Brevet FR2688680A1 — publié le 19930924

ÊLECTRODE DE PRISE DE POTENTIEL SUR LA PEAU La présente invention concerne une électrode pour la mesure du potentiel de la peau, par exemple de la peau humaine. De telles électrodes sont utilisées notamment pour le recueil d'électroencéphalogrammes et d'électrocardiogrammes. Les électrodes le plus couramment utilisées actuellement sont des électrodes d'argent recouvertes du côte de la peau, d'un sel insoluble, le chlorure d'argent. Ces électrodes présentent plusieurs inconvénients. D'une part, la couche de chlorure d'argent est fragile si bien que les électrodes pour être réutilisées doivent être périodiquement restaurées en procédant à un décapage suivi d'un dépôt électrolytique. D'autre part, la résistance de contact entre le chlorure d'argent et la peau est généralement relativement élevée et il est nécessaire d'interposer entre la peau et 1' électrode un gel conducteur ionique pour réduire cette résistance de contact. Pour des mesures de longues durées (plusieurs jours), ces électrodes ne permettent donc d'obtenir un signal de bonne qualité qu'à condition de rajouter du gel en cours de mesure ce qui introduit une discontinuité dans les mesures et en outre une variation de résistance entre le gel en fin d'utilisation et le gel nouvellement rajouté. Par ailleurs, il est de façon générale connu que, pour établir un contact avec la peau, il faut prévoir une électrode de contact du type conducteur ionique puisque le milieu organique est lui-meme un conducteur ionique et que l'on évite ainsi l'apparition de phénomènes de polarisation fluctuants et mal connus qui apparaîtraient à des interfaces entre la peau et un conducteur électronique tel qu'un métal. Néanmoins, la plupart des conducteurs ioniques de prise de potentiel de peau connus présentent les inconvénients susmentionnés des électrodes à argent et chlorure d'argent. Ainsi, un objet de la présente invention est de prévoir une électrode de peau mécaniquement résistante et à faible résistance électrique de contact. Un autre objet de la présente invention est de prévoir une électrode de peau pouvant fonctionner sans adjonction de gel. Pour atteindre cet objet, la présente invention prévoit une électrode de prise de contact sur la peau constituée d'une céramique conductrice ionique comprenant des ions mobiles faisant partie du groupe comprenant Na+ et K+, cette céramique étant en contact d'une part avec la peau, d'autre part avec un matériau susceptible d'échanger des ions avec la céramique, ce matériau étant lui-meme en contact avec une borne de connexion métallique. Selon un mode de réalisation de la présente invention, la céramique présente la formule générale Nal+xZr2SixP3-x012 (où x est compris entre 0 et 3). Selon un mode de réalisation de la présente invention, le matériau susceptible d'échanger des ions est un gel ou un polymère contenant des ions Na+ et des ions du métal de la borne de connexion métallique. Selon un mode de réalisation de la présente invention, le métal est de l'argent. Parmi les avantages de la présente invention, on peut noter le fait que la céramique servant d'électrode de contact est un matériau dur qui peut etre nettoyé sans inconvénient entre diverses mesures. Un autre avantage réside dans le fait que le contact direct entre la céramique et la peau présente une faible résistance de contact et qu'il n'est donc pas nécessaire, bien que cela soit possible, d'ajouter un gel intermédiaire. Ces objets, caractéristiques et avantages ainsi que d'autres de la présente invention seront exposés en détail dans la description suivante de modes de réalisation particuliers faite en relation avec les figures 1 à 5 ci-jointes qui présentent des vues en coupe schématiques de divers modes de réalisation de la présente invention. On notera que, dans ces diverses figures, les dimensions et notamment les épaisseurs de couche ne sont pas tracees à l'échelle. La figure 1 représente un mode de réalisation simple de la présente invention comprenant une pastille 1 de céramique bonne conductrice ionique pour les ions Na+ et/ou K+. Dans un mode de réalisation particulier de 1 'invention, cette céramique a pour formule générale Nal+xZr2SixP3-x012 (où x est compris entre 0 et 3) et est par exemple le produit dit NASICON qui est un bon conducteur ionique à température ambiante pour les ions Na+ (conductivité égale à 10-3 ohm-lcm-l dans le cas où x=2). A titre de comparaison, on notera que, pour AgCl, la valeur correspondante de la conductivité est de l'ordre de 10-8 à 10-9 ohm'lcm'l. Ce produit présente en outre l'avantage qu' il est non-toxique, résistant aux chocs et peut facilement être mis en forme par des techniques classiques d'usinage de céramique. Une connexion de sortie ne peut être établie directement à partir de la céramique. En conséquenoe, on prévoit entre un métal 2 constituant la connexion de sortie et la face arrière de la pastille de céramique 1 un matériau intermédiaire 3, de préférence solide, susceptible d'échanger des ions Na+ et/ou K+ avec la céramique. On arrive alors à la structure représentée qui comprend, dans un boîtier 4, ledit matériau 3 dans lequel est immergé le conducteur 2. Le boîtier est fermé par la pastille de céramique 1 dont la face inférieure dans la figure est destinée à servir d'électrode de prise de potentiel de peau. Pour le matériau intermédiaire 3, on peut utiliser - un métal qui doit alors être de même nature que l'ion porteur majoritaire du conducteur ionique solide 1 ; typiquement, dans le cas du NASICON, on peut utiliser le sodium ; il sera alors clair qu'il faut utiliser un dispositif très étanche tel que celui illustré en figure 1 - un conducteur mixte tel que les matériaux d'insertion, par exemple le composé d'insertion NaxW03 peut être utilisé avec le NASICON dans ces deux cas, la transmission du signal est assurée par échange des ions Na+ à l'interface entre le matériau 3 et la céramique 1 et par échange électronique à l'interface entre le matériau 3 et le métal 2 - un conducteur ionique tel qu'un polymère ou un gel dans lequel des ions sont dissous. La nature des ions dissous dépend du métal 2 choisi. Si l'on désigne par M ce métal (par exemple de 1' argent), il peut échanger des ions M+ et la solution solide 3 doit également contenir des ions M+. La chaîne électrochimique ainsi que les échanges ioniques permettant la transmission du signal sont représentés cidessous (en différenciant les interfaces I et II, respectivement NASICON/matériau-intermédiaire et matériau- intermédiaire/métal). (I) (Il) NASICON / Solution solide : Na+, M+/Métal (M) Na+ - Na+ e"+M+ - M Si par contre le métal est simplement un réservoir d'électrons, par exemple le platine ou le carbone vitreux, le matériau 3 doit contenir un couple redox. La chaîne électrochimique est alors (I) (Il) NASICON / Solution solide : Na+, Red - Ox / Métal (e-) Na+ - Na+ Red - Ox + ne Dans un mode de réalisation particulier de l'invention essayé par les inventeurs, on avait choisi comme métal un fil d'argent chloré (Ag-AgCl) et comme matériau 3 du NaCl dissous dans un gel d'Agar-Agar. Les résistances d'interface ont été mesurées et sont de l'ordre de la centaine d'ohms.cm2. A titre d'exemple de dimension, on notera que la surface d'électrode pour une prise de contact de peau, c'est-à-dire la surface de la pastille 1 dans le cas du mode de réalisation de la figure 1, peut être de l'ordre de 0,1 à 1 cm2. On a présenté ci-dessus les aspects fonctionnels essentiels d'une électrode de prise de potentiel de peau selon la présente invention. Celle-ci peut prendre de nombreux aspects. Dans le cas de la figure 2, on a représenté une structure comprenant séquentiellement sur un substrat 10, par exemple en silicium, une couche d'argent 11 reliée à une connexion extérieure, une couche 12 correspondant au matériau 3 de la figure 1 et une couche 13 constituée d'un dépôt céramique selon 1 'inven- tion. Si cela est souhaité, les faces latérales et éventuellement la face arrière de 1' électrode sont recouvertes d'un produit d'encapsulation 14. Dans le cas de la figure 3, sur un substrat 20, par exemple du silicium ou du silicium revêtu d'oxyde de silicium ou une plaquette de verre, on dépose une couche de céramique 13 selon 1' invention au-dessus de laquelle est déposée une couche 12 d'un matériau analogue au matériau 3 de la figure 1 puis une couche métallique 11. Eventuellement, l'ensemble peut être revêtu d'un matériau d'encapsulation 14. Dans ce cas, avant d'appliquer sur la peau la surface supérieure ouverte de l'électrode, on prévoira de préférence le dépôt d'une gouttelette de gel conducteur 15 pour faciliter le contact. La figure 4 représente une variante du mode de réalisation de la figure 3. Selon cette variante, les couches 11 et 13 sont déposées sur des régions distinctes du substrat 20 et la couche 12 est déposée entre les couches 11 et 13 et partiellement sur chacune de celles-ci. La figure 5 représente avec les mômes références qu'en figure 3 une réalisation de la présente invention formée sur une aiguille 30. La couche 31 est une couche isolante. L'homme de l'art saura choisir des matériaux adaptés à la réalisation d'une électrode selon l'invention. Dans 1' exemple de la figure 2, les matériaux 10, 11 et 12 doivent etre compatibles avec la température d'obtention de la couche du matériau 13. Si la couche 13 est du NASICON élaboré par exemple à 750"C, le substrat 10 peut être un métal noble (or, platine ou argent), un isolant (alumine, quartz...) ou un semi-conducteur (silicium). Le matériau 11 est un métal et la couche 12 un verre dopé aux ions Na+ et Ag+ si le métal est 1 'argent. Dans les exemples des figures 3, 4 et 5, les substrats 20 ou 30 doivent répondre aux mômes critères de compatibilité que le substrat 10. Dans la mesure ou les couches 12 et 11 sont déposées en dernière étape, on peut choisir pour la couche 12 des matériaux mous tels que des polymères dopés à Na+ et Ag+ ou Cu++ selon la nature de la couche 11 (Ag ou Cu), par exemple le poly-oxyde d'éthylène. REVENDICATIONS 1. Electrode de prise de contact sur la peau, caractérisée en ce qu'elle est constituée d'une céramique conductrice ionique (1, 13) comprenant des ions mobiles faisant partie du groupe comprenant Na+ et Kt, cette céramique étant en contact d'une part avec la peau, d'autre part avec un matériau (3, 12) susceptible d'échanger des ions avec la céramique, ce matériau étant lui-meme en contact avec une borne de connexion métallique (2, 11). 2. Electrode de prise de contact sur la peau selon la revendication 1, caractérisée en ce que la céramique présente la formule générale Nal+xZr2SixP3-x012 (où x est compris entre 1 et 3). 3. Electrode de prise de contact sur la peau selon la revendication 2, caractérisée en ce que ledit matériau est un gel ou un polymère contenant des ions Na+ et des ions du métal de la borne de connexion métallique. 4. Electrode de prise de contact sur la peau selon la revendication 3, caractérisée en ce que le métal est de 1' ar- gent. 5. Electrode de prise de contact sur la peau selon la revendication 3, caractérisée en ce que la céramique (13), le matériau intermédiaire (12) et le métal sont réalisés sous forme de couches minces.