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JP2016067722A - Biomedical electrode and method of manufacturing the same - Google Patents

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JP2016067722A JP2014202088A JP2014202088A JP2016067722A JP 2016067722 A JP2016067722 A JP 2016067722A JP 2014202088 A JP2014202088 A JP 2014202088A JP 2014202088 A JP2014202088 A JP 2014202088A JP 2016067722 A JP2016067722 A JP 2016067722A
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Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To properly detect a biosignal by reducing impedance at low frequencies.SOLUTION: A biomedical electrode 10 is made of a paper-formed sheet 21 including a carbon nano-tube. The paper-formed sheet 21 has a carbon nano-tube of a layer structure. The carbon nano-tube of the layer structure is made by stacking carbon nano-tube aggregates obtained by opening a bundle.SELECTED DRAWING: Figure 1

Description

本発明は、カーボンナノチューブを用いた生体用電極、及びその生体用電極の製造方法に関する。   The present invention relates to a biomedical electrode using carbon nanotubes and a method for producing the biomedical electrode.

生体信号測定装置は、脳波、心電図、筋電図、眼振図等の生体信号を測定する装置である。生体信号測定装置は、生体に接触させた生体用電極から生体信号を検出する。生体用電極としては、銀/塩化銀からなる皿電極、いわゆる銀皿電極が多く用いられてきた。銀皿電極を用いる場合には、まず生体の測定箇所に生理食塩水等の電解質を含有したペーストを塗布してから、銀皿電極を測定箇所に接触させる。   The biological signal measuring device is a device that measures biological signals such as an electroencephalogram, an electrocardiogram, an electromyogram, and an nystagmus. The biological signal measuring device detects a biological signal from a biological electrode brought into contact with the living body. As a biological electrode, a plate electrode made of silver / silver chloride, a so-called silver plate electrode has been often used. When using a silver plate electrode, first, a paste containing an electrolyte such as physiological saline is applied to a measurement site of a living body, and then the silver plate electrode is brought into contact with the measurement site.

特開2001-276111号公報Japanese Patent Laid-Open No. 2001-276111

例えば、脳外科手術においては、脳波計で脳波を測定しながら、X線CTやMRI等により脳の画像を撮像することが、手術の適切な遂行に望ましい。しかしながら、銀皿電極に含まれる銀によってCT画像にアーチファクト(偽像)が写りこんでしまう。また、銀皿電極は固いため、長時間装着すると皮膚がかぶれて炎症を起こすこともあった。さらに、銀皿電極は銀を使用するためコストが高く、使い捨てが難しいことから使いまわしによる衛生面での問題もあった。   For example, in brain surgery, it is desirable for the proper execution of surgery to take a brain image by X-ray CT, MRI or the like while measuring an electroencephalogram with an electroencephalograph. However, artifacts (false images) appear in the CT image due to the silver contained in the silver plate electrode. In addition, since the silver plate electrode is hard, the skin may be irritated when it is worn for a long time. Furthermore, the silver plate electrode is expensive because it uses silver, and it is difficult to dispose of the silver plate electrode.

そのため、銀以外の導電性材料を用いた電極の開発が望まれていたが、そのなかの一つに、炭素材料を用いた電極が考案されていた。しかしながら、生体信号、特に脳波は周波数が0.5〜70Hzという微弱な信号である。そのため、電極の低周波におけるインピーダンスが高くなると、ノイズが多くなり十分に生体信号を検出できなくなってしまう。炭素材料を用いた電極で、銀皿電極よりも低周波におけるインピーダンスの低い電極を開発することが難しかった。   For this reason, development of an electrode using a conductive material other than silver has been desired, and an electrode using a carbon material has been devised as one of them. However, biological signals, particularly brain waves, are weak signals having a frequency of 0.5 to 70 Hz. For this reason, when the impedance of the electrode at a low frequency increases, noise increases and the biological signal cannot be sufficiently detected. It was difficult to develop an electrode using a carbon material and having a lower impedance at a lower frequency than a silver plate electrode.

本発明は、上述した課題を解決し、低周波におけるインピーダンスを低減することで生体信号を良好に検出することができ、X線CTとの併用が可能であり、安価で使い捨てが可能な生体用電極及びその製造方法を提供することを目的とする。   The present invention solves the above-described problems, can detect a biological signal satisfactorily by reducing impedance at a low frequency, can be used in combination with X-ray CT, and is inexpensive and can be disposable. It aims at providing an electrode and its manufacturing method.

上記の目的を達成するため、本発明に係る生体用電極は、カーボンナノチューブを含む抄紙成型シートを有することを特徴とする。   In order to achieve the above object, the biomedical electrode according to the present invention is characterized by having a papermaking molded sheet containing carbon nanotubes.

前記カーボンナノチューブは、比表面積が50m/g以上2600m/g未満の範囲のものを用いても良い。 The carbon nanotube may have a specific surface area of 50 m 2 / g or more and less than 2600 m 2 / g.

前記抄紙成型シートは、その厚みが、100nm以上10mm未満の範囲のものを用いても良い。   The paper-made molded sheet may have a thickness in the range of 100 nm or more and less than 10 mm.

前記抄紙成型シートは、バインダーを用いずに作製しても良い。   The papermaking sheet may be produced without using a binder.

前記抄紙成型シートは、カーボンナノチューブに分散された、粒子径が100nm未満の多孔質化処理した炭素粉末を更に有するものであっても良い。   The papermaking sheet may further include a carbon powder dispersed in carbon nanotubes and having a particle diameter of less than 100 nm and subjected to a porous treatment.

生体用電極は、前記抄紙成型シートの表面に設けられ、生体との接触面となるゲル層を更に有するものであっても良い。   The biomedical electrode may further include a gel layer provided on the surface of the papermaking sheet and serving as a contact surface with the living body.

前記ゲル層が前記抄紙成型シートの表面の一部に設けられ、前記抄紙形成シートの表面の一部が露出していても良い。   The gel layer may be provided on a part of the surface of the papermaking sheet, and a part of the surface of the papermaking sheet may be exposed.

生体用電極は、前記ゲル層の周囲に形成された、当該ゲル層を支持する絶縁層を更に有するものであっても良い。   The biomedical electrode may further include an insulating layer formed around the gel layer and supporting the gel layer.

前記ゲル層は、一部が前記抄紙成型シートに食い込むように固着されていても良い。   The gel layer may be fixed so that a part of the gel layer bites into the papermaking sheet.

生体用電極は、前記ゲル層と前記抄紙成型シートとの間に設けられた、電解質を含むペースト層を更に有するものであっても良い。   The biomedical electrode may further include a paste layer containing an electrolyte provided between the gel layer and the papermaking sheet.

生体用電極は、前記抄紙成型シートの前記ゲル層が設けられた面と対向する面に積層された、前記抄紙成型シートよりも大きいリード線を更に有するものであっても良い。   The biomedical electrode may further include a lead wire that is laminated on a surface facing the surface on which the gel layer of the papermaking molded sheet is provided, and is larger than the papermaking molded sheet.

前記抄紙成型シートは、層状構造のカーボンナノチューブを含むものであっても良い。   The papermaking sheet may include a carbon nanotube having a layered structure.

前記層状構造のカーボンナノチューブは、バンドルを開繊したカーボンナノチューブの凝集体を積層したものであっても良い。   The layered carbon nanotube may be a laminate of carbon nanotube aggregates obtained by opening a bundle.

前記カーボンナノチューブの凝集体は、厚さが0.3μm以上10μm以下であり、幅が0.1μm以上500μm以下であるものでも良い。   The carbon nanotube aggregate may have a thickness of 0.3 μm to 10 μm and a width of 0.1 μm to 500 μm.

また、本発明に係る、カーボンナノチューブを含む抄紙成型シートを有する生体用電極の製造方法は、カーボンナノチューブと溶媒とを混合してカーボンナノチューブの分散溶液を作製する工程と、前記分散溶液から前記カーボンナノチューブを抽出してシート状に成型する工程と、を有する。   In addition, according to the present invention, there is provided a method for producing a biomedical electrode having a papermaking sheet containing carbon nanotubes, a step of mixing a carbon nanotube and a solvent to prepare a carbon nanotube dispersion solution, and the carbon solution from the dispersion solution. Extracting nanotubes and forming them into a sheet.

前記分散溶液をろ紙を用いて吸引ろ過することにより、前記分散溶液から前記カーボンナノチューブを抽出しても良い。   The carbon nanotubes may be extracted from the dispersion solution by suction filtration of the dispersion solution using a filter paper.

前記カーボンナノチューブと前記溶媒とを混合した後に、前記カーボンナノチューブを開繊しても良い。   After the carbon nanotubes and the solvent are mixed, the carbon nanotubes may be opened.

本発明によれば、カーボンナノチューブを含む抄紙成型したシートを生体用電極に用いることによって、高密度かつ比表面積の大きな電極を得ることができ、低周波においてインピーダンスを低減し、生体信号を良好に検出することができる。また、カーボンナノチューブを用いているので、X線CTとの併用が可能であり、安価で使い捨てが可能であり、衛生面も改善することができる。   According to the present invention, an electrode having a high density and a large specific surface area can be obtained by using a paper-molded sheet containing carbon nanotubes for a living body electrode, impedance can be reduced at a low frequency, and a living body signal can be improved. Can be detected. In addition, since carbon nanotubes are used, it can be used in combination with X-ray CT, can be inexpensive and disposable, and the hygiene can be improved.

本実施形態の生体用電極の構成を示す断面図である。It is sectional drawing which shows the structure of the biomedical electrode of this embodiment. 本実施形態の電極の製造方法を示すフローチャートである。It is a flowchart which shows the manufacturing method of the electrode of this embodiment. (a)は実施例及び比較例における生体用電極の構成を示す断面図であり、(b)は生体用電極をセパレータを介して貼り合せた図である。(A) is sectional drawing which shows the structure of the biological electrode in an Example and a comparative example, (b) is the figure which bonded together the biological electrode through the separator. 実施例1の電極の破断面を示すSEM像(×5k)である。2 is an SEM image (× 5k) showing a fracture surface of the electrode of Example 1. FIG. 実施例2の電極の破断面を示すSEM像(×5k)である。It is a SEM image (x5k) which shows the torn surface of the electrode of Example 2. FIG. 実施例3の電極の破断面を示すSEM像(×5k)である。It is a SEM image (x5k) which shows the torn surface of the electrode of Example 3. 実施例4の電極の破断面を示すSEM像(×5k)である。It is a SEM image (x5k) which shows the fracture surface of the electrode of Example 4. 実施例1〜4及び比較例2及び3のインピーダンスを示すグラフである。It is a graph which shows the impedance of Examples 1-4 and Comparative Examples 2 and 3. 実施例1及び実施例3のインピーダンスを示すグラフである。It is a graph which shows the impedance of Example 1 and Example 3. FIG. 実施例2及び実施例4のインピーダンスを示すグラフである。It is a graph which shows the impedance of Example 2 and Example 4. FIG. 実施例5〜8及び比較例2のインピーダンスを示すグラフである。It is a graph which shows the impedance of Examples 5-8 and the comparative example 2. FIG. その他の実施形態に係る生体用電極の構成を示す断面図である。It is sectional drawing which shows the structure of the biomedical electrode which concerns on other embodiment. その他の実施形態に係る生体用電極の構成を示す断面図である。It is sectional drawing which shows the structure of the biomedical electrode which concerns on other embodiment. その他の実施形態に係る生体用電極の構成を示す断面図である。It is sectional drawing which shows the structure of the biomedical electrode which concerns on other embodiment. その他の実施形態に係る生体用電極の構成を示す断面図である。It is sectional drawing which shows the structure of the biomedical electrode which concerns on other embodiment.

以下、生体用電極及び生体用電極の製造方法の実施形態について説明する。   Hereinafter, embodiments of the biological electrode and the manufacturing method of the biological electrode will be described.

(1)生体用電極
生体用電極10は、電極素子であるカーボンナノチューブのシート(以下、「CNTシート」とも称する)21を有するものであり、特定の構造に限定されないが、例えば図1に示すような構造とすることができる。
(1) Biological electrode The biological electrode 10 includes a carbon nanotube sheet (hereinafter also referred to as “CNT sheet”) 21 as an electrode element, and is not limited to a specific structure. It can be set as such a structure.

図1の例では、CNTシート21の一面に、接着剤層22及びカバー層23を積層し、対向面にゲル層24を積層した構造となっている。ゲル層24の露出した表面が、生体への接触面となる。CNTシート21とカバー層23の間にリード線25の一端が挟みこまれ、接着剤層22によって接着されている。リード線25は、例えばアルミニウムやステンレスなどの金属材料や炭素繊維などから構成することができる。   1, the adhesive layer 22 and the cover layer 23 are laminated on one surface of the CNT sheet 21, and the gel layer 24 is laminated on the opposite surface. The exposed surface of the gel layer 24 becomes a contact surface with the living body. One end of the lead wire 25 is sandwiched between the CNT sheet 21 and the cover layer 23 and bonded by the adhesive layer 22. The lead wire 25 can be made of, for example, a metal material such as aluminum or stainless steel, carbon fiber, or the like.

接着剤層22は、CNTシート21とカバー層23とを貼り合わせるためのものである。接着剤層22の材料としては生体親和性のある材料が好ましい。例えば、ポリエチレン、ポリエチレンテレフタレート、シリコンゴム、ポリウレタンなどの合成樹脂系接着剤や、カーボンナノチューブが合成樹脂系接着剤に分散されてなる導電性接着剤、又は、それ自体が導電性を有する導電性樹脂からなる接着剤等を、CNTシート21又はカバー層23に塗布することにより、接着剤層22を形成することができる。   The adhesive layer 22 is for bonding the CNT sheet 21 and the cover layer 23 together. The material of the adhesive layer 22 is preferably a biocompatible material. For example, synthetic resin adhesives such as polyethylene, polyethylene terephthalate, silicon rubber, polyurethane, etc., conductive adhesives in which carbon nanotubes are dispersed in synthetic resin adhesives, or conductive resins having their own conductivity The adhesive layer 22 can be formed by applying an adhesive made of or the like to the CNT sheet 21 or the cover layer 23.

カバー層23は、リード線25を保護し、かつ、CNTシート21を補強するためのものであり、絶縁性の樹脂シートが用いられる。   The cover layer 23 protects the lead wires 25 and reinforces the CNT sheet 21, and an insulating resin sheet is used.

ゲル層24は、例えば導電性ゲルシートから構成することができる。導電性ゲルシートは、カルボキシメチルセルロース、シリコン又はポリウレタン等の親水性を付与したポリマーと、塩化ナトリウム溶液等を成分とする。このゲル層を生体接触面とすることによって、生体への接着性が良くなる。また、ゲル層24のイオン電導によって、入力インピーダンスを低減することができる。   The gel layer 24 can be composed of, for example, a conductive gel sheet. The conductive gel sheet contains a hydrophilic polymer such as carboxymethyl cellulose, silicon, or polyurethane, and a sodium chloride solution. By using this gel layer as a living body contact surface, adhesion to the living body is improved. Further, the input impedance can be reduced by ionic conduction of the gel layer 24.

このゲル層24の代わりに、生理食塩水等の電解質を含むペースト層をCNTシート21の対向面に形成しても良い。ゲル層24と同様に、ペースト層の電解質によって入力インピーダンスを低減することができる。   Instead of the gel layer 24, a paste layer containing an electrolyte such as physiological saline may be formed on the opposing surface of the CNT sheet 21. Similar to the gel layer 24, the input impedance can be reduced by the electrolyte of the paste layer.

CNTシート21は、カーボンナノチューブ(以下、「CNT」とも称する。)を、後述する抄紙成型の工程によってシート状に成型したものである。CNTシート21に用いるカーボンナノチューブは、長尺のものを用いると良い。長尺とは、繊維径が50nm未満で繊維長が1μm以上、好ましくは200μm以上であり、かつアスペクト比が100以上のものをいう。長尺のCNTは、アーク放電法、レーザー蒸発法、化学気相成長(CVD)法等により得られる。   The CNT sheet 21 is obtained by molding carbon nanotubes (hereinafter also referred to as “CNT”) into a sheet shape by a papermaking molding process described later. The carbon nanotubes used for the CNT sheet 21 may be long. The long length means a fiber diameter of less than 50 nm, a fiber length of 1 μm or more, preferably 200 μm or more, and an aspect ratio of 100 or more. Long CNTs are obtained by arc discharge method, laser evaporation method, chemical vapor deposition (CVD) method or the like.

CNTは、長尺であれば特定の種類に限定されない。例えば、グラフェンシートが1層であるシングルウォールカーボンナノチューブ(SWCNT)、2層以上のグラフェンシートが同軸状に丸まり、チューブ壁が多層をなすマルチウォールカーボンナノチューブ(MWCNT)、あるいはそれらが混合されたものを用いてもよい。   The CNT is not limited to a specific type as long as it is long. For example, single-wall carbon nanotubes (SWCNT) with a single graphene sheet, multi-wall carbon nanotubes (MWCNT) in which two or more graphene sheets are coaxially rounded, and the tube wall forms a multilayer, or a mixture thereof May be used.

また、CNTの比表面積は50m/g以上2600m/g未満、好ましくは100m/g以上2300m/g未満、より好ましくは200m/g以上1500m/g未満の範囲にあるものが望ましい。比表面積が2600m/gより大きい場合、また比表面積が50m/gより小さい場合、何れもインピーダンスが増加する。 The specific surface area of the CNT is 50 m 2 / g or more and less than 2600 m 2 / g, preferably 100 m 2 / g or more and less than 2300 m 2 / g, more preferably 200 m 2 / g or more and less than 1500 m 2 / g. desirable. When the specific surface area is larger than 2600 m 2 / g and when the specific surface area is smaller than 50 m 2 / g, the impedance increases.

また、CNTシート21の厚みは、100nm以上10mm未満、好ましくは500nm以上1mm未満、より好ましくは1μm以上500μm未満の範囲にあるものが望ましい。厚みが、10mmより大きい場合、また厚みが100nmより小さい場合、いずれもインピーダンスが増加する。   The thickness of the CNT sheet 21 is preferably in the range of 100 nm or more and less than 10 mm, preferably 500 nm or more and less than 1 mm, more preferably 1 μm or more and less than 500 μm. When the thickness is larger than 10 mm and when the thickness is smaller than 100 nm, the impedance is increased.

CNTシート21は、その破断面が層状構造になっているものでも良い。層状構造とは、CNTの塊が積み重なって積層体を形成した状態を意味する。層状構造となることによってシート内での均等配列により導電性が向上すると考えられる。また、CNTの塊は、物理的な力により束(バンドル)が開繊して、凝集体となったものである。CNTの凝集体は、5〜10μmを中心粒径とする球状の塊である。この球状の凝集体が押し潰されて層状構造を形成する。これによって、凝集体同士の接触面積が増加し形成されたCNTシートのインピーダンスを低減することができる。ここで、「開繊する」というのは、ファンデルワールス力により強固に結合しているCNTのバンドルを物理的な力でほぐすことを意味する。   The CNT sheet 21 may have a layered structure on its fracture surface. The layered structure means a state where CNT masses are stacked to form a laminate. By having a layered structure, it is considered that the conductivity is improved by the uniform arrangement in the sheet. In addition, the CNT lump is a bundle formed by opening a bundle by a physical force. The aggregate of CNT is a spherical lump having a central particle diameter of 5 to 10 μm. These spherical aggregates are crushed to form a layered structure. Thereby, the contact area between the aggregates can be increased, and the impedance of the formed CNT sheet can be reduced. Here, “opening” means that a bundle of CNTs firmly bonded by van der Waals force is loosened by physical force.

層を形成する凝集体の厚みは、0.3μm以上10μm以下であり、好ましくは0.5μm以上5μm以下、より好ましくは1μm以上3μm以下である。層を形成する凝集体の幅は、0.1μm以上500μm以下であり、好ましくは0.5μm以上200μm以下であり、より好ましくは1μm以上100μm以下である。この厚みが0.3μmより小さい場合、また厚みが10μmより大きい場合は、いずれもインピーダンスが増加する。幅が0.1μmより小さく、500μmより大きい場合も、インピーダンスが増加する。   The thickness of the aggregate forming the layer is from 0.3 μm to 10 μm, preferably from 0.5 μm to 5 μm, more preferably from 1 μm to 3 μm. The width of the aggregate forming the layer is from 0.1 μm to 500 μm, preferably from 0.5 μm to 200 μm, and more preferably from 1 μm to 100 μm. When this thickness is smaller than 0.3 μm and when the thickness is larger than 10 μm, the impedance increases in any case. Impedance also increases when the width is smaller than 0.1 μm and larger than 500 μm.

CNTシート21は、樹脂等のバインダーを混合せず、CNTのみで構成すると良い。バインダーは、一般的にはシートの補強のために添加する必要が生じる。本実施形態では、後述する抄紙成型の方法でシートを作製するため、十分な強度を保つことができ、バインダーを不要とすることができる。バインダーを用いずにCNTシート21を作製することによって、バインダーによる抵抗の増加を防ぐことができる。ただし、生体信号の検出を阻害しない程度の量であれば、バインダーを添加してCNTシート21を作製しても良い。   The CNT sheet 21 is preferably composed only of CNTs without mixing a binder such as a resin. In general, the binder needs to be added to reinforce the sheet. In this embodiment, since a sheet is produced by a papermaking molding method described later, sufficient strength can be maintained and a binder can be eliminated. By producing the CNT sheet 21 without using a binder, an increase in resistance due to the binder can be prevented. However, the CNT sheet 21 may be produced by adding a binder as long as it does not inhibit the detection of the biological signal.

CNTシート21には、インピーダンス特性の向上のために炭素粉末を混合しても良い。炭素粉末の種類としては、やしがら等の天然植物組織、フェノール等の合成樹脂、石炭,コークス,ピッチ等の化石燃料由来のものを原料とする活性炭、ケッチェンブラック(以下、KB),アセチレンブラック,チャネルブラック等のカーボンブラック、カーボンナノホーン、無定形炭素、天然黒鉛、人造黒鉛、黒鉛化ケッチェンブラック、活性炭、メソポーラス炭素等を挙げることができる。   Carbon powder may be mixed into the CNT sheet 21 in order to improve impedance characteristics. The types of carbon powder include natural plant tissues such as palm, synthetic resins such as phenol, activated carbon derived from fossil fuels such as coal, coke, and pitch, ketjen black (hereinafter referred to as KB), and acetylene. Examples thereof include carbon black such as black and channel black, carbon nanohorn, amorphous carbon, natural graphite, artificial graphite, graphitized ketjen black, activated carbon, and mesoporous carbon.

(2)電極の製造方法
上述したように、CNTシート21は、CNTを抄紙(紙漉き)して成型する工程によって作製する。抄紙成型の工程は、具体的には、図2に示すように、以下の工程を備えている。
・ステップS01:CNTと溶媒とを混合して、CNTの分散溶液を作製する。
・ステップS02:CNTの分散溶液から、CNTを抽出してシート状に成型する。
(2) Electrode Manufacturing Method As described above, the CNT sheet 21 is produced by a process of making CNTs by papermaking (papermaking). Specifically, the paper making process includes the following steps as shown in FIG.
Step S01: CNT and a solvent are mixed to prepare a CNT dispersion solution.
Step S02: CNT is extracted from the CNT dispersion solution and molded into a sheet.

以下、各工程について詳述する。
[ステップS01]
CNTを溶媒と混合して、CNTの分散溶液を作製する。分散溶液の作成方法は特定のものに限定されないが、一例として、CNTと溶媒を、ホモジナイザー等の汎用ミキサーで約5分間撹拌することによって、CNTの分散溶液を作製することができる。溶媒は、水や、メタノール、イソプロピルアルコールなどのアルコール類等を用いることができる。CNTの分散溶液の作成工程に、CNTの開繊処理を追加しても良い。開繊処理は、CNTのバンドルをほぐすことができれば良く、特定の方法に限定されない。例えば、CNTの分散溶液をボールミルで撹拌することで、CNTに物理的な力を加えて絡み合ったバンドルをほぐすことができる。そのほかジェットミキシングも利用可能である。バンドルをほぐされたCNTは凝集体を形成する。CNTの凝集体とは、5〜10μmを中心粒径とする球状の塊である。
Hereinafter, each process is explained in full detail.
[Step S01]
CNT is mixed with a solvent to prepare a dispersion solution of CNT. The method for preparing the dispersion solution is not limited to a specific one, but as an example, the dispersion solution of CNT can be prepared by stirring CNT and a solvent with a general-purpose mixer such as a homogenizer for about 5 minutes. As the solvent, water, alcohols such as methanol and isopropyl alcohol, and the like can be used. You may add the opening process of CNT to the preparation process of the dispersion solution of CNT. The opening process is not limited to a specific method as long as the bundle of CNTs can be loosened. For example, a bundle of entangled CNTs can be loosened by applying a physical force to the CNTs by stirring the CNT dispersion with a ball mill. In addition, jet mixing is also available. The bundled CNTs form aggregates. The aggregate of CNTs is a spherical lump having a center particle diameter of 5 to 10 μm.

[ステップS02]
ステップS01で作製したCNTの分散溶液から、CNTを抽出してシート状に成型する。CNTを抽出する方法は特定のものに限られないが、例えば、CNTの分散溶液をろ紙を用いて吸引ろ過すると良い。ろ紙は、例えばPTFEろ紙を用いることができる。吸引ろ過によってCNTのみをろ紙上に抽出することができる。このろ紙上の抽出物を乾燥すると、CNTシート21が完成する。
[Step S02]
CNTs are extracted from the CNT dispersion prepared in step S01 and molded into a sheet. Although the method for extracting CNTs is not limited to a specific one, for example, a CNT dispersion solution may be suction filtered using a filter paper. As the filter paper, for example, PTFE filter paper can be used. Only CNTs can be extracted on the filter paper by suction filtration. When the extract on the filter paper is dried, the CNT sheet 21 is completed.

ステップ01で開繊処理を行った場合、ステップS02において吸引ろ過処理を行うことによって、完成したCNTシートは層状構造となる。吸引ろ過によって層状構造となる理由は、以下のメカニズムが考えられる。混合液中のCNTの凝集体が、吸引ろ過によってろ紙上にひきつけられる。凝集体に対しては、ろ紙に接触した後も、下方向に吸引される力がはたらくので、潰れて円盤状となる。この円盤状になった凝集体が折り重なるように析出して、層状構造となる。   When the fiber opening process is performed in step 01, the completed CNT sheet has a layered structure by performing the suction filtration process in step S02. The following mechanism can be considered as the reason why a layered structure is formed by suction filtration. Aggregates of CNTs in the mixed solution are attracted onto the filter paper by suction filtration. The agglomerate is crushed into a disk shape because the force attracted downward acts even after contacting the filter paper. The disk-like aggregates are deposited so as to be folded to form a layered structure.

このCNTシート21を所望の形に切り出して電極素子とし、その上に接着剤を塗布して接着剤層22を形成する。接着剤層22に対して、リード線25の一端を挟みながらカバー層23を積層することで、生体用電極10として使用することができる。   The CNT sheet 21 is cut into a desired shape to form an electrode element, and an adhesive is applied thereon to form an adhesive layer 22. By laminating the cover layer 23 while sandwiching one end of the lead wire 25 on the adhesive layer 22, it can be used as the biological electrode 10.

CNTに炭素粉末を混合する場合は、ステップS01において、CNTに加えて炭素粉末も溶媒に混合する。さらに、ボールミル、ジェットミキシングや超遠心処理等を用いて撹拌することで、CNTを開繊すると同時に炭素粉末を細分化及び均一化することができる。   When carbon powder is mixed with CNT, in addition to CNT, carbon powder is also mixed with a solvent in step S01. Furthermore, by stirring using a ball mill, jet mixing, ultracentrifugation, or the like, the carbon powder can be subdivided and homogenized at the same time as the CNTs are opened.

(実施例1)
70mgのSWCNT(比表面積800m/g、繊維長500μm、繊維径3nm)と30ccのイソプロピルアルコールを、ホモジナイザーを用いて、回転数20000rpmで5分間撹拌し、CNTの分散溶液を作製した。作製した分散溶液10ccを、ボールミルを用いてさらに10分間撹拌して、CNTの開繊処理を行った。このとき、ボール径は0.5mm、回転数は1000rpmとした。続いて、CNTの分散溶液をPTFEろ紙(直径:35mm、平均細孔0.2μm)を用いて吸引ろ過し、ろ紙上の残存物をロータリードライヤーで110℃、10分間乾燥し、100μmの厚みのCNTシート21を作製した。
Example 1
70 mg of SWCNT (specific surface area 800 m 2 / g, fiber length 500 μm, fiber diameter 3 nm) and 30 cc of isopropyl alcohol were stirred for 5 minutes at a rotational speed of 20000 rpm using a homogenizer to prepare a dispersion solution of CNTs. The produced dispersion solution 10 cc was further stirred for 10 minutes using a ball mill to perform the CNT opening process. At this time, the ball diameter was 0.5 mm and the rotation speed was 1000 rpm. Subsequently, the dispersion solution of CNTs was suction filtered using PTFE filter paper (diameter: 35 mm, average pore size 0.2 μm), and the residue on the filter paper was dried at 110 ° C. for 10 minutes with a rotary dryer. A CNT sheet 21 was produced.

(実施例2)
SWCNTをMWCNT(比表面積250m/g、繊維長1.5μm、繊維径9.5nm)としたほかは、実施例1と同様の方法でCNTシート21を作製した。
(Example 2)
A CNT sheet 21 was produced in the same manner as in Example 1 except that SWCNT was changed to MWCNT (specific surface area 250 m 2 / g, fiber length 1.5 μm, fiber diameter 9.5 nm).

(実施例3)
材料は実施例1と同じものを用いた。ボールミルを用いたCNTの開繊処理を行なわず、ホモジナイザーで作製したCNTの分散溶液をそのままろ紙で吸引ろ過した。その他は、実施例1と同様の方法でCNTシート21を作製した。
(Example 3)
The same material as in Example 1 was used. Without performing the CNT opening process using a ball mill, the dispersion solution of CNT produced by a homogenizer was suction filtered with a filter paper as it was. Other than that, a CNT sheet 21 was produced in the same manner as in Example 1.

(実施例4)
材料は実施例2と同じものを用いた。ボールミルを用いたCNTの開繊処理を行なわず、ホモジナイザーで作製したCNTの分散溶液をそのままろ紙で吸引ろ過した。その他は、実施例1と同様の方法でCNTシート21を作製した。
Example 4
The same material as in Example 2 was used. Without performing the CNT opening process using a ball mill, the dispersion solution of CNT produced by a homogenizer was suction filtered with a filter paper as it was. Other than that, a CNT sheet 21 was produced in the same manner as in Example 1.

上述した方法で作製した実施例1〜4のCNTシート21の厚みは、約100μmであった。これらのCNTシート21を用いて、図3(a)に示す生体用電極2をそれぞれ作製した。上述したように、本発明の生体用電極は特定の構造のものには限られない。図3に示す生体用電極2において低周波におけるインピーダンスの低減を確認できれば、他の構造の生体用電極、例えば図1に示した生体用電極10においても同様の特性を発揮すると言える。   The thickness of the CNT sheet 21 of Examples 1 to 4 produced by the method described above was about 100 μm. Using these CNT sheets 21, biomedical electrodes 2 shown in FIG. As described above, the biological electrode of the present invention is not limited to a specific structure. If the reduction in impedance at low frequency can be confirmed in the biological electrode 2 shown in FIG. 3, it can be said that the biological electrode having another structure, for example, the biological electrode 10 shown in FIG.

図3(a)及び(b)に示すように、生体用電極2は、CNTシート21の一面に接着剤6を塗布して、その上から保護用の絶縁テープ7を貼り付け、円板部とリード部を有するように打ち抜いたものである。そして、この生体用電極2を2つ準備してセパレータ4を介して円板部を貼り合わせ、生理食塩水に含浸し、ガラス板で挟みクリップで加圧した。CNTシート21に塗布する接着剤6は、CNTシート21を補強しかつ絶縁テープ7に接着しやすくするためのものである。接着剤6は特定の種類に限られないが、ここでは生体親和性のある接着剤を用いた。セパレータ4はここではマニラ紙を用いたが、特定の種類に限られない。   As shown in FIGS. 3 (a) and 3 (b), the biological electrode 2 is formed by applying an adhesive 6 to one surface of the CNT sheet 21 and attaching a protective insulating tape 7 thereon, to thereby form a disk portion. And punched to have a lead portion. Then, two biomedical electrodes 2 were prepared, the disc portions were bonded together via the separator 4, impregnated with physiological saline, sandwiched between glass plates, and pressurized with clips. The adhesive 6 applied to the CNT sheet 21 is for reinforcing the CNT sheet 21 and facilitating adhesion to the insulating tape 7. The adhesive 6 is not limited to a specific type, but here, a biocompatible adhesive is used. The separator 4 is made of manila paper here, but is not limited to a specific type.

この貼り合せた生体用電極2,2を用いて、後述する方法で測定試験を行い、特性の確認を行った。なお、実施例1〜4は、生理食塩水を含浸したセパレータ4を介して生体用電極2を貼り合せたものであり、生体への接触面にペースト層を形成した場合の生体用電極と同様の特性を示すものである。   Using the biomedical electrodes 2 and 2 bonded together, a measurement test was performed by a method described later to confirm the characteristics. In Examples 1 to 4, the biological electrode 2 is bonded through the separator 4 impregnated with physiological saline, and is similar to the biological electrode in the case where a paste layer is formed on the contact surface to the living body. This shows the characteristics.

(比較例1)
CNTではない、繊維径がミクロンサイズの炭素繊維を用いて、実施例1と同様の方法で、CNTシート21を作製しようとしたが、繊維系が大きく、強度不足のためシート状に成形されなかった。
(Comparative Example 1)
An attempt was made to produce a CNT sheet 21 by using the carbon fiber having a fiber diameter of micron which is not CNT, in the same manner as in Example 1. However, the fiber system is large and the sheet is not formed into a sheet due to insufficient strength. It was.

(比較例2)
生体用電極として銀皿電極(商品名:誘発脳波用皿電極、型番:NE-132B、日本光電株式会社製)を用い、CNTシート21を用いた生体用電極2と同様に、この銀皿電極を2つ準備し、セパレータを介して貼り合せ、生理食塩水に含浸し、ガラス板で挟みクリップで加圧した。
(Comparative Example 2)
A silver dish electrode (trade name: induction electroencephalogram dish electrode, model number: NE-132B, manufactured by Nihon Kohden Co., Ltd.) is used as the biological electrode, and this silver dish electrode is used in the same manner as the biological electrode 2 using the CNT sheet 21. Were prepared, bonded together through a separator, impregnated with physiological saline, sandwiched between glass plates and pressed with a clip.

(比較例3)
ピッチ系炭素繊維(ドナカーボ原糸、比表面積20m/g以下、繊維径13μm)に樹脂バインダーを混合して抄紙成型した得られたカーボンシート21(製品名ドナカーボ・ペーパー S-251、シート厚さ1.3mm、シート密度0.038g/cc)を用い、実施例1〜4と同様に生体用電極を作製した。この生体用電極を2つ準備してセパレータ4を介して貼り合わせ、生理食塩水に含浸し、ガラス板で挟みクリップで加圧した。
(Comparative Example 3)
Carbon sheet 21 (product name Donakabo Paper S-251, sheet thickness) obtained by paper-molding by mixing resin binder with pitch-based carbon fiber (Donna carbon yarn, specific surface area 20 m 2 / g or less, fiber diameter 13 μm) 1.3 mm, a sheet density of 0.038 g / cc), and a biological electrode was produced in the same manner as in Examples 1 to 4. Two of these biomedical electrodes were prepared and bonded together via the separator 4, impregnated with physiological saline, sandwiched between glass plates and pressed with a clip.

[層状構造の確認]
図4〜図7に、上記の実施例1〜4において作成されたCNTシート21の破断面のSEM像を示す。図4〜図7からわかるとおり、実施例1〜4において、CNTがシート状に成形されていることがわかる。また、図4及び図5に示された実施例1及び実施例2のCNTシート21は、図6及び図7に示された実施例3及び実施例4のCNTシート21よりも、高密度であることがわかる。
[Confirmation of layered structure]
4 to 7 show SEM images of fracture surfaces of the CNT sheets 21 created in Examples 1 to 4 described above. As can be seen from FIGS. 4 to 7, in Examples 1 to 4, it can be seen that CNTs are formed into a sheet shape. Moreover, the CNT sheet 21 of Example 1 and Example 2 shown in FIGS. 4 and 5 is higher in density than the CNT sheet 21 of Example 3 and Example 4 shown in FIGS. 6 and 7. I know that there is.

また、図4及び図5に示すように、CNTの開繊処理及び分散溶液の吸引ろ過処理を行った実施例1及び実施例2では、CNTの凝集体が押し固められるように積層し、層状構造を形成している様子がわかる。これは、開繊処理によってバンドルがほぐれた凝集体となったCNTが、吸引ろ過の圧力によって高密度に積層したためと考えられる。   Also, as shown in FIGS. 4 and 5, in Example 1 and Example 2 in which the CNT opening treatment and the dispersion solution suction filtration treatment were performed, the CNT aggregates were laminated so as to be compacted, and layered. You can see how the structure is formed. This is presumably because the CNTs that became aggregates in which the bundles were loosened by the fiber-opening treatment were laminated at a high density by the pressure of suction filtration.

実施例1は、30μmの範囲に10層が確認でき、1つの層の厚みは約3μmだった。凝集体の一つ一つは大きさが異なるが、0.1μm以上500μm以下、1μm以上200μm以下、10μm以上100μm以下の幅のものが確認できた。   In Example 1, 10 layers were confirmed in the range of 30 μm, and the thickness of one layer was about 3 μm. Although each of the aggregates has a different size, one having a width of 0.1 μm or more and 500 μm or less, 1 μm or more and 200 μm or less, 10 μm or more and 100 μm or less was confirmed.

実施例2は、30μmの範囲に30層が確認でき、1つの層の厚みは約1μmだった。凝集体の一つ一つは大きさが異なるが、0.1μm以上100μm以下、0.5μm以上50μm以下、1μm以上20μm以下の幅のものが確認できた。   In Example 2, 30 layers were confirmed in the range of 30 μm, and the thickness of one layer was about 1 μm. Although each of the aggregates has a different size, it was confirmed that the aggregate had a width of 0.1 μm to 100 μm, 0.5 μm to 50 μm, 1 μm to 20 μm.

一方、開繊処理を行わなかった実施例3では、束のままのCNTが不均一に絡み合っており、層状構造にはなっていない(図6参照)。また、吸引ろ過処理を行わなかった実施例4は、開繊処理で形成されたCNTの凝集体にかかる圧力が弱いため、凝集体の境目がなくなり、層状構造になっていない(図7参照)。   On the other hand, in Example 3 in which the fiber-opening treatment was not performed, the CNTs in a bundle were intertwined non-uniformly and did not have a layered structure (see FIG. 6). Further, in Example 4 in which the suction filtration treatment was not performed, the pressure applied to the CNT aggregate formed by the fiber opening process was weak, so the boundary between the aggregates disappeared, and the layered structure was not obtained (see FIG. 7). .

[密度及び表面抵抗]
上記の実施例1〜4の生体電極の密度及び表面抵抗を測定した結果を、以下の表1に示す。
<測定条件>
・密度:実施例1〜4のCNTシート、及び比較例3のカーボンシートを幅1.5cm、長さ1.5cmに切断し、そのシートの重量と厚みを測定し、密度を計算した。
・表面抵抗:実施例1〜4のCNTシート、及び比較例3のカーボンシートを幅1cm、長さ5cmに切断し、測定端子を端子間距離を4cmとなるように接続して測定した。
[Density and surface resistance]
The results of measuring the density and surface resistance of the bioelectrodes of Examples 1 to 4 are shown in Table 1 below.
<Measurement conditions>
Density: The CNT sheets of Examples 1 to 4 and the carbon sheet of Comparative Example 3 were cut into a width of 1.5 cm and a length of 1.5 cm, the weight and thickness of the sheet were measured, and the density was calculated.
-Surface resistance: The CNT sheets of Examples 1 to 4 and the carbon sheet of Comparative Example 3 were cut into a width of 1 cm and a length of 5 cm, and the measurement terminals were connected so that the distance between the terminals was 4 cm.

実施例1〜4はいずれも、長尺で比表面積の大きいCNTを抄紙成型してCNTシート21を構成している。そのため、比較例3のカーボンシートと比較すると、密度が高くなり、結果として直流抵抗も大きく低減することができると考えられる。   In each of Examples 1 to 4, a CNT sheet 21 is formed by paper-making a long and large specific surface area CNT. Therefore, compared with the carbon sheet of Comparative Example 3, it is considered that the density is increased, and as a result, the DC resistance can be greatly reduced.

また、同じSWCNTを用いたものであっても、実施例1は実施例3よりも密度が高く、直流抵抗がさらに低くなっていることがわかる。また同じMWCNTを用いたものであっても、実施例2は実施例4よりも密度が高く、直流抵抗がさらに低くなっていることがわかる。これは、実施例1及び実施例2のCNTシートが開繊処理を行ったことによって層状構造を形成しているためと考えられる。   Moreover, even if it uses the same SWCNT, Example 1 has a higher density than Example 3, and it turns out that DC resistance is still lower. Moreover, even if it uses the same MWCNT, Example 2 has a higher density than Example 4, and it turns out that DC resistance is still lower. This is probably because the CNT sheets of Example 1 and Example 2 formed a layered structure by performing the fiber opening process.

[インピーダンス]
実施例1〜4及び比較例2及び3の生体用電極2,2を使って、下記の条件において、各周波数におけるインピーダンスを測定した。
<測定条件>
電位:開回路電位
重畳電圧:±10mV
周波数範囲:1Hz〜100Hz
[Impedance]
Using the biological electrodes 2 and 2 of Examples 1 to 4 and Comparative Examples 2 and 3, impedance at each frequency was measured under the following conditions.
<Measurement conditions>
Potential: Open circuit potential superimposed voltage: ± 10 mV
Frequency range: 1Hz to 100Hz

図8は、実施例1〜4及び比較例2及び3のインピーダンスを示したグラフである。なお、比較例1は、強度不足によりシート状に成形することができなかったため生体用電極としてのインピーダンスを測定できなかった。比較例3は、繊維径がミクロンサイズの炭素繊維を用いてカーボンシートの電極を作製しており、そのインピーダンスは比較例2の銀皿電極よりも高い。一方、実施例1〜4の電極はいずれも、比較例3のカーボンシートを用いた電極のみならず、比較例2の銀皿電極よりも低いインピーダンスを示している。この傾向は特に低い周波数において顕著である。   FIG. 8 is a graph showing the impedance of Examples 1 to 4 and Comparative Examples 2 and 3. In Comparative Example 1, the impedance as a biological electrode could not be measured because it could not be formed into a sheet due to insufficient strength. In Comparative Example 3, a carbon sheet electrode is produced using carbon fibers having a fiber diameter of micron, and the impedance thereof is higher than that of the silver plate electrode of Comparative Example 2. On the other hand, all of the electrodes of Examples 1 to 4 show lower impedance than the electrode using the carbon sheet of Comparative Example 3 as well as the silver plate electrode of Comparative Example 2. This tendency is particularly noticeable at low frequencies.

また、図8からわかるように、SWCNTを用いた実施例1は、MWCNTを用いた実施例2よりもさらにインピーダンスが低い。すなわち、200μm以上の繊維長の長いカーボンナノチューブを用いているため、繊維間の接触面積が増え、インピーダンスを低減できる。   As can be seen from FIG. 8, Example 1 using SWCNT has a lower impedance than Example 2 using MWCNT. That is, since carbon nanotubes having a long fiber length of 200 μm or more are used, the contact area between the fibers increases, and the impedance can be reduced.

図8では実施例2及び実施例3のグラフがほぼ重なっているため、図9に実施例1及び実施例3のインピーダンスを示し、図10に実施例2及び実施例4のインピーダンスを示す。図9に示すように、実施例1は実施例3よりもインピーダンスが低くなっている。これは、実施例1では開繊処理を行ったことにより、CNTの層状構造が形成されているためである。   In FIG. 8, the graphs of Example 2 and Example 3 almost overlap, so FIG. 9 shows the impedance of Example 1 and Example 3, and FIG. 10 shows the impedance of Example 2 and Example 4. As shown in FIG. 9, the impedance of Example 1 is lower than that of Example 3. This is because in Example 1, the layered structure of CNTs is formed by performing the fiber opening process.

図10に示すように、実施例2は実施例4よりもインピーダンスが低くなっている。これも、実施例2において開繊処理を行ったことにより、CNTの層状構造が形成されているためである。   As shown in FIG. 10, the impedance of Example 2 is lower than that of Example 4. This is also because a layered structure of CNTs is formed by performing the fiber opening process in Example 2.

また、上述したように、実施例1〜4の抄紙成型したCNTシート21を有する生体用電極2は、比較例2の銀皿電極に比較して、インピーダンスをより大きく低減する効果を発揮している。   In addition, as described above, the biological electrode 2 having the paper-molded CNT sheet 21 of Examples 1 to 4 exhibits the effect of greatly reducing the impedance as compared with the silver plate electrode of Comparative Example 2. Yes.

[ゲル層の実験例]
実施例1〜4では、生理食塩水を含浸したセパレータ4を介して貼り合せた生体用電極2,2の特性を確認した。次に、実施例5〜8では、ゲルシートを介して貼り合せた生体用電極2,2の特性を確認した。これによって、図1に示したような、生体への接触面にゲル層24を形成した生体用電極の特性を確認することができる。
[Experimental example of gel layer]
In Examples 1 to 4, the characteristics of the biological electrodes 2 and 2 bonded through the separator 4 impregnated with physiological saline were confirmed. Next, in Examples 5 to 8, the characteristics of the biological electrodes 2 and 2 bonded through the gel sheet were confirmed. Thereby, the characteristics of the biomedical electrode in which the gel layer 24 is formed on the contact surface with the living body as shown in FIG. 1 can be confirmed.

(実施例5)
70mgのSWCNT(比表面積800m/g、繊維長500μm、繊維径3nm)と30ccのイソプロピルアルコールを、ホモジナイザーを用いて、回転数20000rpmで5分間撹拌し、CNTの分散溶液を作製した。作製した分散溶液10ccを、ボールミルを用いてさらに10分間撹拌して、CNTの開繊処理を行った。このとき、ボール径は0.5mm、回転数は1000rpmとした。続いて、CNTの分散溶液をPTFEろ紙(直径:35mm、平均細孔0.2μm)を用いて吸引ろ過し、ろ紙上の残存物をロータリードライヤーで110℃、10分間乾燥し、100μmの厚みのCNTシート21を作製した。
(Example 5)
70 mg of SWCNT (specific surface area 800 m 2 / g, fiber length 500 μm, fiber diameter 3 nm) and 30 cc of isopropyl alcohol were stirred for 5 minutes at a rotational speed of 20000 rpm using a homogenizer to prepare a dispersion solution of CNTs. The produced dispersion solution 10 cc was further stirred for 10 minutes using a ball mill to perform the CNT opening process. At this time, the ball diameter was 0.5 mm and the rotation speed was 1000 rpm. Subsequently, the dispersion solution of CNTs was suction filtered using PTFE filter paper (diameter: 35 mm, average pore size 0.2 μm), and the residue on the filter paper was dried at 110 ° C. for 10 minutes with a rotary dryer. A CNT sheet 21 was produced.

(実施例6)
SWCNTをMWCNT(比表面積250m/g、繊維長15μm、繊維径8nm)としたほかは、実施例5と同様の方法でCNTシート21を作製した。
(Example 6)
A CNT sheet 21 was produced in the same manner as in Example 5 except that SWCNT was changed to MWCNT (specific surface area 250 m 2 / g, fiber length 15 μm, fiber diameter 8 nm).

(実施例7)
材料は実施例5と同じものを用いた。ボールミルを用いたCNTの開繊処理を行なわず、ホモジナイザーで作製したCNTの分散溶液をそのままろ紙で吸引ろ過した。その他は、実施例5と同様の方法でCNTシート21を作製した。
(Example 7)
The same material as in Example 5 was used. Without performing the CNT opening process using a ball mill, the dispersion solution of CNT produced by a homogenizer was suction filtered with a filter paper as it was. Otherwise, the CNT sheet 21 was produced in the same manner as in Example 5.

(実施例8)
材料は実施例6と同じものを用いた。ボールミルを用いたCNTの開繊処理を行なわず、ホモジナイザーで作製したCNTの分散溶液をそのままろ紙で吸引ろ過した。その他は、実施例5と同様の方法でCNTシート21を作製した。
(Example 8)
The same material as in Example 6 was used. Without performing the CNT opening process using a ball mill, the dispersion solution of CNT produced by a homogenizer was suction filtered with a filter paper as it was. Otherwise, the CNT sheet 21 was produced in the same manner as in Example 5.

上述した方法で作製した各実施例のCNTシート21を用いて、実施例1〜4と同様に、図3(a)に示す生体用電極2を作製した。すなわち、CNTシート21の一面に接着剤6を塗布し、絶縁テープ7を貼り付け、円板部とリード部を有するように打ち抜いて、生体用電極2を作製した。   Using the CNT sheet 21 of each example produced by the method described above, the biological electrode 2 shown in FIG. 3A was produced in the same manner as in Examples 1 to 4. That is, the adhesive 6 was applied to one surface of the CNT sheet 21, the insulating tape 7 was affixed, and punched out so as to have a disk portion and a lead portion, thereby producing the bioelectrode 2.

続いて、このようにして得られた生体用電極2を2つ準備し、一方の生体用電極2のCNTシート21の露出した面にゲルシートを貼り付けた。もう一方の生体用電極2をこのゲルシートを挟んで貼り合わせるように対向させ、ガラス板で挟みクリップで加圧した。   Subsequently, two biomedical electrodes 2 thus obtained were prepared, and a gel sheet was attached to the exposed surface of the CNT sheet 21 of one biomedical electrode 2. The other biomedical electrode 2 was opposed so as to be bonded with the gel sheet interposed therebetween, sandwiched between glass plates, and pressurized with a clip.

(比較例4)
生体用電極として銀皿電極(商品名:誘発脳波用皿電極、型番:NE-132B、日本光電株式会社製)を用い、実施例5〜8のCNTシート21を用いた生体用電極2と同様に、この銀皿電極を2つ準備し、一方の銀皿電極の露出した面にゲルシートを貼り付けた。もう一方の銀皿電極をゲルシートを挟んで貼り合わせるように対向させ、ガラス板で挟みクリップで加圧した。
(Comparative Example 4)
The same as the biological electrode 2 using the CNT sheet 21 of Examples 5 to 8 using a silver dish electrode (trade name: Equivalent EEG dish electrode, model number: NE-132B, manufactured by Nihon Kohden Co., Ltd.) as the biological electrode. In addition, two silver dish electrodes were prepared, and a gel sheet was attached to the exposed surface of one silver dish electrode. The other silver plate electrode was opposed so as to be bonded with a gel sheet sandwiched between them, sandwiched between glass plates and pressurized with a clip.

(比較例5)
ピッチ系炭素繊維(ドナカーボ原糸、比表面積20m2/g以下、繊維径13μm)に樹脂バインダーを混合して抄紙成型したカーボンシート21(製品名ドナカーボ・ペーパー S-251、シート厚さ1.3mm、シート密度0.038 g/cc)を用い、実施例5〜8と同様に生体用電極を作製した。このカーボンシートを用いた生体用電極を2つ準備し、一方の生体用電極のカーボンシートが露出した面にゲルシートを貼り付けた。もう一方の生体用電極をゲルシートを挟んで貼り合わせるように対向させ、ガラス板で挟みクリップで加圧した。
(Comparative Example 5)
Carbon sheet 21 (product name Donakabo Paper S-251, sheet thickness 1.3 mm, mixed with resin binder mixed with pitch-based carbon fiber (Donna carbon yarn, specific surface area 20 m2 / g or less, fiber diameter 13 μm), Using a sheet density of 0.038 g / cc), biomedical electrodes were produced in the same manner as in Examples 5-8. Two biomedical electrodes using this carbon sheet were prepared, and the gel sheet was affixed on the surface where the carbon sheet of one biomedical electrode was exposed. The other biomedical electrode was opposed so as to be bonded with a gel sheet sandwiched therebetween, sandwiched between glass plates, and pressurized with a clip.

[インピーダンス]
実施例5〜8及び比較例4及び5の生体用電極を使って、下記の条件において、各周波数におけるインピーダンスを測定した。
<測定条件>
電位:開回路電位
重畳電圧:±10mV
周波数範囲:1Hz〜100Hz
[Impedance]
Using the biological electrodes of Examples 5 to 8 and Comparative Examples 4 and 5, impedance at each frequency was measured under the following conditions.
<Measurement conditions>
Potential: Open circuit potential superimposed voltage: ± 10 mV
Frequency range: 1Hz to 100Hz

図11は、実施例5〜8及び比較例4及び5のインピーダンスを示したグラフである。ゲルシートを用いた実施例5〜8も、実施例1〜4と同様の特性を確認することができる。すなわち、実施例5〜8の生体用電極はいずれも、比較例4の銀皿電極及び比較例5のカーボンシートを用いた電極よりも低いインピーダンスを示している。この傾向は特に低い周波数において顕著である。以上のことから、生体用電極の生体への接触面にゲル層24を形成した場合でも、インピーダンスを低減する効果が得られることがわかる。   FIG. 11 is a graph showing impedances of Examples 5 to 8 and Comparative Examples 4 and 5. In Examples 5 to 8 using the gel sheet, the same characteristics as those in Examples 1 to 4 can be confirmed. That is, the biomedical electrodes of Examples 5 to 8 all have a lower impedance than the electrode using the silver plate electrode of Comparative Example 4 and the carbon sheet of Comparative Example 5. This tendency is particularly noticeable at low frequencies. From the above, it can be seen that the effect of reducing impedance can be obtained even when the gel layer 24 is formed on the contact surface of the living body electrode with the living body.

(3)効果
以上のように、本実施形態の生体用電極10は、高密度かつ比表面積の大きなカーボンナノチューブを抄紙成型したCNTシート21を使用することにより、低周波においてインピーダンスを低減し、生体信号を良好に検出することができる。また、カーボンナノチューブを用いているので、X線CTとの併用が可能である。さらに、安価で使い捨てが可能であり、衛生面を改善することができる。
(3) Effects As described above, the living body electrode 10 of the present embodiment uses the CNT sheet 21 formed by paper-making carbon nanotubes having a high density and a large specific surface area, thereby reducing impedance at a low frequency. The signal can be detected well. Moreover, since the carbon nanotube is used, it can be used in combination with X-ray CT. Furthermore, it is cheap and can be disposable, and the hygiene aspect can be improved.

CNTシート21に使用するCNTは、比表面積が50m/g以上2600m/g未満の範囲のものを用いても良い。これによって、インピーダンスの増加を防ぐことができる。 The CNT used for the CNT sheet 21 may have a specific surface area of 50 m 2 / g or more and less than 2600 m 2 / g. Thereby, an increase in impedance can be prevented.

CNTシート21は、厚みが100nm以上10mm未満の範囲のものを用いても良い。これによって、インピーダンスの増加を防ぐことができる。   The CNT sheet 21 may have a thickness in the range of 100 nm or more and less than 10 mm. Thereby, an increase in impedance can be prevented.

CNTシート21は、バインダーを用いずに作製しても良い。これによって、抵抗の増加を防ぐことができる。   The CNT sheet 21 may be produced without using a binder. Thereby, an increase in resistance can be prevented.

CNTシート21は、CNTに分散された、粒子径が100nm未満の多孔質化処理した炭素粉末を有するようにしても良い。炭素粉末によって、より大きな容量を得ることができる。   The CNT sheet 21 may have a porous carbon powder dispersed in CNTs and having a particle diameter of less than 100 nm. Larger capacity can be obtained with carbon powder.

CNTシート21の表面に、生体との接触面となるゲル層24を形成しても良い。固体であるゲルによって、生体への接着性を向上させることができる。   A gel layer 24 serving as a contact surface with a living body may be formed on the surface of the CNT sheet 21. The adhesiveness to the living body can be improved by the gel that is solid.

また、CNTシート21は層状構造のCNTを含むものであっても良い。これによって、より密度を高くし、かつ凝集体同士の接触面積が増加し、インピーダンスを低減することができる。また、インピーダンスが低いため、生体電極のCNTシートの面積も小さくすることができ、多点測定により有利となる。   Further, the CNT sheet 21 may include a CNT having a layered structure. Thereby, the density can be further increased, the contact area between the aggregates can be increased, and the impedance can be reduced. Moreover, since the impedance is low, the area of the CNT sheet of the bioelectrode can be reduced, which is advantageous by multipoint measurement.

層状構造のカーボンナノチューブとは、バンドルを開繊したカーボンナノチューブの凝集体を積層したものであっても良い。開繊されたカーボンナノチューブの凝集体を積層することで、高い密度と低いインピーダンスを得ることができる。   The carbon nanotube having a layered structure may be a laminate of carbon nanotube aggregates obtained by opening a bundle. By stacking the aggregates of the opened carbon nanotubes, high density and low impedance can be obtained.

カーボンナノチューブの凝集体は、厚さが0.3μm以上10μm以下であり、幅が0.1μm以上500μm以下であると良い。この範囲にすることによって、インピーダンスの増加を防止できる。   The aggregate of carbon nanotubes preferably has a thickness of 0.3 μm to 10 μm and a width of 0.1 μm to 500 μm. By setting this range, an increase in impedance can be prevented.

層状構造のカーボンナノチューブは、カーボンナノチューブの分散溶液をろ紙を用いて吸引ろ過し、ろ紙上の残存物をシート状に成型したものである。吸引ろ過することにより、カーボンナノチューブの凝集体に均一に高い圧力がかかり、密度の高い層を形成することができる。   The carbon nanotubes having a layered structure are obtained by suction-filtering a dispersion solution of carbon nanotubes using a filter paper and molding the residue on the filter paper into a sheet shape. By suction filtration, a high pressure is uniformly applied to the aggregate of carbon nanotubes, and a dense layer can be formed.

カーボンナノチューブの分散溶液は、カーボンナノチューブと溶媒の混合処理と、カーボンナノチューブの開繊処理とによって作製したものである。混合液中のカーボンナノチューブに対して開繊処理を行うことで、カーボンナノチューブが凝集体となり、層状構造を形成することができる。   The carbon nanotube dispersion solution is prepared by mixing the carbon nanotubes with a solvent and opening the carbon nanotubes. By performing the fiber opening process on the carbon nanotubes in the mixed solution, the carbon nanotubes become aggregates and a layered structure can be formed.

CNTシート21は、樹脂等のバインダーを添加せずに形成しても良い。バインダーを添加することによる抵抗の増加を防ぐことができる。本実施形態では、CNTの凝集体を吸引ろ過することにより高密度のCNTシート21を形成しているため、バインダーを添加しなくても、十分な強度を保つことができる。   The CNT sheet 21 may be formed without adding a binder such as a resin. An increase in resistance due to the addition of a binder can be prevented. In this embodiment, since the high-density CNT sheet 21 is formed by suction filtration of the CNT aggregate, sufficient strength can be maintained without adding a binder.

(4)その他の実施形態
以上のように、本発明の実施形態を説明したが、実施形態は例として提示したものであり、発明の要旨を逸脱しない範囲で、種々の省略、置き換え、変更を行うことができる。そのような変形例も実施形態と共に発明の範囲や要旨に含まれる。
(4) Other Embodiments As described above, the embodiment of the present invention has been described. However, the embodiment is presented as an example, and various omissions, replacements, and modifications can be made without departing from the gist of the invention. It can be carried out. Such modifications are also included in the scope and gist of the invention together with the embodiments.

例えば、上述の実施形態では、生体用電極の構造として図1の例を示し、また実施例では図3の例を用いたが、本発明の生体用電極は、これらの構造に限定されるものではない。例えば、図12〜図15に示すような構造にしても良い。   For example, in the above-described embodiment, the example of FIG. 1 is shown as the structure of the biological electrode, and the example of FIG. 3 is used in the example. However, the biological electrode of the present invention is limited to these structures. is not. For example, a structure as shown in FIGS.

図12の例では、ゲル層24がCNTシート21の表面の一部のみに積層され、CNTシート21の表面の一部が露出した構造となっている。このような構造によって、CNTシート21はリード線の役割を兼ねることができるため、リード線25を省略することができる。   In the example of FIG. 12, the gel layer 24 is laminated only on a part of the surface of the CNT sheet 21, and a part of the surface of the CNT sheet 21 is exposed. With such a structure, since the CNT sheet 21 can also serve as a lead wire, the lead wire 25 can be omitted.

図13の例では、図12と同様にゲル層24がCNTシート21の一部のみに積層され、CNTシート21がリード線の役割を兼ねている。また、ゲル層24はCNTシート21の表面に一部が食い込むように固着されている。これによって、ゲル層24がCNTシート21から離脱するのを防ぐことができる。さらに、ゲル層24の側面を囲むように絶縁層26が形成されている。絶縁層26は、ゲル層24の側面に食い込むように固着されている。これによって絶縁層26がCNTシート21上から離脱することを防ぐことができる。絶縁層26は、絶縁性を有する硬質の部材で形成すると良い。例えば、生体親和性のある絶縁材料があげられる。これによって、ゲル層24を皮膚に接触させたときに、絶縁層26がゲル層24を支持するため、CNTシート21が皮膚に直接接触するのを防ぐことができる。また、   In the example of FIG. 13, the gel layer 24 is laminated only on a part of the CNT sheet 21 as in FIG. 12, and the CNT sheet 21 also serves as a lead wire. Further, the gel layer 24 is fixed so that a part of the gel layer 24 bites into the surface of the CNT sheet 21. Thereby, it is possible to prevent the gel layer 24 from being detached from the CNT sheet 21. Further, an insulating layer 26 is formed so as to surround the side surface of the gel layer 24. The insulating layer 26 is fixed so as to bite into the side surface of the gel layer 24. As a result, the insulating layer 26 can be prevented from being detached from the CNT sheet 21. The insulating layer 26 is preferably formed of a hard member having insulating properties. For example, a biocompatible insulating material can be used. As a result, when the gel layer 24 is brought into contact with the skin, the insulating layer 26 supports the gel layer 24, so that the CNT sheet 21 can be prevented from coming into direct contact with the skin. Also,

図14の例では、図13と同様にゲル層24はCNTシート21に一部が食い込むように固着され、ゲル層24の周囲に絶縁層26が形成されている。そして、ゲル層24の下部に、さらに電解質のペースト層27を形成している。ペースト層27も、CNTシート21に食い込むように固着されている。電解質を含むペースト層27によって抵抗を低減することができ、さらゲル層24によって生体への接触安定性を得るという、複合的な効果が得られる。   In the example of FIG. 14, the gel layer 24 is fixed so as to partially penetrate the CNT sheet 21 as in FIG. 13, and the insulating layer 26 is formed around the gel layer 24. An electrolyte paste layer 27 is further formed below the gel layer 24. The paste layer 27 is also fixed so as to bite into the CNT sheet 21. The resistance can be reduced by the paste layer 27 containing the electrolyte, and the composite effect that the contact stability to the living body is obtained by the gel layer 24 can be obtained.

図15の例では、リード線25はCNTシート21よりも大きいサイズになっている。そのため、リード線25はCNTシート21とカバー層23の間に一端が挟み込まれる形ではなく、接着剤層22を介してCNTシート21の表面に積層し、さらにCNTシート21から突出して、一部が露出した形になっている。カバー層23はリード線25と同じサイズで、リード線25のCNTシート21に積層する面と対向する面に積層している。   In the example of FIG. 15, the lead wire 25 is larger than the CNT sheet 21. Therefore, one end of the lead wire 25 is not sandwiched between the CNT sheet 21 and the cover layer 23, but is laminated on the surface of the CNT sheet 21 via the adhesive layer 22, and further protrudes from the CNT sheet 21 to partially Is exposed. The cover layer 23 is the same size as the lead wire 25 and is laminated on the surface of the lead wire 25 opposite to the surface laminated on the CNT sheet 21.

2 生体用電極
4 セパレータ
6 バインダー
7 絶縁テープ
10 生体用電極
21 CNTシート
22 接着剤層
23 カバー層
24 ゲル層
25 リード線
26 絶縁層
27 ペースト層


2 Biological electrode 4 Separator 6 Binder 7 Insulating tape 10 Biological electrode 21 CNT sheet 22 Adhesive layer 23 Cover layer 24 Gel layer 25 Lead wire 26 Insulating layer 27 Paste layer


Claims (17)

カーボンナノチューブを含む抄紙成型シートを有することを特徴とする生体用電極。   A biomedical electrode comprising a papermaking sheet containing carbon nanotubes. 前記カーボンナノチューブの比表面積が50m/g以上2600m/g未満の範囲であることを特徴とする請求項1に記載の生体用電極。 2. The bioelectrode according to claim 1, wherein the specific surface area of the carbon nanotube is in a range of 50 m 2 / g or more and less than 2600 m 2 / g. 前記抄紙成型シートは、その厚みが、100nm以上10mm未満の範囲であることを特徴とする請求項1又は2に記載の生体用電極。   The biomedical electrode according to claim 1 or 2, wherein the papermaking sheet has a thickness in a range of 100 nm or more and less than 10 mm. 前記抄紙成型シートは、バインダーを用いずに作製したことを特徴とする請求項1〜3のいずれか一項に記載の生体用電極。   The living body electrode according to any one of claims 1 to 3, wherein the papermaking sheet is produced without using a binder. 前記抄紙成型シートは、カーボンナノチューブに分散された、粒子径が100nm未満の多孔質化処理した炭素粉末を更に有することを特徴とする請求項1〜4のいずれか一項に記載の生体用電極。   The biomedical electrode according to any one of claims 1 to 4, wherein the papermaking sheet further includes a carbon powder dispersed in carbon nanotubes and having a particle diameter of less than 100 nm and having been made porous. . 前記抄紙成型シートの表面に設けられ、生体との接触面となるゲル層を更に有することを特徴とする請求項1〜5のいずれか一項に記載の生体用電極。   The living body electrode according to any one of claims 1 to 5, further comprising a gel layer provided on a surface of the papermaking sheet and serving as a contact surface with a living body. 前記ゲル層は前記抄紙成型シートの表面の一部に設けられており、前記抄紙形成シートの表面の一部が露出していることを特徴とする請求項6記載の生体用電極。   The biological electrode according to claim 6, wherein the gel layer is provided on a part of the surface of the papermaking sheet, and a part of the surface of the papermaking sheet is exposed. 前記ゲル層の周囲に形成された、当該ゲル層を支持する絶縁層を更に有することを特徴とする請求項6又は7に記載の生体用電極。   The living body electrode according to claim 6 or 7, further comprising an insulating layer formed around the gel layer and supporting the gel layer. 前記ゲル層は、一部が前記抄紙成型シートに食い込むように固着されていることを特徴とする請求項6〜8のいずれか一項に記載の生体用電極。   The biological electrode according to any one of claims 6 to 8, wherein the gel layer is fixed so as to partially bite into the papermaking sheet. 前記ゲル層と前記抄紙成型シートとの間に設けられた、電解質を含むペースト層を更に有することを特徴とする請求項6〜9のいずれか一項に記載の生体用電極。   The biological electrode according to any one of claims 6 to 9, further comprising a paste layer containing an electrolyte provided between the gel layer and the papermaking sheet. 前記抄紙成型シートの前記ゲル層が設けられた面と対向する面に積層された、前記抄紙成型シートよりも大きいリード線を更に有することを特徴とする請求項6〜10のいずれか一項に記載の生体用電極。   It has further a lead wire larger than the said papermaking sheet | seat laminated | stacked on the surface facing the surface in which the said gel layer of the said papermaking sheet | seat was provided. The biomedical electrode as described. 前記抄紙成型シートは、層状構造のカーボンナノチューブを含むことを特徴とする請求項1〜11のいずれか一項に記載の生体用電極。   The biomedical electrode according to any one of claims 1 to 11, wherein the papermaking sheet includes a carbon nanotube having a layered structure. 前記層状構造のカーボンナノチューブは、バンドルを開繊したカーボンナノチューブの凝集体を積層したものであることを特徴とする請求項12記載の生体用電極。   13. The bioelectrode according to claim 12, wherein the carbon nanotubes having a layered structure are obtained by stacking aggregates of carbon nanotubes obtained by opening a bundle. 前記カーボンナノチューブの凝集体は、厚さが0.3μm以上10μm以下であり、幅が0.1μm以上500μm以下であることを特徴とする請求項13記載の生体用電極。   The biological electrode according to claim 13, wherein the aggregate of carbon nanotubes has a thickness of 0.3 to 10 µm and a width of 0.1 to 500 µm. カーボンナノチューブを含む抄紙成型シートを有する生体用電極の製造方法であって、
カーボンナノチューブと溶媒とを混合して前記カーボンナノチューブの分散溶液を作製する工程と、
前記分散溶液から前記カーボンナノチューブを抽出してシート状に成型する工程と、を有することを特徴とする生体用電極の製造方法。
A method for producing a biomedical electrode having a papermaking sheet containing carbon nanotubes,
A step of mixing a carbon nanotube and a solvent to prepare a dispersion solution of the carbon nanotube;
And a step of extracting the carbon nanotubes from the dispersion solution and molding the carbon nanotubes into a sheet shape.
前記分散溶液をろ紙を用いて吸引ろ過することにより、前記分散溶液から前記カーボンナノチューブを抽出することを特徴とする請求項15記載の生体用電極の製造方法。   The method for producing a biological electrode according to claim 15, wherein the carbon nanotubes are extracted from the dispersion solution by suction filtration of the dispersion solution using a filter paper. 前記カーボンナノチューブと前記溶媒とを混合した後に、前記カーボンナノチューブを開繊することを特徴とする請求項15又は16記載の生体用電極の製造方法。



The method for producing a living body electrode according to claim 15 or 16, wherein the carbon nanotube is opened after the carbon nanotube and the solvent are mixed.



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