[发明专利]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

说明书

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。

发明背景

本发明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AAMI EC12-2000-4.2.2.4的足够及时的方式消散电荷过载，AAMI EC12-2000-4.2.2.4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AAMI EC12-2000-4.2.2.4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。

发明概要

本发明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。