电极
阅读说明：本技术 电极 (Electrode for electrochemical cell ) 是由 T·库萨 于 2020-04-02 设计创作，主要内容包括：本发明涉及用于施加在人体皮肤上的电极,该电极包括不导电的载体(1),在载体(1)的背向皮肤的上侧上设有突出的导电的连接元件(2),该连接元件包括用于可松脱地连接信号导体的连接点(2a),设有至少部分地设置在载体(1)的相对置的下侧上的导体(3),该导体与连接元件(2)以及与朝向皮肤的接触介质(4)电气连接,导体(3)和接触介质(4)在载体(1)的下侧上设置在连接元件(2)的连接点(2a)之下,优选在中心延伸通过连接元件(2)的、载体(1)上的虚拟法线同样优选在中心延伸通过导体(3)或在导体(3)中的凹槽(8)和接触介质(4)或在接触介质(4)中的凹槽,导体(3)在其表面上、优选在朝向皮肤的表面上至少局部地具有银/氯化银或锌/氯化锌或其他例如适用于对电极进行去极化的氧化还原对,连接元件(2)具有至少一个伸过载体(1)的突出部(2b),该突出部在其端部上具有扩大区域(BZ)；导体(3)至少部分地设置在扩大区域(BZ)与载体(1)之间。(The invention relates to an electrode for application to the skin of a human body, comprising a non-conductive carrier (1), on the upper side of the carrier (1) facing away from the skin, a projecting, electrically conductive connecting element (2) is provided, which comprises connecting points (2a) for the releasable connection of signal conductors, a conductor (3) which is arranged at least partially on the opposite lower side of the carrier (1) and is electrically connected to the connecting element (2) and to a contact medium (4) facing the skin, the conductor (3) and the contact medium (4) being arranged on the lower side of the carrier (1) below the connecting point (2a) of the connecting element (2), preferably a virtual normal line on the carrier (1) running centrally through the connecting element (2), preferably also running centrally through the conductor (3) or a recess (8) in the conductor (3) and the contact medium (4) or a recess in the contact medium (4), the conductor (3) has silver/silver chloride or zinc/zinc chloride or another redox couple suitable for depolarizing the electrode, for example, at least in places on its surface, preferably on the surface facing the skin, the connecting element (2) having at least one projection (2b) which projects beyond the carrier (1) and has an enlarged region (BZ) at its end; the conductor (3) is at least partially arranged between the enlarged region (BZ) and the carrier (1).)
技术领域
本发明涉及一种根据权利要求1的前序部分所述的电极。此外，本发明涉及一种用于制造电极的方法。
背景技术
这样的医学皮肤电极可以用作测量电极，其由人体导出电信号。但是，这样的医学皮肤电极也可以用作治疗电极，以便将电流供给人体。出于该目的，电极被粘接到皮肤上且在其下侧上一般具有导电凝胶或其他电气接触介质，其与电极的连接元件电接触。在该连接元件上可以连接电气信号导体，通过该信号导体可以从电极导出电流或者将电流供给电极。
一种类型的电极在背向皮肤的上侧上具有突出的导电的连接元件，其包括大多基本上球头形的连接点，颈部连接到该连接点上。
在这种类型的电极的过去的构造中，连接元件两件式地构成。上部分(上按钮、螺柱(Stud))用作用于商用标准信号导体、例如心电图(EKG)线路的接触和锚定元件。基本上在载体之下、亦即在朝向皮肤的那侧上是下按钮(孔眼(Eyelet))，其用于直接由凝胶(接触介质)接收电位或用于将电位转移给凝胶。在此，Eyelet与Stud不仅电气连接而且机械连接，更确切而言一般通过这两个部分的铆接连接，使得在Stud的法兰式在侧面突出的保持区域与Eyelet的也是这样的保持区域之间固定地夹紧电极的载体材料。这样的构造一方面提供连接元件在电极的载体上良好的机械保持且另一方面允许由具有对于信号电极电气有利的特性的材料制造Eyelet，例如为此可以以银进行涂层，银层又整面地或至少在与凝胶接触的子区域中以由银/氯化银(Ag/AgCl)制成的层覆盖。
然而，根据现有技术的电极是昂贵的，在这样的大批量产品中微小的差价就会产生重大影响。
此外，在根据现有技术的电极中，由例如银/氯化银(Ag/AgCl)制成的层整面地与接触介质接触。这导致：从一开始(接触介质与银/氯化银层最初接触)银/氯化银层就被接触介质作用。那么在银/氯化银层的整个面上通过接触介质将银转变为氯化银。因此必须设有相对大量的银，以便确保电极的功能能力。这在根据现有技术的电极中又导致高成本。
发明内容
因此，本发明的目的在于，提出特别是避免上述问题的改善的电极以及用于制造这样的电极的方法。
按照本发明，这通过根据权利要求1所述的电极和根据权利要求28所述的方法实现。
由此可能的是，整个Eyelet(端封元件)以例如银/氯化银的昂贵且高成本的涂层通过明显更成本有利的且可简单制造的导体代替。
特别优选地可以设定，导体的朝向接触介质的那侧部分地或完全地由连接元件覆盖。
由此仅仅银/氯化银层的一小部分或仅仅其边缘层与接触介质接触。这导致：仅仅银/氯化银层的该小部分或仅仅其边缘层被接触介质作用并因此同时较少量的银可转变为氯化银。该转变仅仅缓慢地从银/氯化银层的接触区域至银/氯化银层的被覆盖区域发生。因此可能的是，减少在银/氯化银层中的银量并因此进一步节省成本。
可以设定，连接元件由唯一的部分组成，该部分具有用于可松脱地连接信号线路的连接点。
但是也可以设定，连接元件由至少两个部分组成，这两个部分之一具有用于可松脱的连接信号线路的连接点。
连接元件自身在此可以由多种材料组成，例如由镀镍黄铜或由掺杂能导电的材料(特别是碳纤维)的塑料组成。
特别优选的是连接元件的如下构成：该连接元件构成为，使得连接元件具有基本上球形的头部、连接到该头部上的直径减小的颈部、连接到颈部的端部上的法兰形地在侧面突出的保持区域和至少一个连接到保持区域上的突出部。
在一件式的连接元件的情况下，突出部(优选没有侧面接触地)被引导通过载体中的开口，而法兰形地在侧面突出的保持区域安置在载体的上侧上。直径扩大的、法兰形地在侧面突出的保持区域即使在压力负荷很高时也将连接元件可靠地固定在载体材料上。
保持元件的突出部的变形的扩大区域贴靠在载体的朝向皮肤的下侧上或者贴靠在导体上，且因此确保即使在压力负荷作用到连接元件上时连接元件也良好地保持在载体上。
在两件式的连接元件的情况下，突出部(优选没有侧面接触地)被引导通过载体中的开口，而法兰形地在侧面突出的保持区域安置在载体的下侧(或上侧)上。连接元件的第二部分紧接着设置在突出部上且安置在载体的上侧(或下侧)上。
本发明的另一实施形式设定，所述至少一个突出部构成为沿相反于保持区域的方向变细的刺。由此可能的是，在没有事前形成贯穿导体和载体的贯通开口的情况下将连接元件引入载体或导体中。因而节省了工作步骤。
在按照本发明的内容中对于连接元件的电气特性没有提出高要求。连接元件因此可以由成本有利的材料、例如由简单的金属板材组成。连接元件因而不需要具有特别的电气特性，因为仅仅与电气接触介质连接的导体可以具有该对于生物电极有利的电气特性。
该导体在此原则上可以具有每个任意的几何结构，然而在本发明的优选实施例中该导体可以构成为旋转对称的或者基本上方形的导体片。该导体片在此可以至少部分地突出超过变形的扩大区域。
为了在电极中在除颤的情况下实现小的噪声和去极化，当前使用氧化还原对。该氧化还原对可以被氧化或还原且在此接受至少一个电子或放出至少一个电子。当前不同的物质用于该去极化。最经常使用的是银/氯化银和锌/氯化锌。然而对于本发明，可考虑能实现电极的去极化的所有氧化还原对。在此，氧化还原对可以被主动混合或者通过反应尽可能在原位产生。
由于例如银/氯化银是相对昂贵的物质，足够的是：按照本发明的另一方面设定，导体优选在一侧设有导电材料，该导电材料与连接元件且与接触介质电连接。
通过导体优选在一侧设有导电材料的措施可以进一步节省成本。原本的导体因而可以使用成本有利的材料、如例如金属或塑料，而在对于生物电极的有利电气特性关键重要的、至电气接触介质(特别是凝胶)的过渡区域上可以使用导电的第二材料、如例如银/氯化银。足够的是，该材料仅仅局部地在该区域中存在。
特别是，导体可以由设有导电材料的塑料膜组成。
总体上，本发明基于如下基本构思：用于信号导体的连接元件构成为，使得连接元件良好地锚定在电极中，而较不取决于电气特性，且由此可以构成成本有利的材料。
另一方面，设定用于有利的电气信号线路的更昂贵的材料可以仅仅使用在至电气接触介质(凝胶)的过渡部上的电气关键重要的区域中。导体承担该任务。极短描述地可以说：导电的连接元件除了电气线路的基本特性之外主要负责“机械”。在导体中情况是完全相反的：导体不需要满足特别的机械特性且仅仅在至电气接触介质(凝胶)的过渡点的区域中由对此有利的材料组成。对此而言，导体在没有特别的机械任务的情况下负责“电气”。
附图说明
根据如下附图描述进一步阐明本发明的另外的优点和细节。附图中：
图1示出按照本发明的电极的一个实施例的直至完成的电极的制造步骤的示意仰视图(在后续朝向皮肤的那侧)；
图2示出按照本发明的电极的一个实施例的直至完成的电极的制造步骤的示意俯视图，其中在俯视图中仅示出工艺步骤的一部分；
图3示出按照图1的线A-A的各步骤的顺序，其中用于更好的可视化的该视图应理解为示意图；
图4取消；
图5取消；
图6取消；
图7示出按照本发明的电极的另一实施例的直至完成的电极的制造步骤的示意仰视图(在后续朝向皮肤的那侧)；
图8示出按照本发明的电极的另一实施例的直至完成的电极的制造步骤的示意俯视图，其中在俯视图中仅示出工艺步骤的一部分；
图9示出按照图7的线A-A的各步骤的顺序，其中用于更好的可视化的该视图应理解为示意图；
图10示出按照本发明的带有粘接材料层的载体的一个实施例的示意仰视图；
图11示出按照本发明的带有粘接材料层的载体的另一实施例的示意仰视图；
图12a示出按照本发明的连接元件的一个实施例的示意侧视图；
图12b示出按照本发明的连接元件的一个实施例的示意俯视图；
图13a示出按照本发明的连接元件在载体中的锚定过程的示意侧视图；
图13b示出按照本发明的连接元件在载体中的锚定过程的示意俯视图(在后续背向皮肤的那侧)；
图14a示出按照本发明的连接元件的另一实施例的示意图；
图14b示出按照本发明的连接元件的另一实施例的示意图；
图15a示出按照本发明的连接元件的另一实施例的示意侧视图；
图15b示出按照本发明的连接元件的另一实施例的示意俯视图；
图16a示出按照本发明的连接元件的另一实施例的示意侧视图；
图16b示出按照本发明的连接元件的另一实施例的示意俯视图；
图17a示出按照本发明的连接元件的另一实施例的示意侧视图；
图17b示出按照本发明的连接元件的另一实施例的示意俯视图；
图18示出具有两件式的连接元件的另一实施例的分解图；
图19示出按照本发明的电极的一个实施例(两件式的连接元件)的直至完成的电极的制造步骤的示意仰视图(在后续朝向皮肤的那侧)；
图20示出按照本发明的电极的一个实施例的直至完成的电极的制造步骤的示意俯视图，其中在俯视图中仅示出工艺步骤的一部分；以及
图21示出按照图18的线A-A的各步骤的顺序，其中用于更好的可视化的该视图应理解为示意图。
具体实施方式
参照图1至3，现在进一步阐明用于制造按照本发明的用于施加在人类皮肤上的电极的一个实施例的方法流程。
在此基于不导电的载体1。载体材料用于锚定电极的电气构件。载体材料例如可以由(柔性)膜(例如由PET或TPU)组成，其在图1的附图中向上指向的下侧上完全地或部分地以粘接材料涂层，粘接材料例如可以构成为自粘的(压敏粘接剂)或者可热激活的(热熔胶)。
现在，在下一步骤中将旋转对称的导体3固定、特别是粘接或压印到该载体材料上。按照本发明的一个优选变型，导体具有两种不同的导电材料或具有一种不导电材料3b和一种导电材料3a，其中，导电材料3a或两种导电材料之一在后续与电气连接元件2和接触介质4(凝胶)电连接。
在示出的实施例中涉及黑色或者说灰色示出的由塑料膜制成的圆形导体3。但是导体3也可以由金属或由能导电的掺杂碳纤维的塑料组成。
在与电气接触介质4(凝胶)的后续接触点的区域中，该导体3以由例如银/氯化银或锌/氯化锌或其他氧化还原对制成的层3a涂层。
在另一步骤中，现在设置穿过电气导体3和载体1的开口8。这例如可以通过冲压实现。接着是引入连接元件2，该连接元件具有突出部2b，该突出部突出超过载体1和导体3的下侧。
在示出的实施例中，连接元件2接着基本上球形的头部2c具有直径减小的颈部2d，在该颈部上连接法兰形地在侧面突出的保持区域2e和突出部2b。
总体上，侧面突出的法兰形的保持区域2e基本上盘形地构成。该保持区域负责将施加到连接元件2上的压力分配和传递到载体1上。
如果采用由唯一的一部分组成的连接元件2并且该部分一方面与电气导体3连接且另一方面具有用于可松脱地连接(在此未示出的)信号导体的连接点2a，那么由此能实现电极的成本有利的制造，因为这大多可以省去成本密集的Eyelet(下按钮)。连接元件的该一件式的构成足够用于机械锚定。
对电气特性的要求很小。由此可以使用简单的构造，如例如可以使用深冲金属件作为连接元件2。因而在此有点棘手的电气任务并非一如既往地由Eyelet(下按钮)而是由导体3承担，所述导体与后续施加的电气接触介质4(凝胶)连接。
也就是说实现任务的分离。电气连接元件2除了导电的基本特性之外基本上负责在电极中的机械保持，而导体3尽可能从机械任务释放出来。这允许做出有利的材料选择。特别是可能的是，更昂贵的——从电气角度来看有利的——材料仅仅设置在后续与凝胶接触的位置(点3a)处。
导电的连接元件2可以如上所述由深冲的金属板材组成。因而该连接元件在内部中至少部分是空的。但是该连接元件也可以由能导电的、掺杂能导电的碳纤维的塑料组成，例如由ABS组成。
有利地，连接元件基本上构成为旋转对称的。其他变型也是可能的。
为了使电气连接元件2最终固定在电极中且特别是也保护免遭拉力负荷，在下一步骤中使突出部2b变形，使得形成变形的扩大区域BZ。
突出部2b的变形在此可以通过熔化、卷边、叉开或弯曲实现。但是每个其他适合的方法也是可使用的。
通过突出部2b的变形，经过变形的扩大区域BZ建立在连接元件2与导体3的导电材料3a之间的电连接且另一方面借助于形锁合和/或力锁合形成连接元件2在载体1上的机械固定。
现在将膏层7施加、特别是粘接到载体1的下侧上，其中，膏层优选地借助于由生物兼容的粘接材料制成的患者侧的涂层可粘接到皮肤上，以便固定电极。
在此也可能的是，将膏层通过施加到该膏层上的由自粘剂或可热激活的粘接剂制成的层与载体1粘接。
膏材料最后用于将电极固定在患者皮肤上。适合的膏材料例如可以由膜(例如聚乙烯PE)、泡沫带(例如PE泡沫)或者由无纺布组成。膏材料通常在患者侧以生物兼容的粘接材料涂层。
在按照图1至3的电极的最后的制造步骤中，实现将电气接触介质4引入在膏材料7中为此设置的空隙中。电气接触介质4能实现(优选基于离子地)将身体生成的电位或设备生成的测量或模拟电流由身体表面(皮肤)引导至电气连接元件2并且反之亦然。接触介质4例如可以由掺杂氯化物的凝胶组成，该凝胶以或多或少的液态形式(或多或少的凝胶状)或者作为横向交联的聚合物矩阵(水凝胶)存在。但是也可能的是，以其他介质产生电气接触介质4，例如作为能导电的粘接剂或者作为填充有盐溶液的海绵。
无论如何，如在图1至3中的最后步骤所示那样，将电气接触介质4引入膏材料7中的空隙中。该接触介质在其中接触导电材料3a(特别是银/氯化银)。
一方面导电材料3a、特别是具有银/氯化银或其他适合的材料的涂层与另一方面导电接触介质4的材料的配合允许实现电极的有利的电气特性、如例如无噪声的信号传输或去极化效果，其中，导体3的相对昂贵的导电材料3a的使用可以保持限于实现与接触介质4接触的区域。这进一步降低成本。
总体上，在按照图1至3的制造中产生“中央”电极，在其中连接元件2和接触介质4(凝胶)直接叠置地设置。
对于按照图1至3的实施例重要的方法步骤如下：
-在不导电的载体(1)的朝向皮肤的下侧上设置、优选粘接或压印导体(3)；
-将连接元件(2)穿过载体(1)引入，使得在载体(1)的下侧或上侧上连接元件(2)的突出部(2b)突出并且连接元件(2)优选以侧面突出的盘形的保持区域(2e)贴靠在载体(1)的上侧或下侧上；
-将连接元件(2)锚定在载体(1)中，使得建立在连接元件(2)与导体(3)之间的导电连接并且形成连接元件(2)在载体(1)上的机械固定。
因而最后为了完成电极还设置如下步骤：
-施加、优选粘接在皮肤侧粘接的膏层7与载体1；
-将电气接触介质4、优选凝胶引入膏层7的空隙中，使得位于下部的导体3被接触。
变形的扩大区域BZ也可以构成为非圆形的，而是片状的。变形的扩大区域BZ原则上可以具有每个任意的形状。
在图7至9中示出的实施例中，大多数方法步骤与在图1至3中的方法步骤一致，因此相同的附图标记也表示相同部分。
区别基本上在于，在载体1上设有生物兼容的粘接材料层11，用于将电极粘接到患者的皮肤上。因此可以省去膏层7且可以节省另一工艺步骤。
粘接材料层11在此可以在施加导体3之前或之后施加到载体1上，或者粘接材料层11已经存在于载体1的原材料上。
在图10和11中示出用于施加粘接材料11的上述变型。
在图10中已经在载体1上存在粘接材料11或者在施加导体3之前施加粘接材料11。导体3在此接着施加到粘接材料层11上。在此可以通过粘接材料层11保持导体3，由此导体3不必附加地与载体1粘接。
在图11中，将导体3施加到载体1上且接着将粘接材料11施加到载体1上。在此设有凹槽11a，由此导体3不被粘接材料11覆盖。
图12a和12b示出按照本发明的连接元件2的一个实施例。可以看见，连接元件2具有翼分段9，其不仅形成连接元件2的突出部而且还形成连接元件的保持区域。相对于水平位置H倾斜的翼分段区段9a在此可以构成为相同或不同长度的。也可以考虑的是，翼分段9至少部分地构成为尖棱边，以便简化载体1和导体3的穿过。
图13a和图13b示出按照本发明的连接元件在载体中的锚定过程的示意视图，其包括如在图12a和12b中示出的连接元件2。
在第一步骤中，为此将连接元件2由载体1的在后续背向皮肤的上侧压过载体1和施加在载体1的下侧上的未示出的导体3。亦即，连接元件2以翼分段区段9a穿过载体1和导体3。
在下一步骤中，沿方向D旋转连接元件2。由此实现连接元件2在载体1中更好地锚定。
在最后的步骤中，将翼分段区段9a朝载体1的下侧的方向弯曲超过水平位置H，由此实现载体1和导体3的夹紧。由此也确保连接元件2与导体3的电气连接以及连接元件2在载体1上的机械固定。然而也可能的是，仅仅弯曲翼分段区段，直至其位于水平位置H。
图14a示出连接元件2的一个实施例，其中一个突出部2b构成为变细的刺。由此可能的是，将连接元件2在没有事前形成贯穿导体3和载体1的贯通开口8的情况下将连接元件2引入载体1或导体3中。因而节省了工作步骤。
图14b示出连接元件2的一个实施例，其中两个突出部2b构成为变细的刺。然而可以设有任意数量的突出部2b。此外也可以设有多个非刺形地构成的突出部2b。多个突出部2b在此可以旋转对称地或非旋转对称地设置在连接元件2上。
图15a至17b示出连接元件2的实施例，其中连接元件2的突出部和法兰式的保持区域由至少一个第一分段5和至少一个第二分段6形成。
也清晰可见的是，第二分段6构成为长于第一分段5。分段5、6也可以构成为相同长度的，或者分段5可以构成为长于分段6。
图15a示出连接元件的前视图，其中所有分段5、6位于水平位置H。图15b示出相应的俯视图。
图16a示出连接元件的前视图，其中分段5位于水平位置H且分段6位于竖直位置V。图16b示出相应的俯视图。
图17a示出连接元件的前视图，其中所有分段5、6位于竖直位置H。图17b示出相应的俯视图。
在按照图15a和图15b的连接元件2中，在将连接元件2引入载体1中之前至少两个分段5、6中的至少第一分段5转变到竖直位置V，而在将连接元件2引入载体1中之后所述至少第一分段5又转变到水平位置H。
在按照图17a和图17b的连接元件2的实施例中，在将连接元件2引入载体1中之前至少第一分段5转变到水平位置H，而在将连接元件2引入载体1中之后至少第二分段6转变到水平位置H。
在图18中示出的另一实施例中涉及具有两件式的连接元件的中央电极。连接元件2的两个部分以2’和2”表示。为了装配，连接元件2的这两个部分2’、2”由不同侧引入开口8、载体1和导体3中且插接在一起。这两个部分可以简单地夹紧地相互连接。但是也存在如下可能：也通过其他方式连接这两个部分2’、2”，例如通过颈部的夹紧在一起、通过粘接、钎焊或熔焊。
在图18中此外还描绘了延伸到载体1上的虚拟法线N，其优选在中央或在中心延伸通过连接元件2。该虚拟法线N优选地也在中心延伸通过环形构成的导体3(更准确地说：通过导体环的开口)以及优选也在中央延伸通过接触介质4。因而在该中央电极中，各部分、即连接元件2、导体3和接触介质4直接叠置且未相互间在侧面错开，优选如在图18中那样完全不错开，或者仅仅微小地错开，从而法线N总是还延伸通过所有三个部分2、3和4(或者其中的开口)或者与这三个部分相切。
在构件旋转对称的情况下，“在中心”表示延伸通过中心点。在构件非旋转对称的情况下，“在中心”表示延伸通过俯视图面的重心。
在图19至21中示出的实施例中，大多方法步骤与在图1至3中的方法步骤一致，因此相同附图标记也表示相同部分。
区别基本上在于，设有两件式的连接元件2。第一部分2’和第二部分2”由载体1的不同侧引导且插接在一起。
连接元件2的第二部分2”的下保持区域2f因而贴靠在载体1或导体3上且因此覆盖导体3的后续朝向接触介质4的那侧。此外由此建立在接触元件2与导体3之间的电连接。该下保持区域2f在功能上基本上相应于之前实施例的变形的扩大区域BZ。
附图标记列表
1 载体
2 连接元件
2’ 连接元件2的第一部分
2” 连接元件2的第二部分
2a 连接点
2b 突出部
2c 头部
2d 颈部
2e 保持区域
2f 下保持区域
3 导体
3a 导电材料
3b 不导电材料
4 接触介质
5 第一分段
6 第二分段
7 膏层
8 开口
9 翼分段
9a 翼分段区段
11 粘接层(皮肤粘接剂)
11a 凹槽
H 水平
N 法线
V 竖直
BZ 变形的扩大区域
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