RU2723389C1

RU2723389C1 - Electroconductive fusible material for electrodes for recording biological signals

Info

Publication number: RU2723389C1
Application number: RU2019142446A
Authority: RU
Inventors: Дарья Дмитриевна Жигульская; Роман Дмитриевич Лебедев; Александр Николаевич Лопанов; Ксения Владимировна Тихомирова
Original assignee: Общество С Ограниченной Ответственностью "Нейродрайв"
Priority date: 2019-12-19
Filing date: 2019-12-19
Publication date: 2020-06-11

Abstract

FIELD: medicine.SUBSTANCE: invention refers to medicine, namely to electroconductive fusible material for electrodes for recording biological signals, particularly for recording an electroencephalogram (EEG). Proposed material comprises: 2.4–49 wt% of edible gelatine as a gelling agent; 0.24–15 wt% of polyvinylpyrrolidone as a regulator of viscosity and melting temperature of jelly; 0.24–24 wt% of sodium chloride as electrolyte; 0.00024–0.024 wt% of silver nitrate as an antibacterial stabilizer; water as a solvent (rest).EFFECT: invention provides creation of electroconductive material having solid aggregate state at room temperature and receiving gel-like state at human body temperature.1 cl, 1 dwg

Description

Изобретение относится к электропроводным материалам, располагаемым под регистрирующие электроды для электрофизиологических медицинских исследований, в частности - для регистрации электроэнцефалограммы (ЭЭГ), электромиограммы (ЭМГ), электроокулограммы (ЭОГ), электрокардиограммы (ЭКГ), реоэнцефалограммы (РЭГ), холтеровского мониторирования, велоэргометрии, а также транскраниальной электростимуляции.The invention relates to electrically conductive materials located under the recording electrodes for electrophysiological medical research, in particular for recording an electroencephalogram (EEG), electromyogram (EMG), electrooculogram (EOG), electrocardiogram (ECG), rheoencephalogram (REG), Holter monitoring, as well as transcranial electrical stimulation.

На сегодняшний день для электрофизиологических исследований (в основном ЭЭГ), между электродом и поверхностью тела человека, наносится контактный гель или паста, служащие проводником и фиксатором для электродов.Today, for electrophysiological studies (mainly EEG), a contact gel or paste is applied between the electrode and the surface of the human body, which serve as a conductor and fixative for the electrodes.

Известна паста токопроводящая для контактных с телом человека электродов медицинского оборудования, содержащая основу - глицерин медицинский, растворитель - воду дистиллированную, консервант и дезинфицирующее средство - спирт этиловый ректификат, наполнитель - аэросил, в качестве токопроводящего вещества содержит хлористый аммоний, компоненты берут в определенном количественном соотношении (RU 2 325 190, A61K 50/00, опубл. 27.05.2008 г.).Known conductive paste for contacting with the human body electrodes of medical equipment, containing a base - medical glycerin, a solvent - distilled water, a preservative and a disinfectant - ethyl rectified alcohol, filler - aerosil, contains ammonium chloride as a conductive substance, the components are taken in a certain quantitative ratio (RU 2 325 190, A61K 50/00, published on 05.27.2008).

Известна электродная контактная композиция, имеющая высокую электропроводность, а также обладающая обезболивающим и противовоспалительным действием, стойкая к высыханию, снимающая сухость и раздражение кожи (RU 2301683, A61K 50/00, опубл. 27.06.2005 г).Known electrode contact composition having high electrical conductivity, as well as having analgesic and anti-inflammatory effects, resistant to drying, relieves dryness and irritation of the skin (RU 2301683, A61K 50/00, publ. June 27, 2005).

Наиболее близкой разработкой по составу является адгезивный электропроводный гель на основе поливинилпирролидона, содержащий электролит (DE 202006017860 U1).The closest development in composition is an adhesive conductive gel based on polyvinylpyrrolidone containing an electrolyte (DE 202006017860 U1).

Недостатком подобных гелей (паст) является то, что их приходится наносить на кожу головы или на электроды непосредственно перед регистрацией электрофизиологических показателей, что не всегда удобно в «полевых условиях», например, при работе с профессиональными спортсменами, когда электроды нужно установить максимально быстро, что особенно актуально для таких видов спорта, как автоспорт. Кроме того, если гель или паста уже нанесены, шапочку с электродами становится проблематично сместить относительно головы для исправления положения электродов. Наконец, высокая вязкость некоторых гелей и паст ведет к их неравномерному распределению по поверхности электрода.The disadvantage of such gels (pastes) is that they have to be applied to the scalp or electrodes immediately before recording electrophysiological parameters, which is not always convenient in “field conditions”, for example, when working with professional athletes, when the electrodes need to be installed as quickly as possible, which is especially true for sports such as motorsport. In addition, if the gel or paste has already been applied, the cap with the electrodes becomes problematic to move relative to the head to correct the position of the electrodes. Finally, the high viscosity of some gels and pastes leads to their uneven distribution over the surface of the electrode.

Задача, стоящая перед авторами, заключается в создании электропроводного материала, который имеет твердое агрегатное состояние при комнатной температуре и принимает гелеобразное состояние при температуре тела.The challenge facing the authors is to create an electrically conductive material that has a solid state of aggregation at room temperature and assumes a gel-like state at body temperature.

Задача решается путем разработки химического состава, позволяющего материалу переходить из твердого состояния в гелеобразное при температуре 32-37°C.The problem is solved by developing a chemical composition that allows the material to transition from a solid to a gel state at a temperature of 32-37 ° C.

Сущность изобретения состоит в возможности регистрации ЭЭГ человека без добавления под электроды геля или пасты благодаря применению заявляемого электропроводного материала, помещаемого на электроды, переходящего из твердого состояния в гелеобразное при температуре 32-37°C, состоящего из желатина пищевого, поливинилпирролидона, натрия хлорида, серебра азотнокислого, воды дистиллированной.The essence of the invention consists in the possibility of detecting human EEG without adding gel or paste under the electrodes due to the use of the inventive conductive material placed on the electrodes, transitioning from a solid state to a gel state at a temperature of 32-37 ° C, consisting of edible gelatin, polyvinylpyrrolidone, sodium chloride, silver nitrate, distilled water.

На чертеже показан регистрирующий электрод (1) с нанесенным электропроводным плавким материалом (2).The drawing shows a recording electrode (1) with deposited conductive fusible material (2).

Состав материала при соотношении компонентов (мас. %):The composition of the material with the ratio of components (wt.%):

желатин пищевой (2,4-49), выступает в качестве гелеобразователя (студнеобразователя);edible gelatin (2.4-49), acts as a gelling agent (gelling agent);

поливинилпирролидон (0,24-15), выступает в качестве регулятора вязкости и температуры плавления материала;polyvinylpyrrolidone (0.24-15), acts as a regulator of the viscosity and melting point of the material;

натрия хлорид (0,24-24),выступает в качестве электролита, обеспечивающего необходимую электропроводность материала;sodium chloride (0.24-24), acts as an electrolyte that provides the necessary electrical conductivity of the material;

серебро азотнокислое (0,00024-0,024), антибактериальная добавка, выступающая в качестве стабилизатора;silver nitrate (0.00024-0.024), an antibacterial additive that acts as a stabilizer;

вода - остальное, выступает в качестве растворителя.water - the rest acts as a solvent.

Способ приготовления материалаThe method of preparation of the material

Емкость с водой помещают на предварительно разогретую плитку и нагревают воду до 70-80^оС. Нагретую воду переносят в емкость с желатином и поливинилпирролидоном, перемешивают суспензию до получения вязкого раствора. При остывании раствора, его разогревают до 50-60 ^оС, после чего добавляют 0,2

раствора серебра азотнокислого, параллельно перемешивая. Потом добавляют 1,80 г натрия хлорида и перемешивают до полного растворения натрия хлорида.A container of water placed on a tile and preheated water is heated to 70-80 ° ^C. The heated water is transferred into a container with gelatin and polyvinylpyrrolidone, the suspension was stirred until a viscous solution. On cooling the solution, it is heated to 50-60 ^{° C,} whereupon 0.2

silver nitrate solution, while mixing. Then, 1.80 g of sodium chloride is added and stirred until the sodium chloride is completely dissolved.

Раствор при температуре 40-50 ^оС, переливают, например, в сжимаемый контейнер, который помещают в холодильник и охлаждают до температуры 5-10°С, в результате чего происходит образование твердого студня. Полученный материал можно хранить в помещении при комнатной температуре.Solution at a temperature of 40-50 ° ^C, poured for example into a compressible container which is placed in a refrigerator and cooled to 5-10 ° C, resulting in formation of a solid jelly. The resulting material can be stored indoors at room temperature.

Пример использования материала с электродной системой, включающей в себя электроды и текстильный шлем (используемый, например, в автогонках).An example of using a material with an electrode system that includes electrodes and a textile helmet (used, for example, in car racing).

Контейнеры с материалом (2) помещают в емкость с водой температурой 50-60°С, что приводит к его быстрому расплавлению. Далее на токопроводящую часть электрода (1) с помощью механического дозатора наносят 0,2 см³ расплавленного электропроводного материала (2) и ждут его затвердевания. Электрод (1) с электропроводным материалом (2) (подкладкой) готов к использованию (фиг.). То же самое нужно сделать с остальными электродами (1), встроенными в текстильный шлем. Далее, текстильный шлем с электродами (1) с застывшим на них материалом (2) надевают на голову обследуемому. Электропроводный материал (2) (подкладка) имеет мягкую эластичную силиконоподобную структуру, которая при температуре 32-37 ^оС становится гелеобразной. Таким образом, при контакте с кожей головы, материал (2) начинает плавиться, становясь гелеобразным. В таком состоянии материал протекает через волосы, распределяется по коже, долго не сохнет, обеспечивает хороший контакт электрода (1) с телом пациента и высокую электропроводность. После проведения исследования расплавленный материал (2) легко удаляется салфеткой или смывается водой.Containers with material (2) are placed in a container with water at a temperature of 50-60 ° C, which leads to its rapid melting. Next, 0.2 cm ^{3 of} molten electrically conductive material (2) is applied to the conductive part of the electrode (1) with a mechanical batcher and waiting for it to solidify. The electrode (1) with electrically conductive material (2) (lining) is ready for use (Fig.). The same thing needs to be done with the rest of the electrodes (1) embedded in the textile helmet. Further, a textile helmet with electrodes (1) with material frozen on them (2) is put on the head of the subject. The conductive material (2) (lining) has a soft elastic silikonopodobnuyu structure which is at a temperature of 32-37 ^{° C} it becomes a gel. Thus, upon contact with the scalp, the material (2) begins to melt, becoming gel-like. In this state, the material flows through the hair, spreads over the skin, does not dry for a long time, provides good contact of the electrode (1) with the patient’s body and high electrical conductivity. After the study, the molten material (2) is easily removed with a napkin or washed off with water.

Уникальность материала (2), заключающееся в изменении агрегатного состояния из твердого в гелеобразное и наоборот при изменении температуры, достигается с помощью совместного использования в указанной пропорции поливинилпирролидона и желатина пищевого.The uniqueness of the material (2), which consists in changing the state of aggregation from solid to gel-like and vice versa with a change in temperature, is achieved by joint use of polyvinylpyrrolidone and edible gelatin in the indicated proportion.

Для использования подходят электроды (1) фирмы «Медицинские компьютерные системы» следующих моделей: MCScap-T, MCScap-NT, MCScap-NTH, MCScap-NTC.The electrodes (1) of the company “Medical Computer Systems” of the following models are suitable for use: MCScap-T, MCScap-NT, MCScap-NTH, MCScap-NTC.

Преимущества от использования разработанного материалаBenefits of using developed material

Материал не пачкает одежду ни в твердом, ни в гелеобразном состоянии, не вызывает аллергии, не портит электроды, водорастворим.The material does not stain clothes in either a solid or gel state, does not cause allergies, does not spoil electrodes, and is water soluble.

Материал позволяет подготовить текстильный шлем с электродами заранее, транспортировать систему к месту регистрации (например, на место спортивной деятельности спортсмена) и для установки электродов просто надеть текстильный шлем на голову обследуемому, не тратя время на нанесение геля или пасты, что важно, когда спортсмен имеет жесткий график и не может тратить много времени на установку датчиков и электродов. Кроме того, после установки текстильного шлема у исследователя есть время расположить его правильно в случае обнаружения неточностей в местоположении электродов на поверхности головы.The material allows you to prepare a textile helmet with electrodes in advance, transport the system to the place of registration (for example, the place of sports activity of an athlete) and to install the electrodes, simply put a textile helmet on the head of the subject, without wasting time applying gel or paste, which is important when the athlete has a tight schedule and can not spend much time installing sensors and electrodes. In addition, after installing a textile helmet, the researcher has time to position it correctly in case of inaccuracies in the location of the electrodes on the surface of the head.

Таким образом, поставленная задача выполнена.Thus, the task is completed.

Claims

An electrically conductive fusible material for the registration of biological signals, containing a gel, a regulator of viscosity and melting temperature of the jelly, an electrolyte, an antibacterial stabilizer, a solvent, characterized in that gelatin is used gelatin, polyvinylpyrrolidone is used as a regulator of viscosity and melting temperature of the gel, Sodium chloride was used as an electrolyte, silver nitrate was used as an antibacterial stabilizer, water was used as a solvent, in the following ratio, wt.%:

food gelatin 2,4-49 polyvinylpyrrolidone 0.24-15 sodium chloride 0.24-24 silver nitrate 0,00024-0,024 water rest