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CN115211861A - 生物体电极组成物、生物体电极、及生物体电极的制造方法 - Google Patents

生物体电极组成物、生物体电极、及生物体电极的制造方法 Download PDF

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CN115211861A
CN115211861A CN202210388028.1A CN202210388028A CN115211861A CN 115211861 A CN115211861 A CN 115211861A CN 202210388028 A CN202210388028 A CN 202210388028A CN 115211861 A CN115211861 A CN 115211861A
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CN
China
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biological electrode
biological
salt
electrode composition
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CN202210388028.1A
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畠山润
渡边修
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Shin Etsu Chemical Co Ltd
Original Assignee
Shin Etsu Chemical Co Ltd
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Abstract

本发明涉及生物体电极组成物、生物体电极、及生物体电极的制造方法。本发明的课题为提供能够形成导电性及生物相容性优异,轻量且能以低成本制造,无论被水沾湿或干燥,导电性均不会大幅降低,柔软且伸缩性及粘着性优异的生物体电极用的生物体接触层的生物体电极组成物。本发明提供一种生物体电极组成物,含有(A)聚硅氧;该(A)聚硅氧键结于离子性聚合物且具有含有下列通式(T1)表示的T单元的结构(笼型结构除外);(R0SiO3/2)(T1)式中,R0为与前述离子性聚合物的连接基团;且前述离子性聚合物为含有具有选自氟磺酸、氟磺酰亚胺及N‑羰基氟磺酰胺中任一者的铵盐、锂盐、钠盐、钾盐、银盐的结构的重复单元的聚合物。

Description

生物体电极组成物、生物体电极、及生物体电极的制造方法
技术领域
本发明关于与生物体的皮肤接触并利用来自皮肤的电信号而能检测到心搏数等身体状态的生物体电极、及其制造方法、以及可理想地用于生物体电极的生物体电极组成物。
现有技术
近年,随着物联网(IoT;Internet of Things)的普及,穿戴式器件的开发也在进展。能连接到因特网的钟表、眼镜为其代表例。又,在医疗领域、运动领域方面,也需要能随时监测身体状态的穿戴式器件,为今后具成长性的领域。
在医疗领域方面,例如有人研究如利用电信号来感测心脏搏动的心电图测定般通过感测微弱电流来监测身体脏器的状态的穿戴式器件。心电图的测定是将涂有导电糊剂的电极装设于身体并进行测定,但此为仅1次的短时间的测定。反观如上述医疗用的穿戴式器件的开发,以连续数周随时监测健康状态的器件的开发为目标。是以,对于医疗用穿戴式器件中使用的生物体电极,会要求长时间使用时也不会有导电性的变化、不会皮肤过敏。此外,也要求轻量、能以低成本制造。
医疗用穿戴式器件有贴附于身体的类型及纳入于衣服的类型,作为贴附于身体的类型,有人提案使用了上述导电糊剂的材料即含有水及电解质的水溶性凝胶的生物体电极(专利文献1)。水溶性凝胶,在用以保持水的水溶性聚合物中含有钠、钾、钙作为电解质,会将来自皮肤的离子的浓度变化转换成电。另一方面,作为纳入于衣服的类型,有人提案将纤维中纳入有聚-3,4-乙烯二氧噻吩-聚苯乙烯磺酸盐(PEDOT-PSS;Poly-3,4-ethylenedioxythiophene-Polystyrenesulfonate)这类的导电性聚合物、银糊剂的布使用于电极的方法(专利文献2)。
然而,当使用了上述含有水及电解质的水溶性凝胶时,有因干燥而导致水消失的话则导电性也消失的问题。另一方面,当使用了铜等游离倾向高的金属时,有对于有些人而言存在引起皮肤过敏的风险的问题,当使用了PEDOT-PSS这类的导电性聚合物时,也有因导电性聚合物的酸性强而存在引起皮肤过敏的风险的问题、洗涤时导电聚合物从纤维剥落的问题。
又,金属纳米线、炭黑、及纳米碳管等具有优异的导电性,故也有人探讨将它们作为电极材料使用(专利文献3、4、5)。金属纳米线由于线彼此的接触机率变高,故少量的添加量即可通电。但,金属纳米线为前端尖的纤细材料,故会成为皮肤过敏发生的原因。如上所述,即便该物本身不会引起过敏反应,有时仍会因材料的形状、刺激性导致生物相容性恶化,难以兼顾导电性与生物相容性。
据认为金属膜的导电性非常高,故会作为优异的生物体电极而发挥功能,但未必如此。因心脏的搏动而从皮肤释放出的并不只是微弱电流,还会释放出钠离子、钾离子、钙离子。因此须将离子的浓度变化转换成电流,但不易游离的贵金属将来自皮肤的离子转换成电流的效率不佳。所以,使用了贵金属的生物体电极的阻抗高,和皮肤间的通电是高电阻的。
另一方面,有人研究添加有离子性液体的电池(专利文献6)。离子性液体有热稳定性、化学稳定性高且导电性优异的特征,其在电池用途的应用正在扩展。但,如专利文献6所示的分子量小的离子性液体会溶于水,故使用添加有其的生物体电极的话,离子性液体会被来自皮肤的汗水萃出,所以不仅导电性会降低,其还会渗透到皮肤而成为皮肤粗糙的原因。
又,有人研究使用了聚合物型磺酰亚胺的锂盐的电池(非专利文献1)。然而,锂虽然离子移动性高而已应用于电池,但其并非是具有生物相容性的材料。另外,也有人研究悬吊于聚硅氧的氟磺酸的锂盐(非专利文献2)。
生物体电极离开皮肤的话,便无法获得来自身体的信息。且即便只是接触面积变化,通电的电量也会出现变动,心电图(电信号)的基线会变动。是以,为了从身体获得稳定的电信号,生物体电极必须一直接触皮肤且其接触面积不变化。因此,生物体电极宜具有粘着性。而且,也需要能追随皮肤的伸缩、弯曲变化的伸缩性、可挠性。
有人研究接触皮肤的部分为氯化银并叠层银作为与器件导通的部分而成的生物体电极。固体的氯化银对皮肤无粘着力亦无伸缩性,所以尤其在人体动作时,生物体信号的收集能力会降低。因此,氯化银与银的叠层膜是以在其与皮肤之间叠层水溶性凝胶而成的生物体电极的形式使用的。此时,会因前述凝胶干燥导致出现劣化。
近年,有人提案含有悬吊有盐的倍半硅氧烷的生物体电极组成物。例如:含有悬吊有氟磺酸盐的倍半硅氧烷的生物体电极组成物(专利文献7)、含有悬吊有氟磺酰亚胺的倍半硅氧烷的生物体电极组成物(专利文献8)、含有悬吊有氟磺酰胺的倍半硅氧烷的生物体电极组成物(专利文献9)。
悬吊有倍半硅氧烷的具高度极化能力的盐具有高离子导电性,作为生物体电极的感度高。但,倍半硅氧烷坚硬且缺乏伸缩性。就用以贴附于有伸缩性的皮肤的穿戴式器件用途而言,必须有不仅作为生物体电极的感度高而且柔软且伸缩性高的特性。
实施例中记载了共聚合有POSSR的离子聚合物(专利文献10、11、12)。POSS为倍半硅氧烷的一种,但具有坚硬的笼型结构,于此情况下粘着性不会提高。
有人提案混合了离子性聚合物、与悬吊有倍半硅氧烷的柔软的聚氨基甲酸酯而得的生物体电极材料(专利文献13)。此时的倍半硅氧烷在聚合物聚合后形成,非为笼型而为阶梯型或无规型的结构。悬吊有阶梯型、无规型的倍半硅氧烷的柔软的聚氨基甲酸酯具有粘着性,有与皮肤的密接性提升的优点。
现有技术文献
专利文献
[专利文献1]国际公开第WO2013-039151号小册
[专利文献2]日本特开2015-100673号公报
[专利文献3]日本特开平5-095924号公报
[专利文献4]日本特开2003-225217号公报
[专利文献5]日本特开2015-019806号公报
[专利文献6]日本特表2004-527902号公报
[专利文献7]日本特开2020-31722号公报
[专利文献8]日本特开2020-28515号公报
[专利文献9]日本特开2020-006069号公报
[专利文献10]日本特开2018-99504号公报
[专利文献11]日本特开2018-126496号公报
[专利文献12]日本特开2018-130533号公报
[专利文献13]日本特开2019-93118号公报
非专利文献
[非专利文献1]J.Mater.Chem.A,2016,4,p10038-10069
[非专利文献2]J.of the Electrochemical Society,150(8)A1090-A1094(2003)
发明内容
[发明所欲解决的课题]
本发明是为了解决上述问题而成的,目的为提供能够形成导电性及生物相容性优异,轻量,且能以低成本制造,无论被水沾湿或干燥,导电性均不会大幅降低,柔软且伸缩性及粘着性优异的生物体电极用的生物体接触层的生物体电极组成物、以该生物体电极组成物形成有生物体接触层的生物体电极、及其制造方法。
[解决课题的手段]
为了解决上述课题,本发明提供
一种生物体电极组成物,
含有(A)聚硅氧;该(A)聚硅氧键结于离子性聚合物,且具有含有下列通式(T1)表示的T单元的结构(笼型结构除外);
(R0SiO3/2) (T1)
式中,R0为与前述离子性聚合物的连接基团;且
前述离子性聚合物为含有具有选自氟磺酸、氟磺酰亚胺、及N-羰基氟磺酰胺中任一者的铵盐、锂盐、钠盐、钾盐、银盐的结构的重复单元的聚合物。
若为如此,则为能够形成导电性及生物相容性优异,轻量,且能以低成本制造,无论被水沾湿或干燥,导电性均不会大幅降低,柔软且伸缩性及粘着性优异的生物体电极用的生物体接触层的生物体电极组成物。
又,前述具有选自氟磺酸、氟磺酰亚胺、及N-羰基氟磺酰胺中任一者的铵盐、锂盐、钠盐、钾盐、银盐的结构的重复单元宜具有下列通式(1)-1至(1)-4中任一者表示的结构。
[化1]
Figure BDA0003594493260000071
式中,Rf1及Rf2为氢原子、氟原子、氧原子、甲基、或三氟甲基,当Rf1及Rf2为氧原子时,Rf1及Rf2为键结于1个碳原子而形成羰基的1个氧原子,Rf3及Rf4为氢原子、氟原子、或三氟甲基,Rf1~Rf4中的1个以上为氟原子或三氟甲基。Rf5、Rf6、Rf7为氟原子、碳数1~4的直链状、分支状的烷基,且至少具有1个以上的氟原子。m为1~4的整数。M+为选自铵离子、锂离子、钠离子、钾离子、银离子的离子。
又,前述具有选自氟磺酸、氟磺酰亚胺、及N-羰基氟磺酰胺中任一者的铵盐、锂盐、钠盐、钾盐、银盐的结构的重复单元宜为选自下列通式(2)的重复单元(2-1)~(2-7)中的1种以上。
[化2]
Figure BDA0003594493260000081
式中,R1、R3、R5、R8、R10、R11及R13各自独立地为氢原子或甲基,R2、R4、R6、R9、R12及R14各自独立地为单键、或也可具有酯基或醚基中的任一者或它们两者的碳数1~13的直链状、分支状、环状的烃基中的任一者。R7为碳数1~4的直链状、分支状的亚烷基,R7中的氢原子之中也可有1个或2个被氟原子取代。X1、X2、X3、X4、X6、及X7各自独立地为单键、亚苯基、亚萘基、醚基、酯基、酰胺基中的任一者,X5为单键、醚基、酯基中的任一者。Y为氧原子、-NR19-基,R19为氢原子、碳数1~4的直链状、分支状的烷基,且也可与R4键结并形成环。m为1~4的整数。a1、a2、a3、a4、a5、a6及a7为0≤a1≤1.0、0≤a2≤1.0、0≤a3≤1.0、0≤a4≤1.0、0≤a5≤1.0、0≤a6≤1.0、0≤a7≤1.0,且0<a1+a2+a3+a4+a5+a6+a7≤1.0。M+为选自铵离子、锂离子、钠离子、钾离子、银离子的离子。Rf5、Rf6、Rf7为氟原子、碳数1~4的直链状、分支状的烷基,且至少具有1个以上的氟原子。
若离子性聚合物具有如此的重复单元,会构成能够形成贴附于身体后能于短时间获得生物体信号的生物体接触层的生物体电极组成物。
又,前述(A)成分宜为除了含有前述通式(2)的重复单元之外还共聚合有下列通式(3)的具有烷氧基硅基的重复单元的离子性中间体聚合物的缩合反应产物。
[化3]
Figure BDA0003594493260000091
式中,R20为氢原子或甲基,X8为单键、亚苯基、亚萘基、醚基、酯基、酰胺基中的任一者,R21为单键、碳数1~10的直链状、分支状、环状的亚烷基、亚苯基,且也可含有氧原子、氮原子。R22为相同或不相同的碳数1~4的烷基。b1为0<b1<1.0。
此时,前述缩合反应产物宜具有下列通式(4)的重复单元。
[化4]
Figure BDA0003594493260000101
式中,R20、X8、R21、及b1同前述。
若为如此的(A)成分,则可轻易地合成。
又,前述(A)成分宜含有下列通式(5)表示的铵离子作为构成前述铵盐的铵离子。
[化5]
Figure BDA0003594493260000102
式中,R101d、R101e、R101f、R101g各自为氢原子、碳数1~13的直链状、分支状、或环状的烷基、碳数2~12的直链状、分支状、或环状的烯基或炔基、或碳数4~20的芳香族基,且也可具有选自醚基、羰基、酯基、羟基、氨基、硝基、磺酰基、亚磺酰基、卤素原子、及硫原子中的1种以上。R101d与R101e、R101d与R101e与R101f也可和它们所键结的氮原子一起形成环,当形成环时,R101d与R101e及R101d与R101e与R101f为碳数3~10的亚烷基、或形成在环中含有式中的氮原子的芳香族杂环。
当(A)成分中的离子性聚合物具有铵盐的结构时,可使用如此的铵离子。
宜更含有作为(B)成分的粘着性树脂。
此时,前述(B)成分宜为选自聚硅氧树脂、(甲基)丙烯酸酯树脂、氨基甲酸酯树脂中的1种以上。
若为如此,可一直密接于皮肤并长时间获得稳定的电信号。
又,前述(B)成分宜含有具有烯基的二有机硅氧烷、及具有SiH基的有机氢聚硅氧烷。
此时,前述(B)成分宜更含有具有RxSiO(4-x)/2单元及SiO2单元的聚硅氧树脂;R为碳数1~10的经取代或未经取代的一价烃基,x为2.5~3.5的范围。
若为如此,可理想地作为生物体电极组成物使用。
宜更含有具有离子性重复单元的高分子化合物作为(C)成分。
此时,前述(C)成分的前述离子性重复单元宜含有下列通式(2)的具有选自氟磺酸、氟磺酰亚胺、及N-羰基氟磺酰胺中任一者的铵盐、锂盐、钠盐、钾盐、及银盐中的结构的重复单元。
[化6]
Figure BDA0003594493260000121
式中,R1、R3、R5、R8、R10、R11及R13各自独立地为氢原子或甲基,R2、R4、R6、R9、R12及R14各自独立地为单键、或也可具有酯基或醚基中的任一者或它们两者的碳数1~13的直链状、分支状、环状的烃基中的任一者。R7为碳数1~4的直链状、分支状的亚烷基,R7中的氢原子之中也可有1个或2个被氟原子取代。X1、X2、X3、X4、X6、及X7各自独立地为单键、亚苯基、亚萘基、醚基、酯基、酰胺基中的任一者,X5为单键、醚基、酯基中的任一者。Y为氧原子、-NR19-基,R19为氢原子、碳数1~4的直链状、分支状的烷基,且也可与R4键结并形成环。m为1~4的整数。a1、a2、a3、a4、a5、a6及a7为0≤a1≤1.0、0≤a2≤1.0、0≤a3≤1.0、0≤a4≤1.0、0≤a5≤1.0、0≤a6≤1.0、0≤a7≤1.0,且0<a1+a2+a3+a4+a5+a6+a7≤1.0。M+为选自铵离子、锂离子、钠离子、钾离子、银离子的离子。Rf5、Rf6、Rf7为氟原子、碳数1~4的直链状、分支状的烷基,且至少具有1个以上的氟原子。
若为含有具有如此的重复单元的高分子化合物的生物体电极组成物,可更进一步提升本发明的效果。
宜更含有碳粉及/或金属粉作为(D)成分。
此时,前述碳粉宜为炭黑及纳米碳管中的任一者或两者。
又,前述金属粉宜为选自金、银、铂、铜、锡、钛、镍、铝、钨、钼、钌、铬、铟中的金属粉。
此时,前述金属粉宜为银粉。
若为如此,导电性会更良好。
宜更含有有机溶剂作为(E)成分。
若为如此,生物体电极组成物的涂布性会更良好。
又,本发明提供一种生物体电极,具有导电性基材及形成于该导电性基材上的生物体接触层,前述生物体接触层为上述生物体电极组成物的硬化物。
若为本发明的生物体电极,则为导电性及生物相容性优异,轻量,且能以低成本制造,无论被水沾湿或干燥,导电性均不会大幅降低,柔软且伸缩性及粘着性优异的生物体电极。
又,前述导电性基材宜含有选自金、银、氯化银、铂、铝、镁、锡、钨、铁、铜、镍、不锈钢、铬、钛、碳、及导电性聚合物中的1种以上。
本发明的生物体电极特别适合使用如此的导电性基材。
又,本发明提供一种生物体电极的制造方法,是具有导电性基材及形成于该导电性基材上的生物体接触层的生物体电极的制造方法,其特征为:于前述导电性基材上涂布上述生物体电极组成物并使其硬化,而形成前述生物体接触层。
若为本发明的生物体电极的制造方法,可轻易地制造导电性及生物相容性优异,轻量,且能以低成本制造,无论被水沾湿或干燥,导电性均不会大幅降低,柔软且伸缩性及粘着性优异的生物体电极。
又,就前述导电性基材而言,宜使用含有选自金、银、氯化银、铂、铝、镁、锡、钨、铁、铜、镍、不锈钢、铬、钛、碳、及导电性聚合物中的1种以上者。
本发明的生物体电极的制造方法中,特别适合使用如此的导电性基材。
[发明的效果]
如上述,本发明可提供能够形成导电性及生物相容性优异,轻量,且能以低成本制造,无论被水沾湿或干燥,导电性均不会大幅降低,柔软且伸缩性及粘着性优异的生物体电极用的生物体接触层的生物体电极组成物、以该生物体电极组成物形成有生物体接触层的生物体电极、及其制造方法。
附图说明
[图1]是显示本发明的生物体电极的一例的概略剖面图。
[图2]是显示将本发明的生物体电极装设于生物体时的一例的概略剖面图。
[图3]是本发明的实施例中制得的生物体电极的印刷后的概略图。
[图4]是将本发明的实施例中制得的生物体电极中的1个切出并安装有粘着层及电线时的概略图。
[图5]是显示本发明的实施例中进行生物体信号测定时的电极及接地对于人体的贴附位置的图。
[图6]是使用本发明的实施例的生物体电极获得的1个心电图波形。
具体实施方式
如上述,需要开发出能够形成导电性及生物相容性优异,轻量,且能以低成本制造,柔软且有伸缩性及粘着力,长期间贴附于皮肤时无论因入浴等而被水沾湿抑或干燥,均可稳定地收集生物体信号,从皮肤剥下后皮肤上也不会有残渣的生物体电极用的生物体接触层的生物体电极组成物、以该生物体电极组成物形成有生物体接触层的生物体电极、及其制造方法。
和心脏的搏动连动,会从皮肤表面释放出钠、钾、钙离子。生物体电极须将从皮肤释放出的离子的增减转换为电信号。因此,需要用以传达离子增减的离子导电性优异的材料。
为了贴附于皮肤并稳定地获得生物体信号,就生物体电极膜而言须有柔软度、伸缩性、粘着性。表皮的角质会一天一天地再生,并在贴附的生物体电极膜与皮肤之间积累老旧角质(垢)。老旧角质容易从表皮剥落,所以会导致生物体电极剥落,从而无法收集生物体信号。因此,生物体电极须为:即便长期间贴附,其粘着性仍不会降低。另一方面,在长时间贴附而剥下后,若皮肤上有残渣,很可能会成为起疹、皮肤粗糙的原因。
就聚硅氧粘着剂的成分而言,有人使用交联性的聚硅氧与MQ树脂的组合。本来为剥离性优异的聚硅氧,但通过与MQ树脂组合而展现出粘着性。
为了提升生物体电极的粘着性,须使离子性高分子材料本身带有粘着性。为此,本申请发明人等认为设计成键结于离子性高分子材料的阶梯型T单元(RSiO3/2)的聚硅氧树脂的形态是有效果的,乃有了本发明的想法。
本申请发明人等针对生物体电极组成物提案含有键结于离子性高分子材料的阶梯型T单元(RSiO3/2)的聚硅氧的生物体电极组成物,并提案使其硬化而得的生物体电极。
形成中和盐的酸的酸性度高的话,离子会强极化,离子导电性提高。就锂离子电池而言,双(三氟甲烷磺酰基)酰亚胺酸、三(三氟甲烷磺酰基)甲基化酸的锂盐展现出高离子导电性即为此缘故。另一方面,有在形成中和盐前的酸的状态下酸强度越高,则该盐的生物体刺激性越强的问题。亦即,离子导电性与生物体刺激性之间是取舍关系。但,使用于生物体电极的盐必须兼顾高离子导电特性与低生物体刺激性。
离子化合物有分子量越大则对于皮肤的渗透性越低、对于皮肤的刺激性越低的特性。考量此观点,离子化合物宜为高分子量的聚合物型。于是,本申请发明人等想到:将此离子化合物设计成具有聚合性双键的形态并将其聚合成聚合物、和具有烷氧基硅基的单体共聚合并将聚合后的离子聚合物利用缩合反应予以制成阶梯型T单元(RSiO3/2)的聚硅氧,借此可获得柔软且有伸缩性及粘着性,生物体信号的感度高的生物体接触层。
而且,本申请发明人等发现通过使用将此盐(聚硅氧)与例如聚硅氧系、丙烯酸系、氨基甲酸酯系粘着剂(树脂)混合而得者,更能够一直密接于皮肤并长时间获得稳定的电信号。
又如上述,离子聚合物本身具有粘着性,所以并不一定要与上述粘着剂混合。
在将生物体电极时而贴附、时而剥下的情况下,亦须有剥离性。于此情况下,有时会与非粘着性或微粘着性的聚硅氧系、丙烯酸系、氨基甲酸酯系树脂混合。此时,剥离性会提升,但会有与皮肤的密接性降低,无法收集到稳定的生物体信号之虞。于是,为了即便在与非粘着性或微粘着性的聚硅氧系、丙烯酸系、氨基甲酸酯系树脂混合的情况下仍会获得稳定的生物体信号,欲通过使用具有粘着性的离子聚合物来达到兼顾剥离性与生物体信号的稳定性,乃本发明的目的之一。
亦即,本发明为
一种生物体电极组成物,
含有(A)聚硅氧;该(A)聚硅氧键结于离子性聚合物,且具有含有下列通式(T1)表示的T单元的结构(笼型结构除外);
(R0SiO3/2) (T1)
式中,R0为与前述离子性聚合物的连接基团;且
前述离子性聚合物为含有具有选自氟磺酸、氟磺酰亚胺、及N-羰基氟磺酰胺中任一者的铵盐、锂盐、钠盐、钾盐、银盐的结构的重复单元的聚合物。
以下,针对本发明详细说明,但本发明不限于这些。
<生物体电极组成物>
本发明的生物体电极组成物含有(A)键结于离子性聚合物且具有含有T单元的结构(笼型结构除外)的聚硅氧,且宜更含有(B)粘着性树脂。以下,针对各成分进一步详细说明。
[(A)键结于离子性聚合物且具有含有T单元的结构(笼型结构除外)的聚硅氧]
本发明中的(A)成分,是键结于含有具有选自氟磺酸、氟磺酰亚胺、及N-羰基氟磺酰胺中任一者的铵盐、锂盐、钠盐、钾盐、银盐的结构的重复单元的离子性聚合物且具有含有下列通式(T1)表示的T单元的结构(笼型结构除外)的聚硅氧。
(R0SiO3/2) (T1)
式中,R0为与前述离子性聚合物的连接基团。
(A)成分,例如为离子性聚合物与阶梯型或无规型的T单元(RSiO3/2)的聚硅氧的复合体(结合盐)。如此的(A)成分,例如可通过将具有选自氟磺酸、氟磺酰亚胺、及N-羰基氟磺酰胺中任一者的铵盐、锂盐、钠盐、钾盐、银盐的结构的重复单元、与具有三烷氧基硅基的重复单元共聚合而成的高分子化合物(离子性中间体聚合物)的缩合反应而获得。
以下,针对离子性聚合物及离子性中间体聚合物中含有的结构(重复单元)进行说明。
具有选自氟磺酸、氟磺酰亚胺、N-羰基氟磺酰胺中任一者的铵盐、锂盐、钠盐、钾盐、银盐的结构的重复单元,宜具有下列通式(1)-1至(1)-4中任一者表示的结构。
[化7]
Figure BDA0003594493260000191
式中,Rf1及Rf2为氢原子、氟原子、氧原子、甲基、或三氟甲基,当Rf1及Rf2为氧原子时,Rf1及Rf2为键结于1个碳原子而形成羰基的1个氧原子,Rf3及Rf4为氢原子、氟原子、或三氟甲基,Rf1~Rf4中的1个以上为氟原子或三氟甲基。Rf5、Rf6、Rf7为氟原子、碳数1~4的直链状、分支状的烷基,且至少具有1个以上的氟原子。m为1~4的整数。M+为选自铵离子、锂离子、钠离子、钾离子、银离子的离子。
(重复单元a1~a7)
具有选自上述通式(1)-1、(1)-2表示的氟磺酸的铵盐、锂盐、钠盐、钾盐、银盐、(1)-3表示的磺酰亚胺的铵盐、锂盐、钠盐、钾盐、银盐、(1)-4表示的N-羰基磺酰胺的铵盐、锂盐、钠盐、钾盐、银盐的结构的重复单元,宜为选自下列通式(2)的重复单元(2-1)~(2-7)(重复单元a1~a7)中的1种以上。
[化8]
Figure BDA0003594493260000201
式中,R1、R3、R5、R8、R10、R11及R13各自独立地为氢原子或甲基,R2、R4、R6、R9、R12及R14各自独立地为单键、或也可具有酯基或醚基中的任一者或它们两者的碳数1~13的直链状、分支状、环状的烃基中的任一者。R7为碳数1~4的直链状、分支状的亚烷基,R7中的氢原子之中也可有1个或2个被氟原子取代。X1、X2、X3、X4、X6、及X7各自独立地为单键、亚苯基、亚萘基、醚基、酯基、酰胺基中的任一者,X5为单键、醚基、酯基中的任一者。Y为氧原子、-NR19-基,R19为氢原子、碳数1~4的直链状、分支状的烷基,且也可与R4键结并形成环。m为1~4的整数。a1、a2、a3、a4、a5、a6及a7为0≤a1≤1.0、0≤a2≤1.0、0≤a3≤1.0、0≤a4≤1.0、0≤a5≤1.0、0≤a6≤1.0、0≤a7≤1.0,且0<a1+a2+a3+a4+a5+a6+a7≤1.0。M+为选自铵离子、锂离子、钠离子、钾离子、银离子的离子。Rf5、Rf6、Rf7为氟原子、碳数1~4的直链状、分支状的烷基,且至少具有1个以上的氟原子。
作为用以获得上述通式(2)表示的重复单元a1~a7中的重复单元a1~a5的氟磺酸盐单体,具体而言可例示下列者。
[化9]
Figure BDA0003594493260000221
[化10]
Figure BDA0003594493260000231
[化11]
Figure BDA0003594493260000241
[化12]
Figure BDA0003594493260000251
[化13]
Figure BDA0003594493260000261
[化14]
Figure BDA0003594493260000271
[化15]
Figure BDA0003594493260000281
[化16]
Figure BDA0003594493260000291
[化17]
Figure BDA0003594493260000301
[化18]
Figure BDA0003594493260000311
[化19]
Figure BDA0003594493260000321
[化20]
Figure BDA0003594493260000331
[化21]
Figure BDA0003594493260000341
[化22]
Figure BDA0003594493260000351
[化23]
Figure BDA0003594493260000361
[化24]
Figure BDA0003594493260000371
[化25]
Figure BDA0003594493260000381
[化26]
Figure BDA0003594493260000391
[化27]
Figure BDA0003594493260000401
[化28]
Figure BDA0003594493260000411
[化29]
Figure BDA0003594493260000421
用以获得上述通式(2)中的重复单元a6的磺酰亚胺盐单体,具体而言可例示如下。
[化30]
Figure BDA0003594493260000431
[化31]
Figure BDA0003594493260000441
[化32]
Figure BDA0003594493260000451
[化33]
Figure BDA0003594493260000461
[化34]
Figure BDA0003594493260000471
用以获得上述通式(2)中的重复单元a7的N-羰基磺酰胺盐单体,具体而言可例示如下。
[化35]
Figure BDA0003594493260000481
[化36]
Figure BDA0003594493260000491
式中,R1、R3、R5、R8、R10、R11、及R13同前述。
又,(A)成分宜含有下列通式(5)表示的铵离子(铵阳离子)作为构成铵盐的铵离子,尤其作为重复单元a(重复单元a1~a7)中的M+
[化37]
Figure BDA0003594493260000501
式中,R101d、R101e、R101f、R101g各自为氢原子、碳数1~13的直链状、分支状、或环状的烷基、碳数2~12的直链状、分支状、或环状的烯基或炔基、或碳数4~20的芳香族基,且也可具有选自醚基、羰基、酯基、羟基、氨基、硝基、磺酰基、亚磺酰基、卤素原子、及硫原子中的1种以上。R101d与R101e、R101d与R101e与R101f也可和它们所键结的氮原子一起形成环,当形成环时,R101d与R101e及R101d与R101e与R101f为碳数3~10的亚烷基、或形成在环中含有式中的氮原子的芳香族杂环。
作为上述通式(5)表示的铵离子,具体而言可例示下列者。
[化38]
Figure BDA0003594493260000511
[化39]
Figure BDA0003594493260000521
[化40]
Figure BDA0003594493260000531
[化41]
Figure BDA0003594493260000541
[化42]
Figure BDA0003594493260000551
[化43]
Figure BDA0003594493260000561
[化44]
Figure BDA0003594493260000571
[化45]
Figure BDA0003594493260000581
[化46]
Figure BDA0003594493260000591
[化47]
Figure BDA0003594493260000601
[化48]
Figure BDA0003594493260000611
[化49]
Figure BDA0003594493260000621
[化50]
Figure BDA0003594493260000631
[化51]
Figure BDA0003594493260000641
[化52]
Figure BDA0003594493260000651
[化53]
Figure BDA0003594493260000661
上述通式(5)表示的铵离子为叔或季铵离子尤佳。
(重复单元b1)
本发明中的离子性中间体聚合物,宜除了含有前述重复单元a1~a7之外,还含有下列通式(3)的具有三烷氧基硅基的重复单元b1较佳。
[化54]
Figure BDA0003594493260000671
式中,R20为氢原子或甲基,X8为单键、亚苯基、亚萘基、醚基、酯基、酰胺基中的任一者,R21为单键、碳数1~10的直链状、分支状、环状的亚烷基、亚苯基,且也可含有氧原子、氮原子。R22为相同或不相同的碳数1~4的烷基。b1为0<b1<1.0。
用以获得通式(3)的重复单元b1的单体,具体而言可例示如下。
[化55]
Figure BDA0003594493260000681
式中,R20同上述。
(重复单元c)
本发明的生物体电极组成物的(A)成分中的离子性聚合物、及离子性中间体聚合物中,除了上述重复单元a1~a7、b1之外,为了提升导电性,还可共聚合具有乙二醇二甲醚链(glyme)的重复单元c。用以获得具有乙二醇二甲醚链的重复单元c的单体,具体而言可例示如下。通过共聚合具有乙二醇二甲醚链的重复单元,会促进从皮肤释放出的离子在干电极膜内的移动,可提高干电极的感度。
[化56]
Figure BDA0003594493260000691
[化57]
Figure BDA0003594493260000701
[化58]
Figure BDA0003594493260000711
[化59]
Figure BDA0003594493260000721
R为氢原子、或甲基。
(重复单元d)
本发明的生物体电极组成物的(A)成分中的离子性聚合物、及离子性中间体聚合物中,除了上述重复单元a1~a7、b1、c之外,为了提升导电性,还可共聚合具有羟基、羧基、铵盐、甜菜碱、酰胺基、吡咯烷酮、内酯环、内酰胺环、磺内酯环、磺酸的钠盐、磺酸的钾盐的亲水性重复单元d。用以获得亲水性重复单元d的单体,具体而言可例示如下。通过共聚合这些含有亲水性基团的重复单元,可提高从皮肤释放出的离子的感受性并提高干电极的感度。
[化60]
Figure BDA0003594493260000731
[化61]
Figure BDA0003594493260000741
R为氢原子或甲基。
(重复单元e)
本发明的生物体电极组成物的(A)成分中的离子性聚合物、及离子性中间体聚合物可含有赋予粘着能力的重复单元e。用以获得重复单元e的单体,具体而言可例示下列者。
[化62]
Figure BDA0003594493260000751
[化63]
Figure BDA0003594493260000761
[化64]
Figure BDA0003594493260000771
[化65]
Figure BDA0003594493260000781
[化66]
Figure BDA0003594493260000791
(重复单元f)
也可进一步共聚合交联性重复单元f。交联性重复单元可列举具有氧杂环丙烷环或氧杂环丁烷环的重复单元。
用以获得具有氧杂环丙烷环或氧杂环丁烷环的重复单元f的单体,具体而言可列举如下。
[化67]
Figure BDA0003594493260000801
[化68]
Figure BDA0003594493260000811
此处R为甲基或氢原子。
(重复单元g)
本发明的生物体电极组成物的(A)成分中的离子性聚合物、及离子性中间体聚合物,除了选自上述a1~a7、b1、c~f的重复单元之外,还可含有具有硅的重复单元g。具体而言可例示下列者。
[化69]
Figure BDA0003594493260000831
n为0~100的数。
[化70]
Figure BDA0003594493260000841
(重复单元h)
本发明的生物体电极组成物的(A)成分中的离子性聚合物、及离子性中间体聚合物,除了选自上述a1~a7、b1~g的重复单元之外,还可含有具有氟的重复单元h。
用以获得具有氟的重复单元h的单体,具体而言可例示下列者。
[化71]
Figure BDA0003594493260000851
[化72]
Figure BDA0003594493260000861
[化73]
Figure BDA0003594493260000871
[化74]
Figure BDA0003594493260000881
[化75]
Figure BDA0003594493260000891
[化76]
Figure BDA0003594493260000901
[化77]
Figure BDA0003594493260000911
此处R为氢原子、或甲基。
[离子性中间体聚合物]
作为合成用以获得(A)成分的离子性中间体聚合物的方法之一,可列举下列方法:将提供重复单元a1~a7、b1、c、d、e、f、g、h的单体中所希望的单体,在有机溶剂中加入自由基聚合起始剂并进行加热聚合,得到共聚物的高分子化合物。
就聚合时使用的有机溶剂而言,可例示甲苯、苯、四氢呋喃、二乙醚、二噁烷等。就聚合起始剂而言,可例示2,2’-偶氮双异丁腈(AIBN)、2,2’-偶氮双(2,4-二甲基戊腈)、2,2-偶氮双(2-甲基丙酸)二甲酯、过氧化苯甲酰、过氧化月桂酰等。加热温度宜为50~80℃,反应时间宜为2~100小时,更佳为5~20小时。
此处,离子性中间体聚合物中的重复单元a1~a7、b1、c、d、e、f、g、h的比例为0≤a1<1.0、0≤a2<1.0、0≤a3<1.0、0≤a4<1.0、0≤a5<1.0、0≤a6<1.0、0≤a7<1.0、0<a1+a2+a3+a4+a5+a6+a7<1.0、0<b1<1.0、0≤c<1.0、0≤d<1.0、0≤e<0.9、0≤f<0.9、0≤g<0.9、0≤h<0.9,宜为0≤a1≤0.9、0≤a2≤0.9、0≤a3≤0.9、0≤a4≤0.9、0≤a5≤0.9、0≤a6≤0.9、0≤a7≤0.9、0.01≤a1+a2+a3+a4+a5+a6+a7≤0.99、0.001≤b1≤0.8、0≤c≤0.8、0≤d≤0.8、0≤e<0.8、0≤f<0.8、0≤g<0.8、0≤h<0.8,更佳为0≤a1≤0.8、0≤a2≤0.8、0≤a3≤0.8、0≤a4≤0.8、0≤a5≤0.8、0≤a6≤0.8、0≤a7≤0.8、0.02≤a1+a2+a3+a4+a5+a6+a7≤0.95、0.01≤b1≤0.7、0≤c≤0.7、0≤d≤0.5、0≤e<0.3、0≤f<0.7、0≤g<0.7、0≤h<0.7。
此外,例如a1+a2+a3+a4+a5+a6+a7+b1+c+d+e+f+g+h=1,代表在含有重复单元a1、a2、a3、a4、a5、a6、a7、b1、c、d、e、f、g、h的高分子化合物中,重复单元a1、a2、a3、a4、a5、a6、a7、b1、c、d、e、f、g、h的合计量相对于全部重复单元的合计量为100摩尔;a1+a2+a3+a4+a5+a6+a7+b1+c+d+e+f+g+h<1,代表重复单元a1、a2、a3、a4、a5、a6、a7、b1、c、d、e、f、g、h的合计量相对于全部重复单元的合计量小于100摩尔%,亦即除了a1、a2、a3、a4、a5、a6、a7、b1、c、d、e、f、g、h以外,还含有其它的重复单元。
离子性中间体聚合物的分子量,按重均分子量计宜为500以上,更佳为1,000以上、1,000,000以下,又更佳为2,000以上、500,000以下。又,聚合后未纳入到离子性中间体聚合物的离子性单体(残存单体)为少量的话,则无在生物相容试验中其渗入至皮肤而引起过敏之虞,所以宜减少残存单体的量。残存单体的量,相对于离子性中间体聚合物全体100质量份宜为10质量份以下。又,离子性中间体聚合物可单独使用1种,也可将分子量、分散度、聚合单体不同的2种以上混合使用。
[(A)键结于离子性聚合物且具有含有T单元的结构(笼型结构除外)的聚硅氧]
本发明中的(A)成分,能够以上述离子性中间体聚合物的缩合反应产物的形式获得。若为除了含有上述通式(2)的重复单元之外,还共聚合有下列通式(3)的具有烷氧基硅基的重复单元的离子性中间体聚合物的话,其缩合反应产物会成为键结于离子性聚合物且具有下列通式(4)的重复单元的具有阶梯型或无规型的含T单元的结构的聚硅氧。
[化78]
Figure BDA0003594493260000931
式中,R20为氢原子或甲基,X8为单键、亚苯基、亚萘基、醚基、酯基、酰胺基中的任一者,R21为单键、碳数1~10的直链状、分支状、环状的亚烷基、亚苯基,且也可含有氧原子、氮原子。R22为相同或不相同的碳数1~4的烷基。b1为0<b1<1.0。
[化79]
Figure BDA0003594493260000941
式中,R20、X8、R21、及b1同前述。
通过使共聚合有通式(3)的重复单元的离子性中间体聚合物的烷氧基硅基水解并形成阶梯型或无规型的聚硅氧,分子量会增大。
就T单元的聚硅氧而言,可列举阶梯型、无规型及笼型。笼型聚硅氧共聚合离子聚合物已例示于日本特开2018-110845号、日本特开2018-99504号、日本特开2019-011454号,但未见粘着性的提升效果。不过,通过共聚合阶梯型、无规型的聚硅氧,粘着性会提升。据认为这是因为阶梯型、无规型聚硅氧的结构所获致的效果。
笼型的含T单元的单体已记载于上述重复单元g的具体例中。笼型的T单元聚硅氧在单体合成的阶段形成。另一方面,通过含三烷氧基硅烷的单体于聚合后进行缩合反应而形成的T单元聚硅氧,非为笼型而为阶梯型或无规型。
此外,(A)成分中的聚硅氧只要具有除笼型结构以外的含T单元的结构,例如具有阶梯型、无规型结构的话,则不特别限定,可以除了这些结构之外,还另具有笼型结构。
缩合反应后的聚合物((A)成分)可表示成下列通式(2)’。
[化80]
Figure BDA0003594493260000951
式中,R1~R14、R20、R21、X1~X8、Y、m、M+、Rf5~Rf7、a1~a7、及b1同前述。
在进行合成(A)成分时的缩合反应时,也可和其它的烷氧基硅烷进行共缩合。从其它的烷氧基硅烷获得的重复单元b2可例示如下。
[化81]
Figure BDA0003594493260000961
[化82]
Figure BDA0003594493260000971
[化83]
Figure BDA0003594493260000981
[化84]
Figure BDA0003594493260000991
也可共聚合磺酸盐倍半硅氧烷作为从其它的烷氧基硅烷获得的重复单元b2。磺酸盐倍半硅氧烷宜具有下列通式表示的重复单元。
[化85]
Figure BDA0003594493260001001
式中,R30为碳数1~20的直链状、分支状、环状的亚烷基,也可具有芳香族基、醚基、酯基、氟原子,或为碳数6~10的亚芳基。Rf1’~Rf4’为氢原子、氟原子、或三氟甲基,Rf1’~Rf4’中具有1个以上的氟原子,Rf3’与Rf4’也可彼此合并成氧原子并形成双键。M+为锂离子、钠离子、钾离子、或银离子。
作为上述通式表示的磺酸盐倍半硅氧烷的重复单元,具体而言可例示下列者。
[化86]
Figure BDA0003594493260001011
[化87]
Figure BDA0003594493260001021
[化88]
Figure BDA0003594493260001031
[化89]
Figure BDA0003594493260001041
[化90]
Figure BDA0003594493260001051
[化91]
Figure BDA0003594493260001061
[化92]
Figure BDA0003594493260001071
[化93]
Figure BDA0003594493260001081
[化94]
Figure BDA0003594493260001091
[化95]
Figure BDA0003594493260001101
[化96]
Figure BDA0003594493260001111
也可共聚合磺酰亚胺盐倍半硅氧烷作为从其它的烷氧基硅烷获得的重复单元b2。磺酰亚胺盐倍半硅氧烷宜具有下列通式表示的重复单元。
[化97]
Figure BDA0003594493260001121
式中,R31为碳数2~20的直链状、分支状、环状的亚烷基,也可具有芳香族基、醚基、酯基,或为碳数6~10的亚芳基。Rf’为碳数1~4的直链状、分支状、环状的烷基,且至少具有1个以上的氟原子。M+为锂离子、钠离子、钾离子、或银离子。
作为上述通式表示的磺酰亚胺盐倍半硅氧烷的重复单元,具体而言可例示下列者。
[化98]
Figure BDA0003594493260001131
[化99]
Figure BDA0003594493260001141
[化100]
Figure BDA0003594493260001151
也可共聚合键结于N-羰基磺酰胺盐的倍半硅氧烷作为从其它的烷氧基硅烷获得的重复单元b2。键结于N-羰基磺酰胺盐的倍半硅氧烷宜具有下列通式表示的重复单元。
[化101]
Figure BDA0003594493260001161
式中,R32为碳数2~20的直链状、分支状、环状的亚烷基,也可具有芳香族基、醚基、酯基,或为碳数6~10的亚芳基。Rf’为碳数1~4的直链状、分支状、环状的烷基,且至少具有1个以上的氟原子。M+为锂离子、钠离子、钾离子、或银离子。
作为上述通式表示的键结于N-羰基磺酰胺盐的倍半硅氧烷的重复单元,具体而言可例示下列者。
[化102]
Figure BDA0003594493260001171
[化103]
Figure BDA0003594493260001181
[化104]
Figure BDA0003594493260001191
此处M+同前述。
本发明的生物体电极组成物的(A)成分中,就从其它的烷氧基硅烷获得的重复单元b2而言,除了上述重复单元之外,为了提升导电性,还可共聚合由具有乙二醇二甲醚链的倍半硅氧烷构成的重复单元。具体而言可例示下列者。
[化105]
Figure BDA0003594493260001211
[化106]
Figure BDA0003594493260001221
式中,0≤m≤20、0≤n≤20、1≤m+n≤20。
通过在(A)成分中不仅键结有T单元的聚硅氧,还键结有Q单元的聚硅氧,会使粘着性更好,进而可获得基线的漂移、噪声少的稳定的生物体信号。通过在(A)成分中键结有氰基、硝基等的极化性高的T单元、离子性的T单元、具有乙二醇二甲醚链的T单元,可提升离子导电性。
此处,b1、b2的比例为0<b1/(b1+b2)≤1.0、0≤b2/(b1+b2)<1.0,宜为0.1≤b1/(b1+b2)≤1.0、0≤b2/(b1+b2)≤0.8,更佳为0.3≤b1/(b1+b2)≤1.0、0≤b2/(b1+b2)≤0.7。
本发明的生物体电极组成物中,(A)成分的掺合量,相对于后述(B)成分100质量份宜为0.1~300质量份,为1~200质量份更佳。又,(A)成分可单独使用1种,也可将2种以上混合使用。
[(B)粘着性树脂]
本发明的生物体电极组成物中掺合的(B)粘着性树脂,是用以和上述(A)成分的复合体(盐)相容而防止盐溶出,固持金属粉、碳粉、硅粉、钛酸锂粉等导电性改善剂,并使粘着性更好的成分。当(A)成分具有充分的粘着性时,并不一定要有(B)粘着性树脂。此外,(B)成分的树脂为除上述(A)成分以外的树脂即可,宜为热硬化性树脂及光硬化性树脂中的任一者、或它们两者,尤其为选自聚硅氧系、丙烯酸系、及氨基甲酸酯系树脂中的1种以上较佳。
就粘着性的聚硅氧系树脂而言,可列举加成反应硬化型或自由基交联反应硬化型者。作为加成反应硬化型,例如可使用日本特开2015-193803号公报记载的含有具有烯基的二有机硅氧烷、具有R3SiO0.5及SiO2单元的MQ树脂、具有多个SiH基的有机氢聚硅氧烷、铂催化剂、加成反应控制剂、及有机溶剂者。又,作为自由基交联反应硬化型,例如可使用日本特开2015-193803号公报记载的含有可具有或不具有烯基的二有机聚硅氧烷、具有R3SiO0.5及SiO2单元的MQ树脂、有机过氧化物、及有机溶剂者。此处R为碳数1~10的经取代或未经取代的一价烃基。
又,也可使用使聚合物末端、侧链具有硅醇的聚硅氧烷与MQ树脂进行缩合反应而形成的聚硅氧烷-树脂一体型化合物。MQ树脂含有许多硅醇,故通过添加此树脂会提高粘着力,但其并无交联性,所以不会与聚硅氧烷进行分子性键结。如上述般将聚硅氧烷与树脂制成一体型的话,可增大粘着力。
又,聚硅氧系树脂中也可添加具有选自氨基、氧杂环丙烷基、氧杂环丁烷基、聚醚基、羟基、羧基、巯基、甲基丙烯酸基、丙烯酸基、苯酚基、硅醇基、羧酸酐基、芳基、芳烷基、酰胺基、酯基、内酯环中的基团的改性硅氧烷。通过添加改性硅氧烷,会提升(A)成分在聚硅氧树脂中的分散性。改性硅氧烷为对于硅氧烷的一末端、两末端、侧链中任一者进行改性后而得者亦无妨。
作为粘着性的丙烯酸系树脂,例如可使用日本特开2016-011338号公报记载的具有亲水性(甲基)丙烯酸酯、长链疏水性(甲基)丙烯酸酯作为重复单元者。视情况,也可共聚合具有官能团的(甲基)丙烯酸酯、具有硅氧烷键的(甲基)丙烯酸酯。
作为粘着性的氨基甲酸酯系树脂,例如可使用日本特开2016-065238号公报记载的具有氨基甲酸酯键及聚醚键、聚酯键、聚碳酸酯键、硅氧烷键者。
又,为了防止因(A)成分从生物体接触层脱落所致的导电性降低,本发明的生物体电极组成物中,(B)成分的树脂宜为和上述(A)成分的相容性高者。又,为了防止生物体接触层从导电性基材剥离,本发明的生物体电极组成物中,(B)成分的树脂宜为对于导电性基材的粘接性高者。为了将(B)成分的树脂制成与导电性基材、盐的相容性高者,使用极性高的树脂是有效果的。作为如此的树脂,可列举具有选自醚键、酯键、酰胺键、酰亚胺键、氨基甲酸酯键、硫氨基甲酸酯键、及硫醇基中的1个以上的树脂、或聚丙烯酸树脂、聚酰胺树脂、聚酰亚胺树脂、聚氨基甲酸酯树脂、及聚硫氨基甲酸酯树脂等。又,另一方面,生物体接触层会接触到生物体,故容易受到来自生物体的汗水的影响。是以,本发明的生物体电极组成物中,(B)树脂宜为拨水性高且不易水解者。为了将(B)成分的树脂制成拨水性高且不易水解者,使用含硅的树脂是有效果的。
就含有硅原子的聚丙烯酸树脂而言,有主链具有聚硅氧的聚合物及侧链具有硅原子的聚合物,两者皆可适用。作为主链具有聚硅氧的聚合物,可使用具有(甲基)丙烯酸基丙基的硅氧烷或倍半硅氧烷等。此时,可通过添加光自由基产生剂以使(甲基)丙烯酸基部分聚合而使其硬化。
作为含有硅原子的聚酰胺树脂,例如可理想地使用日本特开2011-079946号公报、美国专利5981680号公报记载的聚酰胺聚硅氧树脂等。如此的聚酰胺聚硅氧树脂,例如可将两末端具有氨基的聚硅氧或两末端具有氨基的非聚硅氧化合物、和两末端具有羧基的非聚硅氧或两末端具有羧基的聚硅氧予以组合而合成。
又,也可使用使羧酸酐与胺反应而获得的环化前的聚酰胺酸。聚酰胺酸的羧基的交联可使用环氧系、氧杂环丁烷系交联剂,也可进行羧基与(甲基)丙烯酸羟基乙酯的酯化反应,再进行(甲基)丙烯酸酯部分的光自由基交联。
作为含有硅原子的聚酰亚胺树脂,例如可理想地使用日本特开2002-332305号公报记载的聚酰亚胺聚硅氧树脂等。聚酰亚胺树脂的粘性非常高,但通过掺合(甲基)丙烯酸系单体作为溶剂且作为交联剂,能成为低粘性。
作为含有硅原子的聚氨基甲酸酯树脂,可列举聚氨基甲酸酯聚硅氧树脂,如此的聚氨基甲酸酯聚硅氧树脂,可通过将两末端具有异氰酸酯基的化合物与末端具有羟基的化合物予以掺配并加热,来实施利用氨基甲酸酯键所为的交联。又,于此情况下,两末端具有异氰酸酯基的化合物、或末端具有羟基的化合物中的任一者或两者须含有硅原子(硅氧烷键)。或亦可如日本特开2005-320418号公报记载般,对于聚硅氧烷掺配氨基甲酸酯(甲基)丙烯酸酯单体并使其进行光交联。又,也可使同时具有硅氧烷键及氨基甲酸酯键两者且末端具有(甲基)丙烯酸酯基的聚合物进行光交联。尤其日本特开2018-123304号公报、日本特开2019-70109号公报记载的侧链附有聚硅氧链且主链为聚氨基甲酸酯的材料具有高强度且高伸缩的特性,故较理想。
含有硅原子的聚硫氨基甲酸酯树脂,可通过具有硫醇基的化合物与具有异氰酸酯基的化合物的反应而获得,这些中的任一者含有硅原子即可。又,末端具有(甲基)丙烯酸酯基的话,亦可使其光硬化。
聚硅氧系树脂中,除了上述具有烯基的二有机硅氧烷、具有R3SiO0.5及SiO2单元的MQ树脂、具有多个SiH基的有机氢聚硅氧烷之外,还添加具有选自氨基、氧杂环丙烷基、氧杂环丁烷基、聚醚基、羟基、羧基、巯基、甲基丙烯酸基、丙烯酸基、苯酚基、硅醇基、羧酸酐基、芳基、芳烷基、酰胺基、酯基、内酯环的基团的改性硅氧烷的话,与上述盐的相容性会提高。
具有烯基的二有机硅氧烷与具有多个SiH基的有机氢聚硅氧烷,可通过利用铂催化剂所为的加成反应进行交联。
铂催化剂可列举:氯化铂酸、氯化铂酸的醇溶液、氯化铂酸与醇的反应产物、氯化铂酸与烯烃化合物的反应产物、氯化铂酸与含乙烯基的硅氧烷的反应产物、铂-烯烃错合物、铂-含乙烯基的硅氧烷错合物等铂系催化剂;铑错合物及钌错合物等铂族金属系催化剂等。又,也可使用将这些催化剂溶解、分散于醇系、烃系、硅氧烷系溶剂中而得者。
此外,铂催化剂的添加量,相对于(B)成分的树脂100质量份宜为5~2,000ppm,尤其为10~500ppm的范围较佳。
本发明的生物体电极组成物中,(B)成分的掺合量,相对于离子聚合物与T单元聚硅氧的复合体((A)成分)100质量份宜为0~2000质量份,为10~1000质量份更佳。又,(B)成分可单独使用1种,也可将2种以上混合使用。
又,使用加成硬化型的聚硅氧树脂时,也可添加加成反应控制剂。此加成反应控制剂,是作为用以使铂催化剂在溶液中及涂膜形成后加热硬化前的低温环境下不作用的淬灭剂而添加的。具体而言,可列举3-甲基-1-丁炔-3-醇、3-甲基-1-戊炔-3-醇、3,5-二甲基-1-己炔-3-醇、1-乙炔基环己醇、3-甲基-3-三甲基硅氧基-1-丁炔、3-甲基-3-三甲基硅氧基-1-戊炔、3,5-二甲基-3-三甲基硅氧基-1-己炔、1-乙炔基-1-三甲基硅氧基环己烷、双(2,2-二甲基-3-丁炔氧基)二甲基硅烷、1,3,5,7-四甲基-1,3,5,7-四乙烯基环四硅氧烷、1,1,3,3-四甲基-1,3-二乙烯基二硅氧烷等。
加成反应控制剂的添加量,相对于(B)成分的树脂100质量份宜为0~10质量份,尤其为0.05~3质量份的范围较佳。
当(B)成分中具有可自由基交联的双键时,添加自由基产生剂是有效果的。就自由基产生剂而言,有光自由基产生剂与热自由基产生剂。
光自由基产生剂可列举:苯乙酮、4,4’-二甲氧基二苯乙二酮、二苯乙二酮、苯偶因、二苯基酮、2-苯甲酰基苯甲酸、4,4’-双(二甲基氨基)二苯基酮、4,4’-双(二乙基氨基)二苯基酮、苯偶因甲醚、苯偶因乙醚、苯偶因异丙醚、苯偶因丁醚、苯偶因异丁醚、4-苯甲酰基苯甲酸、2,2’-双(2-氯苯基)-4,4’,5,5’-四苯基-1,2’-联咪唑、2-苯甲酰基苯甲酸甲酯、2-(1,3-苯并二氧杂环戊烯-5-基)-4,6-双(三氯甲基)-1,3,5-三嗪、2-苄基-2-(二甲基氨基)-4’-吗啉代苯丁酮、4,4’-二氯二苯基酮、2,2-二乙氧基苯乙酮、2,2-二甲氧基-2-苯基苯乙酮、2,4-二乙基噻吨-9-酮、二苯基(2,4,6-三甲基苯甲酰基)氧化膦(BAPO)、1,4-二苯甲酰基苯、2-乙基蒽醌、1-羟基环己基苯基酮、2-羟基-2-甲基苯丙酮、2-羟基-4’-(2-羟基乙氧基)-2-甲基苯丙酮、2-异亚硝基苯丙酮、2-苯基-2-(对甲苯磺酰氧基)苯乙酮。
也可添加热分解型的自由基产生剂来使其硬化。热自由基产生剂可列举:2,2’-偶氮双(异丁腈)、2,2’-偶氮双(2,4-二甲基戊腈)、2,2’-偶氮双(2-甲基丁腈)、2,2’-偶氮双(甲基丙脒)盐酸、2,2’-偶氮双[2-(2-咪唑啉-2-基)丙烷]盐酸、2,2’-偶氮双(4-甲氧基-2,4-二甲基戊腈)、2,2’-偶氮双(环己烷-1-甲腈)、1[(1-氰基-1-甲基乙基)偶氮]甲酰胺、2,2’-偶氮双[2-甲基-N-(2-羟基乙基)丙酰胺]、2,2’-偶氮双[N-(2-丙烯基)-2-甲基丙酰胺]、2,2’-偶氮双(N-丁基-2-甲基丙酰胺)、2,2’-偶氮双(异丁酸)二甲酯、4,4’-偶氮双(4-氰基戊酸)、2,2’-偶氮双(2-甲基丙酸)二甲酯、过氧化苯甲酰、叔丁基过氧化氢、异丙苯过氧化氢、二叔丁基过氧化物、二叔戊基过氧化物、二正丁基过氧化物、过氧化二异丙苯等。
此外,自由基产生剂的添加量,相对于(B)成分的树脂100质量份宜为0.1~50质量份的范围。
其中,(B)成分的树脂为含有具有烯基的二有机硅氧烷及具有SiH基的有机氢聚硅氧烷者更佳,为更含有具有RxSiO(4-x)/2单元(R为碳数1~10的经取代或未经取代的一价烃基,x为2.5~3.5的范围。)及SiO2单元的聚硅氧树脂者特佳。
此外,如后述,生物体接触层为生物体电极组成物的硬化物。通过使其硬化,生物体接触层对于皮肤及导电性基材两者的粘接性会变得良好。此外,硬化手段不特别限定,可使用一般的手段,例如可使用利用热及光中的任一者或其两者、或者酸或碱催化剂所为的交联反应等。关于交联反应,例如可适当选择交联反应手册中山雍晴丸善出版(2013年)第二章p51~p371所记载的方法来进行。
[(C)掺配离子性聚合物]
本发明的生物体电极组成物中,除了(A)成分以外,还可另添加离子性聚合物(掺配离子性聚合物)。掺配离子性聚合物的重复单元可使用在上述(A)成分所说明者、尤其上述通式(2)表示者。掺配离子性聚合物的添加量,相对于(B)成分的树脂100质量份宜为0.1~100质量份的范围。
[(D)导电性粉末]
[金属粉]
本发明的生物体电极组成物中,为了提高电子导电性,也可添加选自金、银、铂、铜、锡、钛、镍、铝、钨、钼、钌、铬、铟中的金属粉作为(D)成分。金属粉的添加量,相对于(B)成分的树脂100质量份宜为1~50质量份的范围。
就金属粉的种类而言,考量导电性的观点宜为金、银、铂,考量价格的观点宜为银、铜、锡、钛、镍、铝、钨、钼、钌、铬。考量生物相容性的观点宜为贵金属,综合考量上述观点,银为最佳。
就金属粉的形状而言,可列举球状、圆盘状、薄片状、针状,添加薄片状粉末时的导电性最高,较理想。金属粉以尺寸为100μm以下、振实密度(tap density)为5g/cm3以下、比表面积为0.5m2/g以上的较低密度且比表面积较大的薄片较佳。
[碳粉]
可添加碳材料(碳粉)作为导电性改善剂。就碳材料而言,可列举炭黑、石墨(graphite)、纳米碳管、碳纤维、石墨烯等。纳米碳管为单层、多层皆可,表面经有机基团修饰亦无妨。碳材料的添加量,相对于(B)成分的树脂100质量份宜为1~50质量份的范围。
[硅粉]
本发明的生物体电极组成物中,为了提高离子接受的感度,可添加硅粉。硅粉可列举由硅、一氧化硅、碳化硅构成的粉体。粉体的粒径宜小于100μm,更佳为1μm以下。较细小的粒子的表面积大,所以可接受许多离子,成为高感度的生物体电极。硅粉的添加量,相对于(B)成分的树脂100质量份宜为1~50质量份的范围。
[钛酸锂粉]
本发明的生物体电极组成物中,为了提高离子接受的感度,可添加钛酸锂粉。就钛酸锂粉而言,可列举Li2TiO3、LiTiO2、尖晶石(spinel)结构的Li4Ti5O12的分子式,宜为尖晶石结构的钛酸锂粉。又,也可使用经与碳复合的钛酸锂粒子。粉体的粒径宜小于100μm,更佳为1μm以下。较细小的粒子的表面积大,所以可接受许多离子,成为高感度的生物体电极。这些亦可为与碳的复合粉。钛酸锂粉的添加量,相对于(B)成分的树脂100质量份宜为1~50质量份的范围。
[(E)有机溶剂]
又,本发明的生物体电极组成物中,可添加有机溶剂作为(E)成分。有机溶剂具体而言可列举:甲苯、二甲苯、异丙苯、1,2,3-三甲基苯、1,2,4-三甲基苯、1,3,5-三甲基苯、苯乙烯、α甲基苯乙烯、丁基苯、仲丁基苯、异丁基苯、异丙基甲苯、二乙基苯、2-乙基对二甲苯、2-丙基甲苯、3-丙基甲苯、4-丙基甲苯、1,2,3,5-四甲基甲苯、1,2,4,5-四甲基甲苯、四氢萘、4-苯基-1-丁烯、叔戊基苯、戊基苯、2-叔丁基甲苯、3-叔丁基甲苯、4-叔丁基甲苯、5-异丙基间二甲苯、3-甲基乙基苯、叔丁基-3-乙基苯、4-叔丁基邻二甲苯、5-叔丁基间二甲苯、叔丁基对二甲苯、1,2-二异丙基苯、1,3-二异丙基苯、1,4-二异丙基苯、二丙基苯、五甲基苯、六甲基苯、己基苯、1,3,5-三乙基苯等芳香族系烃系溶剂;正庚烷、异庚烷、3-甲基己烷、2,3-二甲基戊烷、3-乙基戊烷、1,6-庚二烯、5-甲基-1-己炔、降莰烷、降莰烯、二环戊二烯、1-甲基-1,4-环己二烯、1-庚炔、2-庚炔、环庚烷、环庚烯、1,3-二甲基环戊烷、乙基环戊烷、甲基环己烷、1-甲基-1-环己烯、3-甲基-1-环己烯、亚甲基环己烷、4-甲基-1-环己烯、2-甲基-1-己烯、2-甲基-2-己烯、1-庚烯、2-庚烯、3-庚烯、正辛烷、2,2-二甲基己烷、2,3-二甲基己烷、2,4-二甲基己烷、2,5-二甲基己烷、3,3-二甲基己烷、3,4-二甲基己烷、3-乙基-2-甲基戊烷、3-乙基-3-甲基戊烷、2-甲基庚烷、3-甲基庚烷、4-甲基庚烷、2,2,3-三甲基戊烷、2,2,4-三甲基戊烷、环辛烷、环辛烯、1,2-二甲基环己烷、1,3-二甲基环己烷、1,4-二甲基环己烷、乙基环己烷、乙烯基环己烷、异丙基环戊烷、2,2-二甲基-3-己烯、2,4-二甲基-1-己烯、2,5-二甲基-1-己烯、2,5-二甲基-2-己烯、3,3-二甲基-1-己烯、3,4-二甲基-1-己烯、4,4-二甲基-1-己烯、2-乙基-1-己烯、2-甲基-1-庚烯、1-辛烯、2-辛烯、3-辛烯、4-辛烯、1,7-辛二烯、1-辛炔、2-辛炔、3-辛炔、4-辛炔、正壬烷、2,3-二甲基庚烷、2,4-二甲基庚烷、2,5-二甲基庚烷、3,3-二甲基庚烷、3,4-二甲基庚烷、3,5-二甲基庚烷、4-乙基庚烷、2-甲基辛烷、3-甲基辛烷、4-甲基辛烷、2,2,4,4-四甲基戊烷、2,2,4-三甲基己烷、2,2,5-三甲基己烷、2,2-二甲基-3-庚烯、2,3-二甲基-3-庚烯、2,4-二甲基-1-庚烯、2,6-二甲基-1-庚烯、2,6-二甲基-3-庚烯、3,5-二甲基-3-庚烯、2,4,4-三甲基-1-己烯、3,5,5-三甲基-1-己烯、1-乙基-2-甲基环己烷、1-乙基-3-甲基环己烷、1-乙基-4-甲基环己烷、丙基环己烷、异丙基环己烷、1,1,3-三甲基环己烷、1,1,4-三甲基环己烷、1,2,3-三甲基环己烷、1,2,4-三甲基环己烷、1,3,5-三甲基环己烷、烯丙基环己烷、八氢茚、1,8-壬二烯、1-壬炔、2-壬炔、3-壬炔、4-壬炔、1-壬烯、2-壬烯、3-壬烯、4-壬烯、正癸烷、3,3-二甲基辛烷、3,5-二甲基辛烷、4,4-二甲基辛烷、3-乙基-3-甲基庚烷、2-甲基壬烷、3-甲基壬烷、4-甲基壬烷、叔丁基环己烷、丁基环己烷、异丁基环己烷、4-异丙基-1-甲基环己烷、戊基环戊烷、1,1,3,5-四甲基环己烷、环十二烷、1-癸烯、2-癸烯、3-癸烯、4-癸烯、5-癸烯、1,9-癸二烯、十氢萘、1-癸炔、2-癸炔、3-癸炔、4-癸炔、5-癸炔、1,5,9-癸三烯、2,6-二甲基-2,4,6-辛三烯、柠檬烯、香叶烯、1,2,3,4,5-五甲基环戊二烯、α-水芹烯、蒎烯、萜品烯、四氢二环戊二烯、5,6-二氢二环戊二烯、1,4-癸二炔、1,5-癸二炔、1,9-癸二炔、2,8-癸二炔、4,6-癸二炔、正十一烷、戊基环己烷、1-十一烯、1,10-十一碳二烯、1-十一炔、3-十一炔、5-十一炔、三环[6.2.1.02,7]十一碳-4-烯、正十二烷、正十三烷、正十五烷、正十六烷、2-甲基十一烷、3-甲基十一烷、4-甲基十一烷、5-甲基十一烷、2,2,4,6,6-五甲基庚烷、1,3-二甲基金刚烷、1-乙基金刚烷、1,5,9-环十二碳三烯、1,2,4-三乙烯基环己烷、异烷烃(isoparaffin)等脂肪族烃系溶剂;环己酮、环戊酮、2-辛酮、2-壬酮、2-庚酮、3-庚酮、4-庚酮、2-己酮、3-己酮、二异丁基酮、甲基环己酮、甲基正戊基酮等酮系溶剂;3-甲氧基丁醇、3-甲基-3-甲氧基丁醇、1-甲氧基-2-丙醇、1-乙氧基-2-丙醇等醇系溶剂;丙二醇单甲醚、乙二醇单甲醚、丙二醇单乙醚、乙二醇单乙醚、丙二醇二甲醚、二乙二醇单甲醚、二乙二醇单乙醚、二乙二醇单丙醚、二乙二醇单丁醚、二乙二醇单戊醚、二乙二醇单庚醚、二乙二醇二乙醚、二乙二醇二丙醚、二乙二醇二丁醚、二异丙醚、二异丁醚、二异戊醚、二正戊醚、甲基环戊醚、甲基环己醚、二正丁醚、二仲丁醚、二异戊醚、二仲戊醚、二叔戊醚、二正己醚、苯甲醚等醚系溶剂;丙二醇单甲醚乙酸酯、丙二醇单乙醚乙酸酯、乳酸乙酯、丙酮酸乙酯、乙酸丁酯、3-甲氧基丙酸甲酯、3-乙氧基丙酸乙酯、乙酸叔丁酯、丙酸叔丁酯、丙二醇单叔丁醚乙酸酯等酯系溶剂;γ-丁内酯等内酯系溶剂;水等。
此外,有机溶剂的添加量,相对于(B)成分的树脂100质量份宜为10~50,000质量份的范围。
[(F)其它添加剂]
本发明的生物体电极组成物中,除了在(B)成分的项目所述的铂催化剂、加成反应控制剂、自由基产生剂之外,也可混合交联剂、交联催化剂、离子性添加剂,此外,也可混合二氧化硅粒子、聚醚聚硅氧、聚甘油聚硅氧。二氧化硅粒子的表面为亲水性,和亲水性的离子聚合物、聚醚聚硅氧、聚甘油聚硅氧的亲和性佳,可使离子聚合物、聚醚聚硅氧、聚甘油聚硅氧在疏水性的聚硅氧粘着剂中的分散性更好。二氧化硅粒子于干式、湿式皆能理想地使用。
[交联剂]
本发明的生物体电极组成物中也可添加环氧系交联剂。此时的交联剂为1分子内有多个环氧基、氧杂环丁烷基的化合物。就添加量而言,相对于(B)成分的树脂100质量份为1~30质量份。
[交联催化剂]
本发明的生物体电极组成物中也可添加用以使环氧基、氧杂环丁烷基进行交联的催化剂。此时的催化剂可使用日本特表2019-503406号中段落0027~0029记载者。就添加量而言,相对于(B)成分的树脂100质量份为0.01~10质量份。
[离子性添加剂]
本发明的生物体电极组成物中,可添加用以提高离子导电性的离子性添加剂。考量生物相容性的话,可列举氯化钠、氯化钾、氯化钙、氯化镁、糖精钠盐、乙酰磺胺酸钾、羧酸钠、羧酸钾、羧酸钙、磺酸钠、磺酸钾、磺酸钙、磷酸钠、磷酸钾、磷酸钙、磷酸镁、甜菜碱、日本特开2018-44147号公开、日本特开2018-59050号公开、日本特开2018-59052号公开、日本特开2018-130534公开的盐。
[具有聚甘油结构的聚硅氧化合物]
本发明的生物体电极组成物中,为了提升膜的保湿性而使从皮肤释放出的离子的感受性及离子导电性更好,也可添加具有聚甘油结构的聚硅氧化合物。具有聚甘油结构的聚硅氧化合物的掺合量,相对于(A)成分与(B)成分的合计100质量份宜为0.01~100质量份,为0.5~60质量份更佳。又,具有聚甘油结构的聚硅氧化合物可单独使用1种,也可将2种以上混合使用。
具有聚甘油结构的聚硅氧化合物宜为下列通式(4)’及(5)’表示者。
[化107]
Figure BDA0003594493260001351
式(4)’及(5)’中,R1’各自独立,彼此可相同也可不同,为氢原子或碳数1~50的直链状或分支状的烷基、或苯基,亦可含有醚基,也可为通式(6)’表示的聚硅氧链,R2’为式(4)’-1或式(4)’-2表示的具有聚甘油基结构的基团,R3’各自独立,彼此可相同也可不同,为前述R1’基团或前述R2’基团,R4’各自独立,彼此可相同也可不同,为前述R1’基团、前述R2’基团或氧原子。当R4’为氧原子时,R4’基团也可合并成1个醚基并和硅原子一起形成环。a’可相同也可不同,为0~100,b’为0~100,a’+b’为0~200。但,b’为0时,R3’中的至少1个为前述R2’基团。式(4)’-1及(4)’-2、(5)’中,R5’为碳数2~10的亚烷基或碳数7~10的亚芳烷基,R6’、R7’为碳数2~6的亚烷基,R7’也可为醚键,c’为0~20,d’为1~20。
如此的具有聚甘油结构的聚硅氧化合物,例如可例示如下。
[化108]
Figure BDA0003594493260001371
[化109]
Figure BDA0003594493260001381
[化110]
Figure BDA0003594493260001391
[化111]
Figure BDA0003594493260001401
[化112]
Figure BDA0003594493260001411
[化113]
Figure BDA0003594493260001421
[化114]
Figure BDA0003594493260001431
[化115]
Figure BDA0003594493260001441
[化116]
Figure BDA0003594493260001451
[化117]
Figure BDA0003594493260001461
式中,a’、b’、c’及d’同上述。
若含有如此的具有聚甘油结构的聚硅氧化合物,可展现更优异的保湿性,其结果,可制成能够形成可对于从皮肤释放出的离子展现更优异的感度的生物体接触层的生物体电极组成物。
如上述,若为本发明的生物体电极组成物,则为能够形成粘着性高,即便从皮肤剥下后再次贴附,仍具有充分的粘着性,可将来自皮肤的电信号有效率地传送至器件(亦即,导电性优异),即便长期间装设于皮肤,也无引起过敏之虞(亦即,生物相容性优异),轻量,能以低成本制造,无论被水沾湿或干燥,导电性均不会大幅降低的生物体电极用的生物体接触层的生物体电极组成物。又,通过添加导电性粉末(碳粉、金属粉),可使导电性更好,通过与具有粘着性及伸缩性的树脂组合,可制造特别高粘着力且伸缩性高的生物体电极。此外,可通过添加剂等来提升对于皮肤的伸缩性、粘着性,也可通过适当调节树脂的组成、生物体接触层的厚度来调整伸缩性、粘着性。
<生物体电极>
又,本发明提供一种生物体电极,具有导电性基材及形成于该导电性基材上的生物体接触层,前述生物体接触层是上述本发明的生物体电极组成物的硬化物。
以下针对本发明的生物体电极,边参照图式边详细说明,但本发明不限于这些。
图1是显示本发明的生物体电极的一例的概略剖面图。图1的生物体电极1,具有导电性基材2及形成于该导电性基材2上的生物体接触层3。生物体接触层3由本发明的生物体电极组成物的硬化物构成。构成生物体接触层3的复合体5,是离子性聚合物与具有T单元及Q单元的聚硅氧的复合体。生物体接触层3可更含有除前述离子性聚合物与具有T单元及Q单元的聚硅氧的复合体5以外的粘着性树脂6、导电粉末4。以下参照图1、2,针对生物体接触层3将离子性聚合物与具有T单元及Q单元的聚硅氧的复合体5及导电粉末4分散于粘着性树脂6中而成的层的情况进行说明,但本发明的生物体电极不限于此态样。
使用如此的图1的生物体电极1时,如图2所示,使生物体接触层3(亦即,将离子性聚合物与具有T单元及Q单元的聚硅氧的复合体5及导电粉末4分散于粘着性树脂6中而成的层)与生物体7接触,利用离子性聚合物与具有T单元的聚硅氧的复合体5及导电粉末4从生物体7取出电信号,并将此电信号经由导电性基材2传导至感测器件等(未图示)。如此,若为本发明的生物体电极,通过上述离子性聚合物与具有T单元及Q单元的聚硅氧的复合体而能够兼顾导电性及生物相容性,且又因为具有粘着性从而与皮肤的接触面积为一定,可稳定地以高感度获得来自皮肤的电信号。
以下,针对本发明的生物体电极的各构成材料,进一步详细说明。
[导电性基材]
本发明的生物体电极具有导电性基材。此导电性基材通常和感测器件等电性连接,并将从生物体经由生物体接触层取出的电信号传导至感测器件等。
导电性基材只要具有导电性即可,不特别限定,例如宜为含有选自金、银、氯化银、铂、铝、镁、锡、钨、铁、铜、镍、不锈钢、铬、钛、碳及导电聚合物中的1种以上者。
又,导电性基材不特别限定,可为硬质的导电性基板等,也可为具可挠性的导电性薄膜、表面涂覆有导电性糊剂的布料、混入有导电性聚合物的布料。导电性基材可为平坦也可有凹凸,也可为编织金属线而成的网目状,因应生物体电极的用途等适当地选择即可。
[生物体接触层]
本发明的生物体电极具有形成于导电性基材上的生物体接触层。此生物体接触层是在使用生物体电极时实际与生物体接触的部分,具有导电性及粘着性。生物体接触层是上述本发明的生物体电极组成物的硬化物,亦即,是由含有上述(A)成分及视需要的(B)成分、(C)成分、(D)成分、(E)成分、其它(F)成分的组成物的硬化物构成的粘着性树脂层。
此外,生物体接触层的粘着力宜为0.01N/25mm以上20N/25mm以下的范围。粘着力的测定方法一般为JIS Z 0237所示的方法,就基材而言可使用SUS(不锈钢)之类的金属基板、PET(聚对苯二甲酸乙二醇酯)基板,但也可使用人的皮肤进行测定。人的皮肤的表面能量低于金属、各种塑胶,为接近特氟龙(注册商标)的低能量,是不易粘着的性质。
生物体电极的生物体接触层的厚度宜为1μm以上5mm以下,为2μm以上3mm以下更佳。生物体接触层越薄则粘着力越低,但可挠性提升,且变轻,对于皮肤的亲和性变好。可综合考量粘着性、给予皮肤的质感来选择生物体接触层的厚度。
又,本发明的生物体电极也可与以往的生物体电极(例如,日本特开2004-033468号公报记载的生物体电极)同样,在生物体接触层上另外设置粘着膜来防止使用时生物体电极从生物体剥落。当另外设置粘着膜时,使用丙烯酸型、氨基甲酸酯型、聚硅氧型等粘着膜材料来形成粘着膜即可,尤其聚硅氧型因透氧性高从而在其贴附的状态下皮肤仍可呼吸,且其拨水性亦高从而汗水所导致的粘着性降低少,而且其对于皮肤的刺激性低,故较理想。另外,本发明的生物体电极可如上述通过在生物体电极组成物中添加粘着性赋予剂、或使用对生物体的粘着性良好的树脂来防止从生物体剥落,故并不一定要有上述另外设置的粘着膜。
针对将本发明的生物体电极制成穿戴式器件使用时的生物体电极与感测器件间的配线、其它构件,不特别限定,例如可使用日本特开2004-033468号公报记载者。
如上述,若为本发明的生物体电极,由于以上述本发明的生物体电极组成物的硬化物形成生物体接触层,故而为可将来自皮肤的电信号有效率地传送至器件(亦即,导电性优异),即便长期间装设于皮肤,也无引起过敏之虞(亦即,生物相容性优异),轻量,能以低成本制造,无论被水沾湿或干燥,导电性均不会大幅降低的生物体电极。又,通过添加导电性粉末,可使导电性更好,通过与具有粘着性及伸缩性的树脂组合,可制造特别高粘着力且伸缩性高的生物体电极。此外,可通过添加剂等来提升对于皮肤的伸缩性、粘着性,也可通过适当调节树脂的组成、生物体接触层的厚度来调整伸缩性、粘着性。是以,若为如此的本发明的生物体电极,作为医疗用穿戴式器件中使用的生物体电极特别理想。
<生物体电极的制造方法>
又,本发明提供一种生物体电极的制造方法,是具有导电性基材及形成于该导电性基材上的生物体接触层的生物体电极的制造方法,其特征为:于前述导电性基材上涂布上述本发明的生物体电极组成物并使其硬化,而形成前述生物体接触层。
此外,本发明的生物体电极的制造方法中使用的导电性基材等可和上述者相同。
于导电性基材上涂布生物体电极组成物的方法不特别限定,例如浸涂、喷涂、旋涂、辊涂、流涂、刮刀涂布、网版印刷、柔版印刷、凹版印刷、喷墨印刷等方法较理想。
树脂的硬化方法不特别限定,根据生物体电极组成物中使用的(A)、(B)成分适当选择即可,例如宜利用热及光中的任一者、或它们两者来使其硬化。又,在上述生物体电极组成物中添加有会产生酸、碱的催化剂,借此亦可使交联反应发生并使树脂硬化。
此外,加热时的温度不特别限定,根据生物体电极组成物中使用的(A)、(B)成分适当选择即可,例如宜为约50~250℃。
又,组合加热与照光时,可同时实施加热及照光,也可于照光后实施加热,也可于加热后实施照光。又,也可于涂膜后且在加热之前实施风干,以使溶剂蒸发。
于硬化后的膜表面沾上水滴、或喷上水蒸气、雾气的话,与皮肤的亲和性会提升,并能迅速地获得生物体信号。为了使水蒸气、雾气的水滴的尺寸细小,也可使用混有醇的水。也可使膜表面与含水的脱脂绵、布接触而将其沾湿。
沾湿硬化后的膜表面的水亦可含有盐。与水混合的水溶性盐选自钠盐、钾盐、钙盐、镁盐、甜菜碱。
前述水溶性盐,具体而言,可为选自氯化钠、氯化钾、氯化钙、氯化镁、糖精钠盐、乙酰磺胺酸钾、羧酸钠、羧酸钾、羧酸钙、磺酸钠、磺酸钾、磺酸钙、磷酸钠、磷酸钾、磷酸钙、磷酸镁、甜菜碱的盐。此外,前述水溶性盐不包括上述(A)成分及(C)成分。
更具体而言,除上述之外,还可列举乙酸钠、丙酸钠、三甲基乙酸钠、乙醇酸钠、丁酸钠、戊酸钠、己酸钠、庚酸钠、辛酸钠、壬酸钠、癸酸钠、十一酸钠、月桂酸钠、十三酸钠、肉豆蔻酸钠、十五酸钠、棕榈酸钠、十七酸钠、硬脂酸钠、苯甲酸钠、己二酸二钠、马来酸二钠、邻苯二甲酸二钠、2-羟基丁酸钠、3-羟基丁酸钠、2-氧代基丁酸钠、葡萄糖酸钠、甲烷磺酸钠、1-壬烷磺酸钠、1-癸烷磺酸钠、1-十二烷磺酸钠、1-十一烷磺酸钠、椰油酰氧乙基磺酸钠(sodium cocoyl isethionate)、月桂酰基甲基丙氨酸钠、椰油酰基甲基牛磺酸钠、椰油酰基谷氨酸钠、椰油酰基肌氨酸钠、月桂酰基甲基牛磺酸钠、月桂酰胺丙基甜菜碱、异丁酸钾、丙酸钾、三甲基乙酸钾、乙醇酸钾、葡萄糖酸钾、甲烷磺酸钾、硬脂酸钙、乙醇酸钙、葡萄糖酸钙、3-甲基-2-氧代基丁酸钙、甲烷磺酸钙。甜菜碱是分子内盐的总称,具体而言,是于氨基酸的氨基加成了3个甲基而成的化合物,更具体而言,可列举三甲基甘氨酸、肉碱、脯氨酸甜菜碱。
沾湿硬化后的膜表面的水可更含有碳数1~4的一元醇或多元醇,前述醇宜为选自乙醇、异丙醇、乙二醇、二乙二醇、三乙二醇、甘油、聚乙二醇、聚丙二醇、聚甘油、二甘油、或具有聚甘油结构的聚硅氧化合物者,前述具有聚甘油结构的聚硅氧化合物为上述通式(4)’、(5)’表示者更佳。
利用含水溶性盐的水溶液所为的前处理方法,可在硬化后的生物体电极膜上通过喷雾法、水滴分配法等来沾湿生物体电极膜。也可如桑拿般在高温高湿状态下进行沾湿。沾湿后为了防止干燥,也可于渗透层之上进一步叠层保护薄膜来覆盖。保护薄膜须在即将贴附于皮肤前剥下,故可涂布有剥离剂、或使用剥离性的特氟龙(注册商标)薄膜。以剥离薄膜覆盖后的干电极,为了长期间保存,宜以覆有铝等的袋子密封。为了防止在覆有铝的袋子中干燥,宜预先在其中封入水分。
在将本发明的生物体电极贴附于皮肤时,也可先将皮肤侧以水、醇等沾湿、或以含有水、醇等的布、脱脂绵擦拭皮肤。水、醇中也可含有前述盐。
如上述,若为本发明的生物体电极的制造方法,则能以低成本轻易地制造导电性及生物相容性优异,轻量,无论被水沾湿或干燥,导电性均不会大幅降低的本发明的生物体电极。
实施例
以下,利用实施例及比较例具体地说明本发明,但本发明不限于这些。此外,“Me”表示甲基,“Vi”表示乙烯基。
(离子性中间体聚合物)
用以获得掺合于生物体电极组成物溶液中作为离子性材料(导电性材料)的本发明的(A)成分即后述离子性聚合物复合聚硅氧的离子性中间体聚合物1~15,以如下方式合成。将各单体的30质量%环戊酮溶液加入至反应容器中并混合,将反应容器在氮气环境下冷却至-70℃,并重复3次减压脱气、吹氮。升温至室温后,加入相对于单体全体1摩尔为0.02摩尔的偶氮双异丁腈(AIBN)作为聚合起始剂,升温至60℃后,使其反应15小时。获得的聚合物的组成,是将溶剂干燥后通过1H-NMR确认的。又,获得的聚合物的分子量(Mw)及分散度(Mw/Mn),是通过使用了四氢呋喃(THF)作为溶剂的凝胶渗透层析(GPC)确认的。以此方式合成的具有烷氧基硅基的离子性中间体聚合物1~15如下所示。
离子性中间体聚合物1
Mw=14,600
Mw/Mn=1.81
[化118]
Figure BDA0003594493260001541
离子性中间体聚合物2
Mw=16,600
Mw/Mn=1.65
[化119]
Figure BDA0003594493260001551
离子性中间体聚合物3
Mw=15,400
Mw/Mn=1.81
[化120]
Figure BDA0003594493260001552
离子性中间体聚合物4
Mw=16,500
Mw/Mn=1.79
[化121]
Figure BDA0003594493260001561
式中的重复数表示平均值。
离子性中间体聚合物5
Mw=20,100
Mw/Mn=1.78
[化122]
Figure BDA0003594493260001562
离子性中间体聚合物6
Mw=27,400
Mw/Mn=1.91
[化123]
Figure BDA0003594493260001571
离子性中间体聚合物7
Mw=42,100
Mw/Mn=2.11
[化124]
Figure BDA0003594493260001572
式中的重复数表示平均值。
离子性中间体聚合物8
Mw=17,100
Mw/Mn=1.88
[化125]
Figure BDA0003594493260001581
式中的重复数表示平均值。
离子性中间体聚合物9
Mw=15,500
Mw/Mn=1.87
[化126]
Figure BDA0003594493260001582
式中的重复数表示平均值。
离子性中间体聚合物10
Mw=21,500
Mw/Mn=1.70
[化127]
Figure BDA0003594493260001591
离子性中间体聚合物11
Mw=16,500
Mw/Mn=1.96
[化128]
Figure BDA0003594493260001592
离子性中间体聚合物12
Mw=21,500
Mw/Mn=1.75
[化129]
Figure BDA0003594493260001601
离子性中间体聚合物13
Mw=13,100
Mw/Mn=1.55
[化130]
Figure BDA0003594493260001602
式中的重复数表示平均值。
离子性中间体聚合物14
Mw=17,500
Mw/Mn=1.83
[化131]
Figure BDA0003594493260001611
式中的重复数表示平均值。
离子性中间体聚合物15
Mw=19,600
Mw/Mn=1.87
[化132]
Figure BDA0003594493260001612
式中的重复数表示平均值。
掺配离子性聚合物1、比较例用的比较离子性中间体聚合物1、及比较离子性聚合物复合聚硅氧2-1如下所示。
掺配离子性聚合物1
Mw=39,100
Mw/Mn=1.91
[化133]
Figure BDA0003594493260001621
式中的重复数表示平均值。
比较离子性中间体聚合物1
Mw=26,900
Mw/Mn=1.99
[化134]
Figure BDA0003594493260001622
比较离子性聚合物复合聚硅氧2-1
Mw=22,300
Mw/Mn=1.98
[化135]
Figure BDA0003594493260001631
(离子性聚合物复合聚硅氧)
在0.5L的玻璃烧瓶中,对于前述通过聚合而获得的离子性中间体聚合物1的环戊酮溶液100g加入纯水10g、硝酸0.1g,于40℃搅拌8小时后,加入环戊酮30g,于减压下进行浓缩、脱水并同时进行脱硝酸,得到含有30质量%的离子性聚合物复合聚硅氧1-1的环戊酮溶液。
离子性聚合物复合聚硅氧1-1
Mw=23,600
Mw/Mn=2.35
[化136]
Figure BDA0003594493260001641
以同样的方法合成离子性聚合物复合聚硅氧2-1~离子性聚合物复合聚硅氧15-1、比较离子性聚合物复合聚硅氧1-1。离子性聚合物复合聚硅氧8-2是进行了与乙烯基三甲氧基硅烷的共缩合而得的,离子性聚合物复合聚硅氧8-3是进行了与烯丙基三甲氧基硅烷的共缩合而得的,离子性聚合物复合聚硅氧13-1是进行了与四甲氧基硅烷的共缩合而得的,离子性聚合物复合聚硅氧13-2~15~1是分别进行了与具有氰基、硝基、氟磺酸的钾盐、氟磺酰亚胺的钠盐、N-羰基氟磺酰胺的钾盐的三甲氧基硅烷的共缩合而得的。
离子性聚合物复合聚硅氧2-1
Mw=39,100
Mw/Mn=3.12
[化137]
Figure BDA0003594493260001642
离子性聚合物复合聚硅氧3-1
Mw=23,400
Mw/Mn=2.61
[化138]
Figure BDA0003594493260001651
离子性聚合物复合聚硅氧4-1
Mw=21,500
Mw/Mn=2.23
[化139]
Figure BDA0003594493260001652
式中的重复数表示平均值。
离子性聚合物复合聚硅氧5-1
Mw=33,100
Mw/Mn=2.68
[化140]
Figure BDA0003594493260001661
离子性聚合物复合聚硅氧6-1
Mw=35,100
Mw/Mn=2.88
[化141]
Figure BDA0003594493260001662
离子性聚合物复合聚硅氧7-1
Mw=57,900
Mw/Mn=3.93
[化142]
Figure BDA0003594493260001671
式中的重复数表示平均值。
离子性聚合物复合聚硅氧8-1
Mw=32,100
Mw/Mn=3.11
[化143]
Figure BDA0003594493260001672
式中的重复数表示平均值。
离子性聚合物复合聚硅氧8-2
Mw=35,100
Mw/Mn=3.31
[化144]
Figure BDA0003594493260001681
式中的重复数表示平均值。
离子性聚合物复合聚硅氧8-3
Mw=35,800
Mw/Mn=3.38
[化145]
Figure BDA0003594493260001682
式中的重复数表示平均值。
离子性聚合物复合聚硅氧9-1
Mw=37,500
Mw/Mn=3.13
[化146]
Figure BDA0003594493260001691
离子性聚合物复合聚硅氧10-1
Mw=25,600
Mw/Mn=2.88
[化147]
Figure BDA0003594493260001692
离子性聚合物复合聚硅氧11-1
Mw=23,500
Mw/Mn=2.46
[化148]
Figure BDA0003594493260001693
离子性聚合物复合聚硅氧12-1
Mw=32,500
Mw/Mn=2.75
[化149]
Figure BDA0003594493260001701
离子性聚合物复合聚硅氧13-1
Mw=35,100
Mw/Mn=3.35
[化150]
Figure BDA0003594493260001702
离子性聚合物复合聚硅氧13-2
Mw=38,100
Mw/Mn=3.77
[化151]
Figure BDA0003594493260001711
式中的重复数表示平均值。
离子性聚合物复合聚硅氧13-3
Mw=35,700
Mw/Mn=3.66
[化152]
Figure BDA0003594493260001712
式中的重复数表示平均值。
离子性聚合物复合聚硅氧13-4
Mw=36,100
Mw/Mn=3.95
[化153]
Figure BDA0003594493260001721
式中的重复数表示平均值。
离子性聚合物复合聚硅氧13-5
Mw=38,400
Mw/Mn=3.69
[化154]
Figure BDA0003594493260001722
式中的重复数表示平均值。
离子性聚合物复合聚硅氧13-6
Mw=38,800
Mw/Mn=3.94
[化155]
Figure BDA0003594493260001731
式中的重复数表示平均值。
离子性聚合物复合聚硅氧13-7
Mw=36,300
Mw/Mn=3.96
[化156]
Figure BDA0003594493260001732
式中的重复数表示平均值。
离子性聚合物复合聚硅氧13-8
Mw=33,600
Mw/Mn=4.22
[化157]
Figure BDA0003594493260001741
式中的重复数表示平均值。
离子性聚合物复合聚硅氧14-1
Mw=31,700
Mw/Mn=3.64
[化158]
Figure BDA0003594493260001742
式中的重复数表示平均值。
离子性聚合物复合聚硅氧15-1
Mw=36,800
Mw/Mn=4.13
[化159]
Figure BDA0003594493260001751
式中的重复数表示平均值。
比较离子性聚合物复合聚硅氧1-1
Mw=46,000
Mw/Mn=3.02
[化160]
Figure BDA0003594493260001752
掺合于生物体电极组成物溶液中作为聚硅氧系树脂的硅氧烷化合物1~4如下所示。
(硅氧烷化合物1)
令制成30%甲苯溶液时的粘度为27,000mPa·s,烯基含量为0.007摩尔/100g,且分子链末端经SiMe2Vi基封端的含乙烯基的聚二甲基硅氧烷为硅氧烷化合物1。
(硅氧烷化合物2)
令由Me3SiO0.5单元及SiO2单元构成的MQ树脂的聚硅氧烷(Me3SiO0.5单元/SiO2单元=0.8)的60%甲苯溶液为硅氧烷化合物2。
(硅氧烷化合物3)
令将制成30%甲苯溶液时的粘度为42,000mPa·s,烯基含量为0.007摩尔/100g,且分子链末端经OH封端的含乙烯基的聚二甲基硅氧烷40质量份、由Me3SiO0.5单元及SiO2单元构成的MQ树脂的聚硅氧烷(Me3SiO0.5单元/SiO2单元=0.8)的60%甲苯溶液100质量份、及甲苯26.7质量份所构成的溶液边干馏边加热4小时后予以冷却,而使聚二甲基硅氧烷键结于MQ树脂而得者为硅氧烷化合物3。
(硅氧烷化合物4)
使用信越化学工业制KF-99作为甲基氢硅油。
掺合于生物体电极组成物溶液中的聚硅氧悬吊氨基甲酸酯(甲基)丙烯酸酯1如下所示。
[化161]
Figure BDA0003594493260001761
式中的重复数表示平均值。
掺合于生物体电极组成物溶液中作为丙烯酸系树脂的丙烯酸系聚合物1如下所示。
丙烯酸系聚合物1
Mw=127,000
Mw/Mn=2.28
[化162]
Figure BDA0003594493260001771
式中的重复数表示平均值。
聚甘油聚硅氧化合物1如下所示。
[化163]
Figure BDA0003594493260001772
掺合于生物体电极组成物溶液中的有机溶剂如下所示。
EDE:二乙二醇二乙醚
ISOPAR G:异烷烃系溶剂标准石油制
ISOPAR M:异烷烃系溶剂标准石油制
掺合于生物体电极组成物溶液中作为添加剂的钛酸锂粉、自由基产生剂、铂催化剂、导电性改善剂(炭黑、纳米碳管、石墨、金属粉)如下所示。
钛酸锂粉、尖晶石:Sigma-Aldrich公司制尺寸200nm以下
自由基产生剂:BASF公司制Irgacure TPO
铂催化剂:信越化学工业制CAT-PL-50T
炭黑:Denka公司制Denka Black Li-400
多层纳米碳管:Sigma-Aldrich公司制直径110~170nm、长度5~9μm
石墨:Sigma-Aldrich公司制直径20μm以下
金属粉银粉:Sigma-Aldrich公司制银薄片直径10μm
[实施例1~26、比较例1~3]
按表1~3记载的组成将离子性聚合物复合聚硅氧、树脂、离子性聚合物、有机溶剂、及添加剂(自由基产生剂、铂催化剂、导电性改善剂等)进行掺配,制备成生物体电极组成物溶液(生物体电极组成物溶液1~26、比较生物体电极组成物溶液1~3)。
[表1]
Figure BDA0003594493260001791
[表2]
Figure BDA0003594493260001801
[表3]
Figure BDA0003594493260001811
(粘着性评价)
使用涂抹器将生物体电极组成物溶液1~15、17~26及比较生物体电极组成物溶液1~3涂布于厚度100μm的PEN(聚萘二甲酸乙二醇酯)基板上,于室温风干30分钟后,使用烘箱在氮气环境下于120℃烘烤10分钟来使其硬化,制作成粘着薄膜。针对生物体电极组成物溶液16,于涂布、风干、烘烤后,在氮气环境下以1,000W的氙灯照射500mJ/cm2的光而使组成物涂布膜硬化,制作成粘着薄膜。
从此粘着薄膜切出25mm宽的贴带,使其压接于不锈钢版(SUS304),并于室温放置20小时后,使用拉伸试验机并测定以角度180度、300mm/分钟的速度将贴带从不锈钢版剥离时所需的力(N/25mm)。结果示于表4。
(生物体电极的制作)
如图3所示,在百美贴(Bemis)公司的热塑性氨基甲酸酯(TPU)薄膜20的ST-604上,通过网版印刷涂布藤仓化成制的导电糊剂DOTITE FA-333,于120℃在烘箱中烘烤10分钟,印刷出圆的直径为2cm的锁孔状导电图案2。重叠于其上的圆形部分,以网版印刷涂布表1~3记载的生物体电极组成物溶液,于室温风干10分钟后,使用烘箱于125℃烘烤10分钟使溶剂蒸发并使其硬化,形成生物体接触层3,制成生物体电极1。另外,针对实施例16,在氮气环境下以200mJ/cm2照射氙灯来使其硬化。然后如图4所示,切出印刷有生物体电极1的热塑性氨基甲酸酯薄膜20,贴附双面贴带21,每1个组成物溶液制作了3个生物体电极样品10。
(生物体接触层的厚度测定)
对于上述制得的生物体电极,使用测微计测定其生物体接触层的厚度。结果示于表4。
(生物体信号的测定)
将生物体电极的利用导电糊剂形成的导电配线图案与OMRON HEALTHCARE(股)制可携式心电计HCG-901以导电线连接,将心电计的正电极贴附于图5中的人体的LA位置,将负电极贴附于LL位置,将接地贴附于RA位置。贴附后立即开始心电图的测定,测量直到图6所示的由P、Q、R、S、T波构成的心电图波形(ECG信号)出现为止的时间。结果示于表4。
[表4]
Figure BDA0003594493260001831
如表4所示,使用掺合有离子性聚合物与T单元聚硅氧的复合体的本发明的生物体电极组成物形成了生物体接触层的实施例1~26,粘着性优异,且贴附于身体后能于短时间获得生物体信号。另一方面,如比较例2未含有特定结构的离子成分的情况,则无法获得生物体信号。又如比较例1仅添加了掺配离子性聚合物的情况、如比较例3添加了是与笼型的T单元的聚硅氧的复合体的离子性聚合物的情况,低粘着且从贴附于皮肤到生物体信号显现为止的时间长。
此外,本发明不限于上述实施形态。上述实施形态为例示的,和本发明的权利要求书记载的技术思想有实质上相同构成且发挥同样作用效果者皆包括在本发明的技术范围内。
附图标记说明
1:生物体电极
2:导电性基材(导电图案)
3:生物体接触层
4:导电粉末
5:离子性聚合物与具有T单元及Q单元的聚硅氧的复合体
6:粘着性树脂
7:生物体
10:生物体电极样品
20:热塑性氨基甲酸酯薄膜
21:双面贴带
LA:正电极的贴附位置
LL:负电极的贴附位置
RA:接地的贴附位置

Claims (21)

1.一种生物体电极组成物,其特征为:
含有(A)聚硅氧,该(A)聚硅氧键结于离子性聚合物且具有含有下列通式(T1)表示的T单元的结构,但该结构不包括笼型结构;
(R0SiO3/2) (T1)
式中,R0为与该离子性聚合物的连接基团;且
该离子性聚合物为含有具有选自氟磺酸、氟磺酰亚胺、及N-羰基氟磺酰胺中任一者的铵盐、锂盐、钠盐、钾盐、银盐的结构的重复单元的聚合物。
2.根据权利要求1所述的生物体电极组成物,其中,该具有选自氟磺酸、氟磺酰亚胺、及N-羰基氟磺酰胺中任一者的铵盐、锂盐、钠盐、钾盐、银盐的结构的重复单元具有下列通式(1)-1至(1)-4中任一者表示的结构;
Figure FDA0003594493250000021
式中,Rf1及Rf2为氢原子、氟原子、氧原子、甲基、或三氟甲基,当Rf1及Rf2为氧原子时,Rf1及Rf2为键结于1个碳原子而形成羰基的1个氧原子,Rf3及Rf4为氢原子、氟原子、或三氟甲基,Rf1~Rf4中的1个以上为氟原子或三氟甲基;Rf5、Rf6、Rf7为氟原子、碳数1~4的直链状、分支状的烷基,且至少具有1个以上的氟原子;m为1~4的整数;M+为选自铵离子、锂离子、钠离子、钾离子、银离子的离子。
3.根据权利要求1或2所述的生物体电极组成物,其中,该具有选自氟磺酸、氟磺酰亚胺、及N-羰基氟磺酰胺中任一者的铵盐、锂盐、钠盐、钾盐、银盐的结构的重复单元为选自下列通式(2)的重复单元(2-1)~(2-7)中的1种以上;
Figure FDA0003594493250000031
式中,R1、R3、R5、R8、R10、R11及R13各自独立地为氢原子或甲基,R2、R4、R6、R9、R12及R14各自独立地为单键、或也可具有酯基或醚基中的任一者或它们两者的碳数1~13的直链状、分支状、环状的烃基中的任一者;R7为碳数1~4的直链状、分支状的亚烷基,R7中的氢原子之中也可有1个或2个被氟原子取代;X1、X2、X3、X4、X6、及X7各自独立地为单键、亚苯基、亚萘基、醚基、酯基、酰胺基中的任一者,X5为单键、醚基、酯基中的任一者;Y为氧原子、-NR19-基,R19为氢原子、碳数1~4的直链状、分支状的烷基,且也可与R4键结并形成环;m为1~4的整数;a1、a2、a3、a4、a5、a6及a7为0≤a1≤1.0、0≤a2≤1.0、0≤a3≤1.0、0≤a4≤1.0、0≤a5≤1.0、0≤a6≤1.0、0≤a7≤1.0,且0<a1+a2+a3+a4+a5+a6+a7≤1.0;M+为选自铵离子、锂离子、钠离子、钾离子、银离子的离子;Rf5、Rf6、Rf7为氟原子、碳数1~4的直链状、分支状的烷基,且至少具有1个以上的氟原子。
4.根据权利要求3所述的生物体电极组成物,其中,该(A)成分是离子性中间体聚合物的缩合反应产物,该离子性中间体聚合物除了含有该通式(2)的重复单元之外,还共聚合有下列通式(3)的具有烷氧基硅基的重复单元;
Figure FDA0003594493250000041
式中,R20为氢原子或甲基,X8为单键、亚苯基、亚萘基、醚基、酯基、酰胺基中的任一者,R21为单键、碳数1~10的直链状、分支状、环状的亚烷基、亚苯基,且也可含有氧原子、氮原子;R22为相同或不相同的碳数1~4的烷基;b1为0<b1<1.0。
5.根据权利要求4所述的生物体电极组成物,其中,该缩合反应产物具有下列通式(4)的重复单元;
Figure FDA0003594493250000051
式中,R20、X8、R21、及b1同前述。
6.根据权利要求1或2所述的生物体电极组成物,其中,该(A)成分含有下列通式(5)表示的铵离子作为构成该铵盐的铵离子;
Figure FDA0003594493250000052
式中,R101d、R101e、R101f、R101g各自为氢原子、碳数1~13的直链状、分支状、或环状的烷基、碳数2~12的直链状、分支状、或环状的烯基或炔基、或碳数4~20的芳香族基,且也可具有选自醚基、羰基、酯基、羟基、氨基、硝基、磺酰基、亚磺酰基、卤素原子、及硫原子中的1种以上;R101d与R101e、R101d与R101e与R101f也可和它们所键结的氮原子一起形成环,当形成环时,R101d与R101e及R101d与R101e与R101f为碳数3~10的亚烷基、或形成在环中含有式中的氮原子的芳香族杂环。
7.根据权利要求1或2所述的生物体电极组成物,其更含有作为(B)成分的粘着性树脂。
8.根据权利要求7所述的生物体电极组成物,其中,该(B)成分为选自聚硅氧树脂、(甲基)丙烯酸酯树脂、氨基甲酸酯树脂中的1种以上。
9.根据权利要求7所述的生物体电极组成物,其中,该(B)成分含有具有烯基的二有机硅氧烷、及具有SiH基的有机氢聚硅氧烷。
10.根据权利要求9所述的生物体电极组成物,其中,该(B)成分更含有具有RxSiO(4-x)/2单元及SiO2单元的聚硅氧树脂;R为碳数1~10的经取代或未经取代的一价烃基,x为2.5~3.5的范围。
11.根据权利要求1或2所述的生物体电极组成物,其更含有具有离子性重复单元的高分子化合物作为(C)成分。
12.根据权利要求11所述的生物体电极组成物,其中,该(C)成分的该离子性重复单元含有下列通式(2)的具有选自氟磺酸、氟磺酰亚胺、及N-羰基氟磺酰胺中任一者的铵盐、锂盐、钠盐、钾盐、及银盐中的结构的重复单元;
Figure FDA0003594493250000061
式中,R1、R3、R5、R8、R10、R11及R13各自独立地为氢原子或甲基,R2、R4、R6、R9、R12及R14各自独立地为单键、或也可具有酯基或醚基中的任一者或它们两者的碳数1~13的直链状、分支状、环状的烃基中的任一者;R7为碳数1~4的直链状、分支状的亚烷基,R7中的氢原子之中也可有1个或2个被氟原子取代;X1、X2、X3、X4、X6、及X7各自独立地为单键、亚苯基、亚萘基、醚基、酯基、酰胺基中的任一者,X5为单键、醚基、酯基中的任一者;Y为氧原子、-NR19-基,R19为氢原子、碳数1~4的直链状、分支状的烷基,且也可与R4键结并形成环;m为1~4的整数;a1、a2、a3、a4、a5、a6及a7为0≤a1≤1.0、0≤a2≤1.0、0≤a3≤1.0、0≤a4≤1.0、0≤a5≤1.0、0≤a6≤1.0、0≤a7≤1.0,且0<a1+a2+a3+a4+a5+a6+a7≤1.0;M+为选自铵离子、锂离子、钠离子、钾离子、银离子的离子;Rf5、Rf6、Rf7为氟原子、碳数1~4的直链状、分支状的烷基,且至少具有1个以上的氟原子。
13.根据权利要求1或2所述的生物体电极组成物,其更含有碳粉及/或金属粉作为(D)成分。
14.根据权利要求13所述的生物体电极组成物,其中,该碳粉为炭黑及纳米碳管中的任一者或两者。
15.根据权利要求13所述的生物体电极组成物,其中,该金属粉为选自金、银、铂、铜、锡、钛、镍、铝、钨、钼、钌、铬、铟中的金属粉。
16.根据权利要求15所述的生物体电极组成物,其中,该金属粉为银粉。
17.根据权利要求1或2所述的生物体电极组成物,其更含有有机溶剂作为(E)成分。
18.一种生物体电极,具有导电性基材及形成于该导电性基材上的生物体接触层,其特征为:
该生物体接触层是根据权利要求1至17中任一项所述的生物体电极组成物的硬化物。
19.根据权利要求18所述的生物体电极,其中,该导电性基材含有选自金、银、氯化银、铂、铝、镁、锡、钨、铁、铜、镍、不锈钢、铬、钛、碳、及导电性聚合物中的1种以上。
20.一种生物体电极的制造方法,是具有导电性基材及形成于该导电性基材上的生物体接触层的生物体电极的制造方法,其特征为:
于该导电性基材上涂布根据权利要求1至17中任一项所述的生物体电极组成物并使其硬化,而形成该生物体接触层。
21.根据权利要求20的生物体电极的制造方法,其中,就该导电性基材而言,使用含有选自金、银、氯化银、铂、铝、镁、锡、钨、铁、铜、镍、不锈钢、铬、钛、碳、及导电性聚合物中的1种以上者。
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