Способ изготовления электродов для съема биопотенциалов

Способ изготовления электродов для съема биопотенциалов

Реферат

Изобретение относится к медицинской технике, а именно к устройствам для измерения биоэлектрических потенциалов, используемых в приборах медицинской диагностики для снятия информации о функциональном состоянии человека. Патентуемое изобретение найдет применение для изготовления электродов для съема биопотенциалов.

Известен электрод для снятия биопотенциалов (заявка РФ №92003669, А61В 5/04, 1992 г.). Способ изготовления 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. Вместе с тем, конструкция этого электрода 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, А61В 5/04, 2002 г.). Способ изготовления электрода 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 корпуса 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. Недостатком электрода является его конструктивная сложность и многочисленность технологических операций по его изготовлению, что обуславливает значительную трудоемкость и себестоимость изготовления данного электрода.

Известен способ изготовления электродов для съема биопотенциалов (авторское свидетельство №1468888, С04В 41/88, 1987 г.).

Известный 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. Нанесение токосъемного слоя и его термообработку осуществляют дважды для обеспечения требуемой толщины слоя 60-100 мкм.

Электроды, изготовленные по настоящему способу, имеют высокий ресурс долговечности, выдерживают воздействие вибрации, транспортной тряски и климатических факторов, сохраняют работоспособность при длительном сроке хранения.

Однако этот способ имеет ряд существенных технологических недостатков, которые ограничивают область его эффективного использования. К числу этих недостатков следует отнести:

- сложность, многоступенчатость и значительную трудоемкость проведения термической обработки токопроводящего и токосъемного слоев;

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

- 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.

Известен также способ изготовления электродов для съема биопотенциалов (патент РФ №2255143, С25В 11/08, 2004 г.), наиболее близкий по технической сущности и который выбран в качестве прототипа патентуемого технического решения.

Известный способ изготовления электродов для съема биопотенциалов, приведенный в патенте РФ №2255143, 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. 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.

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.

Практика использования настоящего способа изготовления электродов для снятия биопотенциалов подтвердила его высокую эффективность. Электроды, изготовленные по предлагаемому способу, отличаются хорошими электрохимическими характеристиками и увеличенным ресурсом долговечности, сохраняют работоспособность при длительном сроке хранения и выдерживают воздействие вибрации, транспортной тряски и климатических факторов.

Вместе с тем, совершенствование технологии производства, появление новых современных материалов и практика использования электродов для съема биопотенциалов выявили определенные недостатки запатентованного способа. Так, в частности:

- применение порошка серебра для формирования токопроводящего слоя электрода обуславливает повышенный расход дорогостоящих металлов, что чувствительно увеличивает стоимость единицы продукции;

- при изготовлении электродов наблюдается заметный разброс электрохимических характеристик электродов, что снижает точность измерений;

- существенным недостатком известного способа является длительность цикла и сложность изготовления электродов. Например, только время сушки электродов составляет порядка 50 часов.

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

- отличается технологической простотой формирования токосъемного слоя на подложке с применением оптимальных по времени и температурным режимам операций по его закреплению на подложке;

- позволяет исключить необходимость формирования на подложке токопроводящего слоя и существенно сократить расход драгоценных металлов при производстве электродов;

- позволяет существенно сократить количество технологических операций при изготовлении электродов, что позволит получать электроды с высокой воспроизводимостью электрохимических параметров и улучшенными эксплуатационными характеристиками;

- позволяет получить электроды с возможностью использования различных легкодоступных материалов для изготовления подложек.

Решение поставленной задачи достигается следующим образом.

В способе изготовления электродов для съема биопотенциалов, аналогичном способу, приведенному в патенте РФ №2255143, который включает формирование и закрепление на поверхности подложки токосъемного слоя, согласно настоящему изобретению предварительно на подложке осуществляют формирование клеевого слоя путем нанесения гранул материала Сэвилен и последующее закрепление гранул клеевого слоя путем их термического размягчения.

Изобретение предусматривает, что затем на поверхности подложки поверх клеевого слоя размещают концы токоотводящих проводников провода электрода и осуществляют формирование токосъемного слоя, для чего используют смесь порошка серебра и хлорида серебра при следующем соотношении компонентов, мас.%:

порошок серебра	39-61
хлорид серебра	61-39.

Согласно патентуемому изобретению закрепление токосъемного слоя на подложке осуществляют путем его термической обработки при температуре 100-200°С в течение 3-10 минут.

В качестве подложки для изготовления электродов используют различные нетокопроводящие материалы, например керамические материалы, пластические массы, полиуретан.

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

- изготавливать электроды для съема биопотенциалов, которые отличаются высоким уровнем электрохимических параметров и которые имеют минимальные значения разности потенциалов, дрейфа разности электродных потенциалов, электродного сопротивления и времени готовности электрода к работе;

- существенно сократить количество технологических операций, сократить время и трудоемкость всего цикла изготовления электродов, кардинально сократить время проведения термических операций для закрепления токосъемного слоя 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. В качестве материала подложки могут быть использованы различные нетокопроводящие материалы, в частности:

- керамические материалы, например, ВК 94-2, ГБ-7, стеатит и др.;

- пластические массы, например, АБС-2020, УПМ, Ф4МБ, полиуретан и др.

В данном случае для изготовления электрода используют керамическую подложку в форме готового диска из вакуумно-плотной керамики на основе Al₂О₃.

Процесс изготовления электрода для съема биопотенциалов начинают с формирования клеевого слоя на поверхности подложки.

Формирование клеевого слоя осуществляют с использованием материала Сэвилен, гранулы которого наносят на подложку.

Сэвилен (ТУ 6-05-1636-97) - сополимер этилена с винилацетатом - представляет собой высокомолекулярное соединение, относящееся к полиолефинам. Получают его методом, аналогичным методу производства полиэтилена низкой плотности (высокого давления).

Сэвилен обладает повышенной адгезией к различным материалам.

После размещения на подложке гранул Сэвилена производят закрепление клеевого слоя путем термического размягчения гранул. Термическое размягчение гранул Сэвилена осуществляют, как правило, при температуре 100-200°C с использованием стандартного оборудования.

Затем на подложке поверх клеевого слоя размещают концы токоотводящих проводников провода электрода, который предназначен для подключения к соответствующей измерительной аппаратуре.

После чего осуществляют формирование на подложке токосъемного слоя. Для формирования токосъемного слоя на керамическую поверхность подложки с помощью, например, шпателя наносят смесь порошков серебра («Серебро, порошок чистый, ТУ 2611-042-00205067-2003») и хлорида серебра.

Для формирования токосъемного слоя используют смесь порошков при следующем соотношении компонентов, мас.%:

Порошок серебра	39-61
Хлорид серебра	61-39.

После нанесения на поверхность керамической подложки токосъемного слоя проводят соответствующую термообработку по закреплению его на керамической подложке. Для этого осуществляют термообработку образца при температуре 100-200°С в течение 3-10 минут.

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

Состав №1 (мас.%):

порошок серебра -	50,0
порошок хлорида серебра -	50,0

Состав №2 (мас.%):

порошок серебра -	61,0
порошок хлорида серебра -	39,0

Состав №3 (мас.%):

порошок серебра -	39,0
порошок хлорида серебра -	61,0

Таблица
Электрохимические параметры электрода	Электрод по составу №1	Электрод по составу №2	Электрод по составу №3
Разность электродных потенциалов, мВ	0,5	1,5	1,0
Дрейф разности электродных потенциалов, мкВ	0,1	0,3	0,2
Полное электродное сопротивление, Ом	85	100	90
Время готовности, мин.	1,0	1,0	1,0

Проведенные всесторонние испытания образцов электродов для съема биопотенциалов, изготовленных по патентуемому способу, подтвердили их высокие эксплуатационные и электрохимические характеристики. Изготовленные электроды имеют:

- минимальные значения разности электродных потенциалов, дрейфа разности электродных потенциалов, полного сопротивления электродов и времени готовности электродов к работе.

Повышенные электрохимические характеристики электродов, экономичность электрода, а также простота и незначительное время его изготовления подтверждают высокую технологическую и коммерческую перспективность патентуемого способа, его несомненные преимущества по сравнению с известными способами аналогичного назначения.

Способ изготовления электродов для съема биопотенциалов, включающий формирование и закрепление на поверхности подложки токосъемного слоя, отличающийся тем, что предварительно на подложке осуществляют формирование клеевого слоя путем нанесения гранул материала сэвилен и последующее закрепление гранул клеевого слоя путем их термического размягчения, после чего на поверхности подложки поверх клеевого слоя размещают концы токоотводящих проводников провода электрода и осуществляют формирование токосъемного слоя, для чего используют смесь порошка серебра и хлорида серебра при следующем соотношении компонентов, мас.%:

порошок серебра	39-61
хлорид серебра	61-39

при этом закрепление токосъемного слоя на подложке осуществляют путем его термической обработки при температуре 100-200°С в течение 3-10 мин.