(57)【要約】非分極性電極の成分となり得る材料を効率よく使用し、その非分極性電極としての効果を十分に発揮させ、その性能を維持することができる電極構造体を提供する。この電極構造体は、絶縁性基材（１３）と、分極性電極となり得る成分を主成分とする導電性ペーストまたは金属箔からなり、前記絶縁性基材上にそれを貫通しないように積層された分極成分層（第一層）（１２）と、非分極性電極となり得る成分を主成分とする導電性ペーストからなり、前記分極成分層上に設けられた非分極成分層（第二層）（１１）とを含むものである。
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
絶縁性基材上に分極性電極となり得る成分と非分極性電極となり得る成分の両方を含む単一の電極を有することを特徴とする電極構造体。
【請求項２】
絶縁性基材と、分極性電極となり得る成分を主成分とする導電性ペーストまたは金属箔からなり、前記絶縁性基材上にそれを貫通しないように積層された分極成分層（第一層）と、非分極性電極となり得る成分を主成分とする導電性ペーストからなり、前記分極成分層上に設けられた非分極成分層（第二層）とを含むことを特徴とする電極構造体。
【請求項３】
分極性電極となり得る成分が、カーボン、白金、金、アルミ及びチタンから選択される１種または２種以上であることを特徴とする請求の範囲第２項記載の電極構造体。
【請求項４】
非分極性電極となり得る成分が、銀、塩化銀、銅及び塩化銅から選択される１種または２種以上であることを特徴とする請求の範囲第２項記載の電極構造体。
【請求項５】
非分極成分層の面積が、１〜１０ｃｍ２であることを特徴とする請求の範囲第２項記載の電極構造体。
【請求項６】
分極成分層の厚さが、１〜１００μｍであることを特徴とする請求の範囲第２項記載の電極構造体。
【請求項７】
非分極成分層の厚さが、５〜５００μｍであることを特徴する請求の範囲第２項記載の電極構造体。
【請求項８】
絶縁性基材上に分極性電極となり得る成分と非分極性電極となり得る成分を混合した導電性ペーストを有することを特徴とする電極構造体。
【発明の詳細な説明】
技術分野
本発明は、病気の治療や診断の医療分野において用いられる生体適用用の電極構造体に関する。より詳しく言うと、本発明は、電気的エネルギーを利用して生理活性物質を生体内へ送達するための装置や、生体内から生体外へ診断物質を抽出するための装置に利用されることができる電極構造体に関するものである。
背景技術
イオントフォレーシス（Ａｃｔａ  Ｄｅｒｍａｔｏｌ  ｖｅｎｅｒｅｏｌ、６４巻、９３ページ、１９８４年）や、エレクトロポレーション（特公平３−５０２４１６号公報、Ｐｒｏｃ．Ｎａｔｌ．Ａｃａｄ．Ｓｃｉ．ＵＳＡ、９０巻、１０５０４〜１０５０８ページ、１９９３年）は、電気的なエネルギーを用いて皮膚や粘膜から生理活性物質を生体内へ送達する方法である。
また、イオントフォレーシスと同じ原理を用いて、生体内から診断物質を取り出し、病状を観察する方法が用いられている（Ｎａｔｕｒｅ  Ｍｅｄｉｃｉｎｅｌ巻、１１９８〜１２０１ページ、１９９５年）。
これらの生理活性物質の送達や、診断物質の取り出し等の装置において、電極は必要とされ、電極には一般に非分極性の成分が用いられている。非分極性電極は電極と溶液間で分極を起こさず、ｐＨの変化を生じさせない等の利点を有するものの、電極自身が活性で、化学変化を起こすため、通電できる時間は電極成分の量に依存している。例えば銀を陽極として用いた場合、銀は非分極性電極として作用するが、その場合、銀は下記式（１）に従って、イオン化する。
Ａｇ→Ａｇ＋＋ｅ−・・・・・（１）
銀の量と流せる電流の関係は、式（１）とファラデーの法則に従って、銀１モルに対して１ファラデーの電気量が通電可能である。
一方、上記装置に用いられる電極は、製法の簡便さから、導電性ペーストを用い、印刷技術によって薄膜化したものが用いられる。例えば、銀を例に挙げれば、銀の含量が９０〜９５％の導電性ペーストを、スクリーン印刷技術などによって薄膜化して電極として用いられる。
しかし、このように導電性ペーストを用いて作成した電極は、ファラデー則に従わず、ファラデー則と電極成分含有量から求めた電気量の約１／２〜１／１０程度しか通電できないという問題点があった。このため、ペースト成分は厚くなり、製造コストの上昇や成型時の割れなどの問題が生じていた。
なお、分極成分、非分極成分の両者を用いた電極構造に関する従来例として、ＷＯ９７／０６８４８や特開２０００−１７６０２４号公報に記載の技術がある。
前者（ＷＯ９７／０６８４８）は、同一平面上に分極性電極、非分極性電極を配し、どちらか一方のみから通電することにより、皮膚に電気化学的な作用を促し、生理活性物質の透過を促進するものである。また、後者（特開２０００−１７６０２４号公報）は、カーボン等で絶縁性基材を貫き、絶縁性基材のカーボン層を有する面とは逆の面から端子部を作成し、さらにこの電極構造体（小電極）の複数を互いに絶縁し、同一平面上に配したものを１つの電極としたものである。この電極は、通電を小電極毎に個別行い、電気密度均一に電流を流すことに成功したものである。
しかし、これらの例は、複数の小電極に分けているため、生産性が悪く、また複数の端子部が絶縁基材を貫いているため、通電時に複数の端子を接続しなければならないなどの問題点を有していた。
発明の開示
本発明は、上記のような従来技術の問題点を解決することを課題とするものである。
即ち、本発明は、導電性ペーストのような非分極性電極の成分となり得る材料を効率よく使用し（反応させ）、その非分極性電極としての効果を十分に発揮させ、非分極性電極としての性能を維持することができる電極構造体を提供することを目的とする。この目的を達成するために、特に、下記（１）〜（３）の点を考慮した。
（１）  非分極性電極となり得る成分の量を増加させなくても、より長期間の通電を可能にする。
（２）  非分極性電極としての性能を損なわないようにする。即ち、ｐＨの変化を生じさせない。
（３）  電極として簡便な構造を有し、簡便な方法で製造でき、簡便に使用できるものを提供する。
本発明者らは、上記課題を解決するために検討を行った結果、下記の構成を有する発明を完成することができた。
即ち、本発明は、絶縁性基材上に分極性電極となり得る成分と非分極性電極となり得る成分の両方を含む単一の電極を有することを特徴とする電極構造体である。また、本発明は、絶縁性基材と、分極性電極となり得る成分を主成分とする導電性ペーストまたは金属箔からなり、前記絶縁性基材上にそれを貫通しないように積層された分極成分層（第一層）と、非分極性電極となり得る成分を主成分とする導電性ペーストからなり、前記分極成分層上に設けられた非分極成分層（第二層）とを含む構造を有することを特徴とする電極構造体である。
本発明は、分極性電極となり得る成分が、カーボン、白金、金、アルミ及びチタンから選択される１種または２種以上であることを特徴とする前記電極構造体である。
本発明は、非分極性電極となり得る成分が、銀、塩化銀、銅及び塩化銅から選択される１種または２種以上であることを特徴とする前記電極構造体である。
本発明は、非分極成分層の面積が、１〜１０ｃｍ２であることを特徴とする前記電極構造体である。
本発明は、分極成分層の厚さが、１〜１００μｍであることを特徴とする前記電極構造体である。
本発明は、非分極成分層の厚さが、５〜５００μｍであることを特徴する電極構造体である。
本発明は、絶縁性基材上に分極性電極となり得る成分と非分極性電極となり得る成分を混合した導電性ペーストを有することを特徴とする電極構造体である。
発明を実施するための最良の形態
以下、本発明を詳細に説明する。本発明の電極構造体は、電極成分として分極性電極となり得る成分と非分極性電極となり得る成分を含む単一の電極を有することに特徴があり、これらの成分を混合し単層の電極としてもよいし、分極成分の電極上に非分極成分の電極を積層してもよい。
まず、積層する場合について説明する。本発明の電極構造体は、図１（ａ）の断面図、（ｂ）の斜視図に示されるように、絶縁性基材１３と、分極性電極となり得る成分を主成分とする導電性ペーストまたは金属箔からなり、前記絶縁性基材の片側平面上にそれを貫通しないように積層された分極成分層（第一層）１２と、非分極性電極となり得る成分を主成分とする導電性ペーストからなり、前記分極成分層（第一層）上に設けられた非分極成分層（第二層）１１とを含むことを特徴とする。ここで、分極成分層１２は、その突出部が図示しない電源部との接続端子として用いられる。
このように構成された本発明の電極構造体は、電源部との接続端子を複数個取ることなく、また絶縁基材を貫通することもなく、絶縁性基材１３、分極成分層１２、非分極性分層１１の主３層構造を有する。
次に、単層とする場合について説明する。本発明の電極構造体は、図１（ｃ）の断面図、（ｄ）の斜視図に示されるように、絶縁性基材１５上に分極性電極となり得る成分と非分極性電極となり得る成分を混合した導電性ペースト１４を有することを特徴とする。ここで、導電性ペースト１４は、その突出部が図示しない電源部との接続端子として用いられる。
このように構成された本発明の電極構造体は、電源部との接続端子を複数個取ることなく、また絶縁基材を貫通することもなく、絶縁性基材１５および導電性ペースト１４の主２層構造を有する。
なお、本発明と同様、分極成分、非分極成分の両者を用いた電極構造に関する従来例として、上記ＷＯ９７／０６８４８や特開２０００−１７６０２４号公報に記載の技術があるが、いずれも本発明とは異なるものであり、上記したような課題を有するものであった。
本発明においては、これらの従来技術の課題を解決するために、端子を絶縁基材のカーボン層と同一平面上から出し（絶縁性基材のカーボン層とは逆ではない面）、さらに複数の細かい電極に分けないことにより、生産性を上げ、使用時の煩雑性も回避することが可能となった。
即ち、本発明の電極構造体は、電流の流れを改善し、かつ生産性、使用時の容易さを考慮したものである。
本発明において、絶縁性基材１３、１５としては、分極成分層１２または導電性ペースト１４を積層でき、絶縁性があるものであれば特に限定されないが、例えば、ポリエチテンテレフタレート、ポリイミド、ポリアミド、ポリプロピレン等が挙げられる。これらは単体フィルムまたは複合体フィルムとして用いてもよく、また導電性の金属フォイル等をこれら絶縁フィルムでコーティングしたものまたは絶縁フィルムでラミネートしたものを絶縁基材として用いてもよい。後者の例としては、図２に示すアルミフォイル２１をポリエチレンテレフタレート２２でコーティングしたものが挙げられる。
本発明において、分極性電極となり得る成分としては、例えば、カーボン、白金、金、アルミ、チタン等が挙げられ、１種または２種以上が用いられるが、これらに限定されない。これらの中で、カーボンは安価で導電性ペーストとして市販されており、特に有用である。この分極成分層の厚さは特に限定されないが、１〜１００μｍが好ましく、柔軟性と割れ等の破損が起こりにくい厚さとして３〜５０μｍが特に好ましい。分極性電極（分極成分層）はそれ自体変化しないので、電流を流すことができればよいが、分極成分層の厚さが１μｍ未満となると、スクリーン印刷により均一性を保つことが難しく、期待した形状に作成できなかったり、金属箔としても成型が困難になるなど分極性電極が均一に平面にできなくなる。また、厚さが１００μｍを超えると、導電性ペースト等で作成した場合、もろくなり破壊しやすくなる。
また、本発明において、非分極性電極となり得る成分としては、陽極側には銀、銅等、陰極側には塩化銀、塩化銅等を主成分とする銀／塩化銀等の混合物が挙げられる、１種または２種以上が用いられるが、これらに限定されない。これらの中で、特に銀（陽極側）や銀／塩化銀（陰極側）が好ましい。この非分極成分層の厚さは、通電する電気総量にもよるが、５〜５００μｍが好ましく、電極の柔軟性を考慮すると１０〜４００μｍがより好ましく、２５〜１００μｍ程度が特に好ましい。非分極性電極はそれ自体が変化するために、非分極成分層の厚さが５μｍ未満となると、均一性を保つことが難しく、一部分でも薄い部位があるとその部位が通電により変化し、絶縁を生じるなどの問題がある。一方、５００μｍを超えると、銀や銀／塩化銀の導電性ペーストなどで作成した場合、もろくなり破壊しやすくなる。
なお、本発明の非分極性電極（非分極成分層）の面積は、１〜１０ｃｍ２であることが好ましい。この面積が１ｃｍ２未満となると、電極の作成が困難であり、１０ｃｍ２を超えると、製剤の形状として大きくなりすぎて、貼付しづらくなる。
本発明の電極構造体は、上記した絶縁性基材、分極成分層及び非分極成分層を定法により積層することにより、または絶縁性基材上に分極成分及び非分極成分を混合した単層の導電性ペーストを配置することにより製造することができる。
本発明の電極は、生体に貼付する場合であればどのような目的に対しても使用可能である。例えば、診断用の心電図、グルコウォッチ（特公平１０−５０５７６１号公報）に記載されているような電極に代表されるような、電流を流して生体内から診断物質を非侵襲的に取り出す装置や、薬物や生理活性物質投与するたのエレクトロポレーションやイオントフォレーシスの電極として用いることができる。イオントフォレーシス用の電極として用いる場合には、特公平１１−５４８５５号公報や特公平１０−２３４８６４号公報等に記載の電極構造体に応用可能である。
（実施例）
以下、本発明に係る電極を用いて通電した実施例と、従来技術を用いて通電した比較例を示す。
（実施例１）
本発明の電極の作成：絶縁性基材１３として、ポリエチレンテレフタレートフィルムを用い、このフィルム上に、カーボンを主成分とする導電性ペーストを１０μｍ塗工（第一層１２）した。さらに、そのカーボン上に、銀を主成分とする導電性ペーストを数種類の厚さで塗工（第二層１１）した。銀ペーストの乾燥後の厚さは、それぞれ１５、２３、３２、３８、５１μｍであった。
参照電極の作成：純度９９．９９％以上の銀を含む銀板を２枚用意し、それぞれ陽極、陰極として、生理食塩水中で１ｍＡ／ｃｍ２で６時間通電した。このとき、陽極側の反応した電極（銀／塩化銀電極）を参照電極とした。
通電量測定：本発明の電極を陽極、参照電極を陰極として、０．０５ｍＡ／ｃｍ２を通電し、電圧を測定しながら通電を続けた。初期に比べ１ボルト以上の電圧に達した時に通電を止め、その点を通電終了時間とした。単位面積当たりの通電量は以下の式で求めた。
単位面積当たりの通電量＝０．０５×通電終了時間（分）・・・・・（２）
（比較例１）
電極の作成：絶縁性基材として、ポリエチレンテレフタレートフィルムを用い、このフィルム上に、銀を主成分とする導電性ペーストを数種類の厚さで塗工した。銀ペーストの乾燥後の厚さは、それぞれ１４、２２、３２、３８、４９μｍであった。
参照電極：実施例１の参照電極と同様にして作成した。
通電量測定：比較例の電極を陽極、参照電極を陰極として、実施例１と同様に通電を行い、通電量を測定した。
実施例１、比較例１の結果を図３に示す。また、理論値も図３に示した。
図３から明らかなように、実施例１では、ほぼ理論値に近い通電量を示したのに対し、比較例では、１８〜３３％程度の銀しか利用されていなかった。
すなわち、本発明の電極によれば、非分極性成分である銀の利用効率が向上し、通電量が増加することが確認された。
産業上の利用可能性
本発明の電極構造体によれば、導電性ペーストのような非分極性電極の成分となり得る材料を効率よく使用し、その非分極性電極としての効果を十分に発揮させることができ、その性能を維持することができる。
【図面の簡単な説明】
図１は、本発明の電極構造体の２つの例を示す図であり、（ａ）は第１例の断面図、（ｂ）は第１例の斜視図、（ｃ）は第２例の断面図、（ｄ）は第２例の斜視図である。
図２は、アルミフィルムにポリエチレンテレフタレートをコーティング（ラミネート）して作成した絶縁体基材を示す図である。
図３は、本発明の実施例と比較例による通電量を示すグラフである。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【国際調査報告】
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