビニル基と、SiH基(珪素原子結合水素原子)を有していれば、白金触媒によって付加反応による架橋を行うことができる。
また、カルボン酸無水物とアミンを反応させて得られる、環化する前のポリアミド酸を用いてもよい。ポリアミド酸のカルボキシル基の架橋には、エポキシ系やオキセタン系の架橋剤を用いてもよいし、カルボキシル基とヒドロキシエチル(メタ)アクリレートとのエステル化反応を行って、(メタ)アクリレート部分の光ラジカル架橋を行ってもよい。
珪素原子を含有するポリイミド樹脂としては、例えば、特開2002−332305号公報に記載のポリイミドシリコーン樹脂等を好適に用いることができる。ポリイミド樹脂は粘性が非常に高いが、(メタ)アクリル系モノマーを溶剤かつ架橋剤として配合することによって低粘性にすることができる。
珪素原子を含有するポリウレタン樹脂としては、ポリウレタンシリコーン樹脂を挙げることができ、このようなポリウレタンシリコーン樹脂では、両末端にイソシアネート基を有する化合物と末端にヒドロキシ基を有する化合物をブレンドして加熱することによってウレタン結合による架橋を行うことができる。なお、この場合、両末端にイソシアネート基を有する化合物か、末端にヒドロキシ基を有する化合物のいずれかあるいは両方に珪素原子(シロキサン結合)を含有する必要がある。あるいは、特開2005−320418号公報に記載されるように、ポリシロキサンにウレタン(メタ)アクリレートモノマーをブレンドして光架橋させることもできる。また、シロキサン結合とウレタン結合の両方を有し、末端に(メタ)アクリレート基を有するポリマーを架橋させることもできる。
珪素原子を含有するポリチオウレタン樹脂は、チオール基を有する化合物とイソシアネート基を有する化合物の反応によって得ることができ、これらのうちいずれかが珪素原子を含有していればよい。また、末端に(メタ)アクリレート基を有していれば、硬化させることも可能である。
また、樹脂層の形成材料には、エステル結合、アミド結合、イミド結合、ウレタン結合、チオウレタン結合、及び/又はチオール基を有する珪素非含有樹脂をブレンドすることもできる。エステル結合、アミド結合、イミド結合、ウレタン結合、チオウレタン結合、及び/又はチオール基を有する珪素非含有樹脂の配合量は、珪素含有樹脂100質量部に対して10〜4,000質量部の範囲が好ましい。
硬化を行うためには、末端が(メタ)アクリレートになっている樹脂を用いるか、末端が(メタ)アクリレートやチオール基になっている架橋剤を添加するとともに、光によってラジカルを発生させる光ラジカル発生剤や、熱分解によってラジカルを発生させる熱ラジカル発生剤を添加することが好ましい。
光ラジカル発生剤としては、アセトフェノン、4,4’−ジメトキシベンジル、ベンジル、ベンゾイン、ベンゾフェノン、2−ベンゾイル安息香酸、4,4’−ビス(ジメチルアミノ)ベンゾフェノン、4,4’−ビス(ジエチルアミノ)ベンゾフェノン、ベンゾインメチルエーテル、ベンゾインエチルエーテル、ベンゾインイソプロピルエーテル、ベンゾインブチルエーテル、ベンゾインイソブチルエーテル、4−ベンゾイル安息香酸、2,2’−ビス(2−クロロフェニル)−4,4’,5,5’−テトラフェニル−1,2’−ビイミダゾール、2−ベンゾイル安息香酸メチル、2−(1,3−ベンゾジオキソール−5−イル)−4,6−ビス(トリクロロメチル)−1,3,5−トリアジン、2−ベンジル−2−(ジメチルアミノ)−4’−モルホリノブチロフェノン、4,4’−ジクロロベンゾフェノン、2,2−ジエトキシアセトフェノン、2,2−ジメトキシ−2−フェニルアセトフェノン、2,4−ジエチルチオキサンテン−9−オン、ジフェニル(2,4,6−トリメチルベンゾイル)ホスフィンオキシド(BAPO)、1,4−ジベンゾイルベンゼン、2−エチルアントラキノン、1−ヒドロキシシクロヘキシルフェニルケトン、2−ヒドロキシ−2−メチルプロピオフェノン、2−ヒドロキシ−4’−(2−ヒドロキシエトキシ)−2−メチルプロピオフェノン、2−イソニトロソプロピオフェノン、2−フェニル−2−(p−トルエンスルホニルオキシ)アセトフェノン、2−フェニル−2−(p−トルエンスルホニルオキシ)アセトフェノンを挙げることができる。なお、光ラジカル発生剤の添加量は、樹脂100質量部に対して0.1〜50質量部の範囲とすることが好ましい。
熱分解型のラジカル発生剤を添加することによって硬化させることもできる。熱ラジカル発生剤としては、2,2’−アゾビス(イソブチロニトリル)、2,2’−アゾビス(2,4−ジメチルバレロニトリル)、2,2’−アゾビス(2−メチルブチロニトリル)、4,4’−アゾビス(4−シアノバレン酸)、2,2’−アゾビス(メチルプロピオンアミジン)塩酸、2,2’−アゾビス[2−(2−イミダゾリン−2−イル)プロパン]塩酸、2,2’−アゾビス(4−メトキシ−2,4−ジメチルバレロニトリル)、2,2’−アゾビス(2−メチルブチロニトリル)、2,2’−アゾビス(シクロヘキサン−1−カルボニトリル)、1[(1−シアノ−1−メチルエチル)アゾ]ホルムアミド、2,2’−アゾビス[2−メチル−N−(2−ヒドロキシエチル)プロピオンアミド]、2,2’−アゾビス[N−(2−プロペニル)−2−メチルプロピオンアミド]、2,2’−アゾビス(N−ブチル−2−メチルプロピオンアミド)、ジメチル−2,2’−アゾビス(イソブチレート)、4,4’−アゾビス(4−シアノペンタン酸)、ジメチル−2,2’−アゾビス(2−メチルプロピオネート)、ベンゾイルパーオキシド、tert−ブチルヒドロパーオキシド、クメンヒドロパーオキシド、ジ−tert−ブチルパーオキシド、ジ−tert−アミルパーオキシド、ジ−n−ブチルパーオキシド、ジメチル−2,2’−アゾビス(2−メチルプロプロネート)、ジクミルパーオキシド等を挙げることができる。
また、樹脂層の形成材料には、樹脂層と粒子との接着性を向上させるために、接着性向上剤を添加してもよい。このような接着性向上剤としては、例えば、チオール基、ヒドロキシ基、カルボキシル基、アミド基、ウレタン基等を有するシランカップリング剤を挙げることができる。
また、本発明の生体電極は生体(例えば、肌)に貼り付けて使用するため、樹脂層の形成材料には、生体に対する粘着性を付与するために、粘着性付与剤を添加してもよい。このような粘着性付与剤としては、例えば、シリコーンレジンや非架橋性のシロキサン、非架橋性のポリ(メタ)アクリレート、非架橋性のポリエーテル等を挙げることができる。
なお、樹脂層の厚さは、0.5μm以上1,000μm以下であることが好ましく、より好ましくは1μm以上800μm以下であり、更に好ましくは2μm以上600μm以下である。
また、樹脂層の厚さは、上述の粒子の平均粒径1に対して、0.5以上1.0以下の割合であることが好ましい。このような割合であれば、樹脂層によって十分に粒子を保持することができるため、粒子の脱離による導電性の低下を効果的に防止することができる。
また、本発明の生体電極は、樹脂層の厚さが、粒子の平均粒径よりも薄いものであり、樹脂層の表面から粒子が凸状に露出したものであることが好ましい。このように樹脂層の表面から粒子が凸状に露出したものであれば、粒子と生体との接触面積が増加するため、生体からの微弱電流をより効率良く取り出すことができる。
また、本発明の生体電極は、樹脂層と粒子の体積の和(つまり、生体接触層の体積)に対する粒子の体積比率が、0.5%以上70%以下であることが好ましい。粒子がこのような体積比率であれば、十分な導電性を確保しつつ、より軽量な生体電極とすることができ、製造コストも低減することができる。
また、本発明の生体電極の生体接触層の形成材料には、上述の表面が金、銀、又は白金で覆われた粒子に加えて、カーボン系の導電性材料を添加することもできる。カーボン系の導電性材料としては、カーボンブラック、アセチレンブラック、ケッチェンブラック、カーボンナノチューブ等を挙げることができる。カーボンナノチューブとしては、単層、二層、それ以上の多層のいずれのものも用いることができる。表面が金、銀、又は白金で覆われた粒子の間にカーボン系の導電性材料が存在すると、カーボン系の導電性材料を介しても通電されるため、生体接触層の導電性が更に良好なものとなる。表面が金、銀、又は白金で覆われた粒子とカーボン系の導電性材料を併用することによって、それぞれ単独の添加の場合よりも少ない添加量で高い導電性を得ることができる。カーボン系の導電性材料の添加量は、樹脂100質量部に対して0.1〜50質量部の範囲が好ましい。
また、本発明の生体電極は、粒子が樹脂層の厚さ方向で1粒子だけ配置されたものであることが好ましい。このように粒子が配置されたものであれば、十分な導電性を確保しつつ、必要となる粒子の量を最小限に抑えることができるため、より軽量な生体電極とすることができ、製造コストも低減することができる。
また、本発明の生体電極では、従来の生体電極(例えば、特開2004−33468号公報に記載の生体電極)と同様、使用時に生体から生体電極が剥がれるのを防止するために、生体接触層上に別途粘着膜を設けてもよい。粘着膜を設ける場合には、アクリル型、ウレタン型、シリコーン型等の粘着剤を用いて粘着膜を形成すればよく、特にシリコーン型は酸素や水の透過性が高く、撥水性も高く、肌への刺激性が低いため好適である。なお、本発明の生体電極では、上記のように、樹脂層の形成材料に粘着性付与剤を添加したり、生体への粘着性が良好な樹脂を用いたりすることで、生体からの剥がれを防止することができるため、上記の粘着膜は必ずしも設ける必要はない。
本発明の生体電極をウェアラブルデバイスとして使用する際の、生体電極とセンサーデバイスの配線や、その他の部材については、特に限定されるものではなく、例えば、特開2004−33468号公報に記載のものを適用することができる。
以上のように、本発明の生体電極であれば、肌からの電気信号を効率良くデバイスに伝えることができ(即ち、導電性に優れ)、長期間肌に装着してもアレルギーを起こす恐れがなく(即ち、生体適合性に優れ)、必要となる粒子の量を最小限に抑えることができるため、軽量であり、また低コストで製造することができる生体電極となる。また、樹脂層の組成や厚さを適宜調節することで、生体からの汗による湿潤や乾燥、あるいは粒子の脱離による導電性の低下を防止することができ、また伸縮性や生体に対する粘着性を付与することもできる。従って、このような本発明の生体電極であれば、医療用ウェアラブルデバイスに用いられる生体電極として、特に好適である。
<生体電極の製造方法>
また、本発明では、表面が金、銀、又は白金で覆われた粒子と該粒子が分散した樹脂とを含む材料を導電性基材上に塗布し、加圧しながら前記樹脂を硬化させることで、前記導電性基材上に、前記粒子と該粒子の平均粒径と同じ厚さかそれよりも薄い樹脂層とを含む生体接触層を形成する生体電極の製造方法を提供する。
以下、本発明の生体電極の製造方法について、図面を参照しながら詳細に説明するが、本発明の生体電極の製造方法は、これに限定されるものではない。
図3は、本発明の生体電極の製造方法の一例を示す説明図である。図3の製造方法では、まず、図3(A)に示されるように、表面が金、銀、又は白金で覆われた粒子4と粒子4が分散した樹脂(樹脂層材料5’)とを含む材料を導電性基材2上に塗布する。次いで、図3(B)に示されるように、型7で加圧しながら樹脂を架橋硬化させ、樹脂層5を形成する。このとき、加圧することで、粒子4は変形するが、硬化後に型7を取り外すことで、図3(C)に示されるように、粒子4の形状が元に戻り、硬化後の樹脂層5の厚さを粒子4の平均粒径と同じかそれよりも薄くすることができる。このようにして、図3(C)に示されるような、導電性基材2上に粒子4と該粒子4が分散した樹脂層5とを含む生体接触層3が形成された生体電極を製造することができる。
なお、本発明の生体電極の製造方法に使用される導電性基材、表面が金、銀、又は白金で覆われた粒子、樹脂、製造される生体電極における樹脂層の厚さや粒子の体積比率等は、上述のものと同様でよい。
導電性基材上に材料を塗布する方法は、特に限定されないが、例えばディップコート、スプレーコート、スピンコート、ロールコート、フローコート、及びドクターコート等の方法が好適である。
樹脂の硬化方法は、特に限定されず、樹脂層に使用する樹脂の種類によって適宜選択すればよいが、例えば、熱及び光のいずれか、又はこれらの両方で硬化させることが好ましい。また、上記の材料に酸や塩基を発生させる触媒を添加しておいて、これによって架橋反応を発生させ、硬化させることもできる。
なお、加熱する場合の温度は、特に限定されず、樹脂層に使用する樹脂の種類によって適宜選択すればよいが、例えば50〜250℃程度が好ましい。
また、光重合反応(例えば、ラジカルによる光架橋)による硬化を行う場合、加圧に使用する型は光透過性の高い透明素材を用いることが好ましい。なお、光によって硬化させる場合には、加熱は必ずしも必要ではない。
また、加熱と光照射を組み合わせる場合は、加熱と光照射を同時に行ってもよいし、光照射後に加熱を行ってもよいし、加熱後に光照射を行ってもよい。
また、樹脂を硬化させる際には、加圧しながら硬化(圧着硬化)させる必要がある。圧着硬化時の圧力は、特に限定されないが、例えば0.01〜100kg/cmが好ましく、上述の粒子の変形度合いによって樹脂層の厚さや凸状に露出した粒子の高さ等を調整することができる。また、樹脂層の厚さは加圧時の型7と導電性基材2との距離によっても調整可能である。加圧時の樹脂の流動性を向上させ、架橋反応を促進させるために、加圧しながら加熱してもよい。
以上のように、本発明の生体電極の製造方法であれば、導電性及び生体適合性に優れ、軽量な本発明の生体電極を、低コストで容易に製造することができる。
以下、実施例及び比較例を用いて本発明を具体的に説明するが、本発明はこれらに限定されるものではない。なお、重量平均分子量(Mw)はGPCによるポリスチレン換算の重量平均分子量を示す。
表面が金、銀、又は白金で被覆された粒子としては、表面が金で被覆された球形の粒子であるミクロパールAU(積水化学工業社製)の平均粒径10μm、20μm、40μmのもの、及び表面が銀で被覆された球形の粒子である銀コート粉(三菱マテリアル社製)の平均粒径30μmのものを使用した。
生体接触層形成用材料に樹脂として配合したポリマー1〜6を以下に示す。
Figure 0006652513
(式中、m1、m2、m3、及びm4は、それぞれ8〜12の整数である。)
ポリマー1:シリコーン樹脂
分子量(Mw)=5,200
分散度(Mw/Mn)=2.22
ポリマー2:シリコーン樹脂
分子量(Mw)=7,200
分散度(Mw/Mn)=2.85
ポリマー3:シリコーンポリイミド樹脂
分子量(Mw)=6,500
分散度(Mw/Mn)=3.2
ポリマー4:シリコーンウレタン樹脂
分子量(Mw)=1,500
分散度(Mw/Mn)=1.8
ポリマー5:シリコーンイミド樹脂
分子量(Mw)=5,900
分散度(Mw/Mn)=3.3
ポリマー6:シリコーンチオウレタン樹脂
分子量(Mw)=1,600
分散度(Mw/Mn)=1.8
生体接触層形成用材料に珪素を含有しないブレンド用樹脂として配合したウレタンアクリレート1〜3を以下に示す。
Figure 0006652513
(式中、n1は平均50、n2は平均60、n3は平均70である。)
生体接触層形成用材料に添加剤として配合した架橋剤1〜4を以下に示す。
Figure 0006652513
生体接触層形成用材料に添加剤として配合した接着性向上剤1、2を以下に示す。
接着性向上剤1:3−ウレイドプロピルトリアルコキシシラン
接着性向上剤2:3−メルカプトプロピルトリメトキシシラン
生体接触層形成用材料に添加剤として配合した光ラジカル発生剤1及び熱ラジカル発生剤1を以下に示す。
光ラジカル発生剤1:ジメトキシフェニルアセトフェノン
熱ラジカル発生剤1:ジメチル−2,2’−アゾビス(2−メチルプロピオネート)
[実施例1〜12、比較例1、2]
表1に記載の組成で粒子、ポリマー、及び添加剤(架橋剤、接着性向上剤、ラジカル発生剤)をブレンドし、生体接触層形成用材料溶液を調製した。ホットプレート上に導電性基材としてニッケルメッキの厚み0.5mmの銅板を置き、この上に生体接触層形成用材料溶液をディスペンスし、生体接触層形成用材料溶液側に剥離用のテトラフルオロエチレンの薄膜シートを挟んで石英基板を使って表1に記載の圧力で加圧し、実施例1〜8、比較例1と2ではハロゲンランプを2J/cmの露光量で照射し、場合によっては基板を加熱して、実施例9〜12では光照射無しで基板を加熱して(温度は表1に記載)樹脂を架橋硬化させて生体電極を作製した。
このようにして作製した生体電極をカッターでカットし、断面を電子顕微鏡で観察して樹脂層の厚さを測定した。結果を表1に示す。
また、エーディーシー社製の電圧/電流発生器6241Aを用い、JIS K 6271に則った方法で抵抗値を測定し、作製した生体電極の導電性を評価した。結果を表1に示す。
Figure 0006652513
表1に示されるように、樹脂硬化時に加圧することで樹脂層の厚さを粒子の平均粒径よりも薄くした実施例1〜12では、多量の粒子を配合しなくとも、良好な導電性が得られており、また比較例2と比べて粒子の配合量が少ないため、軽量であり、低コストで製造することができた。一方、樹脂硬化時に加圧せず、樹脂層の厚さを粒子の平均粒径より厚くした比較例1では、粒子の配合量は実施例1〜12と同程度であるため、軽量であり、低コストで製造することできたが、実施例1〜12に比べて抵抗値が非常に大きく、導電性が大幅に劣っていた。また、多量の粒子を配合し、樹脂硬化時に加圧せず、樹脂層の厚さを粒子の平均粒径より厚くした比較例2では、実施例1〜12と同程度の良好な導電性が得られたものの、粒子の配合量が多いために、重量及び製造コストが増大すると共に膜の強度が低下した。
以上のことから、本発明の生体電極であれば、導電性及び生体適合性に優れ、軽量であり、また低コストで製造できることが明らかとなった。
なお、本発明は、上記実施形態に限定されるものではない。上記実施形態は例示であり、本発明の特許請求の範囲に記載された技術的思想と実質的に同一な構成を有し、同様な作用効果を奏するものは、いかなるものであっても本発明の技術的範囲に包含される。
1…生体電極、 2…導電性基材、 3…生体接触層、 4…粒子、 5…樹脂層、
5’…樹脂層材料、 6…生体、 7…型。

Claims (13)

  1. 表面が金、銀、又は白金で覆われた粒子と該粒子が分散した樹脂とを含む材料を導電性基材上に塗布し、加圧しながら前記樹脂を硬化させることで、前記導電性基材上に、前記粒子と該粒子の平均粒径と同じ厚さかそれよりも薄い樹脂層とを含む生体接触層を形成することを特徴とする生体電極の製造方法。
  2. 前記粒子として、平均粒径が1μm以上1,000μm以下のものを用い、前記樹脂層の厚さを、0.5μm以上1,000μm以下とすることを特徴とする請求項に記載の生体電極の製造方法。
  3. 前記樹脂層の厚さを、前記粒子の平均粒径1に対して、0.5以上1.0以下の割合とすることを特徴とする請求項又は請求項に記載の生体電極の製造方法。
  4. 前記樹脂層と前記粒子の体積の和に対する前記粒子の体積比率を、0.5%以上70%以下とすることを特徴とする請求項から請求項のいずれか一項に記載の生体電極の製造方法。
  5. 前記樹脂として、熱硬化性樹脂及び光硬化性樹脂のいずれか、又はこれらの両方を用い、熱及び光のいずれか、又はこれらの両方によって前記樹脂を硬化させることを特徴する請求項から請求項のいずれか一項に記載の生体電極の製造方法。
  6. 前記樹脂として、シロキサン結合、エステル結合、アミド結合、イミド結合、ウレタン結合、チオウレタン結合、及びチオール基から選ばれる1つ以上を有する珪素含有樹脂を用いることを特徴する請求項から請求項のいずれか一項に記載の生体電極の製造方法。
  7. 前記樹脂として、シリコーン樹脂、珪素原子を含有するポリアクリル樹脂、珪素原子を含有するポリアミド樹脂、珪素原子を含有するポリイミド樹脂、珪素原子を含有するポリウレタン樹脂、及び珪素原子を含有するポリチオウレタン樹脂から選ばれる1種以上の樹脂を用いることを特徴とする請求項から請求項のいずれか一項に記載の生体電極の製造方法。
  8. 前記導電性基材として、金、銀、塩化銀、白金、アルミニウム、マグネシウム、スズ、タングステン、鉄、銅、ニッケル、チタン、ステンレス、及び炭素から選ばれる1種以上を含むものを用いることを特徴とする請求項から請求項のいずれか一項に記載の生体電極の製造方法。
  9. 前記粒子として、球形の粒子を用いることを特徴とする請求項から請求項のいずれか一項に記載の生体電極の製造方法。
  10. 前記粒子として、ポリアクリレート、ポリエチレン、ポリプロピレン、ポリスチレン、ポリジビニルベンゼン、ノボラック、及びポリウレタンから選ばれる1種以上の樹脂からなる樹脂粒子の表面が金、銀、又は白金で覆われたものを用いることを特徴とする請求項から請求項のいずれか一項に記載の生体電極の製造方法。
  11. 前記粒子として、該粒子の内部に、銀、アルミニウム、銅、ニッケル、タングステン、及びスズから選ばれる1種以上の導電性金属からなる導電性金属層を有するものを用いることを特徴とする請求項から請求項10のいずれか一項に記載の生体電極の製造方法。
  12. 前記樹脂層の厚さを、前記粒子の平均粒径よりも薄いものとし、前記樹脂層の表面から前記粒子を凸状に露出させることを特徴とする請求項から請求項11のいずれか一項に記載の生体電極の製造方法。
  13. 前記粒子を、前記樹脂層の厚さ方向で1粒子だけ配置することを特徴とする請求項から請求項12のいずれか一項に記載の生体電極の製造方法。
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Families Citing this family (13)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN109486207B (zh) * 2017-09-11 2020-10-27 北京化工大学 一种高粘结性柔性导电电极及其制备方法
JP6845191B2 (ja) * 2017-10-19 2021-03-17 信越化学工業株式会社 生体電極組成物、生体電極、及び生体電極の製造方法
JP6920000B2 (ja) 2017-10-26 2021-08-18 信越化学工業株式会社 生体電極組成物、生体電極、及び生体電極の製造方法
TWI645973B (zh) * 2017-12-15 2019-01-01 律勝科技股份有限公司 聚醯亞胺薄化軟性基板及其製造方法
JP7045767B2 (ja) * 2018-01-31 2022-04-01 信越化学工業株式会社 伸縮性膜及びその形成方法
CN111698942A (zh) * 2018-02-16 2020-09-22 索尼公司 电极和传感器
JP6839120B2 (ja) * 2018-02-22 2021-03-03 信越化学工業株式会社 生体電極組成物、生体電極、及び生体電極の製造方法
JP2019198448A (ja) * 2018-05-16 2019-11-21 ソニー株式会社 生体電位計測用電極及び生体電位計測器
JP6708322B1 (ja) * 2018-10-26 2020-06-10 住友ベークライト株式会社 生体用電極、生体センサーおよび生体信号測定システム
EP3878359A4 (en) * 2018-11-09 2022-08-03 Sumitomo Bakelite Co.Ltd. BIOLOGICAL ELECTRODE, BIOLOGICAL SENSOR AND BIOLOGICAL SIGNAL MEASUREMENT SYSTEM
JP2021044066A (ja) 2019-09-06 2021-03-18 富士ゼロックス株式会社 導電部材、生体電極及び生体信号測定装置
WO2021134131A1 (en) * 2019-12-31 2021-07-08 Myant Inc. Conductive thermoplastic elastomer electrodes, and method of manufacturing such electrodes
CN116421191A (zh) * 2023-03-08 2023-07-14 宁波康麦隆医疗器械有限公司 柔性一体化生物电信号传感器、检测方法及装置

Family Cites Families (24)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPH09168518A (ja) * 1995-12-18 1997-06-30 Casio Comput Co Ltd 生体信号検出用電極
JP2001503864A (ja) * 1996-11-07 2001-03-21 ケンブリッジ センサーズ リミティド 電極およびそれらのアッセイにおける使用
JPH11209714A (ja) 1998-01-22 1999-08-03 Shin Etsu Polymer Co Ltd 異方導電接着剤
US5981680A (en) 1998-07-13 1999-11-09 Dow Corning Corporation Method of making siloxane-based polyamides
JP3865046B2 (ja) 2001-05-08 2007-01-10 信越化学工業株式会社 無溶剤型ポリイミドシリコーン系樹脂組成物
AU2003207901A1 (en) * 2002-03-29 2003-10-13 Koninklijke Philips Electronics N.V. Monitoring system comprising electrodes with projections
JP3923861B2 (ja) 2002-07-03 2007-06-06 フクダ電子株式会社 生体電極
JP2005320418A (ja) 2004-05-07 2005-11-17 Shin Etsu Chem Co Ltd 紫外線硬化型オルガノポリシロキサン組成物
JP2006156068A (ja) * 2004-11-29 2006-06-15 Sanyo Chem Ind Ltd 導電性微粒子
CN102153964A (zh) * 2005-12-26 2011-08-17 日立化成工业株式会社 粘接剂组合物、电路连接材料以及电路构件的连接结构
US7965180B2 (en) * 2006-09-28 2011-06-21 Semiconductor Energy Laboratory Co., Ltd. Wireless sensor device
KR20110019392A (ko) * 2008-07-01 2011-02-25 히다치 가세고교 가부시끼가이샤 회로 접속 재료 및 회로 접속 구조체
JP5646153B2 (ja) 2009-10-06 2014-12-24 東レ・ダウコーニング株式会社 ポリアミドシリコーンコポリマーの製造方法
JP2011201087A (ja) * 2010-03-24 2011-10-13 Toppan Printing Co Ltd タッチパネル用ハードコートフィルム及びタッチパネル
JP5837738B2 (ja) 2010-03-26 2015-12-24 積水化学工業株式会社 導電性粒子、異方性導電材料、接続構造体及び導電性粒子の製造方法
KR20120003028U (ko) * 2010-10-25 2012-05-03 정우협 미세전류를 이용한 착용물
JP5881158B2 (ja) * 2011-03-15 2016-03-09 賢司 小蒲 生体電池治療具
CN102671294B (zh) * 2011-03-15 2015-04-01 小蒲贤司 生物电池治疗器具
KR101327069B1 (ko) * 2011-07-28 2013-11-07 엘지이노텍 주식회사 전극 구조체 및 전극 제조 방법
WO2013039151A1 (ja) 2011-09-15 2013-03-21 積水化成品工業株式会社 生体用電極被覆パッド
JP5140187B1 (ja) * 2011-09-27 2013-02-06 田中貴金属工業株式会社 導電粒子及び金属ペースト並びに電極
CN103531821B (zh) * 2012-07-05 2016-01-20 清华大学 膜电极以及使用该膜电极的燃料电池
JP6453032B2 (ja) * 2013-10-21 2019-01-16 積水化学工業株式会社 導電性粒子、導電材料及び接続構造体
JP6073776B2 (ja) 2013-11-28 2017-02-01 日本電信電話株式会社 生体電気信号モニタ用衣類

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