KR101966121B1 - 용량성으로 결합되는 생체 의료용 전극에 있어서 오버차지 보호를 제공하는 시스템 및 방법 - Google Patents

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Abstract

합성물을 통한 용량성 결합을 제공하는 교대 전기장 반응성 생체 의료용 합성물이 개시된다. 생체 의료용 합성물은 결합제 물질, 결합제 물질 내에 상당히 분산된 극성 물질, 및 결합제 물질 내의 전기적 전도성 입자들을 포함한다. 극성 물질은 교대 전기장의 존재에 대해 반응하고, 전기적 전도성 입자들은 합성물이 오버차지되지 않거나 될 때까지는 합성물을 통해 전도성 네트워크를 형성할 만큼 충분한 농도가 아니다.

Description

용량성으로 결합되는 생체 의료용 전극에 있어서 오버차지 보호를 제공하는 시스템 및 방법{SYSTEMS AND METHODS FOR PROVIDING OVERCHARGE PROTECTION IN CAPACITIVE COUPLED BIOMEDICAL ELECTRODES}
본 발명은 2011년 10월 13일에 제출된 미국 특허 출원 제 13/272,545 호에 의해 우선권을 주장하며, 그 전체가 참조로서 본원에 포함된다.
본 발명은 일반적으로 생체 의료용 애플리케이션을 위한 물질의 한쪽 측면 상의 전기장에 반응하여 물질의 다른 측면 상에 전기장을 제공하는 것과 관련되어 사용되는 전도성 및 비전도성 물질에 관한 것이다.
생체 의료용 애플리케이션을 위한 전도성 감압 접착제(pressure sensitive adhesive)(PSA)의 디자인은 적어도 접착 강도와 유연성이 일반적으로 전기 전도성이 증가할수록 감소하기 때문에 오랜동안 도전 과제를 제시해 왔다. 양호한 전기적 전도성을 제공하도록 전형적으로 사용(즉, 추가)되는 물질은 일반적으로 덜 유연하고 접착성을 억제한다. 전도성 코팅을 행하는 종래의 방식은 중합물질을 전도성 입자 예를 들면, 그래파이트(graphite), 은, 구리 등으로 채우고 이어서 중합성 결합제(binder)를 코팅하고 건조시키고 보존 처리(cure)하는 것이다. 이 경우에, 전도성 입자는 입자가 각각 적어도 하나의 다른 이웃하는 입자와 물리적으로 접촉할 때 전도성 네트워크가 형성되는 그러한 농도(concentration)이다. 이러한 방식으로, 전도성 경로가 합성물(composite)을 통해 제공된다.
그러나 감압 접착제(PSAs)에 대하여, 입자 농도가 입자 대 입자 접촉이 유지되는 네트워크를 형성할 정도로 높으면, PSA 요소(component)의 중합성(예를 들면, 엘라스토머) 시스템이 기판과 전극 사이의 표면 대 표면 접촉을 형성하도록 즉 접착제로서 기능하도록 유출(flow out)될 만큼 충분히 높은 농도로 존재할 가능성이 거의 없다. 반대로, PSA 요소가 기판과 충분한 표면 접촉이 이루어질 만큼 충분한 농도이면, 이것이 인근의 전도성 입자를 차단하여 입자 대 입자 접촉이 차단될 것이다.
다른 타입의 전기적 전도성 PSA는 PSA의 두께와 같거나 큰 직경을 갖는 전도성 구형 입자를 포함한다. 이러한 방식으로 신호 또는 전류는 입자의 표면을 따라 전달될 수 있고, 따라서 접착제의 Z 차원에 있어서 전류 흐름을 이방성으로 제공한다. 그러한 합성물은 생체 의료용 접착제를 위해 사용될 수 있는 종래 기술에서 보여지지 않는다.
소듐 또는 염화칼륨과 같은 염은 수분성 매질 내에 있을 때 쉽게 용해되고, 그들의 이온은 분리된다(양과 음이온으로 분리된다). 이때 분리된 이온은 전기 전류 또는 신호를 이송할 수 있다. 이러한 이유 때문에, 염은 오랜동안 물에 추가되어 왔고, 그런 다음 그것은 양호한 전기 전도성을 제공하도록 중합성 및 탄성 중합물질에 추가될 수 있다. 예를 들면, 미국 특허 제 6,121,508 호는 생체 의료용 전극으로 사용하기 위한 감압 접착제 하이드로겔을 개시한다. 겔 물질은 적어도 물, 염화칼륨, 및 폴리에틸렌 글리콜(polyethylene glycol)을 포함하도록 개시되어 있고, 전기적으로 전도성인 것으로 개시되어 있다. 또한, 미국 특허 제 5,800,685 호는 물, 염, 개시제(initiator) 또는 촉매 및 가교제(cross linking agent)를 포함하는 전기 전도 접착성 하이드로겔을 개시한다. 그러나, 그러한 하이드로겔의 사용은 또한 상대적으로 비싼 은/염화은과 같은 이온 전도성 차지를 수용할 수 있는 하이드로겔의 한쪽 측면(환자로부터 떨어진)에 전도성 표면의 사용을 일반적으로 필요로 한다.
이러한 하이드로겔/접착제가 양호한 전기적 전도 특성을 가질 수 있지만, 그것들은 종종 오직 괜찮은(fair) 접착 특성만을 갖는다. 다른 단점은 전기 전도성이 증발에 의해 유발되는 변화와 같이 물 함유 변화에 의해 변화하여, 하이드로겔이 사용 전에 밀봉되어 유지되어야 하고, 그런 다음 증발 때문에 제한된 기간 동안만 사용되어야 한다는 점이다.
미국 특허 제 7,651,638 호는 중합물질 및 중합물질 내에 상당량 분산된 극성 물질(염과 같은)을 포함하는 물 저민감성 교대 전류 반응성 합성물(water insensitive alternating current responsive composite)을 개시한다. 그러나, 극성 물질은 이온 전도를 통한 전기 전도성을 제공하도록 사용되지는 않는다. 중합물질 및 극성 물질은 두 물질 각각이 각 물질 내에서 끌어당기는 것과 실질적으로 동일한 상호 인력을 보이도록 선택된다. 이 때문에, 극성 물질은 중합물질의 표면에 함께 엉기거나(clump) 블룸(bloom)하지 않지만, 중합물질 내에 유지된 채로 남아있다. 이것은 이러한 염을 예를 들면 정전 방전(static discharge)을 위해 표면을 따라 전도성 층(layer)을 제공하도록 표면에 블룸하도록 의도된 다른 애플리케이션에서 사용하는 것과 반대이다.
그러나, 미국 특허 제 7,651,638 호의 합성물은 유전성(dielectrics)을 유지하고 높은 저항을 가지므로, 물질의 높은 저항 때문에 인간을 대상으로 전기 자극[제세동(defibrillation) 및/또는 경피성(transcutaneous) 전기 신경 자극 등]을 제공하는 것과 같은 어떤 애플리케이션에 사용하기에 적절하지 않다. 또한 신호 감지 접착제의 이러한 타입은 제세동 과부하 복구(DOR)와 관련된 AAMI EC12-2000 - 4.2.2.4에 따라 시간적으로 충분히 적절한 방식으로 차지 과부하를 소멸시킬 수 없다. 이러한 물질은 따라서, 제세동 차지가 환자에게 인가된 후에, 신호가 이를 통해 검출될 필요가 있는 모니터링 전극으로서 사용하기에 적합하지 않다. AAMI EC12-2000 - 4.2.2.4를 패스하지 못하는 것은 용량성으로 결합된 이러한 접착제의 높은 임피던스 때문이다.
미국 특허 제 7,651,638 호
따라서, 양호한 전기적 성능 및 양호한 접착 특성을 유지하기 위해, 전도성 입자의 사용이 최소화되는 한편 접착 특성을 유지하도록 대표 신호 및/또는 전류를 생체 의료용 전극에서 적어도 PSA의 Z 차원을 통해 전도하는데 사용하기 위한 합성물에 대한 필요성이 남아있다.
실시형태에 따르면, 오버차지 보호는 합성물을 통해 전기 전도성 경로를 형성하도록 전기적 전도성 입자를 전기영동(electrophoresis)을 통해 이동하도록 함으로써 제공된다.
다른 실시형태에 따르면, 결합제 물질 및 극성 물질은 상호 분자 혼화성을 보이고 전기 전도성 입자는 결합제 물질 내에 실질적으로 서로 격리된 채로 있다.
또 다른 실시형태에 따르면, 전기 전도성 입자는 분말(powder), 플레이크 과립(flakes granules) 또는 나노 튜브 등의 형태로 탄소 또는 그래파이트일 수 있다.
또 다른 실시형태에 따르면, 본 발명은 전기영동을 사용하는 생체 의료용 전극에 있어서 오버차지 보호를 제공하는 방법을 제공한다.
다음의 설명은 첨부한 도면을 참조하면 보다 잘 이해될 것이다.
본 발명은 실시형태에 따라 합성물을 통한 용량성 결합을 제공하는 생체 의료용 전극에서 사용하기 위한 교대 전기장 반응성 합성물을 제공한다. 합성물은 결합제 물질, 결합제 물질 내에 실질적으로 분산된 극성 물질, 및 결합제 물질 내의 전기 전도성 입자를 포함한다. 극성 물질은 교대 전기장의 존재에 대해 반응하고, 전기적 전도성 입자는 합성물을 통해 전도성 네트워크를 형성할 만큼 충분한 농도가 아니지만 예를 들면 제세동 과정과 같은 경우에 오버차지(overcharge) 보호를 제공할 것이다.
도 1은 전기영동 이전의 발명의 실시형태에 따른 합성물의 예시적인 도식도를 나타낸다.
도 2는 증가하는 생체 의료용 전기장(Vbio +)이 존재하는 도 1의 합성물의 예시적인 도식도를 나타낸다.
도 3은 감소하는 생체 의료용 전기장(Vbio -)이 존재하는 도 1의 합성물의 예시적인 도식도를 나타낸다.
도 4는 오버차지 전기장(Vovercharge)이 존재하는 도 1의 합성물의 예시적인 도식도를 나타낸다.
도 5a-5c는 직류(DC) 오버차지 전기장이 인가된 후 연속적 순간(successive moments)에서의 전기영동 활동을 나타내는 도 1의 합성물의 예시적인 도식도를 나타낸다.
도 6a-6b는 교류(AC) 오버차지 전기장이 인가된 후 연속적 순간(successive moment)에서의 전기영동 활동을 나타내는 도 1의 합성물의 예시적인 도식도를 나타낸다.
도 7은 공통 오버차지 영역에 걸친 오버차지 전기장의 적용예에 따른 본 발명의 합성물의 예시적인 도식도를 나타낸다.
도 8은 다수의 불연속적 오버차지 영역이 형성될 수 있는 것을 가정하고 본 발명의 합성물의 선택적 이방성 성질(nature)을 나타내는 본 발명 합성물의 넓은 영역에 대한 예시적인 도식도를 나타낸다.
도 9는 본 발명의 다른 실시형태에 따른 합성물의 예시적인 도식도를 나타낸다.
도 10a 및 10b는 본 발명의 실시형태에 따른 단일(unitary) 합성물 및 종래 이방성 측정 장치에 있어서의 생체 의료용 센서 출력 데이터의 예시적이고 그래픽적인 대표도를 각각 나타낸다.
도 11 및 12는 서로 다른 확대율에서의 본 발명 합성물의 예시적인 마이크로 사진(micro-photographic views)을 나타낸다.
도 13-16은 본 발명의 다양한 실시형태에 따른 생체 의료용 전극의 예시적인 도식도를 나타낸다.
도 17-18은 전기영동 전 및 후에 탄소 나노 튜브를 사용한 본 발명의 다른 실시형태의 합성물의 예시적인 도식도를 나타낸다.
도면은 예시적 목적만을 위해 나타내었으며 일정한 비율이 아니다.
출원인은 미국 특허 제 7,651,638 호의 합성물이 용량성 결합에 의해 작용하는 것으로 개시되었다 해도, 전도성 입자가 그러한 합성물에 추가될 수 있고 놀라운 결과를 가져온다는 것을 발견하였다; 전도성 입자가 그것들이 전도성 네트워크를 형성하는 그러한 양으로 추가되지 않아도, 합성물이 예를 들면 AAMI EC12-2000 - 4.2.2.2.4에서 사용되는 200볼트 직류와 같은 오버차지 전압에 노출될 때 전기적 전도성 합성물은 전기영동된다. 그러한 과전압 차지(overvoltage charge)는 제세동 과정이 모니터링되고 있는 환자 상에서 수행되면 발생할 수 있다. 전극이 ECG 신호를 다시 픽업할 수 있도록 시간적으로 충분히 적절한 방식으로 전극으로부터 차지를 소멸시키는 것에 실패하는 것은 ECG 신호의 부재 때문에 추가적인 제세동 과정이 종료되게 하는 원인이 될 수 있다. 또한, 전극으로부터 환자로의 용량성 방전은 환자의 피부를 태울 수 있다.
그러나, 오버차지 전압의 존재 시에, 전기적 전도성 입자는 결합제 내에서 이동하여 합성물을 통해 독립적인 전도성 경로를 형성하므로, 합성물을 통하는 저항을 상당히 낮추는 것이 발견되었다. 이러한 작용은 생체 의료용 전극에 오버차지 방지를 제공한다.
임피던스는 AAMI EC12-2000 - 4.2.2.1(교류 임피던스)에 설명된 방법에 의해 측정될 수 있고, 어떠한 단일값에 대해서도 허용된 최대 3000옴 및 2000옴을 초과하지 않는 평균값을 제공한다. 본원에서 사용되는 AC 임피던스 방법은 메사추세츠 말보로의 QuadTech, Inc.에 의해 판매되는 QuadTech 1920 Precision LCR meter를 사용하여 10㎐보다는 20㎐로 조정되었다.
그러나, 중량으로 5%의 탄소 입자만을 포함하는 본 발명의 합성물의 예가 오버차징(overcharging) 이후에 1000옴보다 적은 저항을 갖는다는 것이 발견되었는데, 이것은 그 합성물이 AAMI EC12-2000-4.2.2.4를 패스(pass)하고, 오버차지 전기장에 놓이기 전에는 여전히 미국 특허 제 7,651,638 호에 개시된 용량성 결합 기술에 의해 작용한다는 것을 의미한다. 사실상, 위에서 설명한 바와 같이 극성 물질을 포함하는 중합물질 내에, 무작위로 분산되거나 특정되어 위치하는 겨우 (1%)의 전도성 입자를 추가함으로써, 오버차징 이후에 AAMI EC12-2000 - 4.2.2.1 및 AAMI EC12-2000 - 4.2.2.4를 패스하는 합성물이 형성될 수 있다는 것이 발견되었다. 낮은 저항성의 혼합물(오버차징 이후의)은 2.5%의 전도성 입자를 추가하여 얻어졌고, 더욱 낮은 저항성의 혼합물(오버차징 이후의)은 5%의 전도성 입자를 추가하여 얻어졌다.
본 발명의 다른 측면은 극성 물질의 정렬/이완(aligning/relaxing) 전기장으로부터 대표 신호가 Z 방향으로 나타나기 때문에, 공통된 큰 영역의 물질 상에서 다수의 수용 접촉(receiver contacts)을 포함하는 큰 영역의(x 및 y 방향의) 물질이 사용될 수 있다는 것이다. 따라서, 물질은 센서 접촉(sensor contact)이 교차 신호 감지(cross signal detection) 없이 공통의 조성 물질 상에서 서로 근접할 수 있는 점에서 이방성이다. 또한, 조성 물질은 전기영동에 의해 형성된 전도성 경로가 아래에서 더욱 논의될 바와 같이 서로 분리(discrete)되기 때문에 오버차징 이후에 이방성으로 남아 있다.
결합제 물질(예를 들면, 중합물질 또는 탄성 중합물질), 극성 물질 및 전도성 물질에 대한 요구 조건은 극성 물질 및 전도성 물질 모두 결합제 물질 내에서 함께 엉기지 않거나 결합제 물질의 표면에 블룸(bloom)하지 않는 방식으로 물질들이 상호 작용해야 한다는 것이다. 전도성 물질이 결합제 물질의 표면 에너지와 유사한 표면 에너지를 가지면, 이것은 결합제 물질 내에 머무르지만, 임의의 오버차징에 앞서 물질을 통해 전기 전도성을 제공할 만큼 충분한 농도가 아니다.
예를 들면, 도 1은 결합제 물질(12) 및 결합제 물질(12) 내에 분산된 전도성 입자(14)를 포함하는 본 발명의 실시형태에 따른 합성물(10)을 나타낸다. 도식적인 확대도(16)에 나타낸 바와 같이, 결합제 물질(12)은 분자 스케일로 결합된 중합물질(18) 및 극성 물질(20)을 포함한다. 이것은 예를 들면 용매화되거나 및/또는 액체 분산된 중합물질에 극성 물질(증발성 물/알콜 용액 내의)을 유입하고 물/알콜 용액을 증발시켜 중합물질 내에 극성 물질이 남도록 함으로써 얻어질 수 있다. 본 발명의 실시형태에 따라, 중합물질은 예를 들면,
Figure 112017050802793-pat00001
과 같이 나타낼 수 있는 아크릴계 접착제(acrylic adhesive)일 수 있고, 여기서 R은 변동될 수 있으며 에틸기(ethyl), 또는 부틸기(butyl), 또는 2-에틸헥실기(2-ethylhexyl) 또는 다른 유기 모이어티(organic moiety) 중 어느 것일 수 있고, n은 반복 유닛의 수이다. 예를 들면, 중합물질은 메사추세츠 스펜서의 FLEXcon Company, Inc.에 의해 판매되는 FLEXcon V95 감압 접착제(pressure sensitive adhesive)일 수 있다.
하나의 실시형태에서, 극성 물질은
Figure 112017050802793-pat00002
와 같이 나타낼 수 있는 사차 암모늄염(quaternary ammonium salt)일 수 있고, 여기서 R=H 또는 어떤 탄소 기반 모이어티이며, R 그룹 중 어느 것은 같거나 다를 수 있다. 예를 들면, 극성 물질은 일리노이 시카고의 Akzo Nobel Surfactants에 의해 판매되는 Arquad HTL8-MS 사차 암모늄염일 수 있다.
결합제 물질 및 극성 물질의 결합에 대한 선택의 목적은 그 두 물질 각각이 그들 자신의 분자에 대해 각각의 물질이 갖는 인력과 매우 유사한 상호 인력을 나타내는 것이다. 이것은 극성 물질이 결합제 물질 내에 동질적으로(homogeneously) 분산되는 결과가 된다. 중합물질 및 극성 물질의 결합의 적합성(suitability)은 다음 절차에 의해 확인될 수 있다. 첫째, 극성 물질은 약 5가지 서로 다른 농도(전형적으로 중량으로 약 5%~약 45%)로 중합물질과 결합된다. 이어서 접착제 및 염 합성물은 릴리즈 라이너(release liner)[약 1.5밀(mil)의] 상에 뽑아내지고(drawn), 건조 및 보존 처리(cure)된다. 이어서 합성물의 표면은 짧은 기간 이후 검사된다. 극성 물질이 표면에 결정화되었거나(crystallized out) 블룸되면, 요소(component)의 결합은 적합하지 않다. 반면, 합성물이 깨끗(clear)하면, 이것은 다음 레벨의 적합성 테스트로 보내진다. 이후 샘플은, 샘플이 3일 동안 95%의 상대 습도로 100F에 노출되는 노출 테스트로 보내져야 한다. 이어서 샘플은 극성 물질이 양 표면으로 이동했는지 판별하도록 다시 검사된다. 극성 물질의 이동이 없고 합성물이 깨끗하면, 이어서 합성물에 대한 유전율이 결정되고 합성물은 의료용 모니터링 물질로서 사용하기 위해 테스트된다.
또한 도 1의 도식적인 확대도(16)를 다시 참조하면, 결합제 물질 및 극성 물질은 혼화(compatible)되도록 선택되지만, 그들이 예를 들면 물속에 있는 NaCl에서 일어나는 것과 같은 이온 분리 변화를 겪지는 않는다. 따라서 분자-스케일 극성 물질(20)은 결합제 물질(18) 내에 분산되지만, 극성 물질의 분자 중량 및 접착제의 비프로톤성 매질(non-protic medium)을 고려하면 실제 이온 분리는 거의 또는 전혀 예상되지 않는다.
도 2에 나타낸 바와 같이, 외부 양극 생체 전기장(external positive bio-electric field)(일반적으로 도면 부호 22로 나타낸 Vbio +)이 합성물(10)의 한 측면(24)에 존재할 때, 극성 물질(20)은 확대도에 나타낸 바와 같이 외부 양극 전기장에 따라 정렬되는 것으로 반응한다. 도 3에 나타낸 바와 같이, 외부 생체 전기장이 합성물(10)의 한 측면(24)에서 감소(Vbio -)할 때, 극성 물질(20)은 자유롭게 무작위 방향(orientations)으로 이동한다. 이것이 일어날 때, 양의 차지(Vout+)는 합성물(10)의 제 2 대향(opposite) 표면(26)에 제공된다. 생체 전기장이 없어질 때, 정상 열운동(normal thermal motion) 중인 극성 물질은 무작위 상태로 돌아온다. 해제된 전위는 도면 부호 28로 나타낸 바와 같이 전극에 의해 감지될 수 있다. 따라서 생체 전기장이 Vbio -로부터 Vbio +로 Vbio - 등으로 교대되면, 출력 신호는 Vout +에서 Vout-로 Vout+ 등으로의 대표 교대 신호를 제공한다.
따라서, 표면(26) 상의 전극에서의 전압은 대향 표면(24)에서의 교대 전기장이 있는 데서 교대된다. 이러한 방식으로, 합성물의 제 1 면으로부터의 교대 전기장은 전극(28)에 제공되는 제 2 교대 전기장에 의해 나타내어 질 수 있다. 전기용량은 사이즈(예를 들면, X - Y 평면) 및 전도성 표면 사이의 토탈 거리에 따라 변할 수 있다는 것에 유념해야 한다.
전도성 입자는 결합제 물질이 전도성 입자의 표면을 충분히 적시는 것을 보장하도록 결합제 물질의 표면 에너지보다 적어도 조금 더 큰 표면 에너지를 가져야 한다. 입자(14)의 전도성의 밀도 및 표면 영역은 중요한 고려 사항이다. 출원인은 예를 들면, 가령 약 0.35g/㎤~약 1.20g/㎤ 및 바람직하게 약 0.5g/㎤~1.0g/㎤ 범위의 밀도를 갖는 탄소[예를 들면, 그래파이트 분말(graphite powder), 플레이크(flakes), 과립(granules), 또는 나노 튜브(nanotubes) 등]가 전도성 물질로서 사용하기 위해 적합한 것을 발견하였다. 그래파이트의 표면 에너지는 또한 바람직하게 입자(14)의 표면을 충분히 적시는 것을 보장하도록 결합제의 표면 에너지보다 높다. 상기 예에서, 그래파이트 분자는 55dynes/㎝의 특정 표면 에너지를 갖고, 상기 개시된 결합제는 40dynes/㎝보다 작은 표면 에너지를 갖는다.
도 4는 과전압 차지(30)(Vovervoltage)가 존재하는 도 1의 합성물을 도시한다. 도시한 바와 같이, 전극(32) 상에 이러한 과전압 차지(30)가 존재할 때, 전도성 입자(14)는 전기영동 과정으로 인해 하이 차지 및 로우 차지(그라운드와 같은) 사이에 가장 짧은 거리를 갖고 정렬된다. 정렬된 전도성 입자는 따라서 도시한 바와 같이 합성물을 통해 영구적인 전도성 경로를 형성하도록 이동한다. 과전압 차지는 이제 전도성 입자(14)에 의해 형성된 경로를 따라 전도될 수 있다.
특히, 도 5a - 5c는 오버차징 때 일어나는 전기영동 과정을 보다 자세히 도시한다. 도 5a에 나타낸 바와 같이, 예를 들면 5, 10, 50, 100 또는 200볼트 또는 보다 높은 AC 또는 DC의 큰 전압 전위가 인가될 때, 표면에 가까운 입자(14a)는 z-방향으로 정렬된다. 이것이 일어나면, 입자(14a)의 내부 단부(16a)는 이제 대향 표면에 좀 더 가까워지고, 내부 단부(16a) 상의 차지가 합성물의 주변 내부 표면 상의 차지보다 조금 높아지게 한다. 이것은 도 5b에 나타낸 바와 같이 또 다른 가까이 있는 입자(14b)가 입자(14a)의 내부 단부(16a)로 끌리도록 한다. 입자(14b)의 내부 단부는 이제 높게 차지되어, 도 5c에 나타낸 바와 같이 가까이 있는 입자(14c)가 그것에 끌리도록 한다. 다른 입자(예를 들면 도면 부호 14d로 나타낸 바와 같은)는 이와 같이 형성된 경로의 단부로 또한 끌린다. 이것은 모두 급속히 일어나고, 전기영동을 유발하는 당기는/정렬하는 힘은 제 1 전극과 다른 전극에 부착되는 증가하는 응집물 사이의 거리가 점점 작아지며 경로가 형성될수록 보다 강해진다고 생각된다.
도 6a에 나타낸 바와 같이, AC 과전압 필드가 인가될 때(다시, 예를 들면 5, 10, 50, 100 또는 200볼트 또는 그 이상), 입자(15a, 15b)는 제 1 컨덕터(31)에서 그것에 인가된 양(positive)의 전압을 갖는 합성물(12)의 제 1 측면을 따라 형성된다. 이어서 양의 전압 차지가 대향 컨덕터(33)에 인가될 때, 전도성 입자(15c, 15d)는 이어서 도 6b에 나타낸 바와 같이 합성물의 하부 측면으로부터 응집되기 시작한다. 이와 같이 대향 측면 사이에서 응집 과정을 교대로 함으로써, AC 과전압은 본질적으로 중간에서 만나는 경로가 형성되게 한다.
과전압 차지가 DC 또는 AC인지의 여부에 관계없이, 전압이 높을수록 입자가 빠르게 정렬되지만, 상대적으로 낮은 전압(예를 들면, 약 5볼트 또는 그 이상)으로는 입자가 보다 천천히 정렬되기는 하지만 계속 진행되어 결국은 정렬되게 된다.
도 7에 나타낸 바와 같이, 합성물의 작은 영역에 걸친 오버차징 이후에 다수의 전도성 경로(34)가 합성물을 통해 형성될 수 있고, 각각의 전도성 경로는 정렬된 전도성 입자에 의해 형성된다. 도 8에 나타낸 바와 같이, 그러한 전도성 경로(38, 40, 42)의 그룹은 오버차징 필드의 선택적 인가를 통해 서로 분리될 수 있고, 선택된 영역이 전기적으로 전도되도록 하는 반면, 합성물의 다른 영역(36)은 고유전율을 나타내어 전기적으로 전도되지 않는다.
다른 실시형태에 따라, 본 발명의 합성물(50)은 상술한 바와 같이 용량성 결합을 나타내는 제 1 부분(52)을 포함할 수 있고, 반면 합성물의 다른 부분(54)은 도 9에 나타낸 바와 같이 예를 들면 결합제 물질을 지나 아주 조금 연장되는 탄소구(sphere of carbon)(56)로 형성되는 전도성 경로를 포함한다. 예를 들면 합성물은 한 영역(52)에 용량성 결합을 선택적으로 제공하도록(도 1 - 3에 따라 위에서 설명한 바와 같이), 및/또는 다른 영역(54)에 전기적 전도성을 제공하도록 사용될 수 있다.
실시형태에 따라서, 일례로 극성 물질[Arquad HTL-8(AkzoNobel), 고체 중량으로 20%]이 FLEXcon's V-95 acrylic PSA의 액체 샘플에 추가되었다. 여기에, 중량(V-95 FLEXcon 및 Arquad 혼합의 고체)으로 5%의 탄소 입자(켄터키 신시아나 Solution Dispersions Inc.의 Aquablack 5909 탄소 입자)가 균일하게 분산되었다. 이러한 혼합물은 2밀(mil)[50미크론(micron)] 실리콘 처리된 한쪽 측면 PET 필름 상에 코팅되었고, 160℉ 분출되는 실험실 오븐 내에서 10분 동안 건조되고 보존 처리되어 2밀(50미크론)의 건조된 증착물이 되었다.
AAMI E12-2000-4.2.2.4로 테스트 절차를 수행한 후에 내부에 분산된 전도성 입자를 갖는 접착성 합성물이 변화된다는 것이 발견되었다. 포스트 장치 과부하 복구(device overload recovery)(DOR) 테스트되어진 물질은 이제 AAMI E12-2000-4.2.2.1를 통과할 것이다. 또한 Z차원 신호 수용성을 갖는 용량성으로 결합된 결합제 물질과 같이, 포스트 DOR 물질은 이 Z차원 신호 수용성을 유지한다. 또한 전도성 입자 변화에 덧붙여 DOR 테스트 후에, 물질은 또한 Z차원으로 전류를 이송한다. 흥미롭게도 Z차원성의 이와 같은 유지는 이 접착제를 하나의 연속적 층을 갖는 방식으로 생체-센서(bio-sensor) 배열의 형성을 교시하는 미국 특허 출원 공개 제 2010-0036230 호에 개시된 적용예에서 사용할 수 있게 한다, 그런데 그 개시는 전체가 참조로서 본원에 포함된다.
본 발명의 어떤 실시형태에 따른 합성물은 접착제 내에 균일하게 분산된 실질적으로 분리된 입자로 시작하여, 이어서 제 2 스텝을 필요로 한다 즉, 전도성 구조를 형성하도록 전기장을 인가한다. 그것은 전도성 구조의 배치를 감안한 것이므로 이것은 결정적 장점이다 즉, Z차원 및 필요하다면 Z차원화된 구조를 특정 X, Y 위치에 위치시키는 것은 특정 포인트간의 전기적 접촉을 감안한 것이다.
다음의 예는 상술한 결합제 물질에 전도성 입자 추가의 효과를 설명하는 것이다.
예 1
고체 중량으로 20%의 극성 물질, Arquad HTL-8(AkzoNobel)이 FLEXcon's V-95 acrylic PSA 액체 샘플에 추가되고, 여기에 중량(V-95 및 Arquad 혼합의 고체)으로 5%의 탄소 입자(켄터키 신시아나 Solution Dispersions Inc.의 Aquablack 5909)가 균일하게 분산되어 샘플 1과 같이 지정되었다. 이러한 혼합물은 2밀[50미크론] 실리콘 처리된 한쪽 측면의 PET 필름 상에 코팅되었고, 160℉ 분출되는 실험실 오븐 내에서 10분 동안 건조되고 보존 처리되어 2밀(50미크론)의 건조된 증착물이 되었다.
또한 이때, 미국 특허 제 7,651,638 호에 교시된 바에 따라, 탄소 없이 V-95 아크릴계 접착제 및 Arquad(고체 중량으로 20%)의 합성물이 준비되었다. 이러한 혼합물 또한 2밀[50미크론] 실리콘 처리된 한쪽 측면의 PET 필름 상에 코팅되었고, 160℉ 분출되는 실험실 오븐 내에서 10분 동안 건조되고 보존 처리되고 2밀(50미크론)의 건조된 증착물이 되어 샘플 2로 지정되었다.
유사하게 극성 물질(Arquad) 없이, V-95 아크릴 접착제와 5%의 탄소만을 포함하는 제 3 샘플이 준비되었다. 샘플은 샘플 1 및 2와 같은 방식으로 처리되었고 이 샘플은 샘플 3으로 지정되었다.
모든 3개의 샘플들은 표면 저항 ~100옴/스퀘어(square)를 갖는 탄소로 채워진 중합 필름을 포함하는 전도성 기반 물질 상에서 테스트되었고, EXV-15, 90PFW(메사추세츠 스펜서의 FLEXcon Company, Inc.에 의해 판매되는)로 지정된 실험용 제품을 사용했다. 샘플들은 메사추세츠 말보로 QuadTech, Inc.에 의해 판매되는 QuadTech LCR Model 1900 테스팅 장치를 사용하여 테스트되었다.
특히, 모든 3개의 샘플들은 이어서 AAMI EC12-2000 - 4.2.2.1(수정된) 및 AAMI EC12-2000 - 4.2.2.4에 따라 테스트되었다. AAMI EC12-2000 - 4.2.2.1 테스트는 면대면 이중 접착 테스트 파트를 위해 3000옴의 상한, 2000옴의 싱글 포인트 및 최대 평균(12 테스트 샘플)을 갖는다.
AAMI EC12-2000 - 4.2.2.4는 200DC 볼트 차지 이후 5초 동안 100㎷보다 적게 유지하는 것을 필요로 하고, 다시 이중 접착층에 대한 한면을 사용한다.
아래의 첫째로 테스트된 임피던스(EC 12-2000 - 4.2.2.1)를 나타내는 표 1을 주목하라; DOR(EC 12 - 2000 - 4.2.2.4)은 동일 샘플 상에서 다음으로 수행되었다.
Figure 112017050802793-pat00003
예 2
본 발명의 신호 수용성을 판별하기 위해, 예 1에서 준비된 샘플이 아래에 서술된 과정에 따라 테스트되었다. AAMI EC12-2000 - 4.2.2.1에 따라 테스팅하는데 사용된 샘플들은 파형 발생기(Hewlett Packard 33120A 15㎒ Function/Arbitrary 파형 발생기)에 직렬로 연결되고, 아래에 개략적으로 도시된 오실로스코프(BK Precision 100㎒ 오실로스코프 2190)에 직렬로 연결되어 사용되었다. 샘플들은 3, 10 및 100㎐로 테스트되었다; 결과는 전송된 신호가 수신된 %로 아래의 표 2에 주어져 있다.
Figure 112017050802793-pat00004
예 3
DOR 테스트(AAMI EC12-2000 - 4.2.2.4)를 통과한 샘플들은 AAMI EC12-2000 - 4.2.2.1(수정된)에 따라 임피던스에 대해 재테스트되었고, 재체크 시 샘플 1 & 3은 현저히 변화되었다. 샘플 1 및 3은 이제 1K옴보다 적은 임피던스를 가졌다. 샘플 2에서, 신호 수용 매질은 DOR 테스트 이후 변화되지 않았다; 분산된 전도성 입자를 갖는 샘플들만이 변화되었다. 또한, 결과적으로 보다 낮아진 임피던스는 가령 Z방향(예 4에서 이방성 특성이 어떻게 판별되는지 주목하라)으로 여전히 이방성이다. 또한 포스트 DOR 물질의 병렬 전기용량(CP)은 아래의 표 3에 보여지는 바와 같이 Z임피던스가 감소할수록 실질적으로 증가한다.
Figure 112017050802793-pat00005
예 4
이방성 특성은 다음의 테스트 과정에 의해 입증되었다. 3, 10, 100㎐로 신호가 생성되었고, 전도성 접착제 상에 위치된 제 1 구리 션트(shunt)에 제공되었다. 제 2 구리 션트가 오실로스코프에 연결된(직렬로) 제 1 션트로부터 떨어진 동일 전도성 접착제(~0.004'')(100미크론) 상에 위치되었다. 베이스 기판은 유전성 물질(PET 필름)이었다. 따라서 전기영동 이후에, 합성물은 약 3000옴보다 적은, 약 2000옴보다 적은, 약 1000옴보다 적은 또는 약 500옴보다도 적은 저항을 가질 수 있다.
샘플 1의 접착제가 등방성이면 오실로스코프 상에서 신호를 잡을 것으로 예상된다. 샘플 1의 접착제가 이방성이면 신호가 오실로스코프 상에서 잡히지 않을 것으로 예상된다. 결과는 신호가 감지되지 않았다.
도 10a는 종래의 생체 의료용 센서를 사용한 ECG 테스트 기록의 세트를 도면 부호 60으로 나타내고, 도 10b는 본 발명의 실시형태에 따라 생체 의료용 센서를 사용하여 기록된 ECG 신호의 동일 세트를 도면 부호 62로 나타낸다.
전기영동 결과는 합성물 내에 극성 물질의 존재에 의존하는 것으로 보이지 않는다. 탄소 입자가 DOR 테스트 중에 인가되는 전기장에 의해 응집되고; SRM을 포함하는 전도성 입자 및/또는 단지 PSA(극성 유기염이 아닌)를 갖는 전도성 입자를 가로질러 인가되는 200DC 볼트에 의해 생성되는 전기장은 입자들을 서로 응집되게 하는데 충분하다고 생각된다.
하나의 전극으로부터 다른 것으로 이어지는 응집된 구조는 이방성의 전도성 PSA가 형성되는 이유이다. 이러한 응집물을 검토하기 위해, 본 발명에 따라 제 자리에(in situ) 형성된 전도성 구조를 도면 부호 70으로 나타낸 도 11이 참조되어진다. 특히, 도 11은 전도성 구조의 상부로부터 내려다 본 10배 확대도를 나타낸다. 어두운 영역은 응집된 입자이고 좀 더 밝은 영역은 입자가 거의 없는 영역을 나타낸다 즉, 이 위치로부터 입자가 이동한다.
이 입자 이동 효과는 도 12를 보는 것에 의해 보다 자세히 보여질 수 있다, 그런데 그것은 전도성 구조의 100배 확대도를 도면 부호 72로 나타내고, 또한 상부로부터 내려다 보지만 에지쪽으로 보다 집중되고 보다 밝은 부분은 입자가 거의 없는 영역을 나타낸다. 깨끗한 물질은 연속성 매질이고 이 경우는 PSA, FLEXcon's V-95 아크릴계 접착제이다. 깨끗한 V-95의 스트리에이션(striation) 또는 그루브(groove)를 주목하라, 또한 거의 남아있지 않은 입자들이 스트리에이션으로 정렬된 것을 주목하라. 시작 물질은 연속적인 매질 내에 균일한 입자 분포였고, 따라서 DOR 테스트에 의해 생성된 전기장 하에서 입자는 전도성 구조를 형성하도록 함께 이동한다. 또한, 이 응집 현상은 전기영동 또는 AC 전기장의 경우 유전영동 효과(dielectrophoretic effect)로 언급될 수 있고, 둘 다 본원에서 전기영동 과정으로 언급된다.
그러나, 이 경우에 응집이 비-함수성(non-aqueous) 고점성 매질 내에서 일어난다는 것이 중요하다. 본 발명에 따르면, 연속성 매질은 유전성이고 전도성 입자[입자 로딩 레벨(particle loading level)로]와 전면 접촉(full contact)하며, 매질은 점탄성의(viscoelastic) 액체이고, 즉 물이 분산[종종 10s 센티푸아즈(centipoise)로만 측정되는]되어 있는 것보다 규모가 5배 이상 차수(orders)인 매우 높은 점성을 갖는다.
또한, 본원에 상정된 것은 함수성의(aqueous) 연속적인 매질 내에서 오버차지 전기장을 통해 입자가 응집되는 경우로서, 약간의 차지가 전극 인근의 이웃 입자 상에 유도되는 것이다. 그러나 연속적인 매질이 적게 극성화되고 물보다 유전성이면 보다 큰 차지 증강(build-up)이 전기장 내의 입자 상에 일어날 수 있다.
물이 연속적인 매질이면 보다 높은 극성화(polarity)도 차지 증강을 완화시키고, 또한 인가된 전기장이 증가하면(보다 높은 전압) 물의 전기분해는 상충되는(competing) 문제가 될 것이다. PSA(FLEXcon's V-95 아크릴계 접착제)가 연속적인 매질이면 차지 완화가 훨씬 적고, 일어나는 실질적인 전기-화학적 과정이 없을 것이다.
입자 상의 이러한 차지 증강은 입자와 전극 사이의 인력을 증가시키고, 따라서 연속적인 매질의 높은 점성에도 불구하고 전극으로 입자를 끌어당긴다. 또한, 전극에 도달하는 첫번째 입자는 상기 전극 상에 증가하는 주요점(high spot)을 형성하고 따라서 전기장이 다른 전극에 더욱 가깝게 이동되고, 대향 전극에 대한 거리가 감소할수록 더욱 많은 입자가 응집물에 더해져 장의 강도가 증가하므로 응집 성장을 가속시킨다.
DOR 테스트는 평면 대 평면(plane-to-plane) 전극 구성을 포함한다; 따라서, 작은 전도성 구조가 형성된 후, 두 개의 전극 사이의 전기장이 전극 사이에 이미 형성된 접촉 때문에 대부분 소멸된다. 따라서 첫번째 구조가 형성되고, 그곳에 두 개의 평면이 서로 가까이 있는 하나의 점이 존재하거나, 또는 탄소가 고르지 않게 분포되어, 약간 더 높은 밀도의 전도성 입자가 평면 사이에서, 환언하면 가장 작은 저항을 갖는 포인트에서 일시 증가(at one increment)한다.
결과적으로 이러한 구조를 형성하는데 있어서 평면 대 평면 방법을 사용하는 것은 형성되는 전도성 구조의 위치 및 수에 관해 다소 제한을 갖는다. 그러나, 포인트 대 평면(point-to-plane) 또는 포인트 대 포인트(point-to-point) 방법이 전기장을 도출하는데 사용될 때, 근방의 전도성 구조가 형성될 때 쉽게 소멸되지 않는 자기 자신의 전기장을 각 포인트가 가지므로 위치 상으로 보다 분리되고 보다 많은 수의 전도성 구조가 형성될 수 있다.
이것은 그라운드된 전도성 기판 상의 장치를 다루는 실험용 코로나를 사용해서 입증되었다. 장치를 다루는 실험용 코로나는 기판을 수용하는 면에 대해 일련의 포인트 소스와 같이 동작했다. 접착제의 표면에 걸쳐 균일하게 분포된 전도성 구조의 결과가 얻어졌다.
제자리에 형성된 전기적 전도성 구조의 안정성에 대한 테스트는 포스트 DOR 테스트 샘플을 16 시간 동안 160℉(71℃)로 오븐 안에 두고 임피던스(AAMI EC12-2000 - 4.2.2.1.)와 신호 수용 특성을 재테스트함으로써 달성되었다. 모든 경우에서 샘플은 낮은 임피던스를 유지하였다.
따라서 본 발명은, 과부하가 보호되고 용량성으로 결합되며, 물 함유에 민감하지 않고, 그 내부에 중합체 및 분산된 극성 물질, 그리고 전기적 전도성 입자들을 포함하는 합성물이 제공될 수 있어 오버차징의 경우에 AAMI EC12-2000 - 4.2.2.1에 의해 측정된 임피던스가 3000옴보다 작아진다는 것을 제공한다. 전도성 입자는 탄소의 형태일 수 있고, 고체, 건조된 중량으로 1%보다 큰 농도로 제공될 수 있다. 합성물은 이방성일 수 있고, 중합체는 과부하 복구에 대한 AAMI EC-12 -2000 - 422.4 표준을 만족하는 ECG 전극에 사용하기 위한 감압 접착제일 수 있다.
도 13은 위에서 논의한 바와 같은 중합체, 극성 물질, 및 전도성 입자를 포함하는 본 발명의 합성물(82)을 포함하는, 본 발명의 실시형태에 따른 생체 의료용 전극(80)을 나타낸다. 전극(도면 부호 88로 나타낸)의 아랫면으로부터의 생체 의료용 신호는 예를 들면 다른 중합물질과 같은 추가적 지원(supporting) 물질(86) 내에 심어진 스냅 커넥터(snap connector)(84)에 의해 픽업될 수 있다. 스냅 커넥터 바로 아래에 있지 않는 생체 전기 신호(도면 부호 89로 나타낸 바와 같이)는 스냅 커넥터(84)에 의해 픽업되지 않는다는 것에 유념하라.
도 14는 다시, 위에서 논의한 바와 같은 중합체, 극성 물질 및 전도성 입자를 포함하는 본 발명의 합성물(92)을 포함하는, 본 발명의 다른 실시형태에 따른 생체 의료용 전극(90)을 나타낸다. 전도성 레이어(94)는, 전극의 맨 아래 측면(도면 부호 99)으로부터의 생체 의료용 신호가, 예를 들면, 위에서 논의한 바와 같은 추가적 중합물질(98) 내에 심어진 스냅 커넥터(96)에 의해 픽업될 수 있도록 합성물(92)의 한쪽 측면 상에 형성된다.
그러나, 본 발명의 합성물(92)의 사용은, 전도성 레이어(94)가 하이드로겔에서 요구되는 은/염화은(Ag/AgCl)과 같은 고가의 물질로 형성될 필요가 없다는 점을 제공한다. 하이드로겔은, 하이드로겔의 이온 전도성이 전극과 이온적으로 결합되어야 하기 때문에 그러한 특별한 전도성 레이어를 필요로 한다. 한편 본 발명에 따르면, 전도성 레이어(94)는, 예를 들면, 증착물(deposition) 상에 전도성 층을 형성하기 위해, 위에서 논의한 것과 같은, 그러나 훨씬 높은 농도로 전도성 입자의 저가 증착 레이어[즉, 진공 증착(vacuum deposited) 또는 스퍼터 코팅(sputter coated)]로 형성될 수 있다. 그러한 보다 덜 비싼 물질은 전도에 대한 매커니즘(극성 물질에 의하거나 또는 전도성 물질에 의한)이 이온 전도성이 아니기 때문에 전도성 레이어로 사용될 수 있다.
전도성 레이어에 대한 저가 물질의 사용은 또한 다양한 연결 옵션들이 단일 생체 의료용 전극에 제공될 수 있다는 점도 허용한다. 예를 들면, 도 15는 위에서 언급한 바와 같은 중합체, 극성 물질, 및 전도성 입자를 포함하는, 다시, 본 발명의 합성물(102)을 포함하는 또 다른 실시형태에 따른 생체 의료용 전극(100)을 나타낸다. 확장된 전도성 레이어(104)는, 전극의 맨 아래 측면(도면 부호 112)으로부터의 생체 의료용 신호가 가령, 위에서 언급한 바와 같은 추가적 중합물질(108) 내에 심어진 스냅 커넥터(106), 및/또는 전도성 레이어(104)의 노출된 부분(114)을 갖는 탭 커넥터(110)에 의해 픽업될 수 있다는 것을 제공하도록 합성물(102)의 한 측면 상에 형성된다.
도 16은 위에서 언급한 바와 같은 중합체, 극성 물질, 및 전도성 입자를 포함하는, 다시 본 발명의 합성물(122)을 포함하는 또 다른 실시형태에 따른 생체 의료용 전극(120)을 나타낸다. 확장된 전도성 레이어(124)는 전극의 맨 아래 측면(도면 부호 132)으로부터의 생체 의료용 신호가, 가령, 위에서 언급한 바와 같은 추가적 중합물질(128) 내에 심어진 스냅 커넥터(126), 및/또는 전도성 레이어(124)의 노출된 부분(134)을 갖는 탭 커넥터(130)에 의해 픽업될 수 있다는 것을 제공하도록 합성물(122)의 한 측면 상에 형성된다.
본 발명의 또 다른 실시형태의 합성물은 탄소 나노 튜브를 사용할 수 있다. 그러한 합성물은 또한 오버차징 동안 위에서 논의한 전기영동 과정을 겪지만, 응집물은 매우 높은 형상비(aspect ratio)(즉, 1000 대 1 이상)의 나노 튜브들을 갖는 나노 튜브들의 뒤섞인 네스트(jumbled nest)로 되는 결과가 된다. 예를 들면, 합성물(150)은 도 17에 보여지는 바와 같이 결합제 물질(154) 내에 분산된 탄소 나노 튜브(152)를 포함할 수 있다. Z 방향으로 인가되는 전기장이 존재할 때(도 18의 도면 부호 156에서 보여지는 것과 같이), 입자들은 응집된다 그러나, 입자들이 상당히 길기 때문에 그것들은 응집이 일어날 때 서로 얽히게(entangled) 된다. 이것은 도 18에 나타낸 바와 같이 입자들의 얽힌 덩어리(mass)가 Z 방향뿐만 아니라 X 및 Y 방향으로 확장되기 때문에 입자들이 Z 방향으로 전기적 전도성을 제공할 뿐만 아니라 X 및 Y 방향으로도 전기적 전도성을 제공하게 되는 결과로 된다.
예 5
따라서, 또 다른 예에 따르면, 접착성 혼합물은 FLEXcon's V-95 아크릴계 접착제, 극성 물질(AkzoNobel에 의해 판매되는 Arguad HTL-8), V-95 접착제 고체 상의 20%의 고체, 및 0.04%의 단일 벽이 있는(single walled) 반(semi)-전도성 탄소 나노 튜브(CNTs)를 포함한다. 혼합물이 72/78 솔벤트 블렌드(solvent blend) 이소프로필기(isopropyl) 알콜/n-뷰틸기(n-butyl) 알콜(오클라호마 노만 Southwest Nanotechnologies of 2501 Technology Place에 의해 판매되는) 내의 3%의 고체 반죽(solids paste)으로 제공되었다. 혼합물은 접착제/arquad 사전 혼합물(premixture) 전반에 걸쳐 CNTs를 고르게 분산시키기 위해 30분 동안 초음파 처리되었다.
이어서 혼합물은 코팅되었고, 위에서 논의된 바와 같이 건조되고 보존 처리되어 건조 두께가 2밀(50미크론)이 되었다. 접착성 합성물이 만들어졌고 위에서 언급한 바와 같이 테스트되었다. 사전 DOR 테스트(EC12-2000-4.2.2.1에 따른)는 100k옴의 임피던스를 보이는 결과를 얻었다. DOR 테스트(EC12-2000-4.2.2.4에 따른)는 통과했고, EC12-2000-4.2.2.1 이후의 임피던스는 5K옴이었다. 신호 수용성은 예 1에서와 같이 테스트되었고 DOR 이전과 이후에 모두 95%였다. 예 3과 관련하여 위에서 논의한 바와 같은 이방성 테스트를 통해 DOR 이후의 합성물에 대해 X 및 Y 전도성 요소가 존재한다는 것이 발견되었다. 보다 균일한 등방 전도성 코팅이 형성될 것이 예상된다.
예 6
상기 언급한 바와 같이, 만약 감압 접착제 내의 입자 농도가 입자 대 입자 접촉이 유지되는 네트워크를 형성할 정도로 충분히 높으면, 접착성 요소가 기판과 전극 사이의 표면 대 표면 접촉을 형성하도록 즉 접착제로서 기능하도록 유출(flow out)될 만큼 충분히 높은 농도로 존재할 가능성이 거의 없다. 또 다른 예에서, 샘플 1의 접착성 물질(V-95 PSA 및 극성 물질)에 샘플 1의 25% 중량의 탄소 입자가 추가되었다. 이어서 합성물이 코팅되었고, 폴리에스테르 기반 실리콘 처리된 릴리즈 라이너(polyester based siliconized release liner) 상에서 건조되어 2밀(50미크론)의 건조 증착물이 되었다. 코팅이 실질적으로 어떠한 측정 가능한 PSA 특성[텍(tack), 필(peel), 시어(shear)]도 갖지 않는 결과를 얻었다. 그러나 전기적 전도성 네트워크가 합성물 내에 형성되었고, 이 합성물은 전기영동 이전 및 이후 모두 약 100옴의 DC 저항을 갖는 것으로 판명되었다.
본 기술분야에 숙련된 자들은 본 발명의 사상 및 범위를 벗어나지 않고 수많은 변경 및 변형이 상기 개시된 실시형태에 만들어질 수 있다는 것을 이해할 것이다.
10, 92, 102, 122, 150 : 합성물 12, 154 : 결합제 물질
14 : 전도성 입자 18 : 중합 물질
20 : 극성 물질 28, 32 : 전극
34, 38, 40, 42 : 전도성 경로 56 : 탄소구
90, 102, 120 : 생체 의료용 전극
94, 104, 124 : 전도성 레이어 96,106 : 스냅 커넥터
110 : 탭 커넥터 152 : 나노 튜브

Claims (35)

  1. 합성물을 통해 용량성 결합을 제공하는 교대 전기장 반응성 생체 의료용 합성물로서, 상기 생체 의료용 합성물은 결합제 물질, 상기 결합제 물질 내에 분산된 극성 물질, 및 상기 결합제 물질 내의 전기적 전도성 입자들을 포함하고,
    상기 극성 물질은 교대 전기장의 존재에 대해 반응하고,
    상기 전기적 전도성 입자들은 상기 합성물 내에서 서로 분리되고, 상기 합성물 내에 균일하게 분산되고,
    상기 결합제 물질은 10 센티푸아즈(centipoise)보다 적어도 105 배 높은 점성을 가지고,
    적어도 5볼트의 전압이 상기 합성물에 인가되는 경우 이방성 전도성 경로가 형성되도록, 상기 전기적 전도성 입자들이 일방향으로 정렬될 수 있는 것인 합성물.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 결합제 물질은 중합물질을 포함하는 것인 합성물.
  3. 제 1 항에 있어서,
    상기 전기적 전도성 입자들은 탄소 분말, 플레이크, 과립(granules) 또는 나노 튜브 중 어느 것을 포함하는 것인 합성물.
  4. 제 3 항에 있어서,
    상기 탄소는 그래파이트 형태인 것인 합성물.
  5. 제 1 항에 있어서,
    상기 전기적 전도성 입자들은 0.35g/㎤~ 1.20g/㎤의 범위 내의 밀도를 갖는 것인 합성물.
  6. 제 1 항에 있어서,
    상기 전기적 전도성 입자들은 0.5g/㎤ ~ 1.0g/㎤ 범위 내의 밀도를 갖는 것인 합성물.
  7. 제 1 항에 있어서,
    상기 전도성 입자들의 표면 에너지는 상기 결합제 물질의 표면 에너지보다 높은 것인 합성물.
  8. 제 1 항에 있어서,
    상기 전도성 입자들은 상기 합성물 내에 무작위로 분포되어 있는 것인 합성물.
  9. 제 1 항에 있어서,
    상기 전도성 입자들은 질서있는 배열로 상기 합성물 내에서 제공되는 것인 합성물.
  10. 제 1 항에 있어서,
    상기 합성물은 탄소로 형성된 전도성 레이어를 포함하는 것인 합성물.
  11. 제 1 항에 있어서,
    상기 합성물은 은과 염화은을 갖지 않는 전도성 레이어를 포함하는 것인 합성물.
  12. 제 11 항에 있어서,
    상기 합성물은 상기 전도성 레이어의 노출부분을 가지는 탭 커넥터를 더 포함하는 것인 합성물.
  13. 생체 의료용 합성물을 통하는 전기적 전도성 개별 경로들을 포함하는 생체 의료용 합성물로서,
    상기 생체 의료용 합성물은 10 센티푸아즈(centipoise)보다 적어도 105배 높은 점성을 가지는 점성 접착제(adhesive)을 포함하며,
    상기 전기적 전도성 개별 경로들은 상기 생체 의료용 합성물을 통하는 일방향으로 연장되는 전도성 물질을 사용하여 임의의 영역에 선택적으로 형성되고,
    상기 생체 의료용 합성물을 통하는 일방향을 가로지르는 방향으로 전기적 전도성을 제공하지 않아, 상기 생체 의료용 합성물이 이방성(anisotropic)의 전도성 특성을 보이는 생체 의료용 전극에 사용될 수 있고,
    상기 점성 접착제는 접착용으로 남아있고,
    적어도 5볼트의 전압이 상기 합성물에 인가되는 경우 이방성 전기적 전도성 개별 경로들이 형성되도록 전기적인 상기 전도성 물질이 일방향으로 정렬되는 것인 합성물.
  14. 제 13 항에 있어서,
    상기 전기적 전도성 개별 경로들은 전기영동에 의해 형성되는 것인 합성물.
  15. 제 13 항에 있어서,
    상기 전기적 전도성 개별 경로들은 탄소 입자들로 형성되는 것인 합성물.
  16. 제 13 항에 있어서,
    상기 전기적 전도성 개별 경로들은 탄소구(carbon spheres)로 형성되는 것인 합성물.
  17. 제 13 항에 있어서,
    상기 합성물은 3000옴보다 작은 저항을 갖는 것인 합성물.
  18. 제 13 항에 있어서,
    상기 합성물은 2000옴보다 작은 저항을 갖는 것인 합성물.
  19. 제 13 항에 있어서,
    상기 합성물은 500옴보다 작은 저항을 갖는 것인 합성물.
  20. 제 13 항에 있어서
    상기 합성물은 결합제 물질 내에서 분산된 극성 물질을 포함하는 것인 합성물.
  21. 생체 의료용 합성물을 통하는 전기적 전도성의 개별 경로들을 포함하는 생체 의료용 합성물로서, 상기 생체 의료용 합성물은 물 분산액보다 적어도 105 배 높은 점성을 가지는 점성 감압 아크릴계 접착제를 포함하며,
    각각의 상기 전기적 전도성의 개별 경로들은, 복수의 상호 정렬된 요소들로 형성되며, 상기 생체 의료용 합성물을 통하는 제 1 방향으로 연장되고, 상기 전기적 전도성의 개별 경로들은 상기 생체 의료용 합성물을 통하는 상기 제 1 방향을 가로 지르는 방향으로 전기적 전도성을 제공하지 않아, 상기 생체 의료용 합성물이 이방성(anisotropic)의 전도성 특성을 보이는 생체 의료용 전극에 사용될 수 있고,
    적어도 5볼트의 전압이 상기 합성물에 인가되는 경우 이방성 전기적 전도성의 개별 경로들이 형성되도록 상기 상호 정렬된 요소들이 상기 제 1 방향으로 정렬되는 생체 의료용 합성물.
  22. 제 21 항에 있어서,
    상기 전기적 전도성의 개별 경로들은 전기영동에 의해 형성되는 생체 의료용 합성물.
  23. 제 21 항에 있어서
    상기 전기적 전도성의 개별 경로들은 탄소로 형성되는 것인 생체 의료용 합성물.
  24. 제 21 항에 있어서,
    상기 전기적 전도성의 개별 경로들은 탄소구, 입자들, 플레이크, 과립, 또는 나노 튜브 중 어느 것으로 형성되는 것인 생체 의료용 합성물.
  25. 제 21 항에 있어서,
    상기 합성물은 2000옴보다 작은 저항을 갖는 것인 생체 의료용 합성물.
  26. 물 분산액보다 적어도 105배 높은 점성을 가지는 결합제 물질, 상기 결합제 물질 내에 분산된 극성 물질, 및 상기 결합제 물질 내의 전기적 전도성 요소들을 포함하는 합성물로서,
    상기 극성 물질은 교대 전기장의 존재에 반응하며,
    상기 전기적 전도성 요소들은 전도성 경로들로 형성되어, 상기 전도성 경로들은 합성물을 통하는 제 1 방향으로 연장되고, 상기 합성물을 통하는 상기 제 1 방향을 가로지르는 방향으로 전기적 전도성을 제공하지 않아, 상기 합성물은 이방성(anisotropic)의 전도성 특성을 보이는 전극에 사용될 수 있고,
    적어도 5볼트의 전압이 합성물에 인가되는 경우, 이방성 전도성 경로들이 형성되도록 상기 전기적 전도성 요소들은 상기 제 1 방향으로 정렬되는 것인 합성물.
  27. 제 26 항에 있어서,
    상기 결합제 물질은 중합물질을 포함하는 것인 합성물.
  28. 제 26 항에 있어서
    상기 전기적 전도성 요소들은 탄소구, 분말, 플레이크, 과립, 또는 나노 튜브 중 어느 것을 포함하는 것인 합성물.
  29. 제 28 항에 있어서
    상기 탄소는 그래파이트 형태인 것인 합성물.
  30. 제 26 항에 있어서
    상기 전기적 전도성 요소들은 0.35g/㎤~ 1.20g/㎤의 범위 내의 밀도를 갖는 것인 합성물.
  31. 제 26 항에 있어서
    상기 전기적 전도성 요소들은 상기 합성물 내에서 무작위로 분포되어 있는 것인 합성물.
  32. 제 26 항에 있어서
    상기 전기적 전도성 요소들은 질서있는 배열로 상기 합성물 내에서 제공되는 것인 합성물.
  33. 제 13 항에 있어서,
    상기 전도성 물질의 표면 에너지는 상기 접착제의 표면 에너지보다 높은 합성물.
  34. 제 21 항에 있어서,
    상기 상호 정렬된 요소들의 표면 에너지는 상기 접착제의 표면 에너지보다 높은 합성물.
  35. 제 26 항에 있어서,
    상기 전도성 요소들의 표면 에너지는 상기 결합제 물질의 표면 에너지보다 높은 합성물.
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