DE4336301A1 - Electrically conductive hydrogel compsn. - Google Patents
Electrically conductive hydrogel compsn.Info
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Abstract
Description
Die Erfindung betrifft eine elektrisch leitfähige Hydrogelzusammensetzung und ein Verfahren zur Herstellung eines Hydrogels.The invention relates to an electrically conductive hydrogel composition and a Process for the preparation of a hydrogel.
Hydrogele bzw. Hydrogelkörper werden insbesondere als hautkontaktierende Leitkörper in der Elektromedizin angewendet, z. B. in Elektroden, um bioelektrische Signale von der Haut eines Säugetiers an externe Geräte oder externe elektrische Signale zur Stimulierung biologischer Prozesse zur Haut eines Säugetiers zu übertragen.Hydrogels or hydrogel bodies are used in particular as a skin-contacting guide body used in electromedicine, eg. B. in electrodes to bioelectrical signals from the Skin of a mammal to external devices or external electrical signals for stimulation biological processes to the skin of a mammal.
Das Hydrogel bildet dabei die ionisch leitende Schicht zwischen der Haut und einem Leiter 1. Ordnung wie Metallplatten, mit speziellen Leitlacken, Metallüberzügen oder durch bestimmte Beimengungen leitfähig gemachte Kunststoffkörper, häufig mit einer Silber/Silberchlorid- Kombination versehene Oberflächen. Das Hydrogel muß in der Lage sein, über eine vorgeschriebene Applikationsdauer, die sich zwischen wenigen Minuten bis zu mehreren Tagen erstrecken kann, eine stabile Übertragung der Signale zu gewährleisten, wie z. B. im AAMI-Standard (Standard for Pregelled ECG Disposable Electrodes, Association for the Advancement of Medical Instrumentation, February 1984 Received) festgelegt.The hydrogel forms the ionic conductive layer between the skin and a conductor 1st order like metal plates, with special conductive coatings, metal coatings or through certain admixtures made conductive plastic bodies, often with a silver / silver chloride Combination provided surfaces. The hydrogel needs to be able be, over a prescribed period of application, lasting between a few minutes may extend up to several days to ensure stable transmission of the signals such as In the AAMI standard (Standard for Pregelled ECG Disposable Electrodes, Association for the Advancement of Medical Instrumentation, February 1984 Received) established.
Elektrisch leitfähige Hydrogele auf der Basis ungesättigter, freie Radikale bildender Monomerer, die in einer polyolhaltigen Flüssigkeit gelöst sind und unter Zugabe von Vernetzer, Coinitiator und gegebenenfalls weiterer Zusätze polymerisiert werden, sind bereits bekannt.Electrically conductive hydrogels based on unsaturated, free-radical-forming monomers, which are dissolved in a polyol-containing liquid and with the addition of crosslinker, Co-initiator and optionally further additives are polymerized, are already known.
Aus der US-PS 4 539 996 sind Hydrogelzusammensetzungen, bestehend aus Triethylenglykol-bis-methacrylat, Benzildimethylketal, Acrylsäure, Glycerin, Wasser und Kalilauge, bekannt. Die schwer beherrschbare Polymerisationsreaktion dieser Zusammensetzung ist nur unter Inertgas, z. B. Stickstoff, möglich. Eine Polymerisation unter Inertgas ist jedoch nicht für eine kontinuierliche Bandfertigung geeignet.From US-PS 4,539,996 hydrogel compositions consisting of Triethylene glycol bis-methacrylate, benzil dimethyl ketal, acrylic acid, glycerol, water and Potash, known. The difficult-to-control polymerization reaction of this composition is only under inert gas, z. As nitrogen, possible. A polymerization under inert gas however, it is not suitable for continuous strip production.
In der US-PS 4 554 924 ist eine Hydrogelzusammensetzung ähnlicher Art beschrieben. Pulverförmige Polyacrylsäure mit Natriumsalz wird in warmem destilliertem Wasser unter einstündigem Rühren gelöst und es werden Kaliumchlorid, destilliertes Wasser, Acrylsäure, Glycerin, Triethylenglykol-bis-methacrylat und Benzildimethylketal hinzugefügt. Die Reaktionskomponenten werden 4 Stunden lang gemischt. Die belichteten Elektroden müssen für etwa einen Tage bei hoher Luftfeuchtigkeit lagern, um ein ausreichendes Wasserpotential im Gelkörper aufzubauen. Die aufwendige Aufbereitung der Reaktionsmischung, die Belichtung unter Inertgas sowie die nachträgliche Feuchtlagerung des polymerisierten Gelkörpers bedeuten einen unverhältnismäßig hohen Herstellungsaufwand. Bekannt ist auch eine Hydrogelzusammensetzung, die aus 15 bis 20 Gew.-% Acrylsäure und 2 bis 4 Gew.-% Polyacrylsäure besteht. Als Photoinitiator enthält diese Zusammensetzung 1 Gew.-% Benzyldimethylketal. Das elektrolytische Plastiziersystem besteht aus 5 bis 40 Gew.-% Wasser, 20 bis 60 Gew.-% Glycerin und 25 bis 5 Gew.-% Kaliumchlorid (US-PS 4 694 835 und US-PS 4 795 516).U.S. Patent No. 4,554,924 discloses a hydrogel composition of a similar type. Powdered polyacrylic acid with sodium salt is immersed in warm distilled water dissolved for one hour and there are potassium chloride, distilled water, acrylic acid, Glycerol, triethylene glycol bis-methacrylate and benzil dimethyl ketal added. The Reaction components are mixed for 4 hours. The exposed electrodes need to store for about a day at high humidity to have adequate water potential build up in the gel body. The complex preparation of the reaction mixture, the exposure under inert gas and the subsequent wet storage of the polymerized Gel bodies mean a disproportionately high production cost. Also known is a hydrogel composition consisting of 15 to 20 wt .-% acrylic acid and 2 to 4% by weight of polyacrylic acid. As a photoinitiator, this composition contains 1% by weight of benzyldimethylketal. The electrolytic plasticizing system consists of 5 to 40% by weight of water, 20 to 60% by weight of glycerol and 25 to 5% by weight of potassium chloride (U.S. Patent 4,694,835 and U.S. Patent 4,795,516).
Neben den bereits o. g. Nachteilen bei der Polymerisation weisen diese Zusammensetzungen wie auch die der US-PS 4 539 996 und der US-PS 4 554 924 nur eine unzureichende adhäsive Wirkung auf, insbesondere bei erhöhtem Wasseranteil, wie er sich infolge der Hautapplikation einstellen kann.In addition to the already o. G. Disadvantages in the polymerization, these compositions as well as those of US Pat. No. 4,539,996 and US Pat. No. 4,554,924 only insufficient Adhesive effect, especially at elevated water content, as it is due can adjust the skin application.
Um diese zu verbessern, wird in der US-PS 4 848 353 eine Hydrogelzusammensetzung, bestehend aus 5 bis 43,5 Gew.-% Acrylsäure, 7 bis 45 Gew.-% N-Vinylpyrrolidon, 0,05 bis 0,3 Gew.-% Triethylen-glykol-bis-methacrylat, 0,02 bis 0,1 Gew.-% Benzildimethylketal, 5 bis 60 Gew.-% Wasser, 0,5 bis 12 Gew.-% Kaliumchlorid und 30 bis 70 Gew.-% Glycerin vorgeschlagen, wobei die Acrylsäure mit NaOH teilneutralisiert wird. Die Herstellung des Hydrogels erfolgt durch Copolymerisation mittels UV-Licht und unter Stickstoff als Inertgas. Nachteilig sind die relativ lange Belichtungsdauer von 4 Minuten und die Notwendigkeit der Durchführung der Copolymerisation unter Stickstoff. Außerdem sind große Sensorflächen der Elektrode von ca. 6 cm² erforderlich, um die gewünschten elektrischen Kennwerte zu erreichen.In order to improve this, US Pat. No. 4,848,353 discloses a hydrogel composition, consisting of 5 to 43.5% by weight of acrylic acid, 7 to 45% by weight of N-vinylpyrrolidone, 0.05 to 0.3 wt .-% of triethylene glycol bis-methacrylate, 0.02 to 0.1 wt .-% benzil dimethyl ketal, 5 bis 60% by weight of water, 0.5 to 12% by weight of potassium chloride and 30 to 70% by weight of glycerol are proposed, wherein the acrylic acid is partially neutralized with NaOH. The preparation of the hydrogel takes place by copolymerization by means of UV light and under nitrogen as inert gas. The disadvantage is the relatively long exposure time of 4 minutes and the need the implementation of the copolymerization under nitrogen. There are also large sensor areas The electrode of about 6 cm² required to the desired electrical characteristics to reach.
An ein als Elektrodenmaterial einsetzbares Hydrogel werden eine Vielzahl von Anforderungen gestellt.To be used as an electrode material hydrogel a variety of requirements posed.
Das Hydrogel muß während der Applikationsdauer hautverträglich sein und unabhängig von Hautabsorption eine für die Signalübertragung dauerhafte Adhäsion zur Haut und eine stabile Bindung zum Ableiter 1. Ordnung gewährleisten. (Adhäsiv sind Formkörper, die nach äußerem mechanischem Druck auf der Haut haften bleiben). Eine weitere Bedingung ist die Fähigkeit des Gelkörpers, die Adhäsivneigung unter den praktischen Bedingungen eines Hautkontaktes für eine übliche Applikationsdauer, nach Möglichkeit auch darüber hinaus, in brauchbarer Weise aufrechtzuerhalten. Dazu ist es erforderlich, das Austrocknen oder übermäßige Quellung, die Bildung antiadhäsiver Trennschichten und mikrobielle Abbauerscheinungen zu vermeiden. Außerdem darf die adhäsive Wirkung nicht durch übliche Hornhautabstoßungen sowie neben Schweiß- auch Fettabsonderungen ohne eine abrasive Hautvorbereitung beeinträchtigt werden. Schließlich sollen die Kohäsionskräfte des Gelkörpers so groß sein, daß dieser während der Applikation bis einschließlich zur Abnahme nicht zerfällt oder nennenswerte Rückstände auf der Haut hinterläßt. Die Adhäsion zur Haut muß in einem gewissen Rahmen einstellbar sein, um neben den genannten Forderungen auch anwendungsspezifische Besonderheiten zu berücksichtigen; so soll die Klebwirkung nicht so groß sein, daß bei Entfernen eines Gelkörpers Schmerzen oder gar Hautschädigungen auftreten, auch sollen nach Möglichkeit die auf jeder normalen Haut befindlichen Haare dort bleiben dürfen; zu berücksichtigen ist, daß Kinder, insbesondere Neugeborene, eine sehr viel empfindlichere Haut als Erwachsene haben, alte Menschen dagegen eine trockene, faltige Haut und daß bei bestimmten Krankheiten die Haut geschädigt ist. Wird der Gelkörper, was zu seinem Hauptanwendungsgebiet zu rechnen ist, auf oder in einem entsprechenden Trägerkörper in situ polymerisiert, so muß eine Adhäsion zum Trägerkörper realisierbar sein, die größer ist als die zur Haut bei Applikation, damit die das Gel enthaltende Elektrode, als Funktionseinheit erhalten bleibt. Die Kohäsion muß zulassen, daß das Gel Bewegungen, die über die Haut übertragen werden, möglichst lange aufnehmen kann, ohne sich beispielsweise dadurch beschleunigt abzulösen. Was bisher offensichtlich bei der Beurteilung der Qualität der Adhäsion (Track) bzw. Kohäsion vernachlässigt wurde (vgl. US-PS 4 554 924, US-PS 4 777 954, US-PS 4 848 353), ist die gleichzeitige Berücksichtigung des elastischen, in Ausnahmefällen auch plastischen oder gemischten, Deformationsvermögens des Gelkörpers. Um eine dauerhafte mechanische Verbindung zu erreichen, ist nicht nur die Fähigkeit wichtig, Kräfte aufzunehmen, sondern ebenso die Fähigkeit, Kräfte durch Deformation zu verteilen, und zwar während der gesamten Applikationsdauer. Als nicht unwesentlich zu bewerten ist die Forderung nach einem transparenten Gelkörper, der es gestattet, z. B. Hautreaktionen, die bei Kontakt jeden Mediums mit der Haut auftreten können oder krankheitsbedingt sind, beobachten zu können.The hydrogel must be tolerated by the skin during the period of application and independently of skin absorption a permanent adhesion to the skin and for signal transmission ensure a stable bond to the arrester 1st order. (Adhesive are shaped bodies, which stick to the skin after external mechanical pressure). Another condition is the ability of the gel body, the adhesive tendency under the practical conditions Skin contact for a common application time, if possible also moreover, to maintain it in a useful way. It is necessary to do this Dehydration or excessive swelling, the formation of antiadhesive release layers and to avoid microbial degradation phenomena. In addition, the adhesive effect may not by usual corneal rejections as well as sweat and fat deposits be affected without an abrasive skin preparation. Finally, the Cohesive forces of the gel body be so great that this during application until including does not disintegrate to decrease or significant residues on the skin leaves. The adhesion to the skin must be adjustable to a certain extent In addition to the above requirements also application-specific features account; so the adhesion should not be so great that when removing a gel body Pain or even skin damage may occur as well as possible the hairs on any normal skin may remain there; to take into account is that children, especially newborns, a much more sensitive skin than Adults have old people, however, a dry, wrinkled skin and that at certain Diseases the skin is damaged. Will the gel body, what to his Main application is expected, on or in a corresponding carrier body polymerized in situ, so an adhesion to the carrier body must be feasible, the larger is as the skin to the application, so that the electrode containing the gel, as a functional unit preserved. The cohesion must allow the gel movements that transmitted through the skin, can record as long as possible without, for example thereby accelerated to replace. What was evident so far in the assessment of Quality of adhesion (track) or cohesion was neglected (see U.S. Patent 4,554,924, US Pat. No. 4,777,954, US Pat. No. 4,848,353), the simultaneous consideration of the elastic, in exceptional cases also plastic or mixed, deformation capacity of the gel body. To achieve a permanent mechanical connection is not just the ability to absorb forces, but also the ability to absorb powers Deformation to distribute, throughout the application period. As not The requirement for a transparent gel body, which is to be evaluated negligibly, is negligible allowed, for. B. Skin reactions that can occur on contact of any medium with the skin or disease-related, to be able to observe.
Das Gel soll diese zahlreichen Eigenschaften natürlich unter angemessenen Lagerbedingungen bei minimalen Verpackungsaufwand für einen langen Zeitraum, möglichst über einige Jahre, behalten. Sterile Bedingungen vorausgesetzt, sind zahlreiche Qualitätsverluste denkbar, wie Austrocknen, Kristallisierung, Verhärtungen z. B. durch Nachpolymerisation, Verfärbungen, kalter Fluß usw.The gel is said to have these numerous properties naturally under reasonable storage conditions with minimal packaging for a long period of time, possibly over a few years, keep. Sterile conditions presuppose numerous quality losses conceivable, such as drying, crystallization, hardening z. B. by postpolymerization, Discoloration, cold flow, etc.
Außerdem ist zu beachten, daß von den verwendeten Zusatzstoffen oder Reaktionsprodukten keine toxischen Wirkungen bei Hautkontakt ausgehen können (vgl. DE-PS 40 20 780; "Kunststoffe im Lebensmittelverkehr", Empfehlungen des Bundesgesundheitsamtes, C. Heymanns Verlag KG, 1991). It should also be noted that of the additives or reaction products used no toxic effects may result from skin contact (see DE-PS 40 20 780; "Plastics in food transport", recommendations of the Federal Health Office, C. Heymanns Verlag KG, 1991).
Neben diesen anwendungstechnischen Anforderungen an das Hydrogel soll dieses in seiner Zusammensetzung und Herstellung nur einen geringen Kostenaufwand verursachen. Von wesentlicher Bedeutung ist weiterhin, daß die Zusammensetzung des Hydrogels einen mechanisierten bzw. automatisierten Herstellungsprozeß ermöglicht, der in eine Massenfertigung der herzustellenden Elektroden ohne Probleme eingebunden werden kann.In addition to these application requirements for the hydrogel this should be in its composition and production cause only a small cost. It is also essential that the composition of the hydrogel enables a mechanized or automated manufacturing process, which in mass production of the electrodes to be produced can be incorporated without problems can.
Um die letztgenannte Anforderung zu erfüllen, sind nur solche Zusammensetzungen geeignet, die eine Substanzpolymerisation aus einer leicht dosierbaren flüssigen Reaktionsmischung ermöglichen, wobei die Polymerisation unter Normalbedingungen durchführbar sein muß. Die bereits genannten Zusammensetzungen auf der Basis wasserlöslicher Acrylsäure-Monomere erfordern eine Reaktionsführung unter Inertgas. Außerdem setzt die massive Irrationswirkung von Acrylsäure einen hohen Umsetzungsgrad voraus, damit keine störenden Monomerreste mehr auftreten.In order to meet the latter requirement, only such compositions are suitable, the one bulk polymerization of an easily metered liquid reaction mixture allow the polymerization under normal conditions feasible have to be. The already mentioned compositions based on water-soluble Acrylic acid monomers require a reaction under inert gas. also the massive irrational effect of acrylic acid requires a high degree of conversion, so that no disturbing monomer residues occur more.
Der Erfindung lag die Aufgabe zugrunde, eine elektrisch leitfähige Hydrogelzusammensetzung auf der Basis wasserlöslicher Monomere auf Acrylsäurebasis zu schaffen, die den geforderten anwendungstechnischen Eigenschaften an das Hydrogel gerecht wird, nur geringe Kosten verursacht und deren Verarbeitung zu einem Hydrogel in eine kostengünstige Massenfertigung der Elektroden eingebunden werden kann.The invention was based on the object, an electrically conductive hydrogel composition based on water-soluble monomers based on acrylic acid, the meets the required performance characteristics of the hydrogel, caused only a small cost and their processing into a hydrogel in a cost-effective Mass production of the electrodes can be integrated.
Erfindungsgemäß wird die Aufgabe durch folgende Hydrogelzusammensetzung gelöst:According to the invention, the object is achieved by the following hydrogel composition:
- a) 100 Masseteile äthylenisch ungesättigter, stabilisierter Monomere auf Acrylsäurebasis mit einer relativen Molekülmasse von 72 bis 320,a) 100 parts by weight of ethylenically unsaturated stabilized monomers Acrylic acid base having a molecular weight of 72 to 320,
- b) 275 bis 600 Masseteile einer wäßrig-polyolhaltigen Flüssigkeit aus entionisiertem Wasser und einem darin gelösten Polyol im Verhältnis 1 : 1,5 bis 1 : 3;b) 275 to 600 parts by weight of an aqueous-polyol-containing liquid deionized Water and a polyol dissolved therein in the ratio 1: 1.5 to 1: 3;
- c) 0,1 bis 8 Masseteile UV-Initiator,c) 0.1 to 8 parts by weight of UV initiator,
- d) 12 bis 125 Masseteile eines sekundären oder tertiären Amins als Coinitiator,d) 12 to 125 parts by weight of a secondary or tertiary amine as coinitiator,
- e) 2,5 bis 12,5 Masseteile einer mehrfach ungesättigten Verbindung als Vernetzer,e) 2.5 to 12.5 parts by weight of a polyunsaturated compound as crosslinker,
- f) 0,2 bis 10 Masseteile Polyacrylsäure mit einer relativen Molekülmasse von 150.000 bis 350.000 undf) 0.2 to 10 parts by weight of polyacrylic acid having a molecular weight of 150,000 up to 350,000 and
- g) 0,2 bis 20 Masseteile eines Halogensalzes von Alkali- oder Erdalkalimetallen zur Verstärkung der elektrischen Leitfähigkeit.g) 0.2 to 20 parts by weight of a halogen salt of alkali or alkaline earth metals Reinforcement of electrical conductivity.
Die Komponenten a) bis g) bilden eine vergießbare, bei Raumtemperatur flüssige, lagerstabile Reaktionsmischung, die unter Normalbedingungen mittel UV-Licht in situ polymerisierbar ist.Components a) to g) form a pourable, storage-stable, liquid at room temperature Reaction mixture which is polymerizable in situ under UV light UV light in situ.
Die erfindungsgemäße Zusammensetzung ermöglicht eine problemlose, beherrschbare Reaktionsführung ohne Anwendung von Inertgas. Dadurch ist es möglich, die Substanzpolymerisation mittels UV-Licht unter Normalbedingungen durchzuführen. Die Belichtungszeiten betragen weniger als 1,5 min.The composition of the invention enables a problem-free, manageable Reaction without the use of inert gas. This makes it possible to bulk polymerization using UV light under normal conditions. The exposure times amount to less than 1.5 min.
Bei den Rezepturbestandteilen handelt es sich um kostengünstiger handelsübliche Produkte.The recipe ingredients are inexpensive commercial products.
Weitere Ausgestaltungsvarianten der Erfindung sind beispielsweise folgende.Further embodiment variants of the invention are, for example, the following.
Die Acrylsäure oder deren Derivate und gegebenenfalls der Vernetzer sind in einer Menge von 0,01 bis 0,1 Masseteilen mit Hydrochinonmethylester stabilisiert. Als Polyol wird Glycerin verwendet. Als UV-Initiator wird das an sich bekannte Produkt Irgacure 184 der Fa. Ciba Geigy, vorzugsweise in einer Menge von 0,5 bis 5 Masseteilen eingesetzt. Als Coinitiator ist als Amin besonders Triethanolamin in einer Menge von 45 bis 75 Masseteilen geeignet. Der Anteil des Vernetzers, bevorzugterweise Triethylenglycoldimetacrylat, beträgt 4,5 bis 6,5 Masseteile. Der Anteil an Polyacrylsäure liegt vorzugsweise bei 2 bis 5 Masseteilen. Als Halogensalz wird vorzugsweise Kaliumchlorid in einer Menge von 5 bis 12 Masseteilen verwendet. Ferner kann die Zusammensetzung noch Zusätze, wie Viskositätsregler, Geruchsträger, Inhibitoren, Elektrolyte, Bakteriostatika, Indikatoren, Färbemittel, Komplexbildner, Puffer oder Verträglichkeitsvermittler in einer Gesamtmenge bis zu 35 Masseteilen enthalten.The acrylic acid or its derivatives and optionally the crosslinker are in an amount from 0.01 to 0.1 parts by weight stabilized with hydroquinone methyl ester. As a polyol is Glycerin used. As a UV initiator known per se product Irgacure 184 of Fa. Ciba Geigy, preferably used in an amount of 0.5 to 5 parts by mass. When Co-initiator as the amine is especially triethanolamine in an amount of 45 to 75 parts by weight suitable. The proportion of the crosslinker, preferably triethylene glycol dimethacrylate, is 4.5 to 6.5 parts by mass. The proportion of polyacrylic acid is preferably at 2 to 5 parts by weight. As the halogen salt is preferably potassium chloride in an amount used from 5 to 12 parts by weight. Furthermore, the composition may contain additives, such as viscosity regulators, odor carriers, inhibitors, electrolytes, bacteriostats, Indicators, colorants, complexing agents, buffers or compatibilizers in one Total amount up to 35 parts by mass.
Gemäß dem vorgeschlagenen Verfahren zur Herstellung eines Hydrogels der angegebenen Zusammensetzungen werden die aufgeschlossenen Komponenten in einem licht- und gasdicht geschlossenen Behälter unter intensivem Rühren bei einer Massetemperatur unter 35°C zu einer flüssigen Reaktionsmischung vereinigt, welche unmittelbar vor Ort auf eine vorbereitete Unterlage oder dergleichen vergossen und anschließend unter Einwirkung von UV-Strahlung, ohne Luftabschluß je nach Schichtdicke innerhalb einer Zeitdauer von 20 bis 250 Sekunden polymerisiert wird.According to the proposed method for producing a hydrogel of the specified Compositions are the digested components in a light and gas-tight closed container with intensive stirring at a melt temperature below 35 ° C to a liquid reaction mixture, which immediately before Place on a prepared base or the like shed and then under Influence of UV radiation, without exclusion of air depending on the layer thickness within a Polymerization time of 20 to 250 seconds.
Der vorrangig genutzte Bereich des Spektrums der UV-Strahlen liegt zwischen 180 bis 350 nm. Die Herstellung kann entweder in einem kontinuierlichen oder diskontinuierlichen Prozeß durchgeführt werden. Die Polymerisation erfolgt dabei unmittelbar an der Stelle eines geeigneten Träger, wo das Hydrogel bis zu einer endgültigen Verwendung verbleibt. Es ist auch möglich, die Reaktionsmischung nach ihrer Zubereitung ohne Veränderung ihrer reaktionstechnischen Eigenschaften mindestens über eine Dauer von 24 Stunden in einem lichtdicht abgeschlossenen Behälter bei Raumtemperatur zwischenzulagern. In das Hydrogel können auch textile Einlagen eingebracht werden. Es ist auch möglich, das Hydrogel auf der einen Seite mit einem haftklebstoffbeschichteten und auf der anderen Seite mit einem antiadhäsiven flächenartigen Gebilde zu versehen.The predominantly used range of the spectrum of the UV rays lies between 180 to 350 nm. The preparation can be either in a continuous or discontinuous Process be performed. The polymerization takes place directly at the site a suitable carrier where the hydrogel remains until final use. It is also possible the reaction mixture after its preparation without modification their reaction properties for at least 24 hours store in a light-tight container at room temperature. In the hydrogel and textile inserts can be introduced. It is also possible, the hydrogel on one side with a pressure-sensitive adhesive coated and on the other Side with an anti-adhesive area-like structure.
Das Hydrogel zeichnet sich durch hervorragende anwendungstechnische Eigenschaften aus. Es ist transparent, hochelastisch, hypoallergen und adhäsiv. Der Gelkörper mit seiner adhäsiven Oberfläche ist in sich homogen. Das Gel besitzt eine sehr gute Hautverträglichkeit und gewährleistet einen dauerhaften Sitz auf der Hautoberfläche. Seine Haftfähigkeit wird weder durch normale Bewegungsabläufe noch durch über die Haut abgegebene Schweiß- oder Fettabsonderungen beeinträchtigt. Die Kohäsionskräfte des Gelkörpers sind ausreichend groß, um über die vorgesehene Applikationsdauer die volle Funktionsfähigkeit zu gewährleisten. Nach dem Abnehmen von der Haut hinterläßt er keine Rückstände auf der Haut. Trotz der guten Haftfestigkeit treten bei der Entfernung des Gelkörpers von der Haut keine Schmerzen oder Hautschädigungen auf. Entsprechend den Rezepturzusammensetzungen für das Hydrogel lassen sich verschiedene Einstellungen hinsichtlich der Adhäsionswirkung erzielen, so daß verschiedene Varianten für unterschiedliche Hauttypen angeboten werden können. Der Gelkörper besitzt ein ausgezeichnetes Deformationsverhalten, insbesondere ist er in der Lage, Kräfte durch Deformation während der gesamten Applikationsdauer zu verteilen. Infolge der Transparenz des Gelkörpers können z. B. auftretende Hautreaktionen beobachtet werden.The hydrogel is characterized by excellent performance properties out. It is transparent, highly elastic, hypoallergenic and adhesive. The gel body with his adhesive surface is homogeneous in itself. The gel has a very good skin compatibility and ensures a permanent fit on the skin surface. His adhesion is neither due to normal movements nor through the skin Sweat or fat secretions impaired. The cohesive forces of the gel body are sufficiently large to be fully functional over the intended application time to ensure. After losing weight of the skin he leaves no Residues on the skin. Despite the good adhesive strength occur in the removal of the gel body from the skin no pain or skin damage. According to the Formulation compositions for the hydrogel allow for different settings achieve the adhesion effect, so that different variants for different Skin types can be offered. The gel body has an excellent Deformation behavior, in particular, he is able to force through deformation during the entire application period. Due to the transparency of the gel body can z. B. occurring skin reactions are observed.
Ein wesentlicher Vorteil der erfindungsgemäßen Hydrogelzusammensetzung besteht in der einfachen und kostengünstigen Herstellung des Hydrogels. Die Herstellung des Hydrogels kann problemlos in eine automatisierte Elektrodenfertigung mit hoher Ausstoßleistung eingebunden werden. Dadurch ist es möglich, die Betriebskosten wesentlich zu senken.An essential advantage of the hydrogel composition according to the invention consists in the simple and inexpensive production of the hydrogel. The production of the Hydrogels can easily enter an automated electrode production with high output be involved. This makes it possible to significantly increase the operating costs reduce.
Die Erfindung soll nachstehend an einigen Beispielen zur Herstellung von Elektroden und deren Anwendung näher erläutert werden.The invention will be described below in some examples for the production of electrodes and their application will be explained in more detail.
In einer in gleichförmigen Schritten arbeitenden elektronisch gesteuerten Vorrichtung mit Transporteinheit wird ein Elektrodenkörper vorbereitet, der über eine für den Gelkörper vorgesehene Kavität verfügt und folgenden Aufbau besitzt. Die Elektrode wird zusammengesetzt aus einer hautverträglich haftklebstoffbeschichteten flexiblen Trägerschicht - beispielsweise einer PE-Folie mit einer Materialdicke von 150 µm, wie sie durch die Firma Medifix (GB) angeboten wird - mit einem auf die klebende Seite aufgesetzten Ring von 2 mm Höhe und 18 bzw. 22 mm Durchmesser aus PE-Schaum (Fa. Vito Irmen), in dessen Zentrum eine mechanisch und elektrisch miteinander durch die Trägerschicht hindurch verbundene Einheit von Eyelet (Ag/AgCl-Außenfläche, Fa. Micron Medical Products, USA) und Stud (Edelstahl, Fa. Nordtool, Dänemark) die von Eigenpotentialen weitgehend freie Ableitung der Körpersignale an die externen Anschlüsse besorgen. In die durch Trägerschicht und Schaumring gebildete Kavität, in deren Grund das Eyelet sitzt, wird mittels einer Dosiereinrichtung die auf die Schrittbewegung der Transportvorrichtung rheologisch eingestellte Reaktionslösung gefüllt, die die nachfolgende Zusammensetzung hat und unter Lichtabschluß zuvor in einem Edelstahlgefäß mit etwa doppeltem Rauminhalt des aufzunehmenden Volumens unter inniger Durchmischung aufbereitet wurde (Angaben in Masseteilen):In an electronically controlled device operating in uniform steps Transport unit is prepared an electrode body, which has one for the gel body provided cavity has and has the following structure. The electrode is assembled made of a skin-compatible pressure-sensitive adhesive coated flexible carrier layer - For example, a PE film with a material thickness of 150 microns, as required by the company Medifix (GB) - with a ring attached to the adhesive side of 2 mm height and 18 or 22 mm diameter PE foam (Vito Irmen), in whose Center one mechanically and electrically through each other through the carrier layer connected unit of Eyelet (Ag / AgCl outer surface, Micron Medical Products, USA) and Stud (stainless steel, Nordtool, Denmark) largely free of their own potential Derive the body signals to the external connections. In through the carrier layer and foam ring formed cavity, in whose base the eyelet sits, is by means of a metering device on the step movement of the transport device rheological set reaction solution filled, which has the following composition and with light completion previously in a stainless steel vessel with about twice the volume of the volume to be recorded was prepared with intimate mixing (data in parts by weight):
In der anschließenden UV-Belichtungsstrecke, bestückt mit UV400H-Strahlern der Fa. Hönle, wird die Reaktionsmischung für eine Dauer von 80 Sekunden polymerisiert. Nach Verlassen der UV-Strecke wird die klebrige Bahnoberseite mit einer silikonisierten Kunststoffbahn (z. B. Perlasic-LF; Fa. Papierfabrik Perlen, Schweiz) abgedeckt und die Elektroden mittels einer Stanze so ausgeschnitten (Durchmesser 55 mm), daß der Gelkörper mittig sitzt.In the subsequent UV exposure section, equipped with UV400H lamps from the company. Hönle, the reaction mixture is polymerized for a period of 80 seconds. After leaving the UV route, the sticky top of the track becomes siliconized Plastic sheet (eg Perlasic-LF, Fa Papierfabrik Perlen, Switzerland) covered and the Electrodes cut out by means of a punch so (diameter 55 mm) that the gel body sits centrally.
Nach dem üblichen Prüfverfahren (Messung am Elektrodenpaar "face to face", vgl. US-PS 4 848 353) wurden die für EKG-Elektroden erforderlichen elektrischen Kennwerte ermittelt:After the usual test procedure (measurement at the electrode pair "face to face", cf. U.S. Patent No. 4,848,353) have required electrical characteristics for ECG electrodes determined:
Nachfolgend wurde die praktische Eignung ermittelt:
Die EKG-Elektrode wurde 24 Stunden lang von 10 normalbelasteten Versuchspersonen
getragen, wobei es weder zu Ablösungen noch Hautreizung kann. Nach Abnahme der
Elektrode war der Gelkörper noch klebrig. Sichtbare Rückstände auf derHaut im äußeren
Randbereich des Trägermaterials waren mittels Waschbenzin leicht zu entfernen.
Sofort nach Auftragen der Elektroden auf unbehandelte Haut und nach 24-stündiger Tragezeit
waren ungestörte EKG-Kurven abnehmbar. Die Elektroden sind bis auf die Flächen,
die durch Schaumring und Stud/Eyelet abgedeckt sind, transparent.The practical suitability was determined below:
The ECG electrode was worn for 24 hours by 10 subjects subject to normal loading, with no detachment or skin irritation. After removing the electrode, the gel body was still sticky. Visible residues on the skin in the outer periphery of the substrate were easy to remove with benzine. Immediately after application of the electrodes to untreated skin and after 24 hours wearing time undisturbed ECG curves were removable. The electrodes are transparent except for the areas covered by foam ring and Stud / Eyelet.
Analog wie in Beispiel 1 wird der in Schritten arbeitenden Vorrichtung mit Transporteinheit eine transparente Polymerbahn aus PE mit einer einseitigen hypoallergenen Haftklebstoffbeschichtung zugeführt. Jedoch wird diesmal die Kavität zur Aufnahme des Gelkörpers durch thermische Verformung mit einer Tiefe von 2,5 mm und einem Durchmesser von 18 mm gebildet.Analogously to Example 1, the stepwise device with transport unit a transparent polymer web made of PE with a one-sided hypoallergenic pressure-sensitive adhesive coating fed. However, this time the cavity for receiving the gel body by thermal deformation with a depth of 2.5 mm and a diameter formed by 18 mm.
In diese Kavität wird eine Reaktionslösung dosiert, die die folgende Zusammensetzung hat und wie in Beispiel 1 aufgearbeitet wurde (Angaben in Masseteilen):In this cavity, a reaction solution is metered, which has the following composition and worked up as in Example 1 (in parts by mass):
Wie in Beispiel 1 wird die Reaktionsmischung für eine Dauer von ca. 70 Sekunden polymerisiert, anschließend die Bahnoberseite abgedeckt. Die Elektroden werden ausgeschnitten.As in Example 1, the reaction mixture is polymerized for a period of about 70 seconds, then covered the top of the track. The electrodes are cut out.
Als elektrische Kennwerte wurden gemessen:As electrical parameters were measured:
Nachfolgend wurde die praktische Eignung ermittelt:
Die Elektrode wurde 3 Tage lang von 10 normalbelasteten Versuchspersonen getragen,
wobei es bei 3 Personen zu Teilablösung vom Folienrand her kam, geringfügige Hautreizungen
außerhalb des Gelbereiches tragen bei 5 Personen auf. Nach Abnahme der Elektrode
war der Gelkörper wiederaufklebbar. Sichtbare Rückstände auf der Haut gab es lediglich
im äußeren Randbereich der Folie, die mit Waschbenzin leicht zu entfernen waren.The practical suitability was determined below:
The electrode was worn for 3 days by 10 subjects subject to normal stress, with 3 persons suffering partial detachment from the edge of the film, slight skin irritation outside the gel area was experienced by 5 persons. After removal of the electrode, the gel body was re-attachable. Visible residues on the skin were only in the outer edge of the film, which were easy to remove with benzine.
Die Elektrode behielt ihre gute Transparenz bei.The electrode maintained its good transparency.
Sofort nach Auflegen der Elektroden auf unbehandelte Haut und nach 72-stündiger Tragezeit waren ungestörte EKG-Kurven abnehmbar.Immediately after placing the electrodes on untreated skin and after 72 hours wearing time undisturbed ECG curves were removable.
Positiv verliefen Anwendungsversuche beim Langzeit-EKG und der Ergometrie. Bei beobachteten Tests an Personen mit bekannter Sensibilisierung gegenüber Abdeckungen mit Acrylharz-Haftklebstoffen konnte die nach etwa 6 Stunden einsetzende Hautrötung im äußeren Randbereich verfolgt werden, so daß durch Austausch der Elektroden ernsteren Hautreizungen vermieden wurden. Application trials with the long-term ECG and the ergometry were positive. In observed tests on subjects with known sensitization to covers with acrylic resin pressure sensitive adhesives could begin after about 6 hours Skin redness to be traced in the outer edge region, so that by replacing the electrodes serious skin irritation were avoided.
Analog wie in Beispiel 1 wird der in Schritten arbeitenden Vorrichtung eine flexible Polymerbahn aus Polyethylen von 120 µm Dicke zugeführt. Zunächst wird im Schrittmaß der Transportvorrichtung ein Durchbruch von 3 mm Durchmesser gestanzt, über den später der Ableitsensor gesetzt wird. Nun wird das zwischen den Einschnitten befindliche silikonisierte Abdeckpapier gleichmäßig nach oben abgezogen. Ein Stud (z. B. aus Edelstahl, Fa. Nordtool, Dänemark) bildet, von unten zugeführt, den späteren Außenkontakt der Elektrode; ein Eyelet (z. B. aus fasergefülltem ABS, überzogen mit einer Ag/AgCl-Schicht, Fa. Micron Medical Products; USA) als Sensor den Kontakt zum Gelkörper. Stud und Eyelet werden mittels einer Zuführungs- und Senkeinheit durch den eingebrachten Durchbruch hindurch innig miteinander verbunden.Analogously to Example 1, the device operating in steps becomes a flexible polymer web made of polyethylene of 120 microns thickness. First, in the increment of the Transport device punched a breakthrough of 3 mm in diameter, over the later the lead-off sensor is set. Now the siliconized between the cuts is Covering paper pulled off evenly upwards. A stud (eg made of stainless steel, Fa. Nordtool, Denmark) forms, fed from below, the later external contact of the electrode; an eyelet (eg made of fiber-filled ABS, coated with an Ag / AgCl layer, Fa. Micron Medical Products; USA) as a sensor contact with the gel body. Stud and eyelet be by means of a feed and sink unit through the introduced breakthrough intimately interconnected.
Auf die haftklebstoffbeschichtete Fläche der PE-Folie wie eine textile Vliesbahn auf Basis von Viskosefasern (Norafin, 25 g/m², Verband- und Vliesstoffe Wiesenbad GmbH) abgerollt und aufgewalzt. Auf dieses Vlies wird die das Leitgel bildende Reaktionsmischung verteilt. Die Reaktionsmischung ist rheologisch so eingestellt, daß die erforderliche Schichtdicke des Gelkörpers von etwa 1,3 mm erreicht wird und hat folgende Zusammensetzung (Angaben in Masseteilen):On the pressure-sensitive adhesive coated surface of the PE film as a textile nonwoven web based on of viscose fibers (Norafin, 25 g / m², Verband- und Vliesstoffe Wiesenbad GmbH) unrolled and rolled up. On this web, the Leitgel forming reaction mixture is distributed. The reaction mixture is rheologically adjusted so that the required layer thickness of the gel body of about 1.3 mm and has the following composition (In parts by mass):
In der nachfolgenden UV-Belichtungsstrecke (vgl. Beispiel 1) wird die Reaktionsmischung für eine Dauer von ca. 95 Sekunden belichtet und polymerisiert. Nach Verlassen der UV- Strecke wird die klebrige Geloberfläche mit einer silikonisierten Kunststoffbahn (z. B. Perlasic-LF; Fa. Papierfabrik Perlen, Schweiz) abgedeckt. Mittels eines Messerschnitts werden die außerhalb des Sensors transparenten Elektrodenkörper (30 mm Durchmesser) bis auf die silikonisierte Kunststoffbahn ausgeschnitten und der verbleibende Rest abgezogen. In the following UV exposure section (see Example 1), the reaction mixture exposed and polymerized for a period of about 95 seconds. After leaving the UV The sticky gel surface is spread with a siliconized plastic sheet (eg. Perlasic-LF; Fa. Papierfabrik Perlen, Switzerland). By means of a knife cut are the outside of the sensor transparent electrode body (30 mm diameter) cut out to the siliconized plastic sheet and the remainder removed.
Die silikonsierte Bahn mit den darauf haftenden Elektroden wird nach Bedarf konfektioniert.The siliconized web with the electrodes adhering to it is assembled as required.
Analog wie in Beispiel 1 wurden folgende elektrische Kennwerte gemessen:Analogously to Example 1, the following electrical characteristics were measured:
Nachfolgend wurde die praktische Eignung ermittelt:
Die Elektrode wurde 7 Tage lang von 10 normalbelasteten Versuchspersonen getragen,
wobei es bei 3 Personen nach intensiver körperlicher Betätigung zu zwischenzeitlichen
Ablösungen kam, die jedoch nicht als beeinträchtigend gewertet wurden, da sich die Elektroden
wieder aufkleben ließen. Bei einer als empfindlich bekannten Person kam es zu
schwacher Hautrötung unter dem Gel, die wegen der Transparenz der Elektrode beobachtet
werden konnte. Nach Abnahme der Elektrode war der Gelkörper wiederaufklebbar. Sichtbare
Rückstände auf der Haut gab es nicht. Die Trageeigenschaften wurden als sehr angenehm
bewertet, da die Elektrode kaum als störend empfunden wurde.The practical suitability was determined below:
The electrode was worn for 7 days by 10 subjects subject to normal loading, although in 3 persons intensive exertion led to interim detachments, which, however, were not considered to be detrimental as the electrodes could be re-attached. In a person known to be sensitive, there was a faint reddening of the skin under the gel, which could be observed because of the transparency of the electrode. After removal of the electrode, the gel body was re-attachable. Visible residues on the skin did not exist. The wearing properties were rated as very pleasant because the electrode was hardly distracting.
Sofort nach Auflegen der Elektroden auf unbehandelte Haut und nach 72-stündiger Tragezeit waren einwandfreie EKG-Kurven abnehmbar.Immediately after placing the electrodes on untreated skin and after 72 hours wearing time were perfect ECG curves removable.
Positiv verliefen Anwendungsversuche beim Langzeit-EKG und der Ergometrie. Entsprechend positive Ergebnisse wurden an 5- bis 10jährigen Kindern während einer Tragzeit von 48 Stunden und an Neugeborenen mit ersten orientierenden Versuchen über 8 Stunden ermittelt.Application trials with the long-term ECG and the ergometry were positive. Corresponding Positive results were obtained on 5- to 10-year-old children during a gestation period 48 hours and on newborns with first orientation experiments over 8 hours determined.
Claims (27)
- a) 100 Masseteilen äthylenisch ungesättigter, stabilisierter Monomere auf Acrylsäurebasis mit einer relativen Molekülmasse von 72 bis 320,
- b) 275 bis 600 Masseteilen einer wäßrige-polyolhaltigen Flüssigkeit aus entionisiertem Wasser und einem darin gelösten Polyol im Verhältnis 1 : 1,5 bis 1 : 3,
- c) 0,1 bis 8 Masseteilen UV-Initiator,
- d) 12 bis 125 Masseteilen eines sekundären oder tertiären Amins als Coinitiator,
- e) 2,5 bis 12,5 Masseteilen einer mehrfach ungesättigten Verbindung als Vernetzer,
- f) 0,2 bis 10 Masseteilen Polyacrylsäure mit einer relativen Molekülmasse von 150.000 bis 350.000 und
- g) 0,2 bis 20 Masseteilen eines Halogensalzes von Alkali- oder Erdalkalimetallen zur Verstärkung der elektrischen Leitfähigkeit.
- a) 100 parts by weight of ethylenically unsaturated, stabilized acrylic acid-based monomers having a molecular weight of 72 to 320,
- b) 275 to 600 parts by weight of an aqueous polyol-containing liquid of deionized water and a polyol dissolved therein in the ratio 1: 1.5 to 1: 3,
- c) 0.1 to 8 parts by weight of UV initiator,
- d) 12 to 125 parts by weight of a secondary or tertiary amine as coinitiator,
- e) 2.5 to 12.5 parts by weight of a polyunsaturated compound as crosslinker,
- f) 0.2 to 10 parts by weight of polyacrylic acid having a molecular weight of 150,000 to 350,000 and
- g) 0.2 to 20 parts by weight of a halogen salt of alkali or alkaline earth metals to enhance the electrical conductivity.
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