KR20170103673A

KR20170103673A - 생체 전극 및 그 제조 방법

Info

Publication number: KR20170103673A
Application number: KR1020170026969A
Authority: KR
Inventors: 쥰 하타케야마; 모토아키 이와부치
Original assignee: 신에쓰 가가꾸 고교 가부시끼가이샤
Priority date: 2016-03-03
Filing date: 2017-03-02
Publication date: 2017-09-13
Also published as: KR20190000336A; TW201737858A; US11911161B2; TWI702033B; JP6652513B2; KR102055511B1; JP2018011931A; US20210015384A1; US20170251941A1

Abstract

본 발명은 도전성 및 생체 적합성이 우수하고, 경량이며, 또한 저비용으로 제조할 수 있는 생체 전극을 제공하는 것을 과제로 한다.
도전성 기재와 그 도전성 기재 상에 형성된 생체 접촉층을 갖는 생체 전극으로서, 상기 생체 접촉층은, 표면이 금, 은 또는 백금으로 덮인 입자와 그 입자가 분산된 수지층을 포함하고, 그 수지층의 두께가 상기 입자의 평균 입경과 동일하거나 그것보다 얇은 것을 특징으로 하는 생체 전극.

Description

생체 전극 및 그 제조 방법{BIOLOGICAL ELECTRODE AND MANUFACTURING METHOD THEREOF}

본 발명은, 생체의 피부에 접촉하여, 피부로부터의 전기 신호에 의해 심박수 등의 몸의 상태를 검지할 수 있는 생체 전극 및 그 제조 방법에 관한 것이다.

최근, IoT(Internet of Things)의 보급과 함께 웨어러블 디바이스의 개발이 진행되고 있다. 인터넷에 접속할 수 있는 시계나 안경이 그 대표예이다. 또한, 의료 분야나 스포츠 분야에서도, 몸의 상태를 항상 모니터링할 수 있는 웨어러블 디바이스가 필요로 되고 있어, 금후의 성장 분야이다.

의료 분야에서는, 예컨대 전기 신호에 의해 심장의 움직임을 감지하는 심전도 측정과 같이, 미약 전류의 센싱에 의해 몸의 장기의 상태를 모니터링하는 웨어러블 디바이스가 검토되고 있다. 심전도의 측정에서는, 도전 페이스트를 바른 전극을 몸에 장착하여 측정하지만, 이것은 1회성의 단시간의 측정이다. 이에 비해, 상기와 같은 의료용의 웨어러블 디바이스의 개발이 목표로 하는 것은, 수주간 연속하여 항상 건강 상태를 모니터하는 디바이스의 개발이다. 즉, 의료용 웨어러블 디바이스에 사용되는 생체 전극에는, 장시간 사용한 경우에도 도전성의 변화가 없는 것이나 피부 알레르기가 없는 것이 요구된다. 또한, 이러한 것에 덧붙여, 경량인 것, 저비용으로 제조할 수 있는 것도 요구되고 있다.

의료용 웨어러블 디바이스로는, 몸에 접착하는 타입과, 의복에 내장하는 타입이 있고, 몸에 접착하는 타입으로는, 상기 도전 페이스트의 재료인 물과 전해질을 포함하는 수용성 겔을 이용한 생체 전극이 제안되어 있다(특허문헌 1). 한편, 의복에 내장하는 타입으로는, PEDOT-PSS(Poly-3,4-ethylenedioxythiophene-Polystyrenesulfonate)와 같은 도전성 폴리머나 은페이스트를 섬유에 삽입한 천을 전극에 사용하는 방법이 제안되어 있다(특허문헌 2).

그러나, 상기 물과 전해질을 포함하는 수용성 겔을 사용한 경우에는, 건조에 의해 수분이 없어지면 도전성이 없어져 버린다고 하는 문제가 있었다. 또한, PEDOT-PSS와 같은 도전성 폴리머를 사용한 경우에도, 도전성 폴리머의 산성이 강하기 때문에 피부 알레르기를 일으킬 위험이 있다고 하는 문제가 있었다.

또한, 우수한 도전성을 갖는다는 점에서, 금속 나노 와이어, 카본 블랙 및 카본 나노 튜브 등을 전극 재료로서 사용하는 것도 검토되고 있다. 금속 나노 와이어는 와이어끼리의 접촉 확률이 높아지기 때문에, 적은 첨가량으로 통전할 수 있다. 그러나, 금속 나노 와이어는 선단이 뾰족한 가는 재료이므로, 피부 알레르기 발생의 원인이 된다. 또한, 카본 나노 튜브도 동일한 이유로 이것 단독으로는 생체 적합성의 위험이 있다. 카본 블랙은 카본 나노 튜브 정도의 독성은 없지만, 이것 단독으로는 피부에 대한 자극성이 있다. 이와 같이, 그 자체가 알레르기 반응을 일으키지 않더라도, 재료의 형상이나 자극성에 의해 생체 적합성이 악화하는 경우가 있어, 도전성과 생체 적합성을 양립시키는 것은 어려웠다.

이러한 문제를 해결하는 수단으로서, 도전성을 갖는 금속 입자를 전극 재료로서 사용하는 것이 검토되고 있다. 금속 중에서도, 이온화 경향이 가장 낮은 금, 은이나 백금 등의 귀금속은 피부 알레르기가 발생하기 어렵기 때문에, 이러한 귀금속 입자를 사용함으로써 도전성과 생체 적합성을 양립시키는 것이 가능해진다. 그러나, 이러한 귀금속 입자를 수지에 혼합하는 경우에는, 절연체의 수지 중에서 입자끼리 접촉하지 않으면 전기가 흐르지 않기 때문에, 입자끼리 접촉시키기 위해, 체적 비율로 70% 이상의 귀금속 입자를 배합할 필요가 있다. 이와 같이, 금속 입자를 사용하는 경우에는, 고가의 귀금속 입자를 다량으로 배합할 필요가 있기 때문에 제조 비용이 매우 높아지고, 또한 중량이 증가하기 때문에 웨어러블 디바이스에 요구되는 경량화를 달성할 수 없다고 하는 문제가 있었다.

특허문헌 1 : 국제 공개 제 WO2013-039151호 팜플렛 특허문헌 2 : 일본 특허 공개 제2015-100673호 공보

본 발명은, 상기 문제를 해결하기 위해 이루어진 것으로, 도전성 및 생체 적합성이 우수하고, 경량이며, 또한 저비용으로 제조할 수 있는 생체 전극 및 그 제조 방법을 제공하는 것을 목적으로 한다.

상기 과제를 달성하기 위해, 본 발명에서는, 도전성 기재와 그 도전성 기재 상에 형성된 생체 접촉층을 갖는 생체 전극으로서, 상기 생체 접촉층은, 표면이 금, 은 또는 백금으로 덮인 입자와 그 입자가 분산된 수지층을 포함하고, 그 수지층의 두께가 상기 입자의 평균 입경과 동일하거나 그것보다 얇은 것인 생체 전극을 제공한다.

이와 같은 생체 전극이라면, 도전성 및 생체 적합성이 우수하고, 경량이며, 또한 저비용으로 제조할 수 있는 생체 전극이 된다.

또한, 상기 입자의 평균 입경이 1 ㎛ 이상 1,000 ㎛ 이하이며, 상기 수지층의 두께가 0.5 ㎛ 이상 1,000 ㎛ 이하인 것이 바람직하다.

입자가 이와 같은 평균 입경이며, 수지층이 이와 같은 두께라면, 충분한 도전성을 확보하면서, 보다 경량의 생체 전극으로 할 수 있고, 제조 비용도 저감할 수 있다.

또한, 상기 수지층의 두께가, 상기 입자의 평균 입경 1에 대하여 0.5 이상 1.0 이하의 비율인 것이 바람직하다.

입자의 평균 입경에 대한 수지층의 두께가 이와 같은 비율이라면, 수지층에 의해 충분히 입자를 유지할 수 있기 때문에, 입자의 이탈에 의한 도전성의 저하를 효과적으로 방지할 수 있다.

또한, 상기 수지층과 상기 입자의 체적의 합에 대한 상기 입자의 체적 비율이 0.5% 이상 70% 이하인 것이 바람직하다.

입자가 이와 같은 체적 비율이라면, 충분한 도전성을 확보하면서, 보다 경량의 생체 전극으로 할 수 있고, 제조 비용도 저감할 수 있다.

상기 수지층이, 열경화성 수지 및 광경화성 수지 중 어느 하나 또는 양쪽 모두를 포함하는 수지 조성물의 경화물인 것이 바람직하다.

이와 같은 수지층이라면, 용이하게 형성할 수 있기 때문에 본 발명의 생체 전극에 적합하다.

또한, 상기 수지층이, 실록산 결합, 에스테르 결합, 아미드 결합, 이미드 결합, 우레탄 결합, 티오우레탄 결합 및 티올기에서 선택되는 1개 이상을 갖는 규소 함유 수지를 포함하는 수지 조성물의 경화물인 것이 바람직하다.

이와 같은 수지층이라면, 도전성 기재나 입자에 대한 접착성이 양호하고, 또한 발수성이 높고, 가수분해하기 어렵기 때문에, 생체 전극을 땀의 영향을 받기 어려운 것으로 할 수 있다.

또한, 상기 수지층이, 실리콘 수지, 규소 원자를 함유하는 폴리아크릴 수지, 규소 원자를 함유하는 폴리아미드 수지, 규소 원자를 함유하는 폴리이미드 수지, 규소 원자를 함유하는 폴리우레탄 수지, 및 규소 원자를 함유하는 폴리티오우레탄 수지에서 선택되는 1종 이상의 수지를 포함하는 수지 조성물의 경화물인 것이 바람직하다.

또한, 상기 도전성 기재가, 금, 은, 염화은, 백금, 알루미늄, 마그네슘, 주석, 텅스텐, 철, 구리, 니켈, 티탄, 스테인레스 및 탄소에서 선택되는 1종 이상을 포함하는 것인 것이 바람직하다.

이와 같은 도전성 기재라면, 본 발명의 생체 전극에 적합하게 이용할 수 있다.

또한, 상기 입자가 구형의 입자인 것이 바람직하다.

이와 같은 입자라면, 생체로부터의 통전을 보다 균일하게 할 수 있고, 또한 장착시의 피부에 대한 자극을 더욱 저감할 수 있다.

또한, 상기 입자는, 폴리아크릴레이트, 폴리에틸렌, 폴리프로필렌, 폴리스티렌, 폴리디비닐벤젠, 노볼락 및 폴리우레탄에서 선택되는 1종 이상의 수지로 이루어진 수지 입자의 표면이 금, 은 또는 백금으로 덮인 것인 것이 바람직하다.

이와 같은 입자라면, 입자 전체가 금, 은 또는 백금으로 이루어진 것에 비교해서 경량이고 저가이므로, 생체 전극을 보다 경량화할 수 있고, 제조 비용도 저감할 수 있다.

또한, 상기 입자는, 그 입자의 내부에, 은, 알루미늄, 구리, 니켈, 텅스텐 및 주석에서 선택되는 1종 이상의 도전성 금속으로 이루어진 도전성 금속층을 갖는 것인 것이 바람직하다.

이와 같은 입자라면, 입자 표면의 금, 은 또는 백금을 얇게 하더라도, 입자 내부의 도전성 금속층에 의해 도전성을 얻을 수 있기 때문에, 충분한 도전성을 확보하면서 제조 비용을 더욱 저감할 수 있다.

또한, 상기 수지층의 두께가 상기 입자의 평균 입경보다 얇은 것이며, 상기 수지층의 표면으로부터 상기 입자가 볼록형으로 노출된 것인 것이 바람직하다.

이와 같이 수지층의 표면으로부터 입자가 볼록형으로 노출된 것이라면, 입자와 생체의 접촉 면적이 증가하기 때문에, 생체로부터의 미약 전류를 보다 효율적으로 취출할 수 있다.

상기 입자는, 상기 수지층의 두께 방향에서 1입자만 배치된 것인 것이 바람직하다.

이와 같이 입자가 배치된 것이라면, 충분한 도전성을 확보하면서, 필요로 되는 입자의 양을 최소한으로 억제할 수 있기 때문에, 보다 경량의 생체 전극으로 할 수 있고, 제조 비용도 저감할 수 있다.

또한, 본 발명에서는, 표면이 금, 은 또는 백금으로 덮인 입자와 그 입자가 분산된 수지를 포함하는 재료를 도전성 기재 상에 도포하고, 가압하면서 상기 수지를 경화시킴으로써, 상기 도전성 기재 상에, 상기 입자와 그 입자의 평균 입경과 동일한 두께나 그것보다 얇은 수지층을 포함하는 생체 접촉층을 형성하는 생체 전극의 제조 방법을 제공한다.

이와 같은 제조 방법이라면, 도전성 및 생체 적합성이 우수하며, 경량인 생체 전극을 저비용으로 제조할 수 있다.

또한, 상기 입자로서, 평균 입경이 1 ㎛ 이상 1,000 ㎛ 이하인 것을 이용하고, 상기 수지층의 두께를 0.5 ㎛ 이상 1,000 ㎛ 이하로 하는 것이 바람직하다.

이와 같은 평균 입경의 입자를 이용하고, 수지층을 이와 같은 두께로 하면, 충분한 도전성을 확보하면서, 보다 경량의 생체 전극을 제조할 수 있고, 제조 비용도 저감할 수 있다.

또한, 상기 수지층의 두께를, 상기 입자의 평균 입경 1에 대하여 0.5 이상 1.0 이하의 비율로 하는 것이 바람직하다.

입자의 평균 입경에 대한 수지층의 두께를 이와 같은 비율로 하면, 수지층에 의해 충분히 입자를 유지할 수 있기 때문에, 입자의 이탈에 의한 도전성의 저하가 효과적으로 방지된 생체 전극을 제조할 수 있다.

또한, 상기 수지층과 상기 입자의 체적의 합에 대한 상기 입자의 체적 비율을 0.5% 이상 70% 이하로 하는 것이 바람직하다.

입자를 이와 같은 체적 비율로 하면, 충분한 도전성을 확보하면서, 보다 경량의 생체 전극을 제조할 수 있고, 제조 비용도 저감할 수 있다.

또한, 상기 수지로서, 열경화성 수지 및 광경화성 수지 중 어느 하나 또는 양쪽 모두를 이용하여, 열 및 광 중 어느 하나 또는 양쪽 모두에 의해 상기 수지를 경화시키는 것이 바람직하다.

이와 같은 수지를 이용하여 이와 같은 방법으로 경화시키면, 수지층을 용이하게 형성할 수 있다.

또한, 상기 수지로서, 실록산 결합, 에스테르 결합, 아미드 결합, 이미드 결합, 우레탄 결합, 티오우레탄 결합 및 티올기에서 선택되는 1개 이상을 갖는 규소 함유 수지를 이용하는 것이 바람직하다.

이와 같은 수지를 이용하면, 도전성 기재나 입자에 대한 접착성이 양호하고, 또한 발수성이 높고, 가수분해하기 어려운 수지층을 형성할 수 있기 때문에, 보다 땀의 영향을 받기 어려운 생체 전극을 제조할 수 있다.

또한, 상기 수지로서, 실리콘 수지, 규소 원자를 함유하는 폴리아크릴 수지, 규소 원자를 함유하는 폴리아미드 수지, 규소 원자를 함유하는 폴리이미드 수지, 규소 원자를 함유하는 폴리우레탄 수지, 및 규소 원자를 함유하는 폴리티오우레탄 수지에서 선택되는 1종 이상의 수지를 이용하는 것이 바람직하다.

또한, 상기 도전성 기재로서, 금, 은, 염화은, 백금, 알루미늄, 마그네슘, 주석, 텅스텐, 철, 구리, 니켈, 티탄, 스테인레스 및 탄소에서 선택되는 1종 이상을 포함하는 것을 이용하는 것이 바람직하다.

이와 같은 도전성 기재라면, 본 발명의 생체 전극의 제조 방법에 적합하게 이용할 수 있다.

또한, 상기 입자로서 구형의 입자를 이용하는 것이 바람직하다.

이와 같은 입자를 이용하면, 생체로부터의 통전이 보다 균일하고, 또한 장착시의 피부에 대한 자극이 더욱 저감된 생체 전극을 제조할 수 있다.

또한, 상기 입자로서, 폴리아크릴레이트, 폴리에틸렌, 폴리프로필렌, 폴리스티렌, 폴리디비닐벤젠, 노볼락 및 폴리우레탄에서 선택되는 1종 이상의 수지로 이루어진 수지 입자의 표면이 금, 은 또는 백금으로 덮인 것을 이용하는 것이 바람직하다.

이와 같은 입자라면, 입자 전체가 금, 은 또는 백금으로 이루어진 것에 비교해서 경량이고 저가이므로, 이것을 이용함으로써, 보다 경량의 생체 전극을 제조할 수 있고, 제조 비용도 저감할 수 있다.

또한, 상기 입자로서, 그 입자의 내부에, 은, 알루미늄, 구리, 니켈, 텅스텐 및 주석에서 선택되는 1종 이상의 도전성 금속으로 이루어진 도전성 금속층을 갖는 것을 이용하는 것이 바람직하다.

이와 같은 입자라면, 입자 표면의 금, 은 또는 백금을 얇게 하더라도, 입자 내부의 도전성 금속층에 의해 도전성을 얻을 수 있기 때문에, 이것을 이용함으로써, 충분한 도전성을 확보하면서 제조 비용을 더욱 저감할 수 있다.

또한, 상기 수지층의 두께를 상기 입자의 평균 입경보다 얇은 것으로 하고, 상기 수지층의 표면으로부터 상기 입자를 볼록형으로 노출시키는 것이 바람직하다.

이와 같이 수지층의 표면으로부터 입자를 볼록형으로 노출시킴으로써, 입자와 생체의 접촉 면적을 증가시키고, 생체로부터의 미약 전류의 취출 효율을 향상시킬 수 있다.

또한, 상기 입자를, 상기 수지층의 두께 방향에서 1입자만 배치하는 것이 바람직하다.

이와 같이 입자가 배치된 것으로 함으로써, 충분한 도전성을 확보하면서, 필요로 되는 입자의 양을 최소한으로 억제할 수 있기 때문에, 보다 경량의 생체 전극을 제조할 수 있고, 제조 비용도 저감할 수 있다.

이상과 같이, 본 발명의 생체 전극이라면, 피부로부터의 전기 신호를 효율적으로 디바이스에 전달할 수 있고(즉, 도전성이 우수하고), 장기간 피부에 장착하더라도 알레르기를 일으킬 우려가 없고(즉, 생체 적합성이 우수하고), 필요로 되는 입자의 양을 최소한으로 억제할 수 있기 때문에, 경량이며, 또한 저비용으로 제조할 수 있는 생체 전극이 된다. 또한, 수지층의 조성이나 두께를 적절하게 조절함으로써, 생체로부터의 땀에 의한 습윤이나 건조, 혹은 입자의 이탈에 의한 도전성의 저하를 방지할 수 있고, 또한 신축성이나 생체에 대한 점착성을 부여할 수도 있다. 따라서, 이러한 본 발명의 생체 전극이라면, 의료용 웨어러블 디바이스에 이용되는 생체 전극으로서 특히 적합하다. 또한, 본 발명의 생체 전극의 제조 방법이라면, 이러한 생체 전극을 저비용으로 용이하게 제조할 수 있다.

도 1은 본 발명의 생체 전극의 일례를 나타내는 개략 단면도이다.
도 2는 본 발명의 생체 전극을 생체에 장착한 경우의 일례를 나타내는 개략 단면도이다.
도 3은 본 발명의 생체 전극의 제조 방법의 일례를 나타내는 설명도이다.
도 4는 수지층의 두께가 입자의 평균 입경보다 두꺼운 생체 전극의 일례를 나타내는 개략 단면도이다.
도 5는 수지층의 두께가 입자의 평균 입경보다 두꺼운 생체 전극의 다른 일례를 나타내는 개략 단면도이다.

전술한 바와 같이, 생체 전극에 금, 은이나 백금 등의 귀금속제의 입자를 사용한 경우에는, 생체 적합성은 양호한 것이 되지만, 충분한 도전성을 얻기 위해서는, 입자끼리 접촉하도록 다량의 귀금속 입자를 배합할 필요가 있기 때문에, 고가의 귀금속 입자를 다량으로 사용함으로써 제조 비용이 증대되고, 또한 다량의 입자를 포함함으로써 중량이 증가해 버린다고 하는 문제가 있었다.

본 발명자들은, 상기 과제에 관해 예의 검토를 거듭한 결과, 생체 접촉층에 배합하는 도전성의 입자를, 피부 알레르기가 발생하기 어려운 금, 은 또는 백금으로 표면이 덮인 입자로 하고, 또한 수지층의 두께를 입자의 평균 입경과 동일하거나 그것보다 얇은 것으로 함으로써, 도전성 및 생체 적합성을 양립시킬 수 있고, 또한 필요한 입자의 양을 억제할 수 있기 때문에 경량화와 제조 비용의 저감도 가능해지는 것을 발견하여 본 발명을 완성시켰다.

즉, 본 발명은, 도전성 기재와 그 도전성 기재 상에 형성된 생체 접촉층을 갖는 생체 전극으로서, 상기 생체 접촉층은, 표면이 금, 은 또는 백금으로 덮인 입자와 그 입자가 분산된 수지층을 포함하고, 그 수지층의 두께가 상기 입자의 평균 입경과 동일하거나 그것보다 얇은 것인 생체 전극이다.

이하, 본 발명의 생체 전극에 관해 도면을 참조하면서 상세히 설명하지만, 본 발명은 이들에 한정되는 것이 아니다.

<생체 전극>

도 1은, 본 발명의 생체 전극의 일례를 나타내는 개략 단면도이다. 도 1의 생체 전극(1)은, 도전성 기재(2)와 그 도전성 기재(2) 상에 형성된 생체 접촉층(3)을 갖는 것이다. 생체 접촉층(3)은, 표면이 금, 은 또는 백금으로 덮인 입자(4)와 그 입자(4)가 분산된 수지층(5)을 포함하고, 수지층(5)의 두께는 입자(4)의 평균 입경과 동일하거나 그것보다 얇다. 즉, 입자(4)는, 한쪽의 표면이 생체에 접촉하는 쪽의 표면에 드러나 있고(즉, 수지층(5)의 표면으로부터 입자(4)가 볼록형으로 노출되어 있고), 반대쪽 표면은 도전성 기재(2)에 접하고 있다. 또한, 입자(4)는 겹치지 않고 수지층(5)의 두께 방향에서 1입자만 배치되어 있다.

이와 같은 도 1의 생체 전극(1)을 사용하는 경우에는, 도 2에 도시된 바와 같이, 생체 접촉층(3)(즉, 입자(4) 및 수지층(5))을 생체(6)와 접촉시키고, 입자(4)에 의해 생체(6)로부터 전기 신호를 취출하고, 이것을 도전성 기재(2)를 통해 센서 디바이스 등(도시하지 않음)까지 전도시킨다. 이와 같이, 본 발명의 생체 전극이라면, 수지층의 두께가 입자의 평균 입경과 동일하거나 그것보다 얇기 때문에, 통전에 필요로 되는 입자의 양을 최소한으로 억제할 수 있다. 또한, 수지층의 표면으로부터 입자가 볼록형으로 노출되어 있기 때문에, 입자와 생체의 접촉 면적이 크고, 도전성이 우수한 것으로 할 수 있다.

여기서, 수지층의 두께가 입자의 평균 입경보다 두꺼운 생체 전극의 일례를 도 4에 나타낸다. 도 4의 생체 전극(101)은, 도전성 기재(102) 상에 입자(104)와 수지층(105)을 포함하는 생체 접촉층(103)이 형성되어 있지만, 수지층(105)의 두께가 입자(104)의 평균 입경보다 두껍다. 즉, 입자(104)가 도전성 기재(102)와 접해 있지 않고, 또한 생체와 접촉하는 쪽의 표면에도 드러나 있지 않다. 또한, 입자(104)끼리도 접촉하지 않기 때문에, 생체로부터 도전성 기재(102)에 통전이 행해지지 않는다.

또한, 수지층의 두께가 입자의 평균 입경보다 두꺼운 생체 전극의 다른 일례를 도 5에 나타낸다. 도 5의 생체 전극(111)은, 도전성 기재(102) 상에 다량의 입자(104)와 수지층(105)을 포함하는 생체 접촉층(103)이 형성되어 있기 때문에, 수지층(105)의 두께가 입자(104)의 평균 입경보다 두껍더라도 통전 자체는 가능하다. 그러나, 이와 같이 다량의 입자를 배합하는 경우에는, 전술한 바와 같이, 입자를 최저라도 생체 접촉층의 체적의 70% 이상의 비율로 하지 않으면 통전시킬 수 없다. 즉, 이 경우는 고가의 귀금속 입자를 대량으로 사용할 필요가 있기 때문에, 제조 비용이 증대되고, 경량화도 달성할 수 없다.

이하, 본 발명의 생체 전극의 각 구성 재료에 관해 더욱 자세히 설명한다.

[도전성 기재]

본 발명의 생체 전극은 도전성 기재를 갖는 것이다. 이 도전성 기재는, 통상, 센서 디바이스 등과 전기적으로 접속되어 있고, 생체로부터 입자를 통해 취출한 전기 신호를 센서 디바이스 등까지 전도시킨다.

도전성 기재로는, 도전성을 갖는 것이라면 특별히 한정되지 않지만, 예컨대 금, 은, 염화은, 백금, 알루미늄, 마그네슘, 주석, 텅스텐, 철, 구리, 니켈, 티탄, 스테인레스 및 탄소에서 선택되는 1종 이상을 포함하는 것으로 하는 것이 바람직하다.

또한, 도전성 기재는 특별히 한정되지 않고, 경질의 도전성 기판 등이어도 좋고, 플렉시블성을 갖는 도전성 필름 등이어도 좋고, 상기 도전성을 갖는 재료와 섬유를 하이브리드시킨 도전성의 천이어도 좋으며, 생체 전극의 용도 등에 따라서 적절하게 선택하면 된다. 특히, 피부에 접착하거나 하는 경우, 혹은 의복의 일부로서 본 발명의 생체 전극을 피부에 접촉시키는 경우는, 플렉시블한 특성이 필요하기 때문에, 플렉시블 도전성 필름이나 도전성의 천 위에 생체 접촉층을 형성하는 것이 바람직하다.

[생체 접촉층]

본 발명의 생체 전극은, 도전성 기재 상에 형성된 생체 접촉층을 갖는 것이다. 이 생체 접촉층은, 생체 전극을 사용할 때에 실제로 생체와 접촉하는 부분이다. 생체 접촉층은, 표면이 금, 은 또는 백금으로 덮인 입자와 그 입자가 분산된 수지층을 포함한다.

(입자)

본 발명의 생체 전극에 있어서, 생체 접촉층을 구성하는 입자는, 표면이 금, 은 또는 백금으로 덮인 도전성의 입자이며, 생체로부터 미약한 전기 신호를 취출하여, 이것을 상기 도전성 기재에 전도시키기 위한 것이다.

입자로는, 예컨대 폴리아크릴레이트, 폴리에틸렌, 폴리프로필렌, 폴리스티렌, 폴리디비닐벤젠, 노볼락 및 폴리우레탄에서 선택되는 1종 이상의 수지로 이루어진 수지 입자의 표면이 금, 은 또는 백금으로 덮인 것이 바람직하다. 이러한 입자라면, 입자 전체가 금, 은 또는 백금으로 이루어진 것에 비교해서 경량이고 저가이므로, 생체 전극을 보다 경량화할 수 있고, 제조 비용도 저감할 수 있다.

입자의 최외측 표면은, 피부에 접촉하기 때문에 피부 알레르기가 없는 귀금속인 금, 은 또는 백금일 필요가 있지만, 입자의 내부에는, 은, 알루미늄, 구리, 니켈, 텅스텐 및 주석 등에서 선택되는 1종 이상의 도전성 금속으로 이루어진 도전성 금속층을 갖고 있어도 좋다. 금, 은이나 백금은 고가이므로, 이 층의 두께를 가능한 한 얇게 하는 것은 저비용화에 유효하다. 그러나, 금, 은이나 백금의 층을 지나치게 얇게 하면 도전성이 저하되기 때문에, 입자의 내부에 저가의 알루미늄, 구리, 니켈, 텅스텐, 주석 등의 도전성 금속층을 형성함으로써, 필요한 도전성을 확보하는 것이 효과적이다. 또, 입자 표면의 금, 은 또는 백금의 층의 두께는 특별히 한정되지 않지만, 상기와 같이 이 층을 얇게 함으로써 제조 비용을 저감시킬 수 있기 때문에, 수 nm 정도로 하는 것이 바람직하다.

표면이 금, 은 또는 백금으로 덮인 입자의 평균 입경은, 바람직하게는 1 ㎛ 이상 1,000 ㎛ 이하이며, 보다 바람직하게는 2 ㎛ 이상 800 ㎛ 이하이며, 더욱 바람직하게는 3 ㎛ 이상 600 ㎛ 이하이다. 입자의 평균 입경이 1 ㎛ 이상이면, 입자의 평균 입경과 동일하거나 그것보다 얇게 형성할 필요가 있는 수지층의 형성이 어려워질 우려가 없고, 입자의 평균 입경이 1,000 ㎛ 이하이면, 입자가 지나치게 커서 입자의 유지가 어려워지거나, 생체 전극으로서의 중량이 지나치게 증가하거나 할 우려가 없다.

또, 입경의 편차는 작을수록 바람직하다. 보다 구체적으로는, 예컨대 입자를 10개 측정했을 때의 입경의 표준편차가, 평균 입경의 10% 이하인 것이 바람직하고, 평균 입경의 5% 이하인 것이 보다 바람직하다. 입경의 편차가 작을수록, 수지층 표면으로부터 노출되는 입자의 노출 정도(즉, 입자와 생체의 접촉 면적)가 균일해지기 때문에, 생체로부터의 통전이 보다 균일해진다.

또한, 상기 입자가 구형의 입자인 것이 바람직하다. 구형의 입자라면, 생체로부터의 통전을 보다 균일하게 할 수 있다. 또한, 장착시의 피부에 대한 자극을 더욱 저감할 수 있다. 또, 입자의 형상은 구형이 가장 바람직하지만, 타원형이나 사각형, 원추형, 기타 부정형의 형상이어도 좋다.

또, 수지 입자의 표면을 금, 은 또는 백금으로 피복한 구형의 입자로는, 종래, 도전성 접착제나, LCD(Liquid Crystal Display)와 그 구동 회로 사이의 도통을 위한 스페이서로서 사용되고 있는 것을 사용할 수도 있다. 이러한 입자로서, 구체적으로는, 일본 특허 공개 평11-209714호 공보, 일본 특허 공개 제2006-156068호 공보, 일본 특허 공개 제2011-204530호 공보, 일본 특허 공개 제2015-109268호 공보 등에 기재된 것을 들 수 있다.

(수지층)

본 발명의 생체 전극에 있어서, 생체 접촉층을 구성하는 수지층은, 상기 입자가 분산된 것이며, 이 입자의 생체 접촉층으로부터의 이탈을 방지하고, 입자를 유지하기 위한 층이다. 또, 수지층은, 열경화성 수지 및 광경화성 수지 중 어느 하나 또는 양쪽 모두를 포함하는 수지 조성물의 경화물인 것이 바람직하다.

또한, 수지층으로부터 입자가 이탈하는 것에 의한 도전성의 저하를 방지하기 위해, 본 발명의 생체 전극에 있어서, 수지층은 전술한 표면이 금, 은 또는 백금으로 피복된 입자와의 접착성이 높은 것이 바람직하다. 또한, 도전성 기재로부터의 생체 접촉층의 박리를 방지하기 위해, 본 발명의 생체 전극에 있어서, 수지층은 도전성 기재에 대한 접착성이 높은 것이 바람직하다. 수지층을, 도전성 기재나 금, 은 또는 백금으로 피복된 입자와의 접착성이 높은 것으로 하기 위해서는, 극성이 높은 수지를 이용하는 것이 효과적이다. 이와 같은 수지로는, 에스테르 결합, 아미드 결합, 이미드 결합, 우레탄 결합, 티오우레탄 결합 및 티올기에서 선택되는 1개 이상을 갖는 수지, 혹은 폴리아크릴 수지, 폴리아미드 수지, 폴리이미드 수지, 폴리우레탄 수지 및 폴리티오우레탄 수지 등을 들 수 있다. 또한, 한편 수지층은 생체에 접촉하기 때문에, 생체로부터의 땀의 영향을 받기 쉽다. 따라서, 본 발명의 생체 전극에 있어서, 수지층은 발수성이 높고, 가수분해하기 어려운 것인 것이 바람직하다. 수지층을, 발수성이 높고, 가수분해하기 어려운 것으로 하기 위해서는, 규소를 함유하는 수지를 이용하는 것이 효과적이다.

이 점에서, 본 발명의 생체 전극에 있어서, 수지층은, 실록산 결합, 에스테르 결합, 아미드 결합, 이미드 결합, 우레탄 결합, 티오우레탄 결합 및 티올기에서 선택되는 1개 이상을 갖는 규소 함유 수지를 포함하는 수지 조성물의 경화물인 것이 바람직하다.

또한, 수지층은, 실리콘 수지, 규소 원자를 함유하는 폴리아크릴 수지, 규소 원자를 함유하는 폴리아미드 수지, 규소 원자를 함유하는 폴리이미드 수지, 규소 원자를 함유하는 폴리우레탄 수지, 및 규소 원자를 함유하는 폴리티오우레탄 수지에서 선택되는 1종 이상의 수지를 포함하는 수지 조성물의 경화물인 것이 바람직하다.

이와 같은 수지층이라면, 도전성 기재나 입자에 대한 접착성이 양호하고, 또한 발수성이 높고, 가수분해하기 어렵기 때문에, 생체 전극을 땀의 영향을 받기 어려운 것으로 할 수 있다. 즉, 발수성과 접착성을 양립시킬 수 있다.

또, 상기와 같이, 수지층은 수지 조성물의 경화물인 것이 바람직하다. 경화시키는 것에 의해, 입자와 도전성 기재의 양쪽 모두에 대한 수지층의 접착성이 양호한 것이 된다. 또, 경화 수단으로는 특별히 한정되지 않고, 일반적인 수단을 이용할 수 있으며, 예컨대 열 및 광 중 어느 하나 또는 양쪽 모두, 혹은 산 또는 염기 촉매에 의한 가교 반응 등을 이용할 수 있다. 가교 반응에 관해서는, 예컨대 가교 반응 핸드북, 나까야마 야스하루, 마루젠 출판(2013년) 제2편 p51∼p371에 기재된 것을 적절하게 선택하여 행할 수 있다.

또한, 후술하는 바와 같이, 본 발명의 생체 전극을 제조할 때에는, 입자와 수지를 포함하는 재료를 도전성 기재 상에 도포하고, 예컨대 형을 이용하여 압착 연신한다. 이 때문에, 경화전의 수지는 저점도인 것으로 하는 것이 바람직하다. 또한, 재료를 가압하면서 경화시키기 때문에, 재료는 무용제로 하는 것이 바람직하다. 무용제라면, 경화시에 가압하더라도 용제가 급격히 증발할 우려가 없어, 안정적으로 경화시킬 수 있다. 또한, 동일한 이유로, 수지나 가교제도 증기압이 낮은 재료를 선택하는 것이 바람직하다.

규소 원자를 함유하는 폴리아크릴 수지로는, 실리콘을 주쇄에 갖는 폴리머와 규소 원자를 측쇄에 갖는 폴리머가 있지만, 모두 적합하게 이용할 수 있다. 실리콘을 주쇄에 갖는 폴리머로는, (메트)아크릴프로필기를 갖는 실록산 혹은 실세스퀴옥산 등을 이용할 수 있다. 이 경우는, 광라디칼 발생제를 첨가함으로써 (메트)아크릴 부분을 중합시켜 경화시킬 수 있다.

또한, 실리콘의 측쇄에 비닐기, 알릴기 등의 이중 결합이 존재하고 있으면, 티올계의 가교제를 첨가하여 광가교시킬 수도 있다. 또, 티올은 금과 배위하기 때문에, 표면이 금으로 피복된 입자를 사용한 경우에는, 이것을 첨가함으로써, 입자와 수지층의 밀착성을 향상시키는 효과도 얻어진다. 이 경우는, 실리콘에 에스테르 결합, 아미드 결합, 이미드 결합, 우레탄 결합 및 티오우레탄 결합은 반드시 필요하지는 않다.

규소 원자를 함유하는 폴리아미드 수지로는, 예컨대 일본 특허 공개 제2011-79946호 공보, 미국 특허 제5981680호 공보에 기재된 폴리아미드실리콘 수지 등을 적합하게 이용할 수 있다. 이러한 폴리아미드실리콘 수지는, 예컨대 양 말단에 아미노기를 갖는 실리콘 또는 양 말단에 아미노기를 갖는 비실리콘 화합물과, 양 말단에 카르복실기를 갖는 비실리콘 또는 양 말단에 카르복실기를 갖는 실리콘을 조합하여 합성할 수 있다. 또한, 실리콘의 측쇄에 (메트)아크릴프로필기를 갖고 있으면, 광라디칼 가교에 의해 경화시킬 수 있고, 실리콘의 측쇄에 비닐기와, SiH 기(규소 원자 결합 수소 원자)를 갖고 있으면, 백금 촉매에 의해 부가 반응에 의한 가교를 행할 수 있다.

또한, 카르복실산 무수물과 아민을 반응시켜 얻어지는, 고리화하기 전의 폴리아미드산을 이용해도 좋다. 폴리아미드산의 카르복실기의 가교에는, 에폭시계나 옥세탄계의 가교제를 이용해도 좋고, 카르복실기와 히드록시에틸(메트)아크릴레이트의 에스테르화 반응을 행하여, (메트)아크릴레이트 부분의 광라디칼 가교를 행해도 좋다.

규소 원자를 함유하는 폴리이미드 수지로는, 예컨대 일본 특허 공개 제2002-332305호 공보에 기재된 폴리이미드실리콘 수지 등을 적합하게 이용할 수 있다. 폴리이미드 수지는 점성이 매우 높지만, (메트)아크릴계 모노머를 용제이자 가교제로서 배합함으로써 저점성으로 할 수 있다.

규소 원자를 함유하는 폴리우레탄 수지로는, 폴리우레탄실리콘 수지를 들 수 있고, 이러한 폴리우레탄실리콘 수지로는, 양 말단에 이소시아네이트기를 갖는 화합물과 말단에 히드록시기를 갖는 화합물을 블렌드하여 가열함으로써 우레탄 결합에 의한 가교를 행할 수 있다. 또, 이 경우, 양 말단에 이소시아네이트기를 갖는 화합물이나, 말단에 히드록시기를 갖는 화합물 중 어느 하나 혹은 양쪽 모두에 규소 원자(실록산 결합)를 함유할 필요가 있다. 혹은, 일본 특허 공개 제2005-320418호 공보에 기재된 바와 같이, 폴리실록산에 우레탄(메트)아크릴레이트 모노머를 블렌드하여 광가교시킬 수도 있다. 또한, 실록산 결합과 우레탄 결합의 양쪽 모두를 가지며, 말단에 (메트)아크릴레이트기를 갖는 폴리머를 가교시킬 수도 있다.

규소 원자를 함유하는 폴리티오우레탄 수지는, 티올기를 갖는 화합물과 이소시아네이트기를 갖는 화합물의 반응에 의해 얻을 수 있고, 이들 중 어느 하나가 규소 원자를 함유하고 있으면 된다. 또한, 말단에 (메트)아크릴레이트기를 갖고 있으면, 경화시키는 것도 가능하다.

또한, 수지층의 형성 재료에는, 에스테르 결합, 아미드 결합, 이미드 결합, 우레탄 결합, 티오우레탄 결합, 및/또는 티올기를 갖는 규소 비함유 수지를 블렌드할 수도 있다. 에스테르 결합, 아미드 결합, 이미드 결합, 우레탄 결합, 티오우레탄 결합, 및/또는 티올기를 갖는 규소 비함유 수지의 배합량은, 규소 함유 수지 100 질량부에 대하여 10∼4,000 질량부의 범위가 바람직하다.

경화를 행하기 위해서는, 말단이 (메트)아크릴레이트로 되어 있는 수지를 이용하거나, 말단이 (메트)아크릴레이트나 티올기로 되어 있는 가교제를 첨가함과 함께, 광에 의해 라디칼을 발생시키는 광라디칼 발생제나, 열분해에 의해 라디칼을 발생시키는 열라디칼 발생제를 첨가하는 것이 바람직하다.

광라디칼 발생제로는, 아세토페논, 4,4'-디메톡시벤질, 벤질, 벤조인, 벤조페논, 2-벤조일벤조산, 4,4'-비스(디메틸아미노)벤조페논, 4,4'-비스(디에틸아미노)벤조페논, 벤조인메틸에테르, 벤조인에틸에테르, 벤조인이소프로필에테르, 벤조인부틸에테르, 벤조인이소부틸에테르, 4-벤조일벤조산, 2,2'-비스(2-클로로페닐)-4,4', 5,5'-테트라페닐-1,2'-비이미다졸, 2-벤조일벤조산메틸, 2-(1,3-벤조디옥솔-5-일)-4,6-비스(트리클로로메틸)-1,3,5-트리아진, 2-벤질-2-(디메틸아미노)-4'-모르폴리노부티로페논, 4,4'-디클로로벤조페논, 2,2-디에톡시아세토페논, 2,2-디메톡시-2-페닐아세토페논, 2,4-디에틸티옥산텐-9-온, 디페닐(2,4,6-트리메틸벤조일)포스핀옥사이드(BAPO), 1,4-디벤조일벤젠, 2-에틸안트라퀴논, 1-히드록시시클로헥실페닐케톤, 2-히드록시-2-메틸프로피오페논, 2-히드록시-4'-(2-히드록시에톡시)-2-메틸프로피오페논, 2-이소니트로소프로피오페논, 2-페닐-2-(p-톨루엔술포닐옥시)아세토페논, 2-페닐-2-(p-톨루엔술포닐옥시)아세토페논을 들 수 있다. 또, 광라디칼 발생제의 첨가량은, 수지 100 질량부에 대하여 0.1∼50 질량부의 범위로 하는 것이 바람직하다.

열분해형의 라디칼 발생제를 첨가함으로써 경화시킬 수도 있다. 열라디칼 발생제로는, 2,2'-아조비스(이소부티로니트릴), 2,2'-아조비스(2,4-디메틸발레로니트릴), 2,2'-아조비스(2-메틸부티로니트릴), 4,4'-아조비스(4-시아노발레르산), 2,2'-아조비스(메틸프로피온아미딘)염산, 2,2'-아조비스[2-(2-이미다졸린-2-일)프로판]염산, 2,2'-아조비스(4-메톡시-2,4-디메틸발레로니트릴), 2,2'-아조비스(2-메틸부티로니트릴), 2,2'-아조비스(시클로헥산-1-카르보니트릴), 1[(1-시아노-1-메틸에틸)아조]포름아미드, 2,2'-아조비스[2-메틸-N-(2-히드록시에틸)프로피온아미드], 2,2'-아조비스[N-(2-프로페닐)-2-메틸프로피온아미드], 2,2'-아조비스(N-부틸-2-메틸프로피온아미드), 디메틸-2,2'-아조비스(이소부틸레이트), 4,4'-아조비스(4-시아노펜탄산), 디메틸-2,2'-아조비스(2-메틸프로피오네이트), 벤조일퍼옥시드, tert-부틸히드로퍼옥시드, 쿠멘히드로퍼옥시드, 디-tert-부틸퍼옥시드, 디-tert-아밀퍼옥시드, 디-n-부틸퍼옥시드, 디메틸-2,2'-아조비스(2-메틸프로피오네이트), 디쿠밀퍼옥시드 등을 들 수 있다.

또한, 수지층의 형성 재료에는, 수지층과 입자의 접착성을 향상시키기 위해 접착성 향상제를 첨가해도 좋다. 이러한 접착성 향상제로는, 예컨대 티올기, 히드록시기, 카르복실기, 아미드기, 우레탄기 등을 갖는 실란 커플링제를 들 수 있다.

또한, 본 발명의 생체 전극은 생체(예컨대 피부)에 접착하여 사용하기 때문에, 수지층의 형성 재료에는, 생체에 대한 점착성을 부여하기 위해 점착성 부여제를 첨가해도 좋다. 이러한 점착성 부여제로는, 예컨대 실리콘 레진이나 비가교성의 실록산, 비가교성의 폴리(메트)아크릴레이트, 비가교성의 폴리에테르 등을 들 수 있다.

또, 수지층의 두께는, 0.5 ㎛ 이상 1,000 ㎛ 이하인 것이 바람직하고, 보다 바람직하게는 1 ㎛ 이상 800 ㎛ 이하이며, 더욱 바람직하게는 2 ㎛ 이상 600 ㎛ 이하이다.

또한, 수지층의 두께는, 전술한 입자의 평균 입경 1에 대하여 0.5 이상 1.0 이하의 비율인 것이 바람직하다. 이러한 비율이면, 수지층에 의해 충분히 입자를 유지할 수 있기 때문에, 입자의 이탈에 의한 도전성의 저하를 효과적으로 방지할 수 있다.

또한, 본 발명의 생체 전극은, 수지층의 두께가 입자의 평균 입경보다 얇은 것이며, 수지층의 표면으로부터 입자가 볼록형으로 노출된 것인 것이 바람직하다. 이와 같이 수지층의 표면으로부터 입자가 볼록형으로 노출된 것이라면, 입자와 생체의 접촉 면적이 증가하기 때문에, 생체로부터의 미약 전류를 보다 효율적으로 취출할 수 있다.

또한, 본 발명의 생체 전극은, 수지층과 입자의 체적의 합(즉, 생체 접촉층의 체적)에 대한 입자의 체적 비율이 0.5% 이상 70% 이하인 것이 바람직하다. 입자가 이와 같은 체적 비율이라면, 충분한 도전성을 확보하면서, 보다 경량의 생체 전극으로 할 수 있고, 제조 비용도 저감할 수 있다.

또한, 본 발명의 생체 전극의 생체 접촉층의 형성 재료에는, 전술한 표면이 금, 은 또는 백금으로 덮인 입자에 더하여, 카본계의 도전성 재료를 첨가할 수도 있다. 카본계의 도전성 재료로는, 카본 블랙, 아세틸렌 블랙, 케첸 블랙, 카본 나노 튜브 등을 들 수 있다. 카본 나노 튜브로는, 단층, 이층, 그 이상의 다층의 어느 것이라도 이용할 수 있다. 표면이 금, 은 또는 백금으로 덮인 입자의 사이에 카본계의 도전성 재료가 존재하면, 카본계의 도전성 재료를 통해서라도 통전되기 때문에, 생체 접촉층의 도전성이 더욱 양호한 것이 된다. 표면이 금, 은 또는 백금으로 덮인 입자와 카본계의 도전성 재료를 병용함으로써, 각각 단독의 첨가의 경우보다 적은 첨가량으로 높은 도전성을 얻을 수 있다. 카본계의 도전성 재료의 첨가량은, 수지 100 질량부에 대하여 0.1∼50 질량부의 범위가 바람직하다.

또한, 본 발명의 생체 전극은, 입자가 수지층의 두께 방향에서 1입자만 배치된 것인 것이 바람직하다. 이와 같이 입자가 배치된 것이라면, 충분한 도전성을 확보하면서, 필요로 되는 입자의 양을 최소한으로 억제할 수 있기 때문에, 보다 경량의 생체 전극으로 할 수 있고, 제조 비용도 저감할 수 있다.

또한, 본 발명의 생체 전극에서는, 종래의 생체 전극(예컨대, 일본 특허 공개 제2004-33468호 공보에 기재된 생체 전극)과 마찬가지로, 사용시에 생체로부터 생체 전극이 박리되는 것을 방지하기 위해, 생체 접촉층 위에 별도의 점착막을 형성해도 좋다. 점착막을 형성하는 경우에는, 아크릴형, 우레탄형, 실리콘형 등의 점착제를 이용하여 점착막을 형성하면 되며, 특히 실리콘형은 산소나 물의 투과성이 높고, 발수성도 높고, 피부에 대한 자극성이 낮기 때문에 적합하다. 또, 본 발명의 생체 전극에서는, 상기와 같이, 수지층의 형성 재료에 점착성 부여제를 첨가하거나, 생체에 대한 점착성이 양호한 수지를 이용하거나 함으로써, 생체로부터의 박리를 방지할 수 있기 때문에, 상기 점착막은 반드시 형성할 필요는 없다.

본 발명의 생체 전극을 웨어러블 디바이스로서 사용할 때의, 생체 전극과 센서 디바이스의 배선이나, 그 밖의 부재에 관해서는, 특별히 한정되지 않으며, 예컨대 일본 특허 공개 제2004-33468호 공보에 기재된 것을 적용할 수 있다.

이상과 같이, 본 발명의 생체 전극이라면, 피부로부터의 전기 신호를 효율적으로 디바이스에 전달할 수 있고(즉, 도전성이 우수하고), 장기간 피부에 장착하더라도 알레르기를 일으킬 우려가 없고(즉, 생체 적합성이 우수하고), 필요로 되는 입자의 양을 최소한으로 억제할 수 있기 때문에, 경량이며, 또한 저비용으로 제조할 수 있는 생체 전극이 된다. 또한, 수지층의 조성이나 두께를 적절하게 조절함으로써, 생체로부터의 땀에 의한 습윤이나 건조, 혹은 입자의 이탈에 의한 도전성의 저하를 방지할 수 있고, 또한 신축성이나 생체에 대한 점착성을 부여할 수도 있다. 따라서, 이러한 본 발명의 생체 전극이라면, 의료용 웨어러블 디바이스에 이용되는 생체 전극으로서 특히 적합하다.

<생체 전극의 제조 방법>

이하, 본 발명의 생체 전극의 제조 방법에 관해 도면을 참조하면서 상세히 설명하지만, 본 발명의 생체 전극의 제조 방법은 이것에 한정되는 것은 아니다.

도 3은, 본 발명의 생체 전극의 제조 방법의 일례를 나타내는 설명도이다. 도 3의 제조 방법에서는, 우선 도 3의 (A)에 도시된 바와 같이, 표면이 금, 은 또는 백금으로 덮인 입자(4)와 입자(4)가 분산된 수지(수지층 재료(5'))를 포함하는 재료를 도전성 기재(2) 상에 도포한다. 이어서, 도 3의 (B)에 도시된 바와 같이, 형(7)으로 가압하면서 수지를 가교 경화시켜 수지층(5)을 형성한다. 이 때, 가압함으로써 입자(4)는 변형되지만, 경화후에 형(7)을 제거함으로써, 도 3의 (C)에 도시된 바와 같이 입자(4)의 형상이 원래로 되돌아가, 경화후의 수지층(5)의 두께를 입자(4)의 평균 입경과 동일하거나 그것보다 얇게 할 수 있다. 이와 같이 하여, 도 3의 (C)에 도시된 바와 같은, 도전성 기재(2) 상에 입자(4)와 그 입자(4)가 분산된 수지층(5)을 포함하는 생체 접촉층(3)이 형성된 생체 전극을 제조할 수 있다.

또, 본 발명의 생체 전극의 제조 방법에 사용되는 도전성 기재, 표면이 금, 은 또는 백금으로 덮인 입자, 수지, 제조되는 생체 전극에서의 수지층의 두께나 입자의 체적 비율 등은, 전술한 것과 동일해도 좋다.

도전성 기재 상에 재료를 도포하는 방법은, 특별히 한정되지 않지만, 예컨대 딥코트, 스프레이코트, 스핀코트, 롤코트, 플로우코트 및 닥터코트 등의 방법이 적합하다.

수지의 경화 방법은 특별히 한정되지 않고, 수지층에 사용하는 수지의 종류에 따라서 적절하게 선택하면 되지만, 예컨대 열 및 광 중 어느 하나 또는 양쪽 모두에 의해 경화시키는 것이 바람직하다. 또한, 상기 재료에 산이나 염기를 발생시키는 촉매를 첨가해 두고, 이것에 의해 가교 반응을 발생시켜 경화시킬 수도 있다.

또, 가열하는 경우의 온도는 특별히 한정되지 않고, 수지층에 사용하는 수지의 종류에 따라서 적절하게 선택하면 되지만, 예컨대 50∼250℃ 정도가 바람직하다.

또한, 광중합 반응(예컨대, 라디칼에 의한 광가교)에 의한 경화를 행하는 경우, 가압에 사용하는 형은 광투과성이 높은 투명 소재를 이용하는 것이 바람직하다. 또, 광에 의해 경화시키는 경우에는, 가열은 반드시 필요하지는 않다.

또한, 가열과 광조사를 조합하는 경우는, 가열과 광조사를 동시에 행해도 좋고, 광조사후에 가열을 행해도 좋고, 가열후에 광조사를 행해도 좋다.

또한, 수지를 경화시킬 때에는, 가압하면서 경화(압착 경화)시킬 필요가 있다. 압착 경화시의 압력은 특별히 한정되지 않지만, 예컨대 0.01∼100 kg/㎠가 바람직하고, 전술한 입자의 변형 정도에 따라서 수지층의 두께나 볼록형으로 노출된 입자의 높이 등을 조정할 수 있다. 또한, 수지층의 두께는 가압시의 형(7)과 도전성 기재(2)의 거리에 따라서도 조정 가능하다. 가압시의 수지의 유동성을 향상시키고, 가교 반응을 촉진시키기 위해, 가압하면서 가열해도 좋다.

이상과 같이, 본 발명의 생체 전극의 제조 방법이라면, 도전성 및 생체 적합성이 우수하고, 경량인 본 발명의 생체 전극을, 저비용으로 용이하게 제조할 수 있다.

실시예

이하, 실시예 및 비교예를 이용하여 본 발명을 구체적으로 설명하지만, 본 발명은 이들에 한정되는 것은 아니다. 또, 중량 평균 분자량(Mw)은 GPC에 의한 폴리스티렌 환산의 중량 평균 분자량을 나타낸다.

표면이 금, 은 또는 백금으로 피복된 입자로는, 표면이 금으로 피복된 구형의 입자인 미크로펄 AU(세키스이화학공업사 제조)의 평균 입경 10 ㎛, 20 ㎛, 40 ㎛인 것, 및 표면이 은으로 피복된 구형의 입자인 은코팅 가루(미쯔비시마테리알사 제조)의 평균 입경 30 ㎛인 것을 사용했다.

생체 접촉층 형성용 재료에 수지로서 배합한 폴리머 1∼6을 이하에 나타낸다.

[화학식 1]

(식 중, m1, m2, m3 및 m4는 각각 8∼12의 정수이다.)

폴리머 1 : 실리콘 수지

분자량(Mw)=5,200

분산도(Mw/Mn)=2.22

폴리머 2 : 실리콘 수지

분자량(Mw)=7,200

분산도(Mw/Mn)=2.85

폴리머 3 : 실리콘폴리이미드 수지

분자량(Mw)=6,500

분산도(Mw/Mn)=3.2

폴리머 4 : 실리콘우레탄 수지

분자량(Mw)=1,500

분산도(Mw/Mn)=1.8

폴리머 5 : 실리콘이미드 수지

분자량(Mw)=5,900

분산도(Mw/Mn)=3.3

폴리머 6 : 실리콘티오우레탄 수지

분자량(Mw)=1,600

분산도(Mw/Mn)=1.8

생체 접촉층 형성용 재료에 규소를 함유하지 않는 블렌드용 수지로서 배합한 우레탄아크릴레이트 1∼3을 이하에 나타낸다.

[화학식 2]

(식 중, n1은 평균 50, n2는 평균 60, n3은 평균 70이다.)

생체 접촉층 형성용 재료에 첨가제로서 배합한 가교제 1∼4를 이하에 나타낸다.

[화학식 3]

생체 접촉층 형성용 재료에 첨가제로서 배합한 접착성 향상제 1, 2를 이하에 나타낸다.

접착성 향상제 1 : 3-우레이도프로필트리알콕시실란

접착성 향상제 2 : 3-머캅토프로필트리메톡시실란

생체 접촉층 형성용 재료에 첨가제로서 배합한 광라디칼 발생제 1 및 열라디칼 발생제 1을 이하에 나타낸다.

광라디칼 발생제 1 : 디메톡시페닐아세토페논

열라디칼 발생제 1 : 디메틸-2,2'-아조비스(2-메틸프로피오네이트)

[실시예 1∼12, 비교예 1, 2]

표 1에 기재된 조성으로 입자, 폴리머 및 첨가제(가교제, 접착성 향상제, 라디칼 발생제)를 블렌드하여, 생체 접촉층 형성용 재료 용액을 조제했다. 핫플레이트 상에 도전성 기재로서 니켈 도금의 두께 0.5 mm의 구리판을 놓고, 그 위에 생체 접촉층 형성용 재료 용액을 디스펜스하고, 생체 접촉층 형성용 재료 용액측에 박리용의 테트라플루오로에틸렌의 박막 시트를 사이에 두고 석영 기판을 사용하여 표 1에 기재된 압력으로 가압하고, 실시예 1∼8, 비교예 1과 2에서는 할로겐 램프를 2 J/㎠의 노광량으로 조사하고, 경우에 따라서는 기판을 가열하고, 실시예 9∼12에서는 광조사없이 기판을 가열하여(온도는 표 1에 기재) 수지를 가교 경화시켜 생체 전극을 제작했다.

이와 같이 하여 제작한 생체 전극을 커터로 자르고, 단면을 전자 현미경으로 관찰하여 수지층의 두께를 측정했다. 결과를 표 1에 나타낸다.

또한, ADC사 제조의 전압/전류 발생기 6241A를 이용하고, JIS K 6271에 따른 방법으로 저항치를 측정하여, 제작한 생체 전극의 도전성을 평가했다. 결과를 표 1에 나타낸다.

표 1에 나타낸 바와 같이, 수지 경화시에 가압함으로써 수지층의 두께를 입자의 평균 입경보다 얇게 한 실시예 1∼12에서는, 다량의 입자를 배합하지 않더라도 양호한 도전성을 얻을 수 있었고, 또한 비교예 2와 비교해서 입자의 배합량이 적기 때문에 경량이며, 저비용으로 제조할 수 있었다. 한편, 수지 경화시에 가압하지 않고 수지층의 두께를 입자의 평균 입경보다 두껍게 한 비교예 1에서는, 입자의 배합량은 실시예 1∼12와 동일한 정도이므로 경량이며, 저비용으로 제조할 수 있었지만, 실시예 1∼12에 비교해서 저항치가 매우 크고, 도전성이 대폭 떨어졌다. 또한, 다량의 입자를 배합하고, 수지 경화시에 가압하지 않고 수지층의 두께를 입자의 평균 입경보다 두껍게 한 비교예 2에서는, 실시예 1∼12와 동일한 정도의 양호한 도전성이 얻어졌지만, 입자의 배합량이 많기 때문에, 중량 및 제조 비용이 증대됨과 함께 막의 강도가 저하되었다.

이상으로부터, 본 발명의 생체 전극이라면, 도전성 및 생체 적합성이 우수하고, 경량이며, 또한 저비용으로 제조할 수 있는 것이 분명해졌다.

또, 본 발명은, 상기 실시형태에 한정되는 것이 아니다. 상기 실시형태는 예시이며, 본 발명의 특허청구범위에 기재된 기술적 사상과 실질적으로 동일한 구성을 가지며, 동일한 작용 효과를 나타내는 것은, 어느 것이라도 본 발명의 기술적 범위에 포함된다.

1 : 생체 전극, 2 : 도전성 기재, 3 : 생체 접촉층, 4 : 입자, 5 : 수지층, 5' : 수지층 재료, 6 : 생체, 7 : 형.

Claims

도전성 기재와 이 도전성 기재 상에 형성된 생체 접촉층을 갖는 생체 전극으로서,
상기 생체 접촉층은, 표면이 금, 은 또는 백금으로 덮인 입자와 이 입자가 분산된 수지층을 포함하고, 이 수지층의 두께가 상기 입자의 평균 입경과 동일하거나 그것보다 얇은 것인 것을 특징으로 하는 생체 전극.
제1항에 있어서, 상기 입자의 평균 입경이 1 ㎛ 이상 1,000 ㎛ 이하이며, 상기 수지층의 두께가 0.5 ㎛ 이상 1,000 ㎛ 이하인 것을 특징으로 하는 생체 전극.
제1항에 있어서, 상기 수지층의 두께가, 상기 입자의 평균 입경 1에 대하여 0.5 이상 1.0 이하의 비율인 것을 특징으로 하는 생체 전극.
제1항에 있어서, 상기 수지층과 상기 입자의 체적의 합에 대한 상기 입자의 체적 비율이 0.5% 이상 70% 이하인 것을 특징으로 하는 생체 전극.
제1항에 있어서, 상기 수지층이, 열경화성 수지 및 광경화성 수지 중 어느 하나 또는 양쪽 모두를 포함하는 수지 조성물의 경화물인 것을 특징으로 하는 생체 전극.
제1항에 있어서, 상기 수지층이, 실록산 결합, 에스테르 결합, 아미드 결합, 이미드 결합, 우레탄 결합, 티오우레탄 결합 및 티올기에서 선택되는 1개 이상을 갖는 규소 함유 수지를 포함하는 수지 조성물의 경화물인 것을 특징으로 하는 생체 전극.
제1항에 있어서, 상기 수지층이, 실리콘 수지, 규소 원자를 함유하는 폴리아크릴 수지, 규소 원자를 함유하는 폴리아미드 수지, 규소 원자를 함유하는 폴리이미드 수지, 규소 원자를 함유하는 폴리우레탄 수지, 및 규소 원자를 함유하는 폴리티오우레탄 수지에서 선택되는 1종 이상의 수지를 포함하는 수지 조성물의 경화물인 것을 특징으로 하는 생체 전극.
제1항에 있어서, 상기 도전성 기재가, 금, 은, 염화은, 백금, 알루미늄, 마그네슘, 주석, 텅스텐, 철, 구리, 니켈, 티탄, 스테인레스 및 탄소에서 선택되는 1종 이상을 포함하는 것인 것을 특징으로 하는 생체 전극.
제1항에 있어서, 상기 입자가 구형의 입자인 것을 특징으로 하는 생체 전극.
제1항에 있어서, 상기 입자는, 폴리아크릴레이트, 폴리에틸렌, 폴리프로필렌, 폴리스티렌, 폴리디비닐벤젠, 노볼락 및 폴리우레탄에서 선택되는 1종 이상의 수지를 포함하는 수지 입자의 표면이 금, 은 또는 백금으로 덮인 것인 것을 특징으로 하는 생체 전극.
제1항에 있어서, 상기 입자는, 이 입자의 내부에, 은, 알루미늄, 구리, 니켈, 텅스텐 및 주석에서 선택되는 1종 이상의 도전성 금속을 포함하는 도전성 금속층을 갖는 것인 것을 특징으로 하는 생체 전극.
제1항에 있어서, 상기 수지층의 두께가 상기 입자의 평균 입경보다 얇은 것이며, 상기 수지층의 표면으로부터 상기 입자가 볼록형으로 노출된 것인 것을 특징으로 하는 생체 전극.
제1항 내지 제12항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 입자는, 상기 수지층의 두께 방향에서 1입자만 배치된 것인 것을 특징으로 하는 생체 전극.
표면이 금, 은 또는 백금으로 덮인 입자와 이 입자가 분산된 수지를 포함하는 재료를 도전성 기재 상에 도포하고, 가압하면서 상기 수지를 경화시킴으로써, 상기 도전성 기재 상에, 상기 입자와 이 입자의 평균 입경과 동일한 두께나 그것보다 얇은 수지층을 포함하는 생체 접촉층을 형성하는 것을 특징으로 하는 생체 전극의 제조 방법.
제14항에 있어서, 상기 입자로서 평균 입경이 1 ㎛ 이상 1,000 ㎛ 이하인 것을 이용하고, 상기 수지층의 두께를 0.5 ㎛ 이상 1,000 ㎛ 이하로 하는 것을 특징으로 하는 생체 전극의 제조 방법.
제14항에 있어서, 상기 수지층의 두께를, 상기 입자의 평균 입경 1에 대하여 0.5 이상 1.0 이하의 비율로 하는 것을 특징으로 하는 생체 전극의 제조 방법.
제14항에 있어서, 상기 수지층과 상기 입자의 체적의 합에 대한 상기 입자의 체적 비율을 0.5% 이상 70% 이하로 하는 것을 특징으로 하는 생체 전극의 제조 방법.
제14항에 있어서, 상기 수지로서, 열경화성 수지 및 광경화성 수지 중 어느 하나 또는 양쪽 모두를 이용하여, 열 및 광 중 어느 하나 또는 양쪽 모두에 의해 상기 수지를 경화시키는 것을 특징으로 하는 생체 전극의 제조 방법.
제14항에 있어서, 상기 수지로서, 실록산 결합, 에스테르 결합, 아미드 결합, 이미드 결합, 우레탄 결합, 티오우레탄 결합 및 티올기에서 선택되는 1개 이상을 갖는 규소 함유 수지를 이용하는 것을 특징으로 하는 생체 전극의 제조 방법.
제14항에 있어서, 상기 수지로서, 실리콘 수지, 규소 원자를 함유하는 폴리아크릴 수지, 규소 원자를 함유하는 폴리아미드 수지, 규소 원자를 함유하는 폴리이미드 수지, 규소 원자를 함유하는 폴리우레탄 수지, 및 규소 원자를 함유하는 폴리티오우레탄 수지에서 선택되는 1종 이상의 수지를 이용하는 것을 특징으로 하는 생체 전극의 제조 방법.
제14항에 있어서, 상기 도전성 기재로서, 금, 은, 염화은, 백금, 알루미늄, 마그네슘, 주석, 텅스텐, 철, 구리, 니켈, 티탄, 스테인레스 및 탄소에서 선택되는 1종 이상을 포함하는 것을 이용하는 것을 특징으로 하는 생체 전극의 제조 방법.
제14항에 있어서, 상기 입자로서 구형의 입자를 이용하는 것을 특징으로 하는 생체 전극의 제조 방법.
제14항에 있어서, 상기 입자로서, 폴리아크릴레이트, 폴리에틸렌, 폴리프로필렌, 폴리스티렌, 폴리디비닐벤젠, 노볼락 및 폴리우레탄에서 선택되는 1종 이상의 수지를 포함하는 수지 입자의 표면이 금, 은 또는 백금으로 덮인 것을 이용하는 것을 특징으로 하는 생체 전극의 제조 방법.
제14항에 있어서, 상기 입자로서, 이 입자의 내부에, 은, 알루미늄, 구리, 니켈, 텅스텐 및 주석에서 선택되는 1종 이상의 도전성 금속을 포함하는 도전성 금속층을 갖는 것을 이용하는 것을 특징으로 하는 생체 전극의 제조 방법.
제14항에 있어서, 상기 수지층의 두께를 상기 입자의 평균 입경보다 얇은 것으로 하고, 상기 수지층의 표면으로부터 상기 입자를 볼록형으로 노출시키는 것을 특징으로 하는 생체 전극의 제조 방법.
제14항 내지 제25항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 입자를, 상기 수지층의 두께 방향에서 1입자만 배치하는 것을 특징으로 하는 생체 전극의 제조 방법.