用于在电容耦合生物医学电极中提供过充电保护的系统和方法技术方案

披露了一种交变电场响应生物医学复合物，它提供通过复合物的电容性耦合。该生物医学复合物包括粘结剂材料、大量散布在粘结剂材料中的极性材料以及在粘结剂材料中的导电微粒。极性材料对交变电场的存在性产生响应，并且导电微粒不具有充分的浓度以形成通过复合物的导电网络，除非和直到复合物变得过充电。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】用于在电容耦合生物医学电极中提供过充电保护的系统和方法优先权本申请要求2011年10月13日提交的S/N13/272,545的美国专利申请的优先权，该优先权文件全篇地援引包含于此。专利技术背景本专利技术总地涉及导电和非导电材料，这些材料结合在该材料的一侧提供对在该材料另一侧上的电场起反应的电场来使用以用于生物医学应用。对于生物医学场合的导电压敏粘合剂(PSA)的设计已很长时间地存在挑战，至少因为粘合剂强度和柔性大致随着增加的导电性而减小。典型地被使用(例如添加)以提供良好导电性的材料一般是较低柔性的和抑制粘附的。一种制备导电涂层的传统方式是用诸如石墨、银、铜之类的导电微粒填充聚合材料，然后涂覆、晒干和固化聚合物粘结剂(binder)。在这些情形下，导电微粒处于如此这般浓度下：即当微粒各自与至少一种其它的相邻微粒物理接触时形成有导电网络。如此，导电路径是通过复合物提供的。然而，对于压敏粘合剂(PSA)来说，如果微粒浓度高得足以形成其中微粒-微粒接触得以维持的网络，则PSA组分的聚合物(例如弹性体)几乎没有机会以高得足以流出从而在衬底和电机之间形成表面-表面接触(即起到粘合剂的作用)的浓度出现。相反，如果PSA组分具有充分的浓度以对衬底作出充分的表面接触，则会截断相邻的导电微粒以使微粒-微粒接触受到中断。另一类型的导电PSA包括导电的球形微粒，其直径等于或大于PSA的厚度。以此方式，可沿微粒的表面携带信号或电流，由此提供沿粘合剂的z维度各向异性地流动的电流。这种复合物在现有技术中尚未表明可用作生物医学粘合剂。诸如氯化钠或氯化钾之类的盐当处于水介质中时容易溶解，并且它们的离子分裂(分离成正离子和负离子)。分裂的离子可在随后传递电流或信号。因为这个原因，很久以来将盐添加至水，然后将其添加至聚合和弹性材料，以提供良好的导电性。例如，美国专利No.6,121,508披露了一种用于生物医学电极的压敏粘合剂水溶胶。该凝胶材料被披露为至少包括水、氯化钾和聚乙二醇，并被披露为导电的。美国专利No.5,800,685也披露了一种导电粘合剂水凝胶，该导电粘合剂水凝胶包括水、盐、引发剂或催化剂以及交联剂。然而，这些水凝胶的使用一般也需要使用水凝胶一侧(离开患者)的导电表面，该导电表面能够接受离子导电电荷，例如相对昂贵的银/氯化银。尽管这些水凝胶/粘合剂可能具有良好的导电特性，但是它们经常仅具有一般的粘合特性。另一负面因素是导电性随着改变含水量(例如由汽化造成的改变)而改变，这要求在使用前将水凝胶保持在密封环境中，并且由于汽化只能在随后使用有限的时间段。美国专利No.7,651,638披露了一种对水不敏感的交流电响应复合物，该复合物包括聚合材料和大量散布在聚合材料中的极性材料(例如盐)。然而，这种极性材料不用来提供经由离子传导的导电性。选择聚合材料和极性材料，以使这两种材料各自表现出相互吸引，这种相互吸引基本与各材料中的吸引相同。因此，极性材料既不凝结到一起也不大量出现在聚合材料的表面，而是保持悬浮在聚合材料中。这与其它应用中旨在大量出现在表面的这些盐的使用(以提供沿一表面的导电层，例如用于静电放电)相反。然而，美国专利No.7,651,638的复合物保持介电并具有高电阻，并且因此由于材料的高电阻不适用于某些应用，例如向人类主体提供电刺激(去纤颤和/或经皮电神经刺激等)。这种类型的信号检测粘合剂也不能以按照AAMIEC12-2000–4.2.2.4的足够及时的方式消散电荷过载，AAMIEC12-2000–4.2.2.4针对去纤颤过载恢复(DOR)。这些材料因此不适合用作监视电极，在将去纤颤电荷施加于患者之后可能需要通过该监视电极来检测信号。对于AAMIEC12-2000–4.2.2.4无法合格是由于这些电容耦合粘合剂的高电阻。因此，仍然需要一种用于在生物医学电极中至少通过PSA的z维度传导表征信号和/或电流的复合物以使导电微粒的使用可被最小化，同时保留粘合剂的特性以便可维持良好的电气性能和良好的粘合剂性质这两者。专利技术概要本专利技术根据一实施例提供一种用于生物医学电极的交变电场响应性复合物，该电极提供通过该复合物的电容性耦合。复合物包括粘结剂材料、大量散布在粘结剂材料中的极性材料以及在粘结剂材料中的导电微粒。该极性材料响应于交变电场的存在性，并且导电微粒不具有足够的浓度以形成通过该复合物的导电网络，但仍然在例如去纤颤过程的事件中提供过充电保护。根据一个实施例，过充电保护是通过使导电微粒经由电泳迁移以形成通过复合物的导电路径来提供的。根据另一实施例，粘结剂和极性材料表现出相互的分子相容性，并且导电微粒在粘结剂材料中仍然基本彼此隔离。根据又一实施例，导电微粒可以是以粉末、碎片颗粒、纳米管等形式的碳或石墨。根据又一实施例，本专利技术提供一种方法，该方法使用电泳提供生物医学电极中的过充电保护。附图简述通过参阅附图将进一步理解下面的描述，在附图中：图1示出在电泳前根据本专利技术一实施例的复合物的解说性示意图；图2示出存在上升的生物医学电场(Vbio+)时图1的复合物的解说性示意图；图3示出存在下落的生物医学电场(Vbio-)时图1的复合物的解说性示意图；图4示出存在过充电电场(Vovercharge(V过充电))时图1的复合物的解说性示意图；图5A-5C示出在施加表现出电泳活动的直流(DC)过充电电场之后的连续瞬间图1的复合物的解说性示意图；图6A-6B示出在施加表现出电泳活动的交流(AC)过充电电场之后的连续瞬间图1的复合物的解说性示意图；图7示出在共同过充电区域上施加过充电电场之后本专利技术的复合物的解说性示意图；图8示出本专利技术的复合物的宽区域的解说性示意图，其表明可形成本专利技术的复合物的选择性各向异性性质，由此提供多个不连续的过充电区域。图9示出根据本专利技术又一实施例的复合物的解说性示意图；图10A和图10B示出传统各向异性测量设备中的生物医学传感器输出日期连同根据本专利技术的实施例的复合物的解说性图解；图11和图12示出在不同放大倍数下本专利技术的复合物的解说性显微镜图；图13-16示出根据本专利技术各实施例的生物医学电极的解说性示意图；以及图17-18示出在电泳之前和之后采用碳纳米管的本专利技术的又一实施例的复合物的解说性示意图。附图仅为解说目的给出并且不按照比例绘制。详细描述申请人已发现尽管美国专利No.7,651,638的复合物被披露为通过电容性耦合起作用，然而可将导电微粒加至这些复合物以得到令人惊讶的结果；尽管它们不以形成导电网络的量被添加，然而当复合物暴露于例如AAMIEC12-2000–4.2.2.2.4中使用的200伏DC之类的过充电电压时导电复合物经受电泳。如果在受监视的患者身上进行去纤颤过程，这种过电压充电将发生。无法以足够及时的方式使来自电极的电荷消散以使电极能够再次拾取ECG信号可能由于缺少ECG信号而可能导致额外的去纤颤过程。此外，从电极至患者的电容性放电可能造成灼伤患者皮肤。然而已发现，当存在过充电电压时，导电微粒在粘结剂内迁移以形成通过复合物的独立导电路径，由此使通过复合物的电阻率显著地下降。这种功能提供对生物医学电极的过充电保护。该电阻可通过AAMIEC12-2000–4.2.2.1(AC电阻)中描述的方法测得，该方法提供对任何单本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种交变电场响应性生物医学复合物，提供通过所述复合物的电容性耦合，所述生物医学复合物包括粘结剂材料、大量散布在所述粘结剂材料中的极性材料以及在所述粘结剂材料中的导电微粒，其中所述极性材料对交变电场的存在性作出响应，并且其中所述导电微粒不具有足够的浓度以形成通过所述复合物的导电网络。

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】2011.10.13 US 13/272,5451.一种交变电场响应性生物医学复合物，提供通过所述复合物的电容性耦合，所述生物医学复合物包括粘结剂材料、散布在所述粘结剂材料中的极性材料以及在所述粘结剂材料中的导电微粒，其中所述极性材料对交变电场的存在性作出响应，并且其中所述导电微粒不具有足以形成通过所述复合物的导电网络的浓度。2.如权利要求1所述的复合物，其特征在于，所述粘结剂材料包括聚合材料。3.如权利要求1所述的复合物，其特征在于，所述导电微粒包括碳粉、碳碎片、碳颗粒或碳纳米管。4.如权利要求3所述的复合物，其特征在于，所述碳是石墨形式的。5.如权利要求1所述的复合物，其特征在于，所述导电微粒具有在0.35g/cm3与1.20g/cm3范围内的密度。6.如权利要求1所述的复合物，其特征在于，所述导电微粒具有在0.5g/cm3与1.0g/cm3范围内的密度。7.如权利要求1所述的复合物，其特征在于，所述导电微粒的表面能高于所述粘结剂材料的表面能。8.如权利要求1所述的复合物，其特征在于，所述导电微粒随机地分布在所述复合物中。9.如权利要求1所述的复合物，其特征在于，所述导电微粒以有序排列提供在所述复合物中。10.如权利要求1所述的复合物，其特征在于，所述复合物包括由碳形成的导电层。11.如权利要求1所述的复合物，其特征在于，所述复合物包括不具有银/氯化银的导电层。12.如权利要求1所...

【专利技术属性】
技术研发人员：K·伯纳姆，R·斯科弗，S·托马斯，
申请(专利权)人：弗莱康股份有限公司，
类型：发明
国别省市：美国;US