JPS61115578A - イオン浸透器 - Google Patents

イオン浸透器

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JPS61115578A
JPS61115578A JP59237417A JP23741784A JPS61115578A JP S61115578 A JPS61115578 A JP S61115578A JP 59237417 A JP59237417 A JP 59237417A JP 23741784 A JP23741784 A JP 23741784A JP S61115578 A JPS61115578 A JP S61115578A
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ions
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Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 本発明は、生体外から生体に必要な鉱物イオンを選択的
に浸透せしめるイオン浸透器に関する。
人体等動植物の生体内には、細胞構成物質が所定濃度含
有されており、そのバランスがくずれると正常な生体機
能が維持できなくなる。たとえば、動物細胞の内外では
ナトリウム、カリウムイオン濃度比(Na”)/(K+
3がそれぞれ異なる一定値に呆たれており、細胞内のナ
トリウムイオン濃度が高まると血圧が上昇し、逆にカリ
ウムイオン濃度が高まると血圧が降下するという性質が
ある。
また、植物細胞中のマグネシウムイオン濃度が低下する
と葉緑素の生成が阻害され、成育異常をきたす。同様に
動物細胞の鉄イオンや銅イオン濃度が低下すると貧血を
おこす。これら元来生体内に含有されている元素の濃度
調節の他に、通常、生体内組織に含まれていないが、生
体の自己活性化を促すという意味で重要な元素もある。
たとえばインターフェロンやマクロファージの誘起剤と
して最近注目されているゲルマニウムイオンやシリコン
イオンなどである。これら元素は選択的に適当濃度生体
内に取込まれるならば、治療上好ましし1゜ 上記したような必要元素イオンの生体内摂取は、従来食
物や薬品類の内服または養分の根からの吸収や注射・塗
布などの外用によって行なわれてきた。しかし、生体細
胞膜や原形質膜を通じての吸収は生体機構の範囲内で行
なわれるため限界がある。注射などの直接注入法も生体
皮膚内に所定の薬品類を搬入するという意味では効果的
であるが、注入された薬品の生体細胞内への吸収という
点では生体メカニズムが働くため、必らずしも効果があ
がらない場合がある。このような問題点を解決し、生体
外から必要な鉱物イオンを生体細胞内に選択的に供給す
るために、本発明者は一種の生体電池現象を利用した「
鉱物イオン浸透器」を先に出願した。(特願昭59−1
07611号)。      ゛先願発明においては、
所望の被浸透イオンを発生する導電性鉱物と該鉱物より
も高い標準単極電位を有する導電性鉱物を直接あるいは
間接的に電気的に接続し、前記2種類の導電性鉱物面を
各々生体皮膚面に圧触せしめて生体を介した閉回路を形
成することにより酸化還元反応を利用した鉱物イオンの
発生とイオンの生体内浸透を可能とした。
この場合、被浸透イオンの発生と発生イオンの生体内浸
透は前記2種類の導電性鉱物間の標準単極電位差に依存
するので、その作用を一段と効果的に促進するには、被
浸透イオンを発生する導電性鉱物側が正に偏倚されるよ
うな向きに前記2種類の導電性鉱物間に直流電源を接続
することが、きわめて有効である。
前記酸化還元反応は上記2種類の導電性鉱物電極直下の
生体皮膚内でもっとも顕著に生じ、標準単極電位のより
高い陽極下では生体内に含有されている鉱物イオンが還
元され、逆に標準単極電位のより低い゛陰極下では被浸
透イオンの発生(すなわち酸化反応)と発生イオンの生
体内浸透拡散がおきる。
ところで、生体は皮膚面を介しても温度調節や新陳代謝
(皮膚呼吸や発汗など)を行なっており、また絶えず皮
膚面は外界にさらされているので。
皮膚面における水素イオン指数(pH)は変化しゃ  
    (。
すい。浄化された皮膚面(上皮)はほぼ中性に近いが(
ごく弱いアルカリ性)1発汗などで体内より老廃物が送
出されると含有されている尿酸をはじめとする各種弱酸
性物質の作用で皮膚面はPH6程度の弱酸性どなる。ま
た、汗の成分にはpHを調節するためのアンモニアなど
アルカリ性物質も含まれており、その化学的組成は弱酸
性物質とアルカリ性物質の複雑な混合物である。従って
、生体皮膚面に圧触された金属類はその影響を受ける。
とくにイオン化傾向の大きな卑金属は、これら化学物質
を溶解した水溶液(すなわち汗など)と接触することに
よって容易に酸化され表面が酸化膜で被覆されやすい。
このような酸化反応は温度が高い程、また汗や老廃物中
に含まれる酸性、アルカリ性化学物質濃度が高い程顕著
に進行するから、人体等咄乳動物皮膚面ではとくに目立
ってくる。酸化された金属面では標準単極電位が低下し
て、生体電池作用は阻害される。このために、前記した
先願の「鉱物イオン浸透器」のうちイオン化傾向の比較
的大きな卑金属類(標準単極電位の比較的低い鉱物)を
利用した浸透器は長時間連用に耐えないという欠点があ
った。浸透器を構成する2種類の導電性鉱物電極のうち
陰極では、皮膚接触原子面がイオン化されて発生したイ
オンが生体内へ浸透していくため、その都度新鮮な原子
面が露呈する。したがって、比較的劣化は小さいが、陽
極原子面は体内金属イオンの析出がおきない場合絶えず
同−原子面が皮膚表面に接触しているため。
とくに酸化されやすい。これら酸化物の一部は生体皮膚
面を刺戟して「かぶれ」など好ましからざる影響を生体
に与えることもある。
本発明は、このような先願「鉱物イオン浸透器」のもつ
問題点を解消するために行なわれたものである。
この目的を達成するために、本発明では鉱物イオン浸透
器を構成する2種類の導電性鉱物電極のうち陽極(標準
単極電位のより高い金りを貴金属(白金、金、銀、ロジ
ウム、イリジウム、パラジウムおよびこれらの合金)で
形成した。貴金属は一般にpH変化に強く化学的に安定
なため、以下の実施例で示すように長時間連用しても劣
化がみられないという特長を示すだけでなく、標準単極
電位が高いため陰極構成物質との電位差が大きくなり、
したがって生体に浸透するイオン濃度が高くなるという
利点がある。陽極貴金属は塊状で用いることも可能であ
るが、他の導電性物質上に蒸着等の手法によって薄膜状
に形成して用いてもよい。
以下本発明を実施例に基づいて詳しく述べる。
(実施例その1) 直径5mi+、平坦部厚み2mm、雌部最大厚みIII
IIllのゲルマニウム円錐状ペレット(純度99.9
99%)1を用意し、その平坦部外周に厚さ1mm、高
さ2mmの絶縁性セラミクス2から成るリングを密着さ
せた。更に該セラミクスリングの外周に厚さ2mn+。
高さ2+omのゲルマニウムより標準単極電位の高い金
Mc3から成るリングを密着させた。この3重ペレット
の非円錐側底面に、厚さ約3000 Aのアルミニウム
膜4を、該底面においてゲルマニウム濃度ッ1−1と金
属3とが電気的に接続する如く蒸着し、蒸着面に粘着性
テープ5を貼布した。該粘着性テープ5が皮接手段とな
る。金属3を純銅としだ場合(ケースA)と、純金とし
た場合(ケースB)の皮接具を作り、生体皮膚への装着
比較実験を行なった。
イヌの右肢モモ部の毛を注意深く剃った後、この部位の
皮膚面に上記皮接具をゲルマニウム1および金属3が同
時に皮接される如く圧着した。装着試験は8枚体を用い
、4検体ずつケースA、ケースBの被験体とした。いず
れの検体も皮接具の装着前は被装着個所をアルコールで
洗浄し、皮膚面を洗浄にしてから皮接した。上記皮接具
を装着した個所直下10II11前後の深さにある静脈
より1時間経過にともなって、繰返し一定量(2cc)
の採血を行ない、血液中のゲルマニウム濃度を調べた。
実験開始前の血液検査では8枚体とも血中のゲルマニウ
ム濃度は検出限界以下であった。装着実験は360時間
継続したが、この間8枚体とも皮接具を装着したままで
あった。血中のゲルマニウム濃度の時間経過をケースA
、ケースBの各々につい      (て図示したのが
第2図である。図の数値は4検体の平均値を示す。第2
図から明らかなように、陽極側金属として銅を用いた場
合(ケースA)は。
実験開始後216時間で、ゲルマニウムの血中濃度がほ
ぼピーク値(約10100ppに到達し、それ以降濃度
は減少した。これに対して陽極側金属として金を用いた
場合(ケースB)は、実験開始後約360時間で血中ゲ
ルマニウム濃度に飽和がみられるが、その値は250p
pm以上にも達している。実験終了後各検体から皮接具
を取りはずし、皮接具の金属面を調へてみると、金属3
として銅を用いたケースAの皮接具ではM陽極の表面が
黒ずんでおり、また一部青緑色に変色していたが、全陽
極に変化は認められなかった。したがって、第2図のケ
ースAにおける血中ゲルマニウム濃度曲線のピークは。
主として銅陽極の表面酸化による起電力の低下が原因で
あると考えられる。また、ケースAとケース已における
血中ゲルマニウム濃度の差異は、用いた陽極金属の雰囲
気安定性の差および標準単極電位の差に起因するものと
考えられる。
第2図は、鉱物イオン浸透器における貴金属陽極の優位
性を端的に示している。
(実施例その2) 第3図に示したように1c+s角、厚み0 、5+nm
のSn仮6およびこれより標準単極電位の高い金属3よ
り成る板を銅線7でハンダ付けし、2n+a+間隔をあ
けて銅線7を含む上記2枚の金属板をパンソウコラ5で
貼布固定したにの皮接具をマウスに装着してイオンの浸
透効果を調べた。マウス下肢の毛を注意深く剃り、アル
コール浄化をした後、該部に金属3の種類を変えた皮接
具を装着した。金属3をロジウムとした場合(ケースC
)、パラジウムとした場合(ケースD)、金銀1対1合
金(A u50at%、 Ag50at%)とした場合
(ケースE)。
銅とした場合(ケースF)の各々についてマウス3検体
を用意し、はぼ同時に上記皮接具を装着した。装着後2
80時間を経過して各皮接具を取りはずし、直ちにSn
板6直下のマウス下肢肉(表皮下約5IDI11の深さ
迄)を摘出して分析し、含有錫濃度の測定を行なった。
その結果、金属3の種類によって第1表に示したような
濃度差が検知された。
表中の数値は各ケースとも3検体の平均値を示した。皮
接具を装着しなかったマウスの下肢肉からは 第1表  マウス下肢肉に含有される錫の濃度Snが検
出されなかったので(検出限界以下)、この結果は皮接
具による鉱物イオン浸透効果を示していると考えられる
が、金属3としてイオン化傾向の比較的大きい銅を用い
た場合(ケースF)の含有錫濃度は目立って低い。実験
終了後書皮接具の金属部分を点検すると、Sn板6の表
面は一様に暴りを生じていたが、ケースCのRh @ 
1771およびケースDのPd陽極には全く変化がみら
れなか!     った。ケースEのAu/Ag合金陽
極は若干黒ずんでいた。UたケースFのCu陽極は金属
光沢を失なう程度に黒化度が著しく、一部は青緑色化し
ていた。ケースFではマウス装着部に一部「ただれ」が
みられたにれらは、マウス生体皮膚面における代謝作用
に原因して合金中のAgやCuが酸化した結果である。
とくに、イオン化傾向の大きい鋼の酸化が甚しく、この
ために皮接具装着後の早い時期に生体電池作用が失効し
てSnイオンの発生浸透が抑制された結果ケースFでは
含有濃度が目立って低くなったものと推定される。
前実施例同様第1表の結果も貴金属陽極採用によるすぐ
れた効果を示している。なお、貴金属陽極間において錫
の浸透作用に差がみられるのは、標準単極電位の差によ
るものと考えられる。
(実施例その3) セレン化銅8およびこれより標準単極電位の高い金属3
よりそれぞれ成る2つの球(直径3 mm)を第4図の
如くハンダ9を用いて溶接連結し、地主しているフキの
茎に、パンソウコラ5により強く圧着してイオン浸透実
験を行なった。
金属3を純銅とした場合(ケースG)、白金と    
  やした場合(ケースH)、および直径3++nの銅
球表面にスパッタリング法を用いて被覆した厚さ約30
00 Aのイリジウムとした場合(ケース■)の各々に
ついて5検体ずつを用意し、はぼ同時に装着して200
時間経過後のイオン浸透状況を調べた。
実験終了後皮接具を検体からはずし、直ちに装着品領域
を含む長さlcn+の茎を切取り装着しなかった比較検
体の茎と共に物理分析によって、茎中の含有セレン濃度
を測定した。各ケースに付き用意した5検体の平均セレ
ン濃度を第2表に示した。
皮接具を装着しなかった比較検体に含有されるセレ4ン
濃度は検出限界(1ρρm)以下であった。
どの皮接具を用いた場合においても検体中にセレンの含
有が認められたことは「鉱物イオン浸透器」の有用性を
示すものである。
第2表 皮接具装着フキの茎に含有されるセレン濃度す
なわち、これら皮接具セレン化銅陰極8直下で化合物イ
オンCu2Seが発生してフキ茎内に浸透拡散し、フキ
水液中でCu2Seイオンが更にCuイオンとSsイオ
ンとに電離したものと考えられる。その一方で陽極金属
3直下のフキ茎内では、フキに含有されている鉱物イオ
ン(たとえば銅イオン)の還元が生じているはずである
。しかし、第2表のデータが示す如くケースGとケース
H(あるいはケース■)とを比較するとフキ含有のセレ
ン濃度に著しい差異がみられる。この原因は主に皮接具
に用いた陽極金属3の安定性にあると考えられる。実際
フキから取りはずした皮接具の金属面を点検すると、ケ
ースGの銅陽極は黒化していたのに比べて、ケースH,
Iの貴金属陽極には全く変化がみられなかった。含有セ
レン濃度の差が非常に大きいことから考えると、銅陽極
は装着後のかなり早い時期に酸化されたため生体電池機
能が停止し、セレン化銅イオンのフキ茎内への浸透が阻
止されたと予測される6フキの生体機構が働くので、一
旦かなり高濃度に浸入したセレンイオンは実験期間後半
で排出されたものと考えられる。
(実施例その4) 一方、第4図に示した皮接具に、直列可変抵抗IOを介
してセレン化銅8側が正に、金属3側が負に偏倚される
如く直流電源11を付勢し、第5図に示したような構成
の皮接具を作った。第4図の皮接具とイオン浸透効果を
比較するために、陽極金属3を前実施例ケースHと同じ
白金とし、これを他生じているフキの茎に圧接装着して
浸透実験を行なった。
該皮接具をセレン化銅8および金属(白金)3が同時に
フキ茎に圧着するごとくパンソウコラ5デ皮接した後、
可変抵抗lOを操作してフキ茎を含む閉回路に約1mA
の電流が流れるように偏倚した。装着後200時間を経
て皮接具をとりはずし。
装着部を含む長さ1cmの茎を切りとって分析を行なっ
た所、5検体のいずれにおいても含有セレン濃度は10
000pp+s以上に達し、外部電源付勢が本発明皮接
具によるイオン浸透にきわめて効果的であることが示さ
れた。
以上実施例で詳細に述べたように、本発明の皮接具は貴
金属陽極の採用によって生体に対する選択的なイオン浸
透を安定、無害、効果的に行なうことを可能にした。本
発明の皮接具を用いることによって、生体の成長促進や
治療、あるいは金属イオン交換を生体外から長期間連続
的に行なうことができる。なお上記実施例は、本発明の
一部について述べたものであり、本発明の皮接具を生体
皮膚面の一部だけでなく全体にわたって適用すれば、生
体内のイオン濃度調節がより速やかに行ない得ることは
自明である。
【図面の簡単な説明】
第1図、第3〜第5図は、本発明それぞれ別の一実施例
で用いられる皮接具主要部断面を示す図であり、第2図
は第1図に示した皮接具を用いた実験データを示す。 図において、1・・・ゲルマニウムペレット、2・・・
絶縁セラミクス、3・・・被浸透イオンを発生する鉱物
より標準単極電位の高い金属、5は粘着テープ    
   (゛(たとえばパンソウコラ)、6・・・Sn板
、7・・・銅線、8・・・セレン化銅、9・・・ハンダ
、11・・・直流電源である。 特許出願人  株式会社 ボリトロニクス東京電子材料
工業株式会社 代理人弁理士 秋  本  正  実 第1図 第2図 蓑墨穆n軽過時藺t (hrs) 第3図 第5図 手続補正書(自発) 昭和40年4月4日 特許庁 長 官 志 賀   学  殿1、事件の表示 昭和!2 年特願第JJ74!/7号 2、発明の名称 イオン浸透器 3、補正をする者 住所(居所)株式全社 ポリトロ品クス8、補正の内容
  別紙のとおり (1)  特許請求の範囲を下記の通り補正する。 「特許請求の範囲 1、標準単極電位を異にする2種類の導電性鉱物間を電
気的に接続した導電体と、麟l生拉輩1襄韮た皮接手段
とから成り、前記2種類の導電性鉱物のうち標準単極電
位のより高い鉱物(以下甲と称する)が白金、金、銀。 ロジウム、イリジウム、パラジウムから成る群より選ん
だ1種類またはこの群に含まれる金属の合金であり、標
準単極電位のより低い鉱物(以下乙と称する)が被浸透
イオンの発生星生芝虹直旦友工甲および乙が各々生体に
皮接して用いられるイオン浸透器。 2、特許請求の範囲第1項記載の2種類の導電性鉱物間
に、乙を正に甲を負に偏倚するような向きに直流電源を
接続したイオン浸透器。」 (2)本願明細書第2頁17行の「元素」を「半導体元
素」に補正する。 (3)本願明細書第3頁13行〜14行を下記の通り補
正する。 「出願した(特願昭59−107611号)。 本願発明は、前記したような生体に有用な半導体イオン
を生体細胞内に選択的かつ効果的、長期安定的に供給す
るためなされたものである。先願発明同様本願発明も生
体電池作用を利用している。 先願発明においては、所望の被浸透イオンを発」 (4)本願明細書4頁8行〜14行を下記の通り補正す
る。 「 上記′2種類の導電性鉱物のうち、標準単極電位の
より低い鉱物乙が半導体単結晶である甲乙間の電気的接
合は1本願発明の目的に叶う効果的なイオン浸透器を構
成する。すなわち、第6図で示すように標準単極電位の
より高い導電性鉱物中が金属や炭素などの非金属導電体
である場合((a))においても、甲が半導体結晶であ
る場合((b))においても、甲乙間の電気的接合面に
は、電位障壁が発生する。第6図では簡単のために乙は
非ドープn型半導体単結晶、甲がP型半導体単結晶であ
るとしたが、勿論、これ以外の導電型組合せも同様であ
る。第6図(a)の場合界面にはいわゆるショットキー
障壁が、(b)の場合界面にはヘテロ接合障壁があり、
甲乙の伝導帯底(エネルギーEc)はいずれの場合も界
面で不連続となり、乙の界面領域にはキャリアの空乏層
が広がっている。第6図はこの接合を含む電気回路が閉
じていない場合(熱平衡状態にある場合)のエネルギー
バンドダイヤグラムを示すが、皮接手段によって甲、乙
が共に生体皮膚面に圧着されて導電性閉回路が形成され
ると、第7図の如く甲の陽電極効果によって甲乙界面の
電位障壁は低くなり、乙の伝導帯から甲へ多数キャリア
電子が流入する。甲へ       (・流入した電子
は圧着点を介して甲より生体皮膚面経由で生体内へ流入
する。(b)の場合乙から甲に流入した電子の一部はp
型半導体結晶中の内部で正孔と再結合消滅する。生体内
では甲の直下領域で注入された電子による含有鉱物イオ
ン(たとえばFe’+イオン)の還元反応(Fe”−+
Fe”)が生ずる。しかし、陰極(乙)側への生体から
の電子の流入はない。これは第7図(a)、 (b)で
示すように生体皮膚面と乙との界面に形成されているシ
ョットキー障壁が甲の陽電極効果で逆方向に偏倚される
結果、この高い電位障壁に妨げられて電子が界面にたま
るためである。半導体結晶乙から流出した電子および正
孔(乙と生体皮膚面との界面の充満帯エネルギーバンド
Evの傾斜によって正孔は乙から生体皮膚面へ流出する
)を補給するために、半導体結晶6内では主として外部
から熱エネルギーや光エネルギーを受けて欠陥準位Ed
が活性化し、図のようなプロセスで電離が生ずる。電離
によって生成した電子、正孔はそれぞれ濃度拡散によっ
て矢印の方向に流れるが、半導体結晶乙は生体との接触
面で生体の触媒作用を受けて不安定な状態にあるため、
生体との界面領域に流れた正孔の一部はキャリアとして
生体皮膚面に流入するのではなく、゛正孔を含む生体接
触原子面(すなわち陽イオン面)が陽イオンとして結晶
格子から解離し生体内に浸出する。半導体結晶乙から解
離した陽イオンは濃度拡散によって生体内に浸透する。 以上、エネルギーバンドダイヤグラムを用いて説明した
ように、標準単極電位を異にする2種類の導電性鉱物の
電気的接合が、標準単極電位のより低い導電性閉回路と
して半導体単結晶を選んで構成された場合には、界面で
のエネルギーバンド不連続が原因して半導体結晶6内で
電離を生じ、正孔が生体皮膚面との界面に流れて界面領
域に陽イオン原子面を形成すりため、被浸透イオン(陽
イオン)が発生しやすい。しかし、標準単極電位を異・
 にする2種類の導電性鉱物が共に非半導体結晶(たと
えば2種類の金属や1種類の金属と1種類の炭素など非
金属鉱物)の場合には、第8図に示す如く生体への装着
によって、連続的なエネルギーバンド(伝導帯)傾斜を
生ずるため、乙→甲→生体→2という閉回路に沿って電
子流が流れる。この結果、乙と生体皮膚面との界面領域
の乙原子面は生体から供給される電子によって中性化さ
れるため陽イオン化割合が非常に小さくなる。すなわち
、このような組合せは電流源としては有効であっても、
イオン源としておまり有効ではない。 なお、第6,7図では半導体結晶乙を単結晶として扱っ
たが、粒界サイズが少数キャリアの拡散長に比べて充分
大きな(少数キャリア拡散長の10倍以上ある)多結晶
でも、単結晶類似の陽イオン発生効果が得られる。しか
し、粒界サイズが小さな多結晶や内部歪を包含した多結
晶(たとえば混合焼結体など)の場合は結晶内部の粒界
が活性であり、再結合中心として作用するので、第2図
の如き電離プロセスで発生した電子−正孔対が粒界にと
らえられ、正孔が生体皮膚面との界面へ流れて陽イオン
を発生するという機構に寄与することができない。した
がって、このような場合乙は陽イオン源として不適切で
ある。」 (5)本願明細書第7頁10行の「ゲルマニウム円錐状
ペレット」を「非ドープn型単結晶ゲルマニューム円錐
状ペレット」に補正します。 (6)本願明細書第10頁2行のr厚み0.5mのSn
Jを「厚゛み0.Snwmの平均粒界サイズが200μ
mである多結晶SnJに補正する。 (7)本願明細書第12頁13行の「セレン化銅8」を
「セレン化銅単結晶8」に補正する。 (8)本願明細書第15頁2行の「セレン化銅8」を「
セレン化銅単結晶8」に補正する。 (9)本願明細書第托頁15行を下記の通り補正する。 「実験データを示す図、第6図(a) 、 (b)、第
7図(a)、(b)、第8図は本発明の説明図である。 」(・(10)図面第6図(a)、(b)、第7図(a
)、 (b)、第8図を追加する。         
  以上補正図面 (a) (b) 補正図面 第7図 (a) ::1 (b) 補正図面 第 81!I 手続補正書(自発) 昭和60年7月 8日

Claims (1)

  1. 【特許請求の範囲】 1、標準単極電位を異にする2種類の導電性鉱物間を電
    気的に接続した導電体と皮接手段とから成り、前記2種
    類の導電性鉱物のうち標準単極電位のより高い鉱物(以
    下甲と称する)が白金、金、銀、ロジウム、イリジウム
    、パラジウムから成る群より選んだ1種類またはこの群
    に含まれる金属の合金であり、標準単極電位のより低い
    鉱物(以下乙と称する)が被浸透イオンの発生源であり
    、甲および乙が各々生体に皮接して用いられるイオン浸
    透器。 2、特許請求の範囲第1項記載の2種類の導電性鉱物間
    に、乙を正に甲を負に偏倚するような向きに直流電源を
    接続したイオン浸透器。
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