JPH08182659A

JPH08182659A - 刺激電極用導電性高分子ゲル、そのゲルパッドおよびそれを用いた生体用電極

Info

Publication number: JPH08182659A
Application number: JP6328841A
Authority: JP
Inventors: Yoshikazu Kobayashi; 由和小林; 和宏 ▲吉▼川; Kazuhiro Yoshikawa; Shuichi Sasahara; 秀一笹原
Original assignee: Sekisui Plastics Co Ltd
Current assignee: Sekisui Kasei Co Ltd
Priority date: 1994-12-28
Filing date: 1994-12-28
Publication date: 1996-07-16

Abstract

(57)【要約】【構成】刺激電極用導電性高分子ゲルは、架橋された
ポリアクリルアミド系高分子１３〜３０重量％中に、電
解質中性塩類２〜１５重量％、多価アルコール２０〜６
５重量％、水１６〜３０重量％が均質に含有されてい
る。【効果】例えば１人の人についてはこのゲルパッドの
付いた電極素子１枚を１回だけの使用で捨てることなく
繰り返し使用できるので、１つの電極素子を有効に利用
できる。また、繰り返し粘着による粘着力の低下が少な
いとともに、粘着力を調整することが可能である。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、主として局部的な生体
電気信号の測定および電気治療に使用される医療用の生
体用電極に好適に利用できる、刺激電極用導電性高分子
ゲル、そのゲルパッドおよびそれを用いた生体用電極に
関するものである。

【０００２】

【従来の技術】医学分野において、心電図や筋電図、脳
波等の生体電位を測定したり、体内へ電気信号を送り込
むことによって電気的な治療を施すことが多くなってい
る。そして、これらの測定や治療には、生体と外部装置
との間に介在する媒体として生体用電極が用いられてい
る。

【０００３】近年、皮膚への刺激性がなく、生体用電極
を皮膚に密着させるとともに良好な導電性を有する導電
性高分子ゲルからなるゲルパッドを、予め所定の厚みお
よび形状に形成しておき、電極素子と一体化した生体用
電極が用いられている。この結果、生体の一部に安定に
接触させるとともに良好な導電性が得られる。さらに、
この生体用電極は上記ゲルパッドが一体化されているた
め、導電性クリームのような塗布作業の煩わしさや不快
感を解消することが可能になっている。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、従来の
導電性高分子ゲルやそれを用いたゲルパッドにおいて
は、マトリクスとなる分散質に導電性を持たせることに
主眼を置いて開発されており、ゲルと分散媒との親和性
や、皮膚などの生体の一部との粘着力に主眼を置いて開
発されていない。この結果、１回使用すれば粘着力が弱
まるため、上記の生体用電極は、ゲルパッドが張りつけ
られた電極素子ごと使い捨てなければならず、１つの電
極素子を有効に利用できないという問題がある。

【０００５】

【課題を解決するための手段】上記の課題を解決するた
め、請求項１記載の刺激電極用導電性高分子ゲルは、架
橋されたポリアクリルアミド系高分子１３〜３０重量％
中に、電解質中性塩類２〜１５重量％、多価アルコール
２０〜６５重量％、水１６〜３０重量％が均質に含有さ
れていることを特徴としている。

【０００６】また、請求項２記載のゲルパッドは、上記
請求項１記載の刺激電極用導電性高分子ゲルからなるこ
とを特徴としている。

【０００７】また、請求項３記載の生体用電極は、請求
項１記載の刺激電極用導電性高分子ゲルまたは請求項２
記載のゲルパッドと、電極素子とからなることを特徴と
している。

【０００８】

【作用】上記の請求項１ないし３記載の刺激電極用導電
性高分子ゲル、ゲルパッドおよび生体用電極の構成によ
り、分散質を、生体構造と親和性の良いアクリルアミド
系樹脂としたので、樹脂中の高分子鎖間の水素結合が体
温でほどける。そのため、高粘着力になる。

【０００９】したがって、例えば１人の人についてはこ
のゲルパッドの付いた電極素子１枚を１回だけの使用で
捨てることなく繰り返し使用できる。これにより、１つ
の電極素子を有効に利用できる。

【００１０】ここで、上記本発明に係る刺激電極用導電
性高分子ゲル（以下、単に導電性高分子ゲルと称する）
は以下の（１）ないし（６）を用いて形成される。
（１）アクリルアミド系の重合性単量体（２）アクリル
アミドの共重合型の架橋性単量体（３）電解質中性塩類
（４）湿潤剤としての多価アルコール（５）水（６）重
合開始剤。上記（１）および（２）はアクリルアミドの
モノマーである。また、（１）ないし（５）をモノマー
配合液と総称する。

【００１１】このようなモノマー配合液を上記重合開始
剤によって重合架橋することによって導電性高分子ゲル
が得られ、パッド状に形成されて、生体用電極に好適に
用いられるようになる。

【００１２】上記の（１）ないし（６）について、それ
ぞれの組成率の望ましい範囲は以下の通りである。すな
わち、モノマー１３〜３０重量％、電解質中性塩類２〜
１５重量％、上記（４）の多価アルコール２０〜６５重
量％、水１６〜３０重量％、重合開始剤０．３重量％以
下である。

【００１３】上記の導電性高分子ゲルを構成するアクリ
ルアミドのモノマーは、組成率が１３〜３０％重量の範
囲に設定されていることが望ましい。このように、アク
リルアミドの組成率の下限を１３重量％とした理由は、
アクリルアミドモノマー量を１３重量％未満にして導電
性高分子ゲルを作成した場合、ゲル中に占める高分子主
鎖の割合が低すぎるため、充分に腰強度の大きなゲル体
を得ることができず、ゲル体の網目構造中に封じ込めら
れた電解液を安定な状態に維持することが困難となるた
めである。一方、アクリルアミドの組成率の上限を３０
重量％とした理由は、３０重量％を越えたアクリルアミ
ドモノマー量で導電性高分子ゲルを作成した場合、ゲル
強度が高く且つ腰強度の大きなゲル体を得ることができ
る反面、ゲル体の網目構造が密になりすぎて、網目中に
封じ込めることができる電解液の絶対量が小さいため、
目的とするインピーダンスの導電性高分子ゲルを作成す
ることが困難になるからである。

【００１４】また、導電性高分子ゲルを構成する架橋性
単量体は、組成率が0.００１〜0.３重量％、好ましくは
0.０１〜0.２重量％である。これは、架橋性単量体の組
成率が0.３重量％より多くなると、主鎖間を結ぶ網目架
橋点が増大し、見掛け上、ゲル強度の高いゲル体が得ら
れるが、ゲル体の脆さ（切断性）が増大し、引っ張りや
圧縮による切断および破壊が生じ易くなるためである。
また、架橋点の増大が主鎖の疎水化を増大させ、網目構
造中に封じ込めた電解液を安定な状態に保持することを
困難にし、ゲル体から電解液を分離させ易くするためで
あり、さらに、架橋点の増大による主鎖の自由度の低下
によって、動きに対する追従性が低下するためである。
一方、0.００１重量％未満であると、ゲルが得られない
ためである。

【００１５】湿潤剤としての多価アルコールの組成率の
下限を２０重量％とした理由は、湿潤剤が２０重量％未
満の場合、乾燥性が増大して経時安定性が得られず、生
体電位の測定時に、ゲル体のインピーダンスが増加して
徐々に測定精度が低下し、高精度な測定を長時間にわた
って正確に実施できないためである。また、電気治療時
に、皮膚との接触面に大きな電気抵抗を生じ、皮膚損傷
の可能性が高くなるたである。

【００１６】一方、湿潤剤の組成率の上限を６５重量％
とした理由は、ゲル体が６５重量％を越える場合、湿潤
剤の乾燥性の低下を得ることができる反面、湿潤剤がゲ
ル体を構成する網目構造中に充分に保持されなくなり、
ゲル体からブリードして粘着性を低下させるためであ
る。さらに、相対的に水分量が低くなりすぎて、目的と
するインピーダンスの導電性高分子ゲルを作成すること
が困難になるためである。

【００１７】また、電解質中性塩類は、水分量との相関
関係においてゲル体のインピーダンスに密接に関係し、
電極の性能を決定する主要な構成材料であり、組成率が
２重量％未満の場合、好適なインピーダンスの電極が得
られない。一方、組成率が１５重量％を越える場合に
は、水分量との関係で電離限界を越えるため、不要な添
加となり、他の構成部材の比率を低下させるだけで好ま
しくない。この電解質塩を均質に含有させるためにモノ
マー配合液に溶解させる際には、この塩を微細に粉砕
し、モノマー配合液に混合撹拌することにより短時間か
つ効果的に溶解させることができる。

【００１８】また、水の組成率が１６重量％未満である
場合、極めて高密度な高分子ゲルであるが、ゲル体中の
水分量が少なすぎるため、良好な導電体にならずに好適
なインピーダンスのゲルとならないので好ましくない。
一方、組成率が３０重量％を越える場合には、初期の導
電性は良好であるが、水が網目中で安定に存在しなくな
って乾燥性が増大し、乾燥に伴って徐々にゲル体のイン
ピーダンスが増加して徐々に測定精度が低下するので、
高精度な測定を長時間にわたって実施できないので好ま
しくない。また、皮膚への接着を繰り返す際の粘着性能
である繰り返し粘着性能が低下し、繰り返して使用する
際に皮膚との接触面に大きな電気抵抗を生じ、電気治療
使用時の皮膚損傷の可能性が高くなるので、やはり好ま
しくない。

【００１９】上記のアクリルアミド系の重合性単量体と
しては、水溶性であると共に非電解質のアクリルアミド
やメタクリルアミド等を用いることができる。また、架
橋性単量体としては、Ｎ，Ｎ’−メチレンビスアクリル
アミド、Ｎ，Ｎ’−メチレンビスメタクリルアミド、
Ｎ，Ｎ’−エチレンビスアクリルアミド、Ｎ，Ｎ’−エ
チレンビスメタクリルアミド、１，２−ジアクリルアミ
ドエチレングリコール、或いは、ジ（トリポリ）アクリ
レート、ジ（トリポリ）メタクリレート等を用いること
ができる。

【００２０】また、電解質塩としては、塩化ナトリウ
ム、塩化カリウム、塩化マグネシウム等の全ての塩類を
用いることができるが、価数が多く且つ分子量が小さい
塩類であって、皮膚刺激性のないものが好ましい。特
に、Ａｇ／ＡｇＣｌからなる電極エレメントには、上記
の価数が多く且つ分子量が小さい塩化物が望ましい。

【００２１】また、湿潤剤としては、単糖類、多糖類、
およびソルビトール、グリコール、グリセリン等の多価
アルコール類を用いることができる。

【００２２】重合架橋する方法は特に限定されないが、
ラジカル重合開始剤を用いる場合には、アゾビスシアノ
吉草酸やアゾビスアミジノプロパン２塩酸塩等のアゾ系
重合開始剤を用いることができると共に、硫酸第１鉄や
亜二チオン酸、ピロ亜硫酸塩等の還元剤と、過酸化水素
やペルオキソ二硫酸塩等の過酸化物とからなるレドック
ス開始剤等も用いることができ、これらのアゾ系重合開
始剤およびレドックス開始剤は、必要に応じて単独また
は混合して使用されるようになっていても良い。また、
光、電子線、紫外線等の照射によって重合させてもよ
い。

【００２３】なお、上記導電性高分子ゲルには、必要に
応じて、防腐剤、殺菌剤、安定剤、香料、界面活性剤、
着色剤等が添加されてもよい。

【００２４】

【実施例】本発明の一実施例について図１に基づいて説
明すれば、以下の通りである。〔実施例１〜６、比較例１〜５〕ポリアクリルアミド系
の導電性高分子ゲル（刺激電極用導電性高分子ゲル）
（実施例１〜６）およびアクリルアミド系の導電性高分
子ゲル（比較例１・２）およびアクリル酸ナトリウム系
の導電性高分子ゲル（比較例３・４）および市販のセグ
メント化ポリウレタン系導電性高分子ゲル（比較例５）
を以下のように作製した。そして、それらのインピーダ
ンス、繰り返し粘着力、および乾燥性を以下に示すよう
に測定し、電気的特性、繰り返し粘着性、および乾燥性
の違いを明らかにした。

【００２５】まず、重合性単量体としての１００％アク
リルアミドをＡ（重量％）、架橋性単量体としての粉末
状のＮ，Ｎ’−メチレンビスアクリルアミドをＢ（重量
％）、湿潤剤としての多価アルコールであるグリセリン
をＣ（重量％）、電解質中性塩類としての塩化ナトリウ
ムをＤ（重量％）、それぞれ秤量した。そして、溶媒と
しての水を残りの重量％だけ加えて全体で１００重量％
とし、混合および溶解することによって、無色透明のモ
ノマー配合液を作製した。

【００２６】そして、重合開始剤としての４％ペルオキ
ソ二硫酸カリウム水溶液をＦ（重量％）、２％ピロ亜硫
酸カリウム水溶液をＧ（重量％）、それぞれ秤量した
後、これらと上記のモノマー配合液とを混合し、８５℃
の温度に加熱することによって、１．５ｍｍの厚さを有
する導電性高分子ゲルを作製した。

【００２７】このゲル体の作製直後の水分量Ｅ（重量
％）は、１００−（Ａ＋Ｂ＋Ｃ＋Ｄ）により求められ
る。

【００２８】次に、上記の導電性高分子ゲルをサンプル
片とし、このサンプル片からゲル単体のインピーダンス
を測定した。この測定方法について詳述すると、まず、
同軸ケーブルを介して信号発生機とオシロスコープとを
接続し、出力電圧が１０Ｖ、出力波形が正弦波、周波数
が１ｋＨｚの出力状態となるように、信号発生機を調整
した。

【００２９】調整が完了すると、図１に示すように、信
号発生機１の出力端子に同軸ケーブル２・２を接続し
た。そして、一方の同軸ケーブル２に１ｋΩの抵抗値Ｒ
を有する抵抗器３を接続し、さらに、この同軸ケーブル
２の先端にゴム電極（カーボン練り込み：４ｃｍ²）４
ａを接続するとともに、他方の同軸ケーブル２の先端に
上記ゴム電極と対のゴム電極４ｂを接続し、これらの両
ゴム電極４ａ・４ｂ間に導電性高分子ゲルのサンプル片
５を固定した。

【００３０】また、オシロスコープ（ＯＳＣ）６の＋入
力端子および−入力端子に、同軸ケーブル７・７を接続
した。そして、両同軸ケーブル７・７の先端に上記ゴム
電極４ａ・４ｂを接続した。そして、信号発生機１から
サンプル片５に電圧を印加した際に、サンプル片５によ
って電圧降下する電圧値Ｖ₂をオシロスコープ６によっ
て読み取った。

【００３１】上記の信号発生機１とサンプル片５とオシ
ロスコープ６との関係は、図１に示す回路と等価であ
り、例えば信号発生機１からの電圧を電圧値Ｖ₁とした
場合には、サンプル片５のインピーダンスＺは、下記の
関係式（１）によって求められることになる。｜Ｚ｜＝Ｒ×Ｖ₂／（Ｖ₁−Ｖ₂） … （１）これにより、上記の関係式（１）に、オシロスコープ６
によって得られた電圧値Ｖ₂と、抵抗値Ｒ＝１ｋΩと、
電圧値Ｖ₁＝１０Ｖとを代入することによって、インピ
ーダンスＺを求め、得られたインピーダンスをＨ（Ω）
とする。

【００３２】また、上記の導電性高分子ゲルサンプル片
を用いて、垂直引っ張り試験法（冶具先端直径１２ｍ
ｍ、材質ＳＵＳ）による粘着力Ｉ（ｇ）を測定した。ま
た、この垂直引っ張り試験法を５０回繰り返した後の粘
着力Ｊ（ｇ）を測定することによって、繰り返し粘着性
能を調べた。また、導電性高分子ゲルを２５ｍｍ×１２
０ｍｍに切り出したサンプル片を用いて、ＪＩＳ粘着テ
ープ・粘着シート試験法Ｚ０２３７−１９８０に記載の
９０度引き剥がし法によって、粘着力Ｋ（ｇ）を測定し
た。この結果を表１に示す。

【００３３】一方、比較例１・２として、また、導電性
高分子ゲルの各組成の重量％であるＡ，Ｂ，Ｃ，Ｄ，
Ｅ，Ｆ，Ｇの各値を変更した。また、比較例３・４とし
ては、実施例１〜６で用いた１００％アクリルアミドモ
ノマーを４８％アクリル酸ナトリウム水溶液に変更し、
これをＡ（重量％）用いた。これ以外の原料は、実施例
１〜６で用いたものと同一のものを用い、その重量％の
みを変更した。また、比較例５として、市販のセグメン
ト化ポリウレタン系導電性高分子ゲルをサンプル片とし
た。

【００３４】これら比較例１〜５についても、実施例１
〜６同様、上記のインピーダンス測定法によるインピー
ダンスＨ（Ω）、上記垂直引っ張り法による粘着力Ｉ
（ｇ）、上記のように５０回繰り返した後の粘着力Ｊ
（ｇ）、および、上記９０度引き剥がし法による粘着力
Ｋ（ｇ）を測定した。この結果を表１に併せて示す。

【００３５】

【表１】

【００３６】（乾燥性）次に、導電性高分子ゲルの実施
例１・３、比較例２・４のサンプル片について、気温２
３℃および湿度６５％の条件下で静置し、重量％の経日
変化およびインピーダンスの経日変化を測定した。この
結果を表２に示す。

【００３７】

【表２】

【００３８】上記の結果から、インピーダンスは実施例
１〜６および比較例１・２では良好であり、比較例３〜
５では不良であることが分かる。

【００３９】また、粘着力は、実施例１〜６では、垂直
方向・９０度方向ともに十分な大きさが得られており、
かつ、繰り返し粘着による粘着力の低下が見られない。
比較例１・２では、９０度方向の粘着力が低く、また、
繰り返し粘着による粘着力の低下が見られる。比較例３
・４では、９０度方向の粘着力が低い。比較例５では、
繰り返し粘着による粘着力の低下が見られる。

【００４０】また、乾燥性は、実施例１、３ではほとん
ど重量％の低下もインピーダンスの増大もほとんど起こ
らず、良好であった。比較例２では、重量％の低下がみ
られ、インピーダンスの増大もみられ、不良であった。
比較例４では、インピーダンスの増大もみられ、不良で
あった。

【００４１】実施例１〜６のように各組成を調整しても
良好な結果が得られており、このことは、皮膚に合わせ
て粘着力を良好に調整することが可能であることを示し
ているといえる。

【００４２】

【発明の効果】以上のように、本発明の請求項１記載の
刺激電極用導電性高分子ゲルは、架橋されたポリアクリ
ルアミド系高分子１３〜３０重量％中に、電解質中性塩
類２〜１５重量％、多価アルコール２０〜６５重量％、
水１６〜３０重量％が均質に含有されている構成であ
る。また、請求項２記載のゲルパッドは、上記請求項１
記載の刺激電極用導電性高分子ゲルからなる構成であ
る。また、請求項３記載の生体用電極は、請求項１記載
の刺激電極用導電性高分子ゲルまたは請求項２記載のゲ
ルパッドと、電極素子とからなる構成である。

【００４３】それゆえ、例えば１人の人についてはこの
ゲルパッドの付いた電極素子１枚を１回だけの使用で捨
てることなく繰り返し使用できるので、１つの電極素子
を有効に利用できるという効果を奏する。

【００４４】また、繰り返し粘着による粘着力の低下が
少ないという効果を奏する。

【００４５】また、粘着力を調整することが可能である
という効果を奏する。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の一実施例の導電性高分子ゲルのインピ
ーダンスを測定する回路図である。

【符号の説明】

１信号発生機２同軸ケーブル３抵抗器４ａ・４ｂゴム電極５サンプル片６オシロスコープ７同軸ケーブル

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】架橋されたポリアクリルアミド系高分子１
３〜３０重量％中に、電解質中性塩類２〜１５重量％、
多価アルコール２０〜６５重量％、水１６〜３０重量％
が均質に含有されていることを特徴とする刺激電極用導
電性高分子ゲル。
【請求項２】請求項１記載の刺激電極用導電性高分子ゲ
ルからなることを特徴とするゲルパッド。
【請求項３】請求項１記載の刺激電極用導電性高分子ゲ
ルまたは請求項２記載のゲルパッドと、電極素子とから
なることを特徴とする生体用電極。