MXPA99003935A - Hidrogeles adhesivos, electricamente conductivos - Google Patents

Abstract

Una composición que proporciona hidrogeles adhesivos eléctricamente conductivos que se utilizan como adhesivos de contacto con la piel y una interfaz eléctrica para dispositivos médicos desechables. Los hidrogeles son acrilatos catiónicos y se preparan a partir deésteres acrílicos de cloruros y/o sulfatos cuaternarios o amidas acrílicas de cloruros cuaternarios.Los hidrogeles presentes se forman por polimerización por radicales libres en presencia de agua,por curado ultravioletacon agente iniciador y reticulante multifuncional,e incluye un sistema amortiguador para evitar la decoloración,la hidrólisis y la vida en almacenamiento mejorada de los hidrogeles. Otras aditivos pueden ser adicionados a los a los hidrogeles antes o después del curado, dependiendo del uso final propuesto. Los hidrogeles presentes hidratan la piel de un individuo, humedecen el pelo superficial de la piel y protegen contra quemaduras a un individuo debida a la estimulación eléctrica a través del hidrogel. La cohesividad de los hidrogeles, permite el contacto directo hidrogel-a-hidrogel y almacenamiento y todavía siguen siendo fácilmente separables. Los hidrogeles pueden ser presentados en una fórmula que no sea corrosiva al aluminio en contacto con el mismo y pasa los estándares de prueba para la biocompatibilidad y las propiedades eléctricas.

Description

HIDROGELES ADHESIVOS, ELÉCTRICAMENTE CONDUCTIVOS Campo de la invención La presente invención se refiere a los hidrogeles adhesivos conductivos eléctricamente, particularmente a los hidrogeles adhesivos conductivos eléctricamente adecuados para su uso como una interfaz eléctrica de contacto en la piel para aparatos médicos.

Antecedentes Los geles líquidos hidrogeles sólidos adhesivos conductivos eléctricamente actualmente son utilizados en el campo médico para proporcionar una interfaz eléctrica en la piel de un individuo para acoplar señales eléctricas dentro de y/o fuera del individuo (por ejemplo para usos de monitoreo diagnostico y/o) y/o acoplar estímulos eléctricos de un individuo (por ejemplo para usos de tratamiento y/o preventivos) . Sin embargo, los presentes hidrogeles y geles líquidos son inadecuados en varios aspectos. Los problemas de los hidrogeles anteriores incluyen problemas con su fuerza adhesiva y/o cohesiva (es decir, no se adhieren suficientemente a la piel y/o son insuficientemente cohesivos para permitir su fácil separación, y/o son adherentes a ellos mismos de manera que deben ser separados físicamente (por ejemplo, por una película de barrera) para garantizar la separabilidad (es decir, configuraciones no directas cara a cara (gel a gel) ) . Ver, por ejemplo Gilman, et al., Patente Estadounidense No. 5,402,884 (un sistema empacado que proporciona comunicación eléctrica entre dos porciones de hidrogel, pero aún requiere separación de las dos porciones de hidrogel) . Los problemas adicionales con los hidrogeles previos incluyen problemas con la suficiente hidratación de la piel en contacto con el hidrogel, y, por tanto, problemas con reducir suficientemente la resistencia eléctrica de la piel, por este medio resultando frecuentemente en calentamiento hasta un punto de quemadura de la piel superior por estimulación eléctrica. Ver, por ejemplo, E. McAdams, Surface Biomedical Electrode Technology," Int'l Med. Device & Diagnostic Indus., pp 44-48 (sept. /oct. 1990). Más problemas con las hidrogeles anteriores incluyen problemas con la humectación suficiente alrededor del vello superficial de la piel y, por tanto, problemas con el suficiente contacto con la piel, (es decir, dando origen a insuficiente contacto eléctrico) con lo cual resulta con frecuencia eficacia disminuida de la desfibrilación e incidencias de calentamiento incrementadas hasta el punto de quemadura de la piel con la estimulación eléctrica y/o problemas de requerir preparación de la piel antes del uso con lo cual resulta una disminución en la velocidad de los procedimientos. Se ha reconocido que otro problema con los hidrogeles anteriores es que los impulsos eléctricos transmitidos a través de éstos a un paciente causan hidrólisis del gel, y que este problema es exacerbado por el equipo médico de estimulación que se utiliza para la desfribrilación y/o ritmo cardiaco debido a que estos tipos de equipo de estimulación usualmente liberan elevados voltajes y corrientes al paciente, lo cual incrementan la velocidad de hidrólisis. Por ejemplo, el equipo de desfibrilación, por lo común, libera arriba de 5,000 voltios al paciente a. una corriente máxima de 60 amps, y el equipo de ritmo cardiaco por lo común libera arriba de 300 voltios al paciente a una corriente máxima de 0.2 amps. Problemas similares experimentan los geles líquidos, y tienen el problema adicional de no conservar una forma fija con el tiempo debido a su fluidez, la cual afecta su facilidad de uso y almacenamiento, y problemas que requieren aun más tiempo para limpieza debido a su falta de fuerza cohesiva. Por consiguiente, es necesario un hidrogel nuevo que sea adecuado para su uso en contacto con la piel, y los dispositivos médicos, que soluciones y resuelvan estos problemas .

Compendio de la invención Los hidrogeles adhesivos eléctricamente conductivos de la presente invención son adecuados para su uso como adhesivos de contacto en la piel (es decir, no son irritantes, son suficientemente húmedos para humedecer sustancialmente y adherirse a la piel, y son suficientemente cohesivos para ser rápidamente removidos) y son buenos conductores eléctricos, adecuados para su uso, por ejemplo, en dispositivos médicos desechables (es decir, suficientemente hacen contacto y humedecen a la piel para permitir el paso de una corriente eléctrica sin afectar de manera adversamente sustancialmente el hidrogel o la piel) . Los hidrogeles de la presente tienen propiedades únicas y mejoradas comparadas con otros hidrogeles conductivos. Más particularmente, los presentes hidrogeles son más fuertes, como adhesivos (es decir, con respecto a la adherencia a la piel de un individuo) como cohesivos (es decir, fuerza cohesiva del gel cuando se remueve de la piel de un individuo o cuando se separan dos componentes del hidrogel en contacto directo uno con otro) , que los hidrogeles "anteriores. También, cuando se comparan con los hidrogeles anteriores, los hidrogeles de la presente hidratan más eficientemente y más suficientemente la superficie de la piel a la cual son aplicados y, por tanto, se espera que reduzcan con mayor eficiencia y suficiente la resistencia eléctrica de la superficie de la piel dando origen a la generación de menos calor y menor incidencia de quemaduras con el paso de la corriente eléctrica a un individuo. Además, los presentes hidrogeles humectan más efectivamente el vello de la piel y, por consiguiente, se espera que sea más eficiente y suficiente el contacto con la piel (es decir, hacen más suficiente el contacto eléctrico) dando origen a un incremento en la eficacia de desfibrilación, generación de calor reducido, y reducción en las quemaduras de la piel de los individuos. También, los presentes hidrogeles sustancialmente no requieren una preparación previa de la superficie de la piel para su uso (por ejemplo, ?o es necesario el corte, afeitado o abrasión dérmica preliminar) y, por tanto son más fáciles y más rápidos de usar que los hidrogeles anteriores. Los hidrogeles adhesivos conductivos de la presente invención son acrilatos catiónicos y son, preferiblemente, formados por polimerización por radicales libres en presencia de agua (curado preferiblemente por rayos ultravioleta con iniciador y agente reticulador multifuncional) . Los presentes hidrogeles también preferiblemente, incluyen un sistema buffer para ayudar a prevenir la decoloración y/o hidrólisis de los hidrogeles y/o mejorar su vida en almacenamiento. Otros aditivos también pueden ser adicionados a los presentes hidrogeles antes o después del curado (es decir, mejoradores de la conductividad, fármacos, humectantes, plastificantes, etc.).

La adecuación de .tales aditivos dependerá de la intención y uso de los hirogeles. Por tanto, un objetivo primario de la presente invención es proporcionar nuevos hidrogeles ahesivos, conductivos, de contacto en la piel hechos de acrilatos catiónicos. También es un objetivo de la presente invención proporcionar nuevos hidrogeles adhesivos conductivos de contacto para la piel hechos de esteres acrílicos de cloruros cuaternarios y sulfatos cuaternarios. Otro objetivo de la invención es proporcionar nuevos hidrogeles adhesivos conductivos de contacto para la piel hechos de amidas acrílicas de cloruros cuaternarios. Otro objetivo de la presente invención es • proporcionar nuevos hidrogeles adhesivos conductivos de contacto para la piel hechos por polimerización por radicales libres de acrilatos catiónicos en presencia de agua. Es un objetivo' adicional de la presente invención proporcionar nuevos hidrogeles adhesivos conductivos de contacto para la piel formado por polimerización por radicales libres de acrilatos catiónicos en presencia de agua por curado por rayos ultravioleta con iniciador y agente reticulador multifuncional (por ejemplo agente reticulador di- o tri-acrilato, etc.) Es otro objetivo de la presente invención proporcionar nuevos hidrogeles adhesivos, conductivos, de contacto para la piel que son hechos de acrilatos catiónicos y que incluyen un sistema buffer en el hidrogel. Es un objetivo más de la presente invención proporcionar nuevos hidrogeles adhesivos conductivos de contacto para la piel que sustancialmente protegen contra quemaduras de un individuo o debido a la estimulación eléctrica a través del mismo. Es todavía otro objetivo de la presente invención proporcionar nuevos hidrogeles adhesivos conductivos de contacto para la piel que son hechos de acrilatos catiónicos que pueden ser arreglados físicamente y/o almacenados en una configuración cara a cara (es decir, hidrogel a hidrogel) sin una barrera entre estos, y todavía continúan siendo rápidamente separables. Otros objetos y características de la presente invención serán evidentes a partir de la consideración de la siguiente descripción en conjunción con las reivindicaciones acompañantes .

Descripción detallada de la modalidad preferida Como se estableció anteriormente, la presente invención se refiere a los hidrogeles adhesivos y conductivos que son adecuados como interfaz de señales eléctricas y/o estímulos entre los dispositivos médicos y las superficies de la piel del individuo (es decir, adecuados para el paso de corriente eléctrica y adecuados para hacer contacto con las superficies de la piel para el paso de la corriente eléctrica) . Los presentes hidrogeles preferiblemente tienen resistividades (o resistividades por volumen) menores que aproximadamente 20,000 Ocm a 10 Hz, más preferiblemente resistividades menor que aproximadamente 10,000 Ocm a 10 Hz, y aún más preferiblemente, tiene resistividades menores que aproximadamente 2500 Ocm a 10 Hz, en donde la resistividad (o resistividad por volumen) se define como igual a: Resistencia (O) x área (cm2) Grosor (cm) Como también se explicó anteriormente, los hidrogeles de la presente invención son preferiblemente hechos de acrilatos catiónicos, los ejemplos de los cuales incluyen, pero no se limitan a, esteres acrílicos de cloruros cuaternarios y/o sulfatos, y/o amidas acrílicas de cloruros cuaternarios . Hasta ahora se consideró que los acrilatos catiónicos hacían menos efectivos los adhesivos de contacto para la piel tal vez debido a la creencia que los polímeros cargados relativamente pueden adherirse mejor a la piel o pueden ser menos irritantes para la piel. Sin embargo, se ha descubierto por el solicitante de la presente que los hidrogeles que contienen comprenden acrilatos catiónicos (es decir, polímeros cargados positivamente) exhiben muchas características positivas sustancialmente ausentes en los hidrogeles actualmente (y previamente) utilizados. Particularmente, los presentes hidrogeles de acrilato, catiónicos son más fuertes, tanto adhesivamente (es decir, se adhieren y remueven de la piel de un individuo) como cohesivamente (es posible quitarlos limpiando la piel de un individuo), que los hidrogeles anteriores. También, cuando se comparan con' los hidrogeles anteriores, los presentes hidrogeles de acrilato catiónicos más eficientemente y más suficientemente hidratan la superficie de piel de un individuo a la cual se aplica y de esta manera, se espera que con más eficiencia y suficientemente reduzcan la resistencia eléctrica de la superficie de la piel más baja resultando en menor generación de calor y menor incidencia de quemaduras por la estimulación eléctrica. Además, los presentes hidrogeles humectan más efectivamente el vello de la piel y por tanto, hacen contacto más suficientemente con la piel de un individuo (es decir, para hacer un contacto eléctrico más suficiente) se espera que resulte eficacia incrementada en la desfibrilación y se reduzca el calentamiento y las quemaduras en la superficie de la piel y, en general, no requiriendo preparación de la superficie de la piel previa a su uso. También, los hidrogeles de la presente se encontraron no irritantes para la piel. Además, los hidrogeles de la presente son bactericidas, fungicidas, y resistentes a problemas de rompimiento debidos a la exposición a radiaciones para propósitos de esterilización. Otro beneficio de los presentes hidrogeles, no observado en los hidrogeles previos, es que los presentes hidrogeles pueden ser arreglados y almacenados en contacto cara a cara (es decir, hidrogel a h'idrogel) , sustancialmente sin barreras, y todavía seguir siendo fácilmente separables. Como se indicó anteriormente, los hidrogeles previos tienden a fluir juntos cuando se almacenan en configuraciones directas cara a cara (es decir, sin barreras), haciendo difícil, hasta imposible la separación. La fórmula química preferida para los acrilatos catiónicos adecuados para la presente invención se muestra en la ecuación 1, en donde Ri, R2, R3 R4 y Rs son hidrógeno o grupos hidrocarburo, y en donde X es un anión. El método preferido para preparar tales acrilatos catiónicos adecuados para la presente invención se describe a continuación.

ECUACIÓN 1 En general, los hidrogeles de la presente preferiblemente incluyen entre aproximadamente 15-60% en peso de polímero, más preferiblemente, entre aproximadamente 20-50% en peso de polímero y, aún más preferiblemente, . entre aproximadamente 25-40% en peso de polímero, siendo la diferencia agua. El presente hidrogel también preferiblemente incluye suficiente buffer para mantener el pH del hidrogel en un rango de aproximadamente 4.0-5.5. Otros aditivos también pueden ser incluidos. Los ejemplos específicos de acrilatos catiónicos específicos, los cuales el inventor encontró en este momento fácilmente disponibles en el comercio, se muestran en las ecuaciones 2, 3 y 4, que, respectivamente, muestran cloruro de acriloiloxietiltrimetil amonio que es fácilmente disponible por CPS Chemical Co. (New Jersey) o Allied Colloid (U.K.), sulfato de acriloiloxietiltrimetil metilo amonio que también es fácilmente disponible por CPS Chemical Co. o Allied Collid, y cloruro de acrilamidopropiltrimetil amonio que también es fácilmente disponible por Stockhausen (Alemania) . Los . procesos preferidos para preparar estos ejemplos específicos se describen en detalle en lo siguiente. ECUACIÓN 2 H ECUACION 3 H ECUACIÓN 4 H Los hidrogeles de acrilato catiónico adecuados para la presente invención son preferiblemente formados por polimerización por radicales libres in situ de un monómero soluble en agua (tal como los que se muestran anteriormente) en presencia de agua, preferiblemente por curado con rayos ultravioleta con iniciador (es) y agente (s) reticuladors multifuncionales. Por ejemplo, un monómero de acrilato apropiado (como se muestra en la ecuación 1) , agua, conductor (es) adicional (es) opcional (es) (por ejemplo, sal, como cloruro de sodio, cloruro de potasio, etc.), iniciador o catalizador (por ejemplo 1-hidroxiciclohexilfenol cetona, etc.), y reticulador multifuncional (por ejemplo, metilen-bis-acrilamida, etc.) se combinan, se colocan en un molde, y son expuestos a radiación ultravioleta como se conoce en la técnica. El resultado es un hidrogel de acrilato catiónico adecuado para la presente invención, el cual es de color algo claro, viscoso y pegajoso al tacto. Los hidrogeles tienden a ser suficientemente adhesivos para la piel de los individuos, todavía suficientemente cohesivos para ser fácilmente removidos de la superficie del individuo y separables de la misma. Los ejemplos de comonómeros que pueden ser utilizados por la presente invención incluyen comonómeros solubles en agua y, aún más preferiblemente incluyen comonómeros aniónicos también solubles. La cantidad de comonómero para ser utilizada es en el rango de 5-30% en peso, preferiblemente 7-15% en peso, con base en la cantidad de reactivo utilizado. Los ejemplos de comonómeros adecuados incluyen: ácidos carboxílicos orgánicos insaturados, tales como ácido acrílico, ácido metacrílico, ácido maléico, ácido itacónico, y ácido citracónico y sales de los mismos, ácidos sulfónicos orgánicos insaturados tales como ácido estiren sulfónico, ácido metalil sulfónico, acrilato 2-sulfoetilo, metacrilato de 2-sulfoetilo, acrilato de 3-sulfopropilo, metacrilato de 3-sulfopropilo, ácido acrilamida-2-metilpropan sulfónico y sales de los mismos, N,N-dimetilacrilamida, acetato de vinilo, otros monómeros iónicos polimerizables radicalmente que contienen un doble enlace carbono-carbono y comonómeros non-N-vinillactama útiles, con unidades monoméricas N-vinillactama tales como N-vinil-2-pirrolidona, N-vinil-2-valerolactama, N-vinil-2-caprolactama, y mezclas de los mismos. Entre los monómeros iónicos mencionados anteriormente, las selecciones particularmente adecuadas son 3-sulfopropilacrilato o metocrilato, [sic] sales de los mismos, y ácido 2-acrilamida-2-metil propan sulfónico, sales de los mismos. Los ejemplos de cationes involucrados en la formación de tales sales incluyen iones de sodio, potasio, litio y amonio. Los monómeros iónicos pueden ser usados solos o en una mezcla de dos o más monómeros. Como se mencionó anteriormente, los presentes hidrogeles preferiblemente incluyen un sistema buffer para ayudar a controlar el pH, ayudar a prevenir la decoloración y/o ayudar a prevenir el rompimiento debido a la presencia de agua (es decir, ayudan a prevenir la hidrólisis) . Los buffer, si los hay, son preferiblemente adicionados a la mezcla antes del curado. Los buffer adecuados incluyen, por ejemplo, pero no se limitan a, tartrato de sodio y potasio, y/o fosfato monobásico de sodio, ambos son fácilmente-disponibles comercialmente de, por ejemplo Aldrich Chemical Co., Inc. El uso de un . sistema buffer con el presente hidrogel es preferiblemente para proporcionar al hidrogel una vida en almacenamiento comercialmente adecuada (es decir, una vida en almacenamiento de un año) sin decoloración. Además, el uso de buffer también ayuda a prevenir quemadura electroquímica de un individuo ayudando a evitar cambios y/o desplazamiento de pH cuando la corriente es impulsada a través de un par de electrodos de hidrogel. Por lo común, en sistemas anteriores, cuando la corriente es impulsada a través de un par de electrodos de hidrogel, un electrodo se vuelve más ácido (es decir, su pH disminuye) lo cual al otro electrodo lo vuelve más básico (es decir, su pH se incrementa) . Este problema de desplazamiento del pH prevalece particularmente si la corriente es impulsada a través de tales electrodos por un largo periodo de tiempo (por ejemplo, más o menos de una hora) , tal como, por ejemplo, durante un procedimiento en donde se establece el paso del corazón de un paciente. El uso preferido de un sistema buffer, como se sugiere en la presente invención, ayuda al buffer contra tales cambios de pH cuando la corriente es enviada a través del mismo y, por tanto, permite el uso de los electrodos hechos del presente hidrogel durante periodos prolongados (por ejemplo, unas 24 horas) sin quemaduras electroquímicas. Por consiguiente, se prefiere que el buffer sea incluido en el hidrogel para estabilizar el polímero catiónico, para evitar la hidrólisis del hidrogel, y para evitar los cambios de pH debidos al paso de corriente directa a través del hidrogel. Los buffer también ayudan a prevenir la corrosión de los conductores metálicos y también son mejoradores de la "conductividad por si mismos. Algunos buffer también previenen el amarillamiento indeseable del hidrogel. La cantidad preferida de buffer es preferiblemente entre la cantidad necesaria para mantener la solución del monómero dentro de un rango preferido de pH de, por ejemplo, aproximadamente 4.0-5.5, y la cantidad más alta posible que mantiene la solución de monómero dentro de tal rango preferido de pH. También como se mencionó anteriormente, otros aditivos pueden ser incluidos en los hidrogeles de la presente antes o después del curado (es decir mejoradores de conductividad, fármacos, humectantes, plastificantes, etc.). La adecuación de los aditivos generalmente dependerá del uso final propuesto del hidrogel en particular. Aún se puede preferir la adición de mejoradores de la conductividad aunque el hidrogel de la presente invención es un polielectrolito iónicamente disociado en agua, y por tanto, conductivo. En utilidad, una menor cantidad especificada de polieletrolito (y una correspondiente baja viscosidad) puede ser deseada en situaciones tales, por ejemplo, cuando el hidrogel debe humectar el vello del pecho. En tales casos, puede ser útil la adición de un mejorador de la conductividad. Los mejoradores de conductividad preferidos son sales como cloruro de potasio y cloruro de sodio. Son preferidas estas sales dado que los cuerpos humanos usan estas sales para la conducción. Aunque los cloruros tienden a retardar la polimerización de los polielectrolitos anionicos, se ha descubierto que incrementando las concentraciones de cloruros mejora las reacciones de polimerización de los polielectrolitos catiónicos presentes. Ejemplos adicionales de sales que pueden ser apropiadas son cloruro de litio, perclorato de litio, cloruro de amonio, cloruro de calcio, y/o cloruro de magnesio. Otras sales de cloro, sales de yodo, sales de bromo y/o sales haluro pueden también ser adecuadas . Otras sales, como las sales de ácidos orgánicos débiles, pueden ser preferibles. Estas sales son compatibles con los cuerpos humanos y, con la química de la invención hidrogel de la presente, y pueden ser usados como mejoradores de la conductividad donde las fuertes sales de cloruro preferidas podrían- interferir (es decir, corroer) componentes metálicos de aluminio y/o acero inoxidable utilizados como interfaz del hidrogel con el equipo médico. Ejemplos de sales que pueden ser adecuadas, incluyen nitrato de sodio o acetato de magnesio. Aunque, como se anotó anteriormente, el uso de un mejorador de la conductividad es opcional, la cantidad de mejorador de conductividad en un hidrogel es preferiblemente en el rango de ninguna hasta alguna cantidad que podrá mejorar la conductividad de hidrogel, que puede ser, por ejemplo en el rango de aproximadamente 0-15% en peso. Como se mencionó anteriormente, los iniciadores preferiblemente se usan en la polimerización de los hidrogeles de la presente. Ejemplos de iniciadores que pueden ser utilizados incluye, por ejemplo, IRGACURE® 184 (1-hidroxiciclohexilfenil cetona) y DAROCURE® 1173 (a-hidroxi-a,a-dimetil acetofenona) ambos disponibles en el comercio por Ciba-Geigy Corp. Estos catalizadores UV son preferidos debido a que no se amarillan. Otros iniciadores que pueden mantener la apariencia preferida de blanco como el agua y claro como el agua de los hidrogeles de la presente son preferidos. Sin embargo, los ejemplos adicionales de iniciadores (que pueden ser fotoiniciadores o termoiniciadores) puede incluir peróxido de benzoilo, azo-bis-isobutironitrilo, peróxido de di-t-butilo, peróxido de bromilo, peróxido de cumilo, peróxido de lauroilo, percarbonato de isopropilo, peróxido de metil etil cetona, peróxido de ciciohexano, hidroperóxido de t-butilo, peróxido de di-t-amilo, peróxido- de dicumilo, perbenzoato de t-butilo, benzoina alquil éteres (tales como benzoina, benzoina isopropil éter, y benzoina isobutil éter) , benzofenones (tales como benzofenona y metil-o-benzoil benzoato) , acetofenonas (como acetofenona, tricloroacetofenona, 2,2-dietoxi acetofenona, p-t-butiltricloro-acetofenona, 2, 2-dimetoxi-2-fenil-acetofenona y p-dimetilaminoacetofenona) , tioxantonas tales como xantona, tioxantona, 2-clorotioxantona, y 2-isopropil tioxantona) , bencil 2-etil antraquinona, formato de metil benzoilo, 2-hidroxi-2-metil-l-fenil propan-1-ona, 2-hidroxi-4' -isopropil-2-metil propiofenona, a-hidroxi cetona, monosulfuro de tetrametil tiuram, sal de alil diazonio, y combinaciones de camforquinona y etil 4-(N,N-dimetilamino) benzoato. Otros iniciadores pueden encontrarse en, por ejemplo, Berner, et al., Photo Initiators - An Overview", J. Radiation Curing (abril de 1979), pp 2-9. La cantidad de iniciador es preferiblemente dentro del rango de aproximadamente 0.02-2.0% en peso con base en la cantidad total de monómero, y más preferiblemente dentro del rango de aproximadamente 0.05-0.5% en peso, con base en la cantidad total de monómero. Los parámetros de curado por UV para lograr las deseadas propiedades del polímero son bien conocidas por los expertos en la técnica. Un iniciador para los propósitos presentes tiende a operar absorbiendo longitudes de onda de luz UV seleccionadas y descomponiéndose en radicales libres para iniciar la polimerización. Las longitudes de onda y área de curado determinan el tipo de bulbo UV utilizado en el proceso de curado. La inhibición de la polimerización debido al oxigeno disuelto, preservadores del monómero u otros componentes pueden ser superada cambiando la potencia, por impulsos y/o usando aceleradores catalíticos. La cantidad de monómero residual (después de la polimerización) se prefiere que ' sea menor .que aproximadamente 3% para buena biocompatibilidad. Como también se observó anteriormente, los agentes reticuladores son preferiblemente usados para reticular los hidrogeles de la presente. Los ejemplos de los agentes reticuladores multifuncionales que pueden ser usados incluye, por ejemplo metilen-bis-acrilamida y diacriíato de dietilen glicol ambos disponibles en el comercio de, por ejemplo Polysciences, Inc. Warrington, Pennsylvania. Ejemplos adicionales de agentes reticuladores que pueden ser aceptables para su uso en la presente invención incluyen diacriíato de etilen glicol, trietilen glicol-bis-metacrilato, etilen glicol-bis-metacrilato, etilen glicol-dimetacrilato, bisacrilamida, trietilen glicol-bis-acrilato, 3-3'-etildieno-bis (N-vinil-2-pirrolidona) , trimetacrilato de. trimetilolpropato [sic], trimetacrilato de glicerol, dimetacrilato de polietilen glicol, y otros esteres de poliacrilato y polimetacrilato. La cantidad de agente reticulador es preferiblemente dentro del rango de aproximadamente 0.02-2.0% en peso, con base en la cantidad total de monómero, y más preferiblemente dentro del rango de aproximadamente 0.05-0.5% en peso, con base en la cantidad total de monómero. Ahora veremos ejemplos de las modalidades específicas de hidrogeles de acrilato catiónicos de la presente invención.

EJEMPLO 1 1. 40.1% de monómero (80% de cloruro de acriloiloxietiltrimetil amonio en agua) 2. 40.1% de electrolito (10% de cloruro de potasio en agua) 3. 11.8% de solución de reticulador (0.5% de metilen-bis- acrilamida en agua) 4. 2.4% de solución de catalizador (3% de hidroxiciclohexilfenil cetona en alcohol isopropílico) . 5.6% de buffer (fosfato de sodio monobásico monohidratado en polvo) Estos materiales de inicio fueron mezclados en el orden dado anteriormente y colocados bajo una lámpara continua de UV Fusión Systems de 600 watt. La temperatura fue 50°C y el pH fue 4.2. la siguiente tabla proporciona la exposición a UV.

El gel resultante tuvo buena fuerza cohesiva y adhesiva con poco residuo. Y tuvo propiedades viscoelásticas y suficiente afinidad química para el vello grueso del pecho cuando fue cubierto por unas 200 mils (milésima de una pulgada) de grosor. El gel resultante fue probado y pasó pruebas estándar para biocompatibilidad y propiedades eléctricas desarrolladas como por la Asociación para el Avance de la Instrumentación Médica (AAMI) y aceptado por la American National Standards Institute.

EJEMPLO 2 1. 42.0% de monómero (80% de cloruro de acriloiloxietilmetil amonio en agua) 2. 52.5% de electrolito (10% de cloruro de potasio en agua) 3. 4.2% de solución de reticulador (1% de metilen-bis- acrilamida en agua) 4. 0.3% de solución de catalizador (3% de hidroxiciclohexil fenil cetona en sulfóxido de dimetilo 5. 1.0% de buffer (fosfato de sodio monobásico en polvo) Estos materiales de inicio fueron mezclados en el orden dado anteriormente. El pH fue 4.5. La siguiente tabla proporciona la exposición UV.

El gel resultante fue fuerte adhesiva y cohesivamente con poco residuo.

EJEMPLO 3 1 46.7% de monómero (80% de metil sulfato de acriloiloxietiltrimetil amonio en agua) 2 41.5 % de electrolito (5% de sulfato de aluminio y potasio dodecahidratado en agua) 3 10.4% de solución de reticulador (1% de etilen-bis- acrilamida en agua) 4 0.4% de solución de catalizador (3% de hidroxiciclohexilfenil cetona en sulfóxido de dimetilo) 1.0 % de buffer (50% de hidróxido de sodio én agua) Estos materiales de inicio fueron mezclados en el orden dado anteriormente. El pH fue 5.5. La exposición UV es la misma como se usó para el Ejemplo 2 anterior (ver tabla anterior) . El gel resultante tuvo buena fuerza adhesiva y cohesiva.

EJEMPLO 4 1. 28.7% de monómero 880% de cloruro de acriloiloxietil trimetil amonio en agua) 2. 61.05 de electrolito (20% de cloruro de potasio en agua) 3. 9.0% de solución de reticulador (0.5% de metilen-bis- acrilamida en agua) 4. 0.3% de solución de catalizador (3% de hidroxiciclohexil fenil cetona en sulfóxido de dimetilo) 5. 1.0% de buffer (tartrato de sodio y potasio en polvo) Estos materiales de inicio fueron mezclados en el orden dado. El pH fue 5.5. La siguiente tabla proporciona la exposición UV.

El gel resultante fue suave y muy elástico y húmedo al tacto. Los niveles adhesivo y cohesivo fueron adecuados para no permitir un residuo tras la separación. Cuando se cubrió 200 mils de grosor, el material pudo humectar vello alrededor del pecho e hidratar la piel. La habilidad del gel para hidratar la piel fue comparada con otros geles fe-disponibles actualmente. á: siguiente tabla proporciona lecturas que fueron tomadas con un contador Nova DPM un minuto después de separar de la piel el gel mencionado. La cantidad es en unidades de conductancia Nova del mejoramiento sobre un parche oclusivo seco.

Las pruebas de funcionamiento eléctrico fueron realizadas en varios pares de electrodos hidrogel diferentes que comprendían los hidrogeles de los ejemplos anteriores. Cada electrodo de los pares probados tuvieron medidas de aproximadamente 90 cm2 y tuvieron un grosor de aproximadamente 0.4 cm. Como se muestra en la tabla de abajo, los hidrogeles funcionaron bien.

EJEMPLO 5 1. 47.0% de monómero (80% de metil sulfato de acriloiloxietiltrimetil amonio en agua) 2. 51.97% de electrolito (5% de sulfato de potasio Y aluminio dodecahidratado en agua) 3. 0.02% de reticulador (diacrialto de dietilen glicol) 4. 0.01% de catalizador (Darocure® 1173) 5. 1.05 de buffer (50% de hidróxido de sodio en agua) Una solución se hizo mezclando los componentes en el orden dado anteriormente. La exposición al UV es la misma como se dio antes en el Ejemplo 4. El pH fue 5.5 y la temperatura de curado fue 50°C. El gel resultante tuvo buena fuerza adhesiva y cohesiva con un mínimo residuo. El uso de este reticulador y catalizador ahorró tiempo conforme estos fueron líquidos de modo que rápidamente se disolvieron en la solución de monómero.

EJEMPLO 6 1. 37.1% de monómero (60% de cloruro de acrilamido propil metilamonio en agua) 2. 37.1% de electrolito (10% cloruro de potasio en agua) 3. 23.9% de solución de reticulador (0.5% de metilen-bis- acrilamida en agua) 4. 1.5% de solución de catalizador (3% de hidroxiciclohexil fenil cetona en sulfóxido de dimetilo) 5. 0.4% de buffer (polvo de ácido cítrico) Estos materiales de inicio fueron adquiridos o hechos én soluciones en agua con excepción del catalizador que no es soluble en agua directamente. El proceso y resultados son los mismos como en el Ejemplo 1. El pH fue 4.5. El gel resultante fue probado y pasó las pruebas estándar AAMI para las propiedades de biocompatibilidad y eléctrica. La prueba de funcionamiento eléctrico fue efectuada en un par de electrodos de hidrogel que comprendían el gel del Ejemplo 6. Cada electrodo de los pares probados midió "aproximadamente 90 cm2 y tuvo un grosor de aproximadamente 0.4 cm. Como se muestra en la tabla de abajo, el hidrogel funcionó bien.

EJEMPLO 7 1. 23% de monómero (80% de metil sulfato de acriloloxietiltrimetil amonio en agua) 2. 27% de comonómero (50% de sal acrilamidometil propano sulfonato de sodio en agua) 3. 45% de electrolito (10% de cloruro de potasio en agua) 4. 2.5% en solución de reticulador (1% de metilen-bis- acrilamida en agua) 5. 2.5% de solución de catalizador (3% de hidroxiciclohexil fenil cetona en alcohol isopropílico) Estos materiales de inicio fueron adquiridos o hechos en soluciones en agua con excepción del catalizador que no es directamente soluble en agua. Estos fueron entonces mezclados en el orden dado anteriormente y colocados bajo una lámpara UV Pulsed RC500 Xenón por 45 segundos. El tiempo de exposición bajo este equipo es 500 milijoules por centímetro2 de energía de luz ultravioleta. El gel resultante fue fuerte adhesiva y cohesivamente con poco residuo. La adición de comonómero mejoró la adhesión sobre ensayos previos de homopolímero de sulfato de metilo. Otros comonómeros pueden ser sustituidos. Con respecto a los iniciadores (o catalizadores) descritos anteriormente, se sabe que las aminas terciarias han sido usadas en el pasado como acelerantes o para ayudar a acelerar o curar un hidrogel. Sin embargo, un problema con el uso de las aminas terciarias es que estas interfieren con la prueba de ultra violeta del polímero resultante (por ejemplo, las pruebas para determinar el por ciento de monómero residual) debido a que tales aminas terciarias absorben la luz ultravioleta. Se ha descubierto, por el presente inventor, que si se usa dimetil sulfóxido (DMSO) como un acelerante no únicamente ayuda a acelerar el curado, sino también ho interfiere con la prueba de ultravioleta del gel resultante.

Los hidrogeles de la presente invención son particularmente adecuados para su uso en dispositivos médicos electrónicos tales como electrodos detectores que se utilizan para monitorear o registrar (por ejemplo para ECG (electrocardiograma) , EEG (electroencefalograma) y/o EMG (electromiograma) ) , o como electrodo de estimulación que se utilizan para estimular a un individuo (por ejemplo, para estimulación eléctrica transcutánea de nervios, para sanar heridas, para la estimulación del músculo (por ejemplo, para terapia física) , para establecer el paso externo, para desfribrilación) , o como electrodos de puesta a tierra para ablación o electroquirúrgicos, o como electrodos de transporte eléctrico (por ejemplo, para la iontoforesis o electroforesis de medicamentos en un individuo) . Los hidrogeles de la presente invención son capaces de soportar los altos voltajes y corrientes de desfibrilación y ritmo cardiaco. Un problema con los dispositivos anterioreses que los hidrogeles utilizados no fueron químicamente compatibles con aluminio o acero inoxidable (es decir, el hidrogel pudo causar corrosión de tal metal al contacto con éste) o, si el hidrogel no corroe el metal, este no pasó las pruebas estándar de bioco patibilidad y propiedades eléctricas como se desarrollaron por la Asociación para los Avances de la Instrumentación Medica (AAMI) y aceptada por el Instituto Nacional Americano de Estándares. Por tanto, antes de los hidrogeles aceptables, los dispositivos usaban electrodos de estaño u otros electrodos metálicos. Sin embargo, se prefiere el uso de electrodos de aluminio debido a que tales electrodos son radio lúcidos y, por ejemplo, no interfieren con los radio ensayos de un individuo, que incluyen tales electrodos, mientras que los electrodos hechos de estaño o de otros metales interfieren con dichos ensayos. Los hidrogeles de la presente invención presentan una familia de hidrogeles que no incluye cloruros (por ejemplo, ver el Ejemplo 3 anterior), y son por lo tanto químicamente compatibles con los electrodos de aluminio y/o acero inoxidable que hacen contacto con el hidrogel. También se debe observar que mientras los ejemplos específicos anteriores mostraron las modalidades particularmente preferidas de la presente invención, la sustitución de los constituyentes específicos de éstos ejemplos con materiales como los descritos en la presente y que son conocidos en la técnica, tiene que hacerse sin apartarse del alcance de la presente invención. De esta manera, aunque las modalidades de la presente invención han sido mostradas y descritas diversas modificaciones pueden hacerse sin apartarse de la presente invención, y todas estas modificaciones y equivalentes se entiende que quedarán cubiertos.

Claims (28)

REIVINDICACIONES

1. Un hidrogel adhesivo eléctricamente conductivo que contiene aproximadamente 15-60% en peso de un polímero de acrilato, catiónico, reticulado y agua.

2. El hidrogel de la reivindicación 1, en donde el polímero tiene la fórmula: en donde Ri, R2, R3, R4 y Rs se seleccionan del grupo que consiste en hidrógeno e hidrocarburo, y n es un número mayor que 50,000.

3. El hidrogel de la reivindicación 1 en donde el polímero tiene la fórmula: en donde Ri, R2, R3, R y R5 se seleccionan del grupo que consiste de hidrógeno e hidrocarburo, y n es un número mayor que 50,000.

4. El hídrogel de la reivindicación 1, en donde el polímero se obtienede un monómero seleccionado del grupo que consiste en esteres acrílicos de cloruros cuaternarios, esteres acrílicos de sulfatos cuaternarios, y amidas acrílicas de cloruro cuaternarios.

5. El hidrogel de la reivindicación 1, contiene aproximadamente 20-50% en peso de un polímero de acrilato catiónico reticulado.

6. El hidrogel de la reivindicación 1 contiene aproximadamente 25-40% en peso de un polímero de acrilato catiónico reticulado.

7. El hidrogel de la reivindicación 1, además contiene aproximadamente 0-10% en peso de buffer.

8. El hidrogel de la reivindicación 7, en donde el buffer se selecciona del grupo que consiste en fosfato de sodio monobásico y tartarato de sodio.

9. El hidrogel de las reivindicaciones 1 6 7 además contiene aproximadamente 0-15% en peso de un mejorador de la conductividad.

10. El hidrogel de la reivindicación 9 en donde el mejorador de la conductividad se selecciona del grupo que consiste en la sal, cloruro de potasio, cloruro de sodio y -sulfato de potasio y aluminio dodecahidratado.

11 El hidrogel de la reivindicación 2, en donde Ri = H, R2 = CH2CH2 y R3 = R = R5 = CH3.

12. El hidrogel de la reivindicación 3, en donde Ri = H, R2 = (CH2)3 y R3 = R4 = Rs = CH3.

13. El hidrogel de la reivindicación 2, en donde el polímero se obtiene de cloruro de acriloiloxietiltrimetil amonio.

14. El hidrogel de la reivindicación 2 en donde el polímero se obtiene de metil sulfato de acriloiloxietiltrimetil amonio.

15. El hidrogel de la reivindicación 3 en donde el polímero derivado, de cloruro de acrilamidopropil trimetil amoni-

16. El hidrogel de la' reivindicación 1, en donde el polímero se forma por polimerización por radicales libres en presencia de agua.

17. El hidrogel de la reivindicación 1 en donde el polímero se forma por curado por rayos ultravioleta en presencia de iniciador y agente reticulador.

18. El hidrogel de la reivindicación 17, en donde el iniciador se selecciona del grupo que consiste en hidroxiciclohexil fenol cetona, IRGACURE® 184, y a-hidroxi-a,a-dimetilacetofenona, DAROCURE® 1173.

19. El hidrogel de la reivindicación 17, en. donde el agente reticulador se selecciona del grupo que consiste en metilen-bis-acrilamida y diacriíato de dietilen glicol.

20. Un electrodo que consiste en un hidrogel adhesivo conductivo que contiene aproximadamente 15-60% en peso de un polímero de acrilato catiónico reticulado y agua.

21. El electrodo de la reivindicación 20, en donde el polímero tiene la fórmula en donde Ri, R2, R3, R y R5 se seleccionan del grupo que consiste en hidrógeno e hidrocarburo, y n es un número mayor que 50,000.

22. El electrodo de la reivindicación 20, en donde el polímero tiene la fórmula en donde Ri, R2, R3, R4 y R5 se seleccionan del grupo que consiste en hidrógeno e hidrocarburo, y n es un número mayor que 50,000.

23. El electrodo de la reivindicación 20, en donde el polímero se obtiene de un monómero seleccionado del grupo que consiste en esteres acrílicos de cloruros cuaternarios o esteres acrílicos de sulfatos cuaternarios, y amidas acrílicas de cloruros cuaternarios.

24. El electrodo de la reivindicación 20, en donde el hidrogel contiene aproximadamente 20-50% en peso de un polímero de acrilato catiónico reticulado.

25. El electrodo de la reivindicación 20, en donde el hidrogel contiene aproximadamente 25-40% en peso de un polímero de acrilato catiónico reticulado.

26. El electrodo de la reivindicación 20, en donde el hidrogel además contiene aproximadamente 0tl0% en peso de buffer.

27. El electrodo de la reivindicación 20 ó 26, en donde el hidrogel además contiene aproximadamente 0-15% en peso de mejorador de la conductividad.

28. Un par de electrodos, en donde cada electrodo del par contiene un hidrogel adhesivo, conductivo, que contiene aproximadamente 15-60% en peso de un polímero de acrilato catiónico, reticulado y agua, y en donde cada electrodo puede ser almacenado con el hidrogel en contacto plano y completo con el hidrogel del otro electrodo del par -sin una barrera entre éstas, y en donde los electrodos siguen siendo separables entre sí.