Способ изготовления электродов для съема биопотенциалов

Способ изготовления электродов для съема биопотенциалов

Реферат

Изобретение относится к медицинской технике и найдет применение для изготовления электродов для съема биопотенциалов.

Известен электрод для снятия биопотенциалов (заявка РФ №92003669, А 61 В 5/04, 1992 г.). Способ изготовления данного электрода предусматривает использование неметаллического корпуса из оптически непрозрачного материала, внутреннюю полость которого заполняют плавленым композиционным материалом на основе хлористого серебра. На дне полости корпуса закрепляют металлический конец металлического стержня. Размещение в полости корпуса электропроводного чувствительного элемента, например серебряного стержня и композиционного оптически непрозрачного материала на основе плавленого хлористого серебра, позволяет повысить надежность электрода. Данный электрод и способ его изготовления не нашли широкого применения в медицинской практике в силу значительных габаритных размеров электрода и технологической сложности его изготовления.

Известен хлорсеребряный электрод для снятия биопотенциалов (патент РФ №2177714, А 61 В 5/04, 2002 г.), способ изготовления которого включает использование наружного пластмассового корпуса с двумя полостями, разделенными перегородкой, и керамического корпуса чашеобразной формы, заполненной материалом на основе хлорида серебра и герметично закрепленного в нижней части наружного пластмассового корпуса, верхняя часть которого заполнена пластмассой. Электрод содержит серебряный проводник, один конец которого закреплен на дне полости керамического корпуса, а другой - в верхней части наружного корпуса, заполненного пластмассой. Электрод содержит съемную неметаллическую крышку из непрозрачного материала, например пластмассы или резины. Достоинством настоящего электрода является надежность его работы. Вместе с тем необходимо отметить конструктивную сложность электрода и многочисленность технологических операций по его изготовлению, что обуславливает значительную трудоемкость и себестоимость изготовления данного электрода.

Известен также способ изготовления электродов для съема биопотенциалов (авторское свидетельство №1468888, С 04 В 41/88, 1987 г.), наиболее близкий по технической сущности к патентуемому изобретению и выбранный в качестве прототипа.

Данный способ изготовления электродов включает последовательное формирование на керамической подложке токопроводящего слоя путем нанесения серебросодержащей пасты и последующего вжигания для закрепления токопроводящего слоя на подложке, формирование токосъемного слоя путем нанесения пасты, включающей хлорид серебра, оксид серебра и органическое связующее при следующем соотношении компонентов, мас.%:

Хлорид серебра 38,0-45,0

Оксид серебра 28,0-33,0

Стеклофритта 0,3-3,0

Органическая связка 19,0-33,7

и последующую термообработку для закрепления токосъемного слоя на поверхности токопроводящего слоя. Термообработку проводят при температуре 653-703 К, при этом нанесение токосъемного слоя и его термообработку осуществляют дважды для обеспечения требуемой толщины слоя 60-100 мкм.

Многолетняя практика использования данного способа изготовления электродов для снятия биопотенциалов подтвердила его высокую эффективность. Электроды, изготовленные по предлагаемому способу, имеют повышенный ресурс долговечности, выдерживают воздействие вибрации, транспортной тряски и климатических факторов, сохраняют работоспособность при длительном сроке хранения.

Современные требования к электродам для съема биопотенциалов, анализ существующих технологических процессов их производства выявили определенные недостатки данного способа изготовления электродов.

К числу этих недостатков следует отнести:

- сложность, многоступенчатость и значительную трудоемкость проведения термической обработки токопроводящего и токосъемного слоев. Для закрепления токопроводящего слоя на керамической подложке после его нанесения проводят его сушку на воздухе, а затем 15-20-минутную сушку при 423-443 К, после чего образец помещают в печь, где нанесенный слой вжигается в подложку при температуре 1073 К в течение 10-30 минут, после чего печь отключают, образцы выдерживают в печи до температуры 473 К, после чего их выгружают. Затем на охлажденные образцы наносится токосъемный слой. Образцы подсушивают в течение 10-15 минут, затем образцы ставят в печь и нагревают в течение 3-х часов до температуры 653-703 К, выдерживают 30 минут, образцы охлаждают в отключенной печи до 473 К, после чего их выгружают из печи и оставляют на воздухе до полного охлаждения. Затем повторяют нанесение токосъемного слоя и его термообработку до получения слоя толщиной 60-100 мкм;

- проведение подобной термообработки образцов электродов требует соответствующего технологического оборудования, квалифицированного рабочего персонала, значительного расхода электроэнергии и времени на изготовление партии электродов.

- к числу существенных недостатков известного способа следует отнести сложность и трудоемкость изготовления керамической подложки, которая включает приготовление шликера, литье керамических заготовок под давлением и их высокотемпературный обжиг. Трудоемкая операция изготовления керамической подложки значительно усложняет весь процесс изготовления электродов.

Настоящее изобретение решает задачу по разработке высокоэффективного способа изготовления электродов для съема биопотенциалов, который отличается:

- технологической простотой формирования токопроводящего и токосъемного слоев на подложке без применения термических операций по закреплению данных слоев на подложке;

- незначительным количеством технологических операций при изготовлении электродов, что позволит получать электроды с высокой воспроизводимостью электрохимических параметров и улучшенными эксплуатационными характеристиками;

- возможностью использования различных легкодоступных материалов для изготовления подложек.

Решение поставленной задачи достигается следующим образом.

В способе изготовления электродов для съема биопотенциалов, который включает последовательное формирование на подложке токопроводящего слоя путем нанесения серебросодержащей пасты, последующее закрепление токопроводящего слоя на подложке, нанесение токосъемного слоя и последующее его закрепление на поверхности токопроводящего слоя, согласно настоящему изобретению для формирования токопроводящего слоя используют порошок серебра электролитический, полимерное связующее и растворитель, при следующем соотношении компонентов, мас.%:

порошок серебра электролитический 40-60

поливинилбутираль 2-10

резольная фенолформальдегидная смола 4-20

этанол или пропанол 30-50

Настоящее изобретение предусматривает, что для формирования токосъемного слоя используют серебро хлористое, которое вводят в соотношении 1:1 в композицию токопроводящего слоя. После перемешивания состав токосъемного слоя состоит из следующих компонентов, мас.%:

серебро хлористое 50

композиция токопроводящего слоя 50

При этом закрепление токопроводящего слоя на подложке и закрепление токосъемного слоя на поверхности токопроводящего слоя осуществляют на воздухе при комнатной температуре в течение 22-24 часов.

Согласно изобретению в качестве подложки для изготовления электродов используют нержавеющую сталь, например, марки 12Х18Н9Т, алюминий АМГ, керамические материалы ВК 94-2, пластические массы.

Технический результат изобретения заключается в том, что разработанный способ изготовления электродов позволяет:

- получать электроды с высокими эксплуатационными характеристиками: минимальной разностью потенциалов, дрейфа разности электродных потенциалов, электродном сопротивлении, времени готовности электрода к работе;

- существенно сократить количество технологических операций и трудоемкость всего цикла изготовления электродов, исключить необходимость проведения термических операций для закрепления токопроводящего и токосъемного слоев на подложке;

- значительно расширить круг материалов, которые могут быть использованы в качестве подложки для электродов, и существенно снизить трудоемкость изготовления подложек.

Сущность разработанного способа изготовления электродов для съема биопотенциалов поясняется примером его реализации.

Патентуемый способ изготовления электродов осуществляют следующим образом.

Для изготовления электрода выбирают необходимый материал подложки. Благодаря оригинальной рецептуре токопроводящего и токосъемного слоя в качестве материала подложки могут быть использованы:

- керамические материалы, например, ВК 94-2, ГБ-7;

- нержавеющая сталь марки 12Х18Н9Т;

- алюминиевые сплавы АМГ;

- пластические массы, например, АБС-2020,УПМ, Ф4МБ.

В данном случае для изготовления электрода используют керамическую подложку в форме готового диска из вакуумно-плотной керамики на основе Аl₂О₃.

Для формирования токопроводящего слоя на керамическую поверхность подложки с помощью, например, кисти, шпателя или трафаретной печати наносят слой серебросодержащей пасты. В настоящем примере реализации патентуемого способа используют порошок серебра электролитический, полимерное связующее и растворитель, при следующем соотношении компонентов, маc.%:

порошок серебра электролитический 58,0

поливинилбутираль 2,05

резольная фенолформальдегидная смола 4,11

этанол 35,84

После нанесения на поверхность керамической подложки токопроводящего слоя проводят соответствующую обработку по закреплению его на керамической подложке. Для этого осуществляют сушку образца на воздухе при комнатной температуре в течение 22-24 часов.

Затем на подсушенную поверхность токопроводящего слоя кистью, шпателем или способом трафаретной печати наносят токосъемный слой. Для формирования токосъемного слоя используют серебро хлористое, которое вводят в композицию токопроводящего слоя в соотношении 1:1. После перемешивания состав токосъемного слоя состоит из следующих компонентов, маc.%:

серебро хлористое 50

композиция токопроводящего слоя 50

После нанесения токосъемного слоя для закрепления его на поверхности токопроводящего слоя электрода осуществляют его сушку на воздухе при комнатной температуре в течение 22-24 часов.

Характеристики изготовленных патентуемым способом электродов для съема биопотенциалов приведены в таблице. Для получения сравнительных электрохимических характеристик исследовались следующие составы токопроводящих покрытий:

Состав №1 (маc.%):

порошок серебра электролитический 58,0

поливинилбутираль 2,05

резольная фенолформальдегидная смола 4,11

этанол 35,84

Состав №2 (мас.%):

порошок серебра электролитический 40,0

поливинилбутираль 6,0

резольная фенолформальдегидная смола 10,0

этанол 44,0

Табл.
Электрохимические характеристики электрода	Токопроводный слой электрода по составу №1	Токопроводный слой электрода по составу №2	Токопроводный слой электрода по прототипу
Разность электродных потенциалов, мВ	4	5	10,0
Дрейф разности электродных потенциалов, мВ	1	2	10,0
Полное электродное сопротивление, Ом	270	200	500
Время готовности, мин	2	3	10

Многочисленные испытания образцов электродов для съема биопотенциалов, изготовленных по патентуемому способу, подтвердили их высокие эксплуатационные и электрохимические характеристики. Так, разность электродных потенциалов и полное сопротивление электродов уменьшилась в среднем в 2 раза, время готовности электродов к работе - в 3 раза, значительно уменьшился дрейф разности электродных потенциалов.

1. Способ изготовления электродов для съема биопотенциалов, включающий последовательное формирование на подложке токопроводящего слоя путем нанесения серебросодержащей пасты, последующее закрепление токопроводящего слоя на подложке, нанесение токосъемного слоя и последующее его закрепление на поверхности токопроводящего слоя, отличающийся тем, что для формирования токопроводящего слоя используют порошок серебра электролитический, полимерное связующее и растворитель, при следующем соотношении компонентов, мас.%:

Порошок серебра электролитический 40-60

Поливинилбутираль 2-10

Резольная фенолформальдегидная смола 4-20

Этанол или пропанол 30-50

а для формирования токосъемного слоя используют серебро хлористое, которое вводят в композицию токопроводящего слоя в соотношении 1:1, после перемешивания состав токосъемного слоя содержит следующие компоненты, мас.%:

Серебро хлористое 50

Композиция токопроводящего слоя 50

при этом закрепление токопроводящего слоя на подложке и закрепление токосъемного слоя на поверхности токопроводящего слоя осуществляют путем его сушки на воздухе при комнатной температуре в течение 22-24 ч.

2. Способ по п.1, отличающийся тем, что в качестве подложки для изготовления электродов используют нержавеющую сталь, например марки 12Х18Н9Т, алюминий АМГ, керамические материалы, например ВК 94-2 или ГБ-7, пластические массы, например АБС-2020 или УПМ или Ф 4 МБ.