JP7448013B2 - 生体信号センシング電極 - Google Patents
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Description
1つまたは複数の層を含む層状材料の粒子と、ポリマーとを含む導電性複合材料を、被検体との接触面に少なくとも備えた生体信号センシング電極であって、
前記層が、Ti3C2で表される層本体と、該層本体の表面に存在する修飾または終端T(Tは、水酸基、フッ素原子、塩素原子、酸素原子および水素原子からなる群より選択される少なくとも1種である)とを含み、
前記ポリマーは、極性基を有する親水性ポリマーであって、前記極性基は、前記層の修飾または終端Tと水素結合を形成する基である、生体信号センシング電極が提供される。
図1を参照して、本実施形態の生体信号センシング電極に用いられる導電性複合材料20は、所定の層状材料の粒子10と、ポリマー11とを含む。前記ポリマー11は、極性基を有する親水性ポリマーであって、前記極性基は、前記層の修飾または終端Tと水素結合を形成する基である。
1つまたは複数の層を含む層状材料の粒子であって、該層が、Ti3C2で表される層本体(該層本体は、各CがTiの八面体アレイ内に位置する結晶格子を有し得る)と、該層本体の表面(より詳細には、該層本体の互いに対向する2つの表面の少なくとも一方)に存在する修飾または終端T(Tは、水酸基、フッ素原子、塩素原子、酸素原子および水素原子からなる群より選択される少なくとも1種である)とを含む層状材料(これは層状化合物として理解され得、「Ti3C2Tx」とも表され、xは任意の数であり、従来、xに代えてsまたはzが使用されることもある)。以下、この層状材料を、「Ti3C2Tx」またはMXene(粒子)ということがある。
本実施形態の生体信号センシング電極は、前記導電性複合材料が、被検体との接触面に少なくとも備わっていればよく、具体的な形態まで限定されない。導電性複合材料は、前述の通り、固体状態のものから、フレキシブル性のある軟質状態のものまで考えられる。
・MAX粒子の調製
TiC粉末、Ti粉末およびAl粉末(いずれも株式会社高純度化学研究所製)を2:1:1のモル比で、ジルコニアボールを入れたボールミルに投入して24時間混合した。得られた混合粉末をAr雰囲気下にて1350℃で2時間焼成した。これにより得られた焼成体(ブロック状MAX)をエンドミルで最大寸法40μm以下まで粉砕した。これにより、MAX粒子としてTi3AlC2粒子を得た。
上記方法で調製したTi3AlC2粒子(粉末)を1g秤量し、フッ素系樹脂容器を用いて、1gのLiFと共に9モル/Lの塩酸10mLに添加して35℃にてスターラーで24時間撹拌して、エッチング処理を行い、Ti3AlC2粉末に由来する固体成分を含む固液混合物(懸濁液)を得た。エッチングを終えた固液混合物(懸濁液)を遠沈管に移し、純水を加えて攪拌し、遠心分離器で上澄みと沈殿を分離し、上澄みを捨てた。これを10回繰り返して洗浄した。その後、機械式振とう器を用いて、所定時間処理を行い、デラミネーション処理を行った。その後、遠心分離で上澄みを回収し、上澄みをMXene分散液として用いた。
上記MXene/ポリマー複合材料膜の導電率を求めた。導電率は、1サンプルにつき3箇所で、表面抵抗率(Ω)および厚さ(μm)を測定した。厚み[cm]と表面抵抗率[Ω/□]をかけた値が、体積抵抗率[Ω.cm]となり、その逆数として導電率[S/cm]を求めた。これにより得られた3つの導電率の算術平均値を採用した。表面抵抗率は4探針法により測定した。この表面抵抗率の測定には、低抵抗率計(株式会社三菱ケミカルアナリティック製、ロレスタAX MCP-T370)を用いた。また、厚さ測定には、マイクロメーター(株式会社ミツトヨ製、MDH-25MB)を用いた。その結果を、表1に示す。なお、導電率の測定精度は有効数字2桁である(以下、表2についても同じ)。表1では、導電率が500S/cm以上の場合を良い(〇)と判断し、導電率が500S/cm未満の場合を悪い(×)と判断した。
MXeneの種類をTi3C2Txとし、ポリマーとして、水溶性ポリウレタン以外に、表2に示す各ポリマーを用いた以外は実施例1と同様にして、MXene/ポリマー複合材料膜を作製し、導電率を測定した。その結果を表2に示す。表2では、導電率が2900S/cm以上の場合を大変良い(◎)と判断し、導電率が、2900S/cm未満、500S/cm以上の場合を良い(〇)と判断し、導電率が500S/cm未満の場合を悪い(×)と判断した。
3a、5a、3b、5b 修飾または終端T
7a、7b MXene層
10、10a、10b MXene(層状材料)
11 ポリマー
20、21A、21B 導電性複合材料
22A、22B 高濃度MXene導電性複合材料
23A、23B 導電材料で形成された基材
24A、24B 従来のスナップ型電極
30、30A、30B 生体信号センシング電極
31A、31B 電極のスナップ部
32、32A、32B リード線
33 ケーブル
34 分析システム
Claims (6)
- 1つまたは複数の層を含む層状材料の粒子と、ポリマーとを含む導電性複合材料を、被検体との接触面に少なくとも備えた生体信号センシング電極であって、
前記層が、Ti3C2で表される層本体と、該層本体の表面に存在する修飾または終端T(Tは、水酸基、フッ素原子、塩素原子、酸素原子および水素原子からなる群より選択される少なくとも1種である)とを含み、
前記ポリマーは、極性基を有する親水性ポリマーであって、前記極性基は、前記層の修飾または終端Tと水素結合を形成する基であり、
前記ポリマーは、水溶性ポリウレタン、ポリビニルアルコール、アルギン酸ナトリウム、アクリル酸系水溶性ポリマー、ポリアクリルアミド、ポリアニリンスルホン酸、およびナイロンよりなる群から選択される1種類以上のポリマー、または、ウレタン結合を有するポリマーである、生体信号センシング電極。 - 前記ウレタン結合を有するポリマーは、水溶性ポリウレタンである、請求項1に記載の生体信号センシング電極。
- 1つまたは複数の層を含む層状材料の粒子と、ポリマーとを含む導電性複合材料を、被検体との接触面に少なくとも備えた生体信号センシング電極であって、
前記層が、Ti 3 C 2 で表される層本体と、該層本体の表面に存在する修飾または終端T(Tは、水酸基、フッ素原子、塩素原子、酸素原子および水素原子からなる群より選択される少なくとも1種である)とを含み、
前記ポリマーは、極性基を有する親水性ポリマーであって、前記極性基は、前記層の修飾または終端Tと水素結合を形成する基であり、
前記層状材料の粒子の割合は、被検体との接触面に対して垂直な電極の断面における導電性複合材料の厚みの1/2位置と比較して、被検体との接触部分に近い側において高い、生体信号センシング電極。 - 前記層状材料の粒子の割合は、52質量%以上、83質量%以下である、請求項1~3のいずれかに記載の生体信号センシング電極。
- 前記層状材料の粒子の割合は、83質量%超、94質量%以下である、請求項1~3のいずれかに記載の生体信号センシング電極。
- 1つまたは複数の層を含む層状材料の粒子と、ポリマーとを含む導電性複合材料を、被検体との接触面に少なくとも備えた生体信号センシング電極であって、
前記層が、Ti 3 C 2 で表される層本体と、該層本体の表面に存在する修飾または終端T(Tは、水酸基、フッ素原子、塩素原子、酸素原子および水素原子からなる群より選択される少なくとも1種である)とを含み、
前記ポリマーは、極性基を有する親水性ポリマーであって、前記極性基は、前記層の修飾または終端Tと水素結合を形成する基であり、
前記層状材料の粒子の割合が、
被検体との接触部分は、83質量%超、94質量%以下であり、
被検体との接触面に対して垂直な電極の断面における導電性複合材料の厚みの1/2位置は、52質量%以上、83質量%以下である、生体信号センシング電極。
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