Способ формирования активного слоя на поверхности электрода для съема биопотенциалов
Владельцы патента RU 2749599:
Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "Ивановский государственный химико-технологический университет" (RU)
Изобретение относится к области гальванотехники и может быть использовано в медицинской технике, в частности, при изготовлении поверхностных электродов для медицинской диагностики. Способ формирования активного слоя на поверхности электрода для съема биопотенциалов включает анодную поляризацию электрода с токопроводящим слоем из серебра в водном растворе хлорида натрия, при этом в раствор для электрохимической обработки дополнительно вводят таурин при следующем соотношении компонентов, г/л: натрий хлористый 10-20, таурин 2-5, вода до 1 л, а обработку проводят при анодной плотности тока 4-5 мА/см2, температуре раствора 20-25 оС и продолжительности 3-5 минут. Технический результат - сокращение продолжительности обработки и обеспечение высокой точности измерений биоэлектрических потенциалов с использованием поверхностных электродов. 2 табл., 3 пр.
Изобретение относится к медицинской технике, в частности к изготовлению поверхностных электродов для медицинской диагностики.
При изготовлении поверхностных электродов для регистрации биопотенциалов в качестве материала токопроводящего слоя чаще всего используют серебро, на поверхность которого наносят потенциалопределяющий слой хлорида серебра. Для формирования такого активного слоя используют как химические, так и электрохимические методы.
Известен способ изготовления электродов для съема биопотенциалов, включающий 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 с использованием резольной фенолформальдегидной смолы в качестве связующего [Патент РФ № 2255143, МПК С25 В 11/08, А 61 В 5/04. Способ изготовления электродов для съема биопотенциалов / Чубаров В.П., Лабутина Л.В., Пахомова Т.С., Бабаев Т.Г.; заявитель ЗАО «ВНИИМП-ВИТА»; № 2004115724/15, заявл. 26.05.2004; опубл. 27.06.2005, Бюл. № 18].
Недостатком способа является большая продолжительность сушки (22-24 ч.) и повышенное полное сопротивление электрода (до 270 Ом).
Известен способ изготовления электродов для съема биопотенциалов, включающий формирование и закрепление на поверхности подложки токосъемного слоя путем предварительного нанесения клеевого слоя из материала сэвилен, поверх которого размещают концы токоотводящих проводников провода электрода и осуществляют формирование токосъемного слоя из смеси порошков серебра и хлорида серебра, при этом закрепление токосъемного слоя на подложке осуществляют путем его термического обработки при температуре 100-200оС в течение 3-10 мин. [Патент РФ № 2342070, МПК А61В 5/04, А61К 50/00. Способ изготовления электродов для съема биопотенциалов / Самсонов Дмитрий Николаевич, Панаков Александр Иванович, Лабутина Любовь Валентиновна; заявители Самсонов Дмитрий Николаевич, Панаков Александр Иванович, Лабутина Любовь Валентиновна; № 2007131096/15, заявл. 15.08.2007; опубл. 27.12.2008, Бюл. № 36].
Недостатком способа является большой расход порошков серебра и хлорида серебра, наносимых с помощью шпателя, а также применение в процессе изготовления повышенных температур, что может приводить к деформации изделий из АБС-пластика.
Наиболее близким аналогом, по совокупности признаков и достигаемому результату, т.е. прототипом, является способ изготовления хлоридсеребряного электрода, включающий термообработку пористого серебра на титановой подложке с последующим формированием слоя хлористого серебра путем анодной поляризации в 1-10%-ном растворе хлористого натрия при плотности тока 0,5-1,0 мА/см2 в течение 10-15 мин. [А.с. № 1659827 СССР, МКИ G01N 27/28. Способ изготовления электрода сравнения / Федотов Николай Андреевич, Степанов Анатолий Иванович, Савина Галина Васильевна; заявитель Предприятие п/я М-5068. - № 4678150, заявл. 20.03.1989; опубл. 30.06.1991, Бюл. № 24].
Недостатком способа является необходимость применения высоких температур, что не позволяет использовать его при изготовлении электродов на полимерной основе.
Задачей изобретения является разработка способа электрохимической модификации поверхности серебра с целью формирования активного потенциалопределяющего поверхностного слоя, обеспечивающего технический результат – сокращение продолжительности обработки и обеспечение высокой точности измерений биоэлектрических потенциалов с использованием поверхностных электродов.
Указанный результат достигается тем, что в способе формирования активного слоя на поверхности электрода для регистрации биопотенциалов, заключающемся в анодной поляризации серебра в водном растворе хлорида натрия, согласно изобретению, в раствор для электрохимической обработки дополнительно вводят таурин при следующем соотношении компонентов (г/л):
| Натрий хлористый | 10 – 20 |
| Таурин | 2 – 5 |
| Вода | до 1 л, |
При этом обработку проводят при анодной плотности тока 4-5 мА/см2, температуре 20-25оС продолжительностью 3-5 минут.
Технический результат достигается за счет того, что при анодном окислении серебра в присутствии таурина при небольшой концентрации лиганда на поверхности электрода образуются комплексные соединения Ag(O3SCH2CH2NH2), значение логарифма константы устойчивости которых составляют lgβ1 = 2,78 [Петрова Ю. С., Неудачина Л. К. Потенциометрическое исследование комплексообразования таурина с ионами металлов / Журнал неорганической химии, 2013. том 58, № 5. С. 697–701]. Вследствие невысокой прочности комплексных соединений далее происходит замещение лиганда хлорид-ионом с образованием хлорида серебра по реакции: Ag(O3SCH2CH2NH2) + Cl- → AgCl + NH2CH2CH2SO3–.
Таким образом, таурин выступает в роли катализатора процесса хлорирования серебра, обеспечивая сокращение продолжительности обработки, формирование более развитой поверхности электрода и уменьшение его полного сопротивления, что способствует повышению стабильности регистрируемого биопотенциала.
Натрий хлористый (х.ч.) ГОСТ 4233-77, химическая формула NaCl, температура плавления 800,8оС, хорошо растворим в воде (Справочник химика, том 2, Л.: Химия, 1964. с.147).
Таурин (2-аминоэтансульфокислота), химическая формула NH2CH2CH2SO3Н, температура разложения 328оС, растворимость в воде 6,5 г на 100 мл (Справочник химика, том 2, Л.: Химия, 1964. с.965).
Изобретение осуществляют следующим образом.
Пример 1.
При приготовлении раствора для формирования активного слоя на поверхности электрода для регистрации биопотенциалов 10 г натрия хлористого и 2 г таурина последовательно растворяли в 500 мл дистиллированной воды при температуре 25°С. Затем объем раствора доводили до 1 л дистиллированной водой.
Примеры с другими значениями концентраций приведены в таблице 1.
Таблица 1
| Компоненты | Примеры | ||
| Концентрация, г/л | |||
| 1 | 2 | 3 | |
| Натрий хлористый | 10 | 15 | 20 |
| Таурин | 2 | 3 | 5 |
Электрохимическому окислению в растворах с различным соотношением компонентов (таблица 1) подвергали по 5 мостиковых поверхностных электродов с центральным элементом из серебра марки Ср 99,99 ГОСТ 6836-2002 площадью 0,28 см2. Образцы предварительно обезжиривали этиловым спиртом и промывали проточной водой. Процесс электрохимического окисления поверхности проводили в сосуде объемом 100 мл без перемешивания. В качестве противоэлектрода использовали платину. Режим электрохимического окисления: анодная плотность тока 4-5 мА/см2, температура 20-25оС, продолжительность обработки 3-5 мин.
Отмывка электродов от раствора осуществлялась проточной, а затем дистиллированной водой, после чего следовала сушка в потоке теплого воздуха. В качестве сравнения были также электрохимически обработаны аналогичные образцы в количестве 5 штук в растворе - прототипе.
После электрохимического окисления все образцы подвергались испытаниям в соответствии с ГОСТ 25995-83 с использованием в качестве электродного контактного вещества 0,9% раствора натрия хлористого. Параметры электродов регистрировали с помощью двухканального электромиографа «Нейро-МВП» производства ООО «Нейрософт», Россия.
Результаты испытаний образцов после обработки в растворе - прототипе и в предлагаемых растворах представлены в таблице 2.
Таблица 2.
| Показатель | Раствор прототип | Заявляемый раствор | ||
| 1 | 2 | 3 | ||
| Дрейф потенциала, мВ | 2,1 | 1,1 | 0,9 | 1,0 |
| Напряжение шума, мкВ | 15 | 9 | 10 | 9 |
| Полное сопротивление электрода, Ом | 150 | 120 | 115 | 110 |
| Время готовности, мин. | 5 | 4 | 4 | 3 |
Из представленных в таблице данных следует, что формирование активного слоя путем анодного окисления серебра в предлагаемых растворах обеспечивает улучшение рабочих параметров поверхностных мостиковых электродов, а именно, уменьшение дрейфа потенциала, полного сопротивления электрода, уровня шума и времени готовности на 30-50% по сравнению с обработкой в растворе-прототипе.
Способ формирования активного слоя на поверхности электрода для съема биопотенциалов, включающий анодную поляризацию электрода с токопроводящим слоем из серебра в водном растворе хлорида натрия, отличающийся тем, что в раствор для электрохимической обработки дополнительно вводят таурин при следующем соотношении компонентов, г/л:
натрий хлористый 10-20,
таурин 2-5,
вода до 1 л,
при этом обработку проводят при анодной плотности тока 4-5 мА/см2, температуре раствора 20-25 оС и продолжительности 3-5 минут.
