DE69828116T2

DE69828116T2 - Klebemittel und Verfahren zum Kleben einer Elektrode an eine gedruckte Leiterbahn für Iontophorese

Info

Publication number: DE69828116T2
Application number: DE69828116T
Authority: DE
Inventors: Daniel F. Princeton Herman; Vilambi N.R.K. Bloomingdale Reddy
Original assignee: Vyteris Inc
Current assignee: Vyteris Inc
Priority date: 1997-07-30
Filing date: 1998-07-30
Publication date: 2005-12-22
Anticipated expiration: 2018-07-31
Also published as: EP0894509A2; DE69828116D1; CA2244332A1; CA2244332C; EP0894509B1; EP0894509A3; JPH11123246A

Description

Gebiet der Erfindung
Diese Erfindung betrifft Verfahren zum Verbinden, die thermoplastische Klebstoff-Polymere verwenden, um in iontophoretischen Vorrichtungen elektrisch leitfähige Verbindungen herzustellen. Noch spezifischer betrifft die vorliegende Erfindung die Verwendung eines Heißschmelz-Polymers für die Herstellung einer iontophoretischen Elektrode, wobei das Polymer zwei Funktionen hat: (a) es sorgt für Haftung zwischen den elektrischen Komponenten, und (b) es stellt eine elektronische Verbindung zwischen dem leitfähigen Leiter und der leitfähigen gedruckten Bahn her; wobei das thermoplastische Klebstoff-Polymer selbst keinerlei leitfähige Eigenschaften aufweist.
Hintergrund der Erfindung
Iontophoretische Systeme zur Freisetzung (Abgabe) von Medikamenten sind in den letzten Jahren ein zunehmend wichtiges Mittel zur Verabreichung von Medikamenten geworden.
Zur Zeit gibt es zwei Arten von Systemen für die transdermale Freisetzung von Medikamenten, das heißt, das passive und das iontophoretische. Passive Pflastersysteme geben kleine und verhältnismäßig lipophile Medikamente durch die Haut des Patienten durch Diffusion ab, ein Beispiel davon würde die Aufbringung eines analgetischen Narkotikum-Pflasters, um für Schmerzlinderung zu sorgen, beinhalten. Iontophoretische Systeme geben andererseits ein Medikament durch die Anwendung einer elektromotorischen Kraft, um ionisierbare Substanzen (ein Medikament) in die Haut hinein zu treiben (Iontophorese), durch die Haut des Patienten hindurch ab, so dass sie von angrenzenden Geweben und Blutgefässen absorbiert werden können. Daher ermöglicht es Iontophorese, dass geladene und hydrophile Medikamente über die Haut hinweg transportiert werden, die durch passive Diffusion schlecht abzugeben sind. Transdermale Systeme bieten Vorteile, die durch andere Arten der Verabreichung, wie Injektion unter die Haut, welche die damit verbundenen Probleme von Schmerzen, Infektionsgefahr und Trauma des Patienten aufweist, eindeutig nicht erreichbar sind. Iontophorese hat auch Vorteile gegenüber der oralen Verabreichung dadurch, dass Einführung des Medikaments über den Magen-Darm-Trakt Inaktivierung des Medikaments, Wechselwirkungen mit Lebensmitteln, Lebermetabolismus beim ersten Durchgang und gastrointestinale Nebenwirkungen zur Folge haben kann.
Herkömmliche iontophoretische Vorrichtungen, wie die in den US-Patenten Nr. 4 820 263 (Spevak, et al.), 4 927 408 (Haak, et al.) und 5 084 008 (Phipps) beschriebenen, sorgen für die transdermale Abgabe einer Droge oder eines Medikamentes durch Iontophorese. Im Wesentlichen bestehen herkömmliche iontophoretische Vorrichtungen aus einer Energiequelle, die mit zwei Elektroden, einer Anode und einer Kathode, verbunden ist, die jede für sich in ionischem Kontakt mit einem Vorratsbehälter für einen Elektrolyt oder ein Medikament sind, der in Kontakt mit der mittels der iontophoretischen Vorrichtung zu behandelnden Haut ist. Wenn der Strom eingeschaltet wird, wird elektrische Energie verwendet, um bei dem Transport von ionischen Molekülen in den Körper über die Haut mittels ionischer Leitung mit zu helfen.
EP 0 549 159 offenbart ein Verfahren und einen Klebstoff zum Herstellen elektrischer und mechanischer Verbindungen. Dieses Verfahren verwendet einen Klebstoff mit einer Polymerkomponente und einer elektrisch leitenden Komponente. Die elektrisch leitenden Komponenten müssen definierte Sinterungstemperaturen innerhalb eines spezifischen Bereiches, der durch die Glasübergangstemperatur des Polymers definiert ist, aufweisen.
In der jüngsten Vergangenheit sind in einer iontophoretischen Vorrichtung elektrisch leitfähige gedruckte Bahnen verwendet worden, um die notwendigen elektrischen Verbindungen herzustellen. Um die elektrische Verbindung herzustellen, wurden leitfähige Klebstoffe verwendet. Die nach dem Stand der Technik vor der vorliegenden Erfindung zum elektrisch leitfähigen Verbinden verwendeten Klebstoffe umfassten Epoxy-Klebstoffe und Haftkleber. Die Ausgangsmaterialien zum Herstellen von Epoxyklebstoffen sind fluide, viskose, niedrigmolekulare Prepolymer-Materialien, die entweder als Einzelkomponenten- oder als Zweikomponenten-Zusammensetzungen erhalten werden. Wenn nach dem Stand der Technik ein leitfähiger, zusätzlicher Füllstoff verwendet wird, muss der Füllstoff eingebracht werden, bevor Härtung stattfindet. Der Zusatz eines leitfähigen Füllstoffes erhöht die Viskosität des Prepolymers, und wenn die Füllstoff-Konzentration zu hoch ist, ist die Mischung aus Füllstoff und Epoxy-Prepolymer schwierig, wenn nicht unmöglich, aufzubringen. Daher ist die Wahl des Füllstoffes auf die am höchsten leitfähigen und damit zusammenfallend auf die teuersten Materialien, zum Beispiel Silberpulver, beschränkt, und sogar dann kann es nicht möglich sein, genügend leitfähigen Füllstoff einzubringen, um dessen Zweck zu erreichen. Wenn das Epoxy mit leitfähigem Füllstoff erst einmal gebildet und gehärtet ist, ist das Epoxy auf irreversible Weise wärmegehärtet und wird nicht in Vorgängen des Wiederaufschmelzens und Wiederabdichtens verwendet. Es ist nicht in der Lage, sich mit einer neuen Oberfläche zu verbinden und konnte daher bei dem Zusammenbau einer Vorrichtung mit dem leitfähigen Klebstoff in trockener Form meistens nicht verwendet werden, denn einmal getrocknet und gehärtet, konnte es nicht wiederaufgeschmolzen oder wieder gehärtet werden. Weitere Nachteile von Epoxys zusätzlich zu den hohen Kosten sind lange Härtungszeit, Toxizität der Prepolymere und mögliche Freisetzung von Dampf oder Ausgasen während des Härtens, sie konnten in der Herstellung mit hoher Geschwindigkeit wegen langer Härtungszeiten nicht verwendet werden und wegen ihrer flüssigen Form gab es Probleme bei der Verwendung herkömmlicher Beschichtungstechniken.
In dem Fall eines Epoxys werden welche, die einen oder zwei Teile leitfähige Füllstoffe auf einen Teil Polymer enthalten, am Ort gehärtet, um den leitfähigen Pfad und die Klebverbindung zu bilden. Epoxys sind verhältnismäßig langsam härtend und der kontinuierlichen Verarbeitung nicht zugänglich. Die Klebstoffe selbst sind nass oder klebrig und bestehen aus einer innigen Mischung eines Klebstoff-Polymers (oder Prepolymers) mit einem darin dispergierten, fein verteilten leitfähigen Füllstoff. Auf diese Weise werden Verbinden und auch Leitung zur gleichen Zeit erreicht. Jedoch haben die Verfahren des Standes der Technik ernsthafte Nachteile, nämlich die Nässe oder Klebrigkeit des Epoxy-Klebstoffs, sogar wenn er bereits aufgetragen ist und bis er gehärtet ist; auch die Toxizität des Epoxys selbst ist ein Nachteil, ebenso wie das Vorhandensein von Lösungsmittel in dem Epoxy und das Ausgasen oder Abdampfen des Lösungsmittels während der Härtung.
Haftkleber neigen dazu, Lösungsmittel zurückzuhalten, was das Abdampfen oder Ausgasen von restlichem Lösungsmittel zur Folge hat. Haftkleber werden in dünnen Schichten aufgetragen, die schwache Verbindungen ergeben, speziell wenn versucht wird, eine Verbindung mit einem Metallgewebe herzustellen. Die Kosten sind hoch und der Wirkungsgrad der leitfähigen Komponente ist niedrig, was eine schlechte elektrische Leitfähigkeit zur Folge hat. Leitfähige Klebstoffe des Standes der Technik hatten auch andere Probleme bei der Herstellung und Verwendung. Zum Beispiel hatten sie Ausgasen zur Folge und sie konnten wegen langer Härtungszeiten nicht bei der Produktion mit hoher Geschwindigkeit verwendet werden. Wegen ihrer flüssigen Form gab es Probleme bei der Verwendung herkömmlicher Beschichtungsverfahren und sie konnten bei dem Zusammenbau einer Vorrichtung mit dem leitfähigen Klebstoff in trockener Form meistens nicht verwendet werden, denn einmal getrocknet und gehärtet, konnten sie nicht wieder aufgeschmolzen oder wieder gehärtet werden.
Diese Schwierigkeiten und Mängel haben die Anmelden zu der vorliegenden Erfindung geführt, welche diese Schwierigkeiten und Mängel überwindet.
Zusammenfassung der Erfindung
Die Erfindung betrifft Verfahren zum Verbinden, die Klebstoff-Polymere verwenden, um elektrisch leitfähige Verbindung und starke mechanische Bindung zur Verwendung in iontophoretischen Vorrichtungen herzustellen. Noch spezifischer betrifft die vorliegende Erfindung die Verwendung eines Heißschmelz-Kunststoffs, der von Polymerlösungsmittel frei ist, für die Herstellung einer iontophoretischen Elektrode, wobei das Polymer zwei Funktionen hat: (a) es sorgt für Haftung zwischen dem äußeren, elektrisch leitfähigen Leiter und der eine iontophoretische Elektrode enthaltenden Vorratsbehälterstruktur, und (b) es stellt eine elektrische Verbindung zwischen den beiden her; und zwar ohne das Erfordernis, dass das Polymer selbst leitfähig ist.
Ein Ziel der vorliegenden Erfindung ist, eine Zusammensetzung bereit zu stellen, die in der Lage ist, den äußeren Elektroden-Leiter einer iontophoretischen Vorrichtung sofort mit einer leitfähigen gedruckten Bahn mechanisch zu verbinden und damit eine gute elektrische Verbindung aufrecht zu erhalten.
Ein anderes Ziel der vorliegenden Erfindung ist, eine Zusammensetzung bereit zu stellen, die in der Lage ist, sofort sowohl eine mechanische wie auch eine elektrische Verbindung mit einer leitfähigen gedruckten Bahn unter Verwendung herkömmlicher Beschichtungs- oder Dispergierverfahren zu bilden.
Ein anderes Ziel der vorliegenden Erfindung ist; eine thermoplastische Polymer-Zusammensetzung bereit zu stellen, die frei von Lösungsmitteln ist und gegebenenfalls einen oder mehrere leitfähige Füllstoffe enthält, welche Zusammensetzung in der Lage ist, zu einem geschmolzenen Zustand geschmolzen zu werden und aufgebracht und abgekühlt zu werden, um einen trockenen, verfestigten Polymerfleck von gesteuerter Größe und gesteuertem Gewicht auf entweder der Elektrode oder der leitfähigen gedruckten Bahn vor dem Zusammenbau herzustellen.
Ein anderes Ziel der vorliegenden Erfindung ist, eine Zusammensetzung bereit zu stellen, die keine Probleme mit Ausgasen hat.
Ein anderes Ziel der vorliegenden Erfindung ist, eine Zusammensetzung bereit zu stellen, die Verarbeitung bei niedrigem Druck und niedriger Temperatur verwendet.
Ein anderes Ziel der vorliegenden Erfindung ist, eine Zusammensetzung bereit zu stellen, die Bildung von Bindungen mit hoher Geschwindigkeit zur Folge hat.
Ein anderes Ziel der vorliegenden Erfindung ist, eine Zusammensetzung bereit zu stellen, die in den Zusammenbauschritten anfänglich in der Form eines festen Polymers, welches wiederholt geschmolzen und wieder verfestigt werden kann, verwendet werden kann.
Ein anderes Ziel der vorliegenden Erfindung ist, eine Zusammensetzung für Verarbeitung bei niedrigen Kosten bereit zu stellen.
Beschreibung der Abbildung
1 zeigt eine Ausführungsform der Vorrichtung der vorliegenden Erfindung.
Detaillierte Beschreibung
Die vorliegende Erfindung betrifft ein neues Verfahren und eine neue Zusammensetzung zum Bilden einer Verbindung zwischen einem Leiter aus leitfähigem Metall und einer leitfähigen gedruckten Bahn in einem iontophoretischen System zur Medikamentabgabe. Die Erfindung beruht auf dem Konzept, ein thermoplastisches Klebstoff-Polymer auszuwählen, welches unter den zum Versiegeln des leitfähigen Leiters mit der leitfähigen gedruckten Bahn verwendeten Bedingungen ein hohes Fließvermögen aufweist.
Der leitfähige Leiter kann ein Metallgewebe, ein gewebter Draht, ein metallisches Band, eine gestreckte Folie oder so weiter sein. Es wird auch von der vorliegenden Erfindung im Voraus berücksichtigt, dass die metallischen Materialien eine erhabene oder vertiefte Oberfläche oder einen solchen Oberflächenabschnitt haben können, welcher direkten Kontakt zwischen dem leitfähigen Leiter und der leitfähigen gedruckten Bahn erlauben würde und auf beiden Seiten dem thermoplastischen Polymer Oberflächen bereitstellen würde, um an jeder zu haften. Unter den milden Bedingungen von Druck und Temperatur, die verwendet werden, um die Versiegelung herzustellen, fließt das Klebstoffpolymer leicht, und lässt die Teile des leitfähigen Leiters und die gedruckten Bahnen sich mechanisch und auch elektrisch verbinden. Sobald das leitfähige Gewebe und die leitfähige Bahn zu direktem Kontakt zusammengepresst sind, hat die sich ergebende Bindung einen niedrigen elektrischen Widerstand und bildet eine gute mechanische Verbindung. Gleichzeitig ist das Klebstoffpolymer auch in direktem Kontakt mit Gebieten der gedruckten Bahn, welche von den Strängen des offenen Metallgewebes nicht berührt werden und daher dem Polymer ausgesetzt sind. Es wird genügend Klebstoffpolymer verwendet, so dass es die Poren des offenen Gewebes füllt und auch an den Seiten und sogar den Oberseitenflächen der Stränge haftet, wenn die Abdichtung hergestellt wird.
Das Klebstoffpolymer erfüllt auf diese Weise also die folgenden Funktionen: (a) es fixiert das Metallgewebe an einer Position, die in direktem Kontakt mit der leitfähigen Bahn ist, (b) es haftet fest an der Bahn und (c) es verbindet sich stark mit dem Leiter oder Gewebe aus Metall und stellt einen elektrisch leitfähigen Pfad zwischen der leitfähigen gedruckten Bahn und dem leitfähigen Leiter her. Vorzugsweise ist das Klebstoffpolymer selbst nicht leitend. Der Endeffekt ist, eine physikalisch starke Verbindung mit guter elektrischer Leitfähigkeit herzustellen, die nicht von mechanischer Spannung betroffen ist.
In einer Ausführungsform der Erfindung werden einer oder mehrere leitfähige Füllstoffe mit dem Klebstoffpolymer vor dem Erzeugen der Versiegelung kombiniert. Leitfähige Füllstoffe können, als Beispiel und nicht als Einschränkung, Vanadium, Platin, Palladium, Chrom, Magnesium, Nickel, Ruß, Graphit, Aluminium, Titan, Silber, Kupfer, leitfähige organische Polymere und Mischungen davon sein.
Ein besonderer Vorteil ist, dass die Zusammensetzung durch Wärme wieder versiegelbar ist, die Zusammensetzung also wiederholt geschmolzen und verfestigt werden kann.
Es sollte jedoch angemerkt werden, dass bei hohen Konzentrationen von leitfähigem Füllstoff die Schmelzviskosität des beladenen Prepolymers bis zu dem Punkt ansteigt, bei dem das Fließvermögen ernsthaft beeinträchtigt ist und die Wiederversiegelbarkeit durch Wärme verloren ist. Weil die Auswirkung auf die Viskosität von dem Volumenbruchteil des leitfähigen Füllstoffs zu dem Gesamtvolumen des Films abhängt, bewirkt die Dichte des leitfähigen Füllstoffs direkt die Konzentration an leitfähigem Füllstoff, die optimal ist. Logischerweise wird durch leitfähige Füllstoffe mit niedrigerer Dichte, wie Ruß oder Graphit, ein hoher Volumenbruchteil leicht bei niedrigeren Gewichtskonzentrationen erreicht (im Gegensatz zu leitfähigen Füllstoffen mit höherer Dichte, wie Silber). Der Vorteil der Verwendung eines leitfähigen Füllstoffes mit niedrigerer Dichte ist, dass Leitfähigkeit, die auf dem Ausmaß des Kontaktes zwischen den Teilchen in dem Gemisch aus Füllstoff und Prepolymer und der Leitfähigkeit beruht, bei niedrigerer Beladung und niedrigeren Kosten erreicht werden kann.
Das heißschmelzende Klebstoffpolymer kann in einer Vielzahl von unterschiedlichen Formen, mit oder ohne leitfähigem Füllstoff, aufgebracht werden: (a) als eine Wasser-basierte oder eine inerte organische Dispersion von mikroskopischen Polymerteilchen, (b) als Pulver mit feiner Teilchengröße, das zur Verwendung in einer Luftbeschichtungsvorrichtung verwendet wird, (c) in der Form von Polymerstäbchen, -Schnitzeln, -Pulvern, welche geschmolzen und dann in verflüssigter Form mit einer Standardausrüstung für Heißschmelz-, Extrusions- oder Heißschmelzsiebdruck-Beschichtung aufgebracht werden, oder (d) als eine geschmolzene Polymerflüssigkeit, die als einzelne Tropfen gewünschter Dicke oder mittels Eintauchen aufgebracht werden kann.
Verwendbare Heißschmelzpolymere, welche unvernetzte, gerad- oder verzweigtkettige Polymere sind, beinhalten die Polyamide, die Polyester, Acrylharze, Cellulosen, Polyether, Vinylchloride und ein Copolymer von Ethylen/Vinylacetat (EVA) oder Mischungen davon, sind aber nicht darauf beschränkt. Besonders nützliche Polymere sind diejenigen, die bei Temperaturen im Bereich von etwa 93°C (200°F) bis etwa 188°C (370°F) schmelzen und hohes Fließvermögen aufweisen und die schnell wieder fest werden. Als Beispiele und nicht als Beschränkung werden EVA-Polymere, die in dem aufgeführten Temperaturbereich niedrige Schmelviskositäten im Bereich von etwa 1000 bis etwa 2000 Centipoise (cps) aufweisen, erwähnt.
Unter Verwendung von kommerzieller Standardausrüstung können derartige Polymere, gegebenenfalls kombiniert mit einem oder mehreren leitfähigen Füllstoffen, leicht als diskrete, geschmolzene Tropfen in Mustern freigesetzt werden, die dazu entworfen sind, mit den Erfordernissen der Elektrode überein zu stimmen. In einem anfänglichen Schritt können die Tropfen entweder auf eine kontinuierliche Rolle aus dem Metallgewebe oder auf die leitende Bahn aufgebracht werden. Vorzugsweise würden an diesem Punkt die Tropfen zu einer gewünschten Dicke gebügelt (flach gemacht), abhängig von der Dicke und Größe der Öffnung in dem leitfähigen Gewebe. Sobald es aufgebracht ist, wird das Polymer schnell fest werden, und die Rolle kann unmittelbar in dem nächsten Schritt der Herstellung verwendet werden, oder sie kann aufgewickelt und für zukünftige Verarbeitung gelagert werden. Eine wichtige und kritische Eigenschaft dieser Polymere ist, dass sie wiederholt aufgeschmolzen und verfestigt werden können. Daher kann der Abscheidungsschritt in einem Vorgang außerhalb der Maschine durchgeführt werden, und das beschichtete Gewebe oder die gedruckte Bahn können dann in einem darauf folgenden Vorgang verwendet werden, um die endgültige iontophoretische Elektrode herzustellen. Auf diese Weise können entweder das Gewebe oder die gedruckte Bahn, bepunktet mit einem Muster aus diskreten, verfestigten Polymertröpfchen, die gegebenenfalls einen oder mehrere leitfähige Füllstoffe enthalten, mit dem leitfähigen Leiter zusammengebaut werden, und die Herstellung durch Wiedererwärmen und Wiederaufschmelzen des Tröpfchens und das Zusammenpressen der gedruckten Bahn und des leitfähigen Leiters, um die Polymer-Verbindung zwischen der leitfähigen gedruckten Bahn und dem leitfähigen Leiter zu bilden, vervollständigt werden. In der alternativen Ausführung können die beiden Schritte auch aufeinanderfolgend, ohne Unterbrechung zwischen Ablagerung des Polymers und endgültiger Verbindung, durchgeführt werden.
Wenn das Klebstoff-Polymer in der Form einer wässrigen oder inerten organischen Aufschlämmung von Polymerteilchen verwendet wird, gegebenenfalls kombiniert mit einem oder mehreren leitfähigen Füllstoff(en), wird es mittels eines Beschichtungs- oder Drucksiebes, das in der Lage ist, gesteuerte Mengen von Material in der Form eines Musters abzuscheiden, auf die Bahn aufgebracht. Siebe, welche von etwa 25 bis etwa 250 cm³ Aufschlämmung pro Quadratmeter der Oberfläche der gedruckten Bahn abgeben, sind am nützlichsten. Das abgeschiedene Polymer wird dann getrocknet und in einem Arbeitsgang außerhalb der Maschine vorgeschmolzen. Die behandelte Bahn wird zum Schluss mit dem Metallgewebe zusammengebaut und die beiden werden zusammengeschmolzen, um den Vorgang zu vervollständigen.
Indem er die Größe des leitfähigen Gewebes in Rechnung stellt, kann der Fachmann die Siebdicke und den Durchmesser und die Beabstandung der Löcher wählen, die notwendig sind, um die Polymerablagerung entweder in einer gleichmäßigen Beschichtung oder in einem Muster von einzelnen Punkten des Polymers unterschiedlich zu gestalten. Jede Art ergibt starke Bindungen von guter Leitfähigkeit. Eine gleichmäßige Beschichtung wird mit dickeren Sieben mit großem Durchmesser und eng beabstandeten Löchern hergestellt, insbesondere wenn die Viskosität der Druckpaste niedrig ist. Mit Pasten von höherer Viskosität und weiter beabstandeten Löchern werden einzelne Punkte aus Polymer abgeschieden, wobei das Muster vom Entwurf des Siebes abhängt.
Im Falle von gleichmäßigen Beschichtungen haben die Wärme und der Druck, die während des Verbindungsschrittes angewendet werden, niedrigen elektrischen Widerstand immer noch zur Folge, weil das Polymer in ausreichendem Maß fließt, um zuzulassen, dass der leitfähige Leiter, zum Beispiel das Metallgewebe, in direkten Kontakt mit der leitfähigen gedruckten Bahn gezwungen wird und nach dem Abkühlen am Ort gebunden wird. Wenn eine Beschichtung aus getrennten Punkten von Polymer abgeschieden wird, erfolgt Kontakt zwischen dem Metallgewebe und der Bahn mit Leichtigkeit in den unbeschichteten Bereichen zwischen dem punktförmig aufgebrachten Polymer, was einen niedrigen Widerstand zur Folge hat. Starke Verbindung wird erhalten, indem eine ausreichende Menge von Polymer in den punktförmigen Gebieten abgeschieden wird, was Verankerung des leitfähigen Leiters an der leitfähigen (gedruckten) Bahn zur Folge hat.
Um eine starke mechanische Bindung sicher zu stellen, sollte das Polymer vorzugsweise, wenn es aufgebracht wird, an Gebieten der Oberfläche unter der elektrischen Verbindung aufgebracht werden, am bevorzugtesten auf die Substrat-Unterlageschicht, auf welche die leitfähige Bahn gedruckt worden ist. Wenn größere mechanische Festigkeit erforderlich ist, wird zusätzlich ein schnell trocknender Klebstoff (das heißt, Duco^TM) oder eine schnell härtende, UV-härtbare Beschichtung über die bereits mit der leitfähigen Bahn verbundene Elektrode beschichtet, und die Baugruppe wird UV-Strahlung ausgesetzt.
Wenn das Polymer in einer pulverisierten Form verwendet wird, kann es mit einer kommerziell erhältlichen Ausrüstung zur Pulver-Abscheidung auf die gedruckte Bahn aufgebracht werden. Das abgeschiedene Pulver wird dann am Ort verdichtet und versiegelt, indem es auf seinen Erweichungspunkt erwärmt wird, und der endgültige Zusammenbau zu einer iontophoretischen Elektrode wird wie vorstehend durchgeführt.
Eine Ausführungsform der vorliegenden Erfindung stellt eine iontophoretische Vorrichtung zur Abgabe eines Medikamentes an einen Patienten bereit. Die iontophoretische Vorrichtung hat

(a) ein Stromverteilungselement mit einem elektrisch leitfähigen Leiter, der durch eine Bindung aus einem thermoplastischen Polymer mechanisch mit einer elektrisch leitfähigen gedruckten Bahn verbunden ist, was eine elektrisch leitfähige Verbindung zwischen dem leitfähigen Leiter und der leitfähigen gedruckten Bahn ergibt;
(b) einen Vorratsbehälter für ionisierte Substanz, enthaltend eine ionisierte oder ionisierbare Substanz, in elektrischer Verbindung mit dem Stromverteilungselement und dazu angepasst, in ionische Verbindung mit der Epitheloberfläche gebracht zu werden;
(c) einen Vorratsbehälter für Elektrolyt, enthaltend einen Elektrolyten, der in elektrischer Verbindung mit einer indifferenten Elektrode und in ionischer Verbindung mit der Epitheloberfläche steht;
(d) eine elektrische Energiequelle in elektrisch leitender Verbindung mit dem Stromverteilungselement und der indifferenten Elektrode.

Eine andere Ausführungsform der vorliegenden Erfindung stellt ein Verfahren zum mechanischen Verbinden eines elektrisch leitfähigen Leiters mit einer elektrisch leitfähigen gedruckten Bahn bereit, wobei der elektrisch leitfähige Leiter und die elektrisch leitfähige gedruckte Bahn Teile einer iontophoretischen Vorrichtung bilden, wobei die mechanische Verbindung eine elektrisch leitfähige Verbindung zwischen dem leitfähigen Leiter und der leitfähigen Bahn ergibt, welches die folgenden Schritte umfasst:

(a) Abscheiden einer thermoplastischen Polymerzusammensetzung zwischen der gedruckten Bahn und dem leitfähigen Leiter,
(b) Anwenden von Wärme und Druck auf die thermoplastische Polymerzusammensetzung, um die thermoplastische Polymerzusammensetzung zu schmelzen, wodurch sie veranlasst wird, an dem Leiter und der gedruckten Bahn zu haften, während gleichzeitig die Bahn und der Leiter in direkten elektrischen Kontakt gebracht werden, und
(c) Abkühlen der thermoplastischen Polymerzusammensetzung, um den Leiter und die gedruckte Bahn in elektrische Verbindung zu bringen.

Das Verfahren der vorliegenden Erfindung kann auf alternative Weise derart durchgeführt werden, dass Schritt (a) ferner die folgenden Unterschritte beinhaltet:
Erwärmen der abgeschiedenen thermoplastischen Polymerzusammensetzung, um zuerst die thermoplastische Polymerzusammensetzung auf den Leiter aufzuschmelzen,
Abkühlen der thermoplastischen Polymerzusammensetzung, und
Verbringen der thermoplastischen Polymerzusammensetzung zwischen den Leiter und die gedruckte Bahn.
Eine andere Alternative in Bezug auf das Verfahren der vorliegenden Erfindung wäre eine solche, in welcher der Schritt a), wie ursprünglich vorstehend beschrieben, ferner die folgenden Unterschritte beinhalten würde:
Erwärmen der abgeschiedenen thermoplastischen Polymerzusammensetzung, um zuerst die thermoplastische Polymerzusammensetzung auf die gedruckte Bahn aufzuschmelzen,
Abkühlen der thermoplastischen Polymerzusammensetzung, und
Verbringen der thermoplastischen Polymerzusammensetzung zwischen den Leiter und die gedruckte Bahn.
Eine andere Ausführungsform der vorliegenden Erfindung stellt eine Baugruppe einer iontophoretischen Elektrode bereit. Die Elektroden-Baugruppe hat ein Stromverteilungselement mit einem elektrisch leitfähigen Leiter, der mechanisch mit einer elektrisch leitfähigen gedruckten Bahn durch eine Bindung aus thermoplastischem Polymer verbunden ist, was eine elektrisch leitfähige Verbindung zwischen dem leitfähigen Leiter und der leitfähigen gedruckten Bahn ergibt.
Außerdem kann jede der Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung durchgeführt werden, indem einer oder mehrere Füllstoffe mit dem thermoplastischen Polymer kombiniert werden.
Die iontophoretische Vorrichtung der vorliegenden Erfindung kann, als ein Beispiel und keinesfalls als Beschränkung, die folgenden Komponenten und Materialien beinhalten.
A. Das Stromverteilungselement (die aktive Elektrode).
Die iontophoretische Elektrode der Erfindung beinhaltet ein Stromverteilungselement, welches für die Abgabe einer ionisierten Substanz elektrischen Strom zu den iontophoretischen Vorratsbehältern befördert. Das Stromverteilungselement ist aus irgendeinem einer großen Vielfalt von elektrisch leitfähigen Materialien aufgebaut, die sowohl inerte wie auch zu opfernde Materialien beinhalten.
Inerte leitfähige Materialien sind diejenigen elektrisch leitfähigen Materialien, welche wenn sie in den iontophoretischen Vorrichtungen der Erfindung verwendet werden, selbst keine elektrochemischen Reaktionen eingehen oder an ihnen teilnehmen. Auf diese Weise verteilt ein inertes Material Strom, ohne wegen der Verteilung des Stromes korrodiert oder aufgebraucht zu werden, und es leitet Strom durch die erzeugenden Ionen durch entweder die Oxidation oder die Reduktion von Wasser. Inerte leitfähige Materialien beinhalten typischer Weise zum Beispiel rostfreien Stahl, Platin, Gold und Kohlenstoff oder Graphit.
Alternativ kann das Stromverteilungselement aus einem zu opfernden leitfähigen Material aufgebaut sein. Ein Material kann als zu opfernd betrachtet werden, wenn das Material, wenn es als eine Elektrode in einer iontophoretischen Vorrichtung der Erfindung verwendet wird, auf Grund seiner Oxidation oder Reduktion korrodiert oder aufgebraucht wird. Eine solche Korrosion oder ein solcher Verbrauch findet statt, wenn die Materialien und Zubereitungen, die in der iontophoretischen Vorrichtung verwendet werden, eine spezifische elektrochemische Reaktion ermöglichen, so wie wenn eine Silberelektrode in einer Zubereitung verwendet wird, welche Chloridionen enthält. In dieser Situation würde das Stromverteilungselement nicht die Elektrolyse von Wasser verursachen, sondern vielmehr selbst oxidiert oder reduziert werden.
In typischer Weise würde für Anoden ein zu opferndes Material ein oxidierbares Metall, wie Silber, Zink, Kupfer und so weiter beinhalten. Im Gegensatz zu den Hydroxyl- und Hydroniumionen, die elektrochemisch mittels eines inerten Materials erzeugt werden, würden die mittels eines zu opfernden Materials elektrochemisch erzeugten Ionen Metallionen beinhalten, die aus der Oxidation des Metalls hervorgehen. Metall/Metalsalz – Anoden können ebenfalls verwendet werden. In solchen Fällen würde das Metall zu Metallionen oxidiert, die dann als unlösliche Salze ausgefällt werden.
Für Kathoden kann das Stromverteilungselemenf aus irgendeinem elektrisch leitfähigen Material aufgebaut sein, vorausgesetzt, dass eine geeignete Elektrolytzubereitung bereitgestellt wird. Zum Beispiel kann das kathodische Stromverteilungselement aus einem Metall/Metallsalz – Material aufgebaut sein. Ein bevorzugtes kathodisches Material ist ein Silber/Silberhalogenid – Material. In solchen Ausführungsformen wird vorzugsweise ein Metallhalogenidsalz als der Elektrolyt verwendet. In diesem Fall würde die Vorrichtung aus der Elektrode elektrochemisch Halogenidionen erzeugen, wenn das Metall reduziert wird. Begleitende Silberionen in einer Zubereitung würden ebenfalls zu Silbermetall reduziert werden und sich auf der Elektrode abscheiden (diese galvanisierend beschichten). In anderen Ausführungsformen kann das Kathodenmaterial ein Einlagerungsmaterial, ein Amalgam oder anderes Material sein, welches Elektrolyt-Kationen wie Natrium unterhalb des Reduktionspotentials von Wasser aus der Lösung herausnehmen kann. Außerdem können andere Materialien verwendet werden, welche das Herausgalvanisieren eines Metalls aus der geeigneten Elektrolytlösung gestatten. Auf diese Weise können Metalle wie Silber, Kupfer, Zink und Nickel und andere Materialien, wie Kohlenstoff, verwendet werden, wenn ein geeignetes Metallsalz wie Silbernitrat oder Zinksulfat in dem Vorratsbehälter für Elektrolyt in Lösung ist. Während derartige Materialien als ein Metallüberzug einen erhöhten spezifischen Widerstand während der Verwendung ausentwickeln können, werden sie während der Verwendung als kathodische Stromverteilungselemente nicht korrodiert oder verbraucht. Sie sind daher in diesem Sinnzusammenhang nicht strenggenommen „zu opfernd".
Zusätzliche Arten von Materialien, die als Stromverteilungselemente gemäß der Erfindung verwendbar sind, werden in Einzelheiten in der gleichzeitig anhängigen Anmeldung mit dem Titel „Low-Cost Electrodes for an Iontophoretic Device" (Kostengünstige Elektroden für eine iontophoretische Vorrichtung), von V. Reddy et al., fortlaufende Anmeldungsnummer PCT/US96/15862, Veröffentlichungsnummer WO 97/11 744, eingereicht am 27. September 1996, offenbart.
Das Stromverteilungselement kann jede im Stand der Technik bekannte Form annehmen, wie die Form einer Platte, einer Folienschicht, eines Siebes, Drahtes oder einer Dispersion von leitfähigen Teilchen, die in einer leitfähigen Matrix eingebettet sind.
B. Der Vorratsbehälter für Elektrolyt.
1. Elektrolyte
In den iontophoretischen Vorrichtungen der Erfindung ist ein Vorratsbehälter für Elektrolyt in elektrischer Verbindung mit einem Stromverteilungselement und einer indifferenten Elektrode angeordnet. Typischerweise erfordert elektrische Verbindung, dass beim Anlegen von elektrischem Strom Elektronen aus dem Stromverteilungselement durch Ionen in dem Vorratsbehälter für Elektrolyt ausgetauscht werden. Eine derartige elektrische Verbindung wird vorzugsweise nicht in übermäßigen Ausmaß durch irgendwelches) störende Material(ien), verwendet in der Konstruktion der iontophoretischen Vorrichtung, behindert. Mit anderen Worten ist der spezifische Widerstand der Schnittstelle vorzugsweise niedrig.
Der Vorratsbehälter für Elektrolyt umfasst mindestens einen Elektrolyten, das heißt eine ionische oder ionisierbare Komponente, die bewirken kann, Ionen zum Leiten eines Stromes hin zu oder weg von dem Stromverteilungselement zu liefern. Typischerweise umfasst der Elektrolyt eines oder mehrere bewegliche Ionen, deren Auswahl von der gewünschten Anwendung abhängig ist. Beispiele von geeigneten Elektrolyten beinhalten wässrige Lösungen von Salzen. Ein bevorzugter Elektrolyt ist eine wässrige Lösung von NaCl mit einer Konzentration von weniger als 1 Mol/Liter (< 1 M), noch bevorzugter mit etwa der physiologischen Konzentration. Andere Elektrolyten beinhalten Salze von physiologischen Ionen, einschließlich aber nicht darauf beschränkt, Kalium (K⁺), Chlorid (Cl^–) und Phosphat (PO₄ ^–). Das Salz und seine Konzentration kann wie für besondere Anwendungen gewünscht ausgewählt werden. Von dem Fachmann können andere Spezies zur Beinhaltung in dem Elektrolyt-Vorratsbehälter ausgewählt werden. Solche andere Spezies für den Vorratsbehälter beinhalten, ohne Beschränkung, Chelatisierungsmittel (zum Beispiel Citrationen, EDTA), Tenside (zum Beispiel nicht-ionische, kationische oder anionische), Puffer, ionische Arzneistoffträger, Einstellmittel für die Osmolalität (zum Beispiel Polyethylenglycole, Zucker), ionische Antibiotika, Penetrationsverstärker (zum Beispiel Alkanole), Stabilisatoren, Enzyminhibitoren, Konservierungsmittel, Verdickungsmittel (zum Beispiel Acrylsäuren, Celluloseharze, Tone, Polyoxyethylene) und dergleichen.
Alternativ kann der Elektrolyt ein Material umfassen, das bei Abwesenheit eines elektrischen Feldes selbst verhältnismäßig unbeweglich ist, das aber in der Gegenwart eines elektrischen Feldes die Freisetzung beweglicher Ionen bewirkt. In dem letzteren Fall kann der Elektrolyt richtiger eine „Ionenquelle" genannt werden. Beispiel von Ionenquellen gemäß der Erfindung beinhalten Polyelektrolyte, Ionenaustauscher-Membranen und -Harze, nicht-ionische Puffer, welche bei Änderung des pH-Wertes ionisch werden und andere bekannte Ionenquellen.
Alternativ kann der Elektrolyt-Vorratsbehälter Gegenionen enthalten, welche mit einem auf elektrochemische Weise erzeugten Ion ein lösliches Salz bilden. Zum Beispiel kann in einer Apparatur, die ein Stromverteilungselement mit Silberanode verwendet, Acetat oder Nitrat ein geeignetes Gegenion sein. Solche Gegenionen sind nützlich, wenn andere Mittel zum Abfangen elektrochemisch erzeugter Ionen bereitgestellt sind.
Auf diese Weise kann der Elektrolyt-Vorratsbehälter mindestens ein Ion der gleichen Ladung als das elektrochemisch erzeugte Ion bereitstellen, um zu gestatten, dass Strom geleitet wird, und mindestens ein entgegengesetzt geladenes Ion.
C. Der Vorratsbehälter für ionische Substanzen (Medikamente)
Die Vorratsbehälter-Struktur der iontophoretischen Apparatur der Erfindung beinhaltet ferner einen Vorratsbehälter für ionisierte Substanz. Der Vorratsbehälter für ionisierte Substanz muss in ionischer Verbindung mit einer Epitheloberfläche stehen.
Der Aufbau des Vorratsbehälters für ionisierte Substanz muss in Übereinstimmung mit den Erfordernissen für ionische Verbindung mit der Epitheloberfläche und elektrische Verbindung mit dem Stromverteilungselement stehen. Demgemäss würde sich der Aufbau des Vorratsbehälters für ionisierte Substanz in Abhängigkeit von der gewünschten Anwendung unterscheiden. Der Vorratsbehälter für ionisierte Substanz kann ein flüssiges, halbflüssiges, halbfestes oder festes Material beinhalten. Mit einem fließfähigen Material umfasst der Vorratsbehälter für ionisierte Substanz vorzugsweise ferner Mittel, um mindestens im Wesentlichen das Herausfließen des Inhaltes aus dem Vorratsbehälter zu verhindern. In solchen Situationen wird das Fließen des Inhaltes wünschenswerter Weise minimiert, wenn die Vorrichtung aufbewahrt wird. Zum Beispiel kann eine Membran eingesetzt werden, um den Inhalt des Vorratsbehälters für ionisierte Substanz zu umgeben. In bestimmten Situation kann das Fließen des Inhaltes des Vorratsbehälters bei Aufbewahrung minimiert, im Gebrauch aber erhöht werden. Zum Beispiel kann eine umgebende Membran beim Anlegen eines elektrischen Feldes über die Membran hinweg an Porosität, Permeabilität oder Leitfähigkeit zunehmen. Beispiele von solchen Membranen werden in den US-Patenten Nr. 5 080 546; 5 169 382; und 5 232 438 offenbart.
In bevorzugten Ausführungsformen ist der Vorratsbehälter für ionisierte Substanz so konstruiert, dass er seine physische Unversehrtheit behält und von Natur aus der Wanderung und dem Verlust der ionisierten Substanz widersteht. Solche Ausführungsformen beinhalten diejenigen, in welchen der Vorratsbehälter für ionisierte Substanz ein festes oder halbfestes Material, wie ein Gel, oder anderes polymeres Material beinhaltet. In einer besonders bevorzugten Ausführungsform umfasst der Vorratsbehälter für ionisierte Substanz eine polymere Folie, in welcher die iontophoretisch abzugebende Substanz dispergiert ist. Die Beweglichkeit der abzugebenden Substanz wird durch das Anlegen des elektrischen Feldes wesentlich erhöht, was wirkungsvolle Abgabe über die Ziel-Epitheloberfläche hinweg erlaubt. In bevorzugten Ausführungsformen kann ein vernetztes Hydrogel, weil es von Natur aus bedeutende Mengen an Wasser enthält, während der Iontophorese als ein Wasservorrat dienen.
Es kann wünschenswert sein, für die Lösung des aktiven Inhaltsstoffes einen Puffer bereit zu stellen. Das Ion des Puffers, von gleicher Ladung wie das Medikamenten-Ion, sollte eine niedrige ionische Beweglichkeit aufweisen. Der Grenzwert der Ionenbeweglichkeit dieses Ions ist vorzugsweise nicht größer als 1 × 10^–4 cm²/Voltsec.
Calciumionen haben eine starke Affinität für bestimmte Medikamente, zum Beispiel die Bisphosphonate, und daher müssen Maßnahmen der Zubereitung unternommen werden, um Wechselwirkung des Medikamentes mit Restmengen von Calcium in dem Vorratsbehälter zu vermeiden. Dies kann durch den Zusatz von Mitteln, die in der Lage sind, Calcium zu chelatisieren, wie Citratsalzen, EDTA und anderen ähnlichen Chemikalien, erreicht werden.
D. Die ionisierbare Substanz (das Medikament) für die iontophoretische Abgabe.
Ein ionisches Medikament kann entweder von der Anode, der Kathode oder beiden gleichzeitig abgegeben werden. Wenn zum Beispiel die ionische Substanz, die in den Körper hinein getrieben werden soll, positiv geladen ist, dann wird die positive Elektrode oder Anode die aktive Elektrode sein und die negative Elektrode, oder Kathode, wird dazu dienen, den elektrischen Kreislauf zu vervollständigen. Wenn alternativ die abzugebende ionische Substanz negativ geladen ist, dann wird die negative Elektrode die aktive Elektrode sein und die positive Elektrode wird die indifferente Elektrode sein. Da alle Bisphosphonate beim pH-Wert der Haut gewöhnlich eine negative Gesamtladung besitzen, zielen die bevorzugten Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung auf ionische Medikamente ab, die von der Kathode der iontophoretischen Vorrichtung getrieben werden. Es versteht sich jedoch, dass eine anodische Anordnung verwendet werden kann, um positiv geladene chemische Abwandlungen des abzugebenden Medikamentes zu treiben, ohne von der Grundidee der Erfindung abzuweichen.
Es wird angenommen, dass die Erfindung Nützlichkeit in Verbindung mit der Abgabe von aktiven Inhaltsstoffen innerhalb der breiten Klasse der Bisphosphonate, wie auch von chemischen Abwandlungen von Bisphosphonaten, aufweist.
E. Schützende Rückseitenschicht
Die iontophoretische Apparatur der Erfindung kann auch eine geeignete Rückseitenfolie beinhalten, die sich auf der Oberseite des Elektrolyt-Vorratsbehälters befindet. Die Rückseitenfolie sorgt für Schutz gegen Verschmutzung und Beschädigung des Stromverteilungselementes, sofern vorhanden, und des Elektrolyt-Vorratsbehälters der Apparatur.
F. Trenneinlage
Die iontophoretische Apparatur der Erfindung beinhaltet gegebenenfalls eine Trenneinlage, die mit einem Klebstoff an der Unterseite des Vorratsbehälters für ionisierte Substanz befestigt sein kann. Die Trenneinlage schützt die Oberfläche des Vorratsbehälters für ionisierte Substanz, welche die Epitheloberfläche kontaktiert, vor Verschmutzung und Beschädigung, wenn die Vorrichtung nicht in Gebrauch ist. Wenn die Vorrichtung zum Gebrauch bereit ist, kann die Trenneinlage abgezogen werden, um die Oberfläche des Vorratsbehälters für ionisierte Substanz, welche die Epitheloberfläche kontaktiert, zur Anwendung der Vorrichtung auf einen Patienten freizulegen.
G. Indifferente Elektrode
Iontophoretische Vorrichtungen benötigen mindestens zwei Elektroden, um ein Potential zum Hineintreiben von Medikament-Ionen in die Haut eines Patienten bereit zu stellen. Beide Elektroden sind so angeordnet, dass sie in innigem Kontakt mit der Haut sind und dadurch den elektrochemischen Kreislauf, der von dem Anodenbausch und dem Katodenbausch der iontophoretischen Vorrichtung gebildet wird, vervollständigen. Die Elektrodenbäusche können ferner als eine aktive Elektrode definiert werden, von der ein ionisches Medikament in den Körper abgegeben wird. Eine indifferente oder geerdete Elektrode dient dazu, den elektrochemischen Kreislauf zu vervollständigen. Es können unterschiedliche Arten von Elektroden verwendet werden, wie in der US-Anmeldung mit dem Titel „Low-Cost Electrodes for an Iontophoretic Device" (Kostengünstige Elektroden für eine iontophoretische Vorrichtung), von V. Reddy et al., fortlaufende Anmeldungsnummer PCT/US96/15862, Veröffentlichungsnummer WO 97/11 744, eingereicht am 27. September 1996, beschrieben wird.
Wie in 1 abgebildet, ist eine Ausführungsform der iontophoretischen Vorrichtung 40 dieser Erfindung wie folgt konfiguriert: eine elektrische Energiequelle 39 steht in elektrisch leitender Verbindung mit einer Anode 14 und einer Kathode 24. Ein Anodenbausch 10 mit einem Elektrodenfach 11 für die Anode steht in ionischer Verbindung mit einem Fach 13 zum Kontaktieren der Haut. Das Fach 13 zum Kontaktieren der Haut und das Anoden-Elektrodenfach 11 können durch ein Mittel zum Trennen der Fächer (eine Membran) 17 getrennt sein. Das Anoden-Elektrodenfach 11 enthält auch eine Anode 14 und einen Elektrolyten (Anolyten) 15. Das Fach zum Kontaktieren der Haut ist an der Haut 36 des Patienten befestigt. Ein Kathodenbausch 20 mit einem Elektrodenfach 21 für die Kathode steht in ionischer Verbindung mit einem Fach 23 zum Kontaktieren der Haut. Das Fach 23 zum Kontaktieren der Haut und das Kathoden-Elektrodenfach 21 können durch ein Mittel zum Trennen der Fächer (eine Membran) 27 getrennt sein. Das Katoden-Elektrodenfach 21 enthält auch eine Kathode 24 und einen Elektrolyten (Katholyten) 25. Das Fach zum Kontaktieren der Haut ist an der Haut 36 des Patienten befestigt.
Beispiele:
Die folgenden Beispiele werden geboten, um die Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung zu erklären und beispielhaft zu veranschaulichen, und sind nicht dazu gedacht, den Geltungsbereich der vorliegenden Erfindung zu beschränken.
Beispiel 1
Ethylenvinylacetat (EVA) – Heißschmelz-Klebstoff wird anfänglich auf Aluminium (Al) – Gewebe aufgebracht.
Klebstoff: Evans Adhesive Co.#07148, Schmelzpunkt 93°C ± 10°C (200°F ± 50°F)
Aufbringungstemperatur: 171°C–190°C (340°F–375°F)
Härtungszeit 31/2 Sekunden, Offene Zeit 40–50 Sekunden.
Ein Tropfen geschmolzener Klebstoff wurde auf die Rückseite eines Streifens aus Al-Gewebe aufgebracht und Kühlen und Aushärten gelassen. Das Gewebe wurde dann über das Ende der Silber (Ag)- Bahn, die aus einer Beschichtung auf Wasserbasis hergestellt war, verbracht. Ein schmaler Streifen Band der Marke Scotch^TM wurde dann über die Baugruppe gelegt, um Ankleben während des Erwärmens zu verhindern. Dann wurde ein Eisen mittlerer Wärme 2–3 Sekunden lang aufgebracht und dann wurde die Baugruppe abgekühlt. Es wurde eine starke Verbindung erhalten, und der Widerstand war 2–5 Ohm.
Beispiel 2
(EVA) – Heißschmelz-Klebstoff wird direkt auf die Silber- (Ag)- Bahn aufgebracht.
Klebstoff: Evans Adhesive Co.#07148, Schmelzpunkt 93°C ± 10°C (200°F ± 50°F)
Aufbringungstemperatur: 171°C–190°C (340°F–375°F)
Härtungszeit 31/2 Sekunden
Offene Zeit 40–50 Sekunden.
Dieses Experiment unterscheidet sich von Beispiel 1 darin, dass in dem letzteren Klebstoff anfänglich auf das Al-Gewebe aufgebracht und vor dem Zusammenbau abgekühlt wurde, in diesem Beispiel dagegen wurde ein Punkt aus EVA an dem Ende eines schmalen Streifens einer leitfähigen Silberbahn abgeschieden und abkühlen und fest werden gelassen. Dann wurde Al-Gewebe über die mit dem Punkt versehene Bahn gelegt und mit einem schmalen Streifen Band der Marke Scotch^TM bedeckt, um darauf folgendes Ankleben an dem Eisen zu verhindern. Dann wurde mit einem Eisen mittlerer Wärme Handdruck aufgebracht und die Baugruppe abkühlen gelassen. Die Bahn hatte einen Widerstand von 3–4 Ohm und haftet stark zusammen.
Die Beispiele 1 und 2 demonstrieren, dass starke Versiegelungen mit guter Leitfähigkeit hergestellt werden können, indem entweder die leitfähige gedruckte Bahn oder der leitfähige Leiter (die Elektrode oder das Gewebe) vorbeschichtet werden.
Beispiel 3
Prüfung eines (EVA) – Klebstoffs mit niedriger Viskosität
Klebstoff: Evans Adhesive Co.#07147
Schmelzpunkt 93°C (200°F)
Aufbringungstemperatur: 171°C–190°C (340°F–375°F)
Viskosität 2100 cps bei 177°C (350°F)
1200 cps bei 190°C (375°F)
Dieses Material kann in einem Topf geschmolzen und in Tauchbeschichtung verwendet werden. Der Einfachheit halber wurde es wie folgt geprüft:
Ein kleiner Schnitzel wurde aus einem 13/4'' Stab EVA heraus geschnitten und über das offene Ende eines Streifens aus einer Ag-Bahn gelegt. Die Ag-Bahn wurde über die Rückseite eines Eisens gehalten und das Polymer schmolz schnell, um ein Tröpfchen aus geschmolzenem Polymer zu ergeben. Die mit einem Punkt versehene Bahn wurde dann von der Wärmequelle entfernt, um das Polymer fest werden zu lassen. Hierauf wurde sie mit einem Streifen aus Al-Gewebe zusammengebaut und wie vorstehend durch Drücken mit einem Eisen versiegelt. Die Ergebnisse waren mit den vorhergehenden Experimenten vergleichbar.
Ein zusätzlicher Klebstoff, Evans 007426, der bei 78°C (172°F) schmilzt und eine niedrigere Viskosität als #07147 hat, wurde bei einer etwas niedrigeren Temperatur verarbeitet und ergab vergleichbare Ergebnisse.
Beispiel 4
Beschichtung aus Polyamid-Klebstoff der Firma EMS Corp., aufgebracht unter Verwendung der Siebe Stork CP40 und 14H-300-40.
Materialien: Weichpaste aus EMS Polyamid-Aufschlämmung 2020-1 mit 30% Feststoffgehalt, 3100 cps, enthält Benzolsulfonamid-Weichmacher und Polyacryl-Verdicker in Wasser.
Siebe: 40er Sieb CP40, 505 Mikrometer Loch, 250 Mikrometer dick, 20 cc/m² Pastenvolumen abgegeben, 14H-300-40 90 cc/m² Paste abgegeben.
Streifen der Bahn wurden mit Band der Marke Scotch^TM auf einer keramischen Platte gehalten, und das Sieb wurde unter Verwendung von Handdruck über die Bahn verbracht, um das Sieb flach zu machen und Kontakt zu halten. Dann wurde ein Tropfen der Polyamid-Aufschlämmung auf das Sieb verbracht und mit der Hand durch die Löcher gerakelt. Das Sieb wurde dann sorgfältig von der Bahn gehoben, um zu vermeiden, die abgeschiedene Paste aufzurühren. Obwohl etwas Verlaufen stattfand, war ein punktförmiges Muster sogar in dem Fall des dickeren 14H-Siebes erkennbar. Die Bahn wurde dann eine Minute lang auf die Oberfläche eines mittleren Eisens gehalten, um das Wasser abzutreiben und die Beschichtung vorzuschmelzen. Ein Streifen aus Al-Gewebe wurde auf die Oberseite der beschichteten Bahn gelegt und mit Band der Marke Scotch^TM bedeckt, um Ankleben zu verhindern. Der Verbund wurde dann mit einem Eisen 2–3 Sekunden lang erwärmt. Für zusätzliche Festigkeit wurde an dem Ende Duco^TM punktförmig aufgetragen. Der Widerstand war 3–5 Ohm und die Baugruppe haftete fest zusammen.
Beispiel 5
10 Teile einer 25%igen Suspension von Graphitteilchen mit 2,5 Mikrometer Durchmesser in Wasser (Dixon Ticonderoga GW425) wurde mit 2 Teilen eines Pulvers aus geradkettigem Polyamid (Bostik #5216A, ein Nylon-Copolymer, das bei 153°C schmilzt) gemischt, und die Aufschlämmung wurde punktförmig auf eine gedruckte Silberbahn aufgebracht. Die abgeschiedenen Aufschlämmung wurde getrocknet, um ein bepunktetes Gebiet, enthaltend 52,4% Graphit und 47,6% Polyamid, zu ergeben. Dann wurde ein Aluminiumgewebe über das abgeschiedene Material gelegt und unter mildem Druck 5 Sekunden lang auf 130–155°C erwärmt. Es wurde ein festes Laminat zwischen der gedruckten Bahn und dem Leiter aus Aluminiumgewebe gebildet und die Leitfähigkeit der Versieglung wurde als hoch befunden.
Beispiel 6
Beispiel 5 wurde unter Verwendung von 10 Teilen der Graphitsuspension mit 4 Teilen Polyamidpulver wiederholt, um ein bepunktetes Gebiet mit einem Verhältnis von Graphit/Polyamid von 35,5/64,50 zu ergeben. Die Haftung war hervorragend und der Widerstand war weniger als 1 Ohm. Das Experiment wurde wiederholt, wobei eine Suspension von Rußpulver Vulcan XC72 (Cabot) an Stelle des Graphits mit ähnlichen Ergebnissen verwendet wurde. Black Pearls (Cabot) verhielten sich ebenfalls ähnlich.
Beispiel 7
Aufschlämmungen aus einem Polyester und auch einem Polyamid, denen die Graphit-Suspension von Bsp. 1 zugesetzt worden war, wurden einzeln geprüft und es wurden starke Bindungen und sehr niedrige spezifische Widerstände erhalten. Die Polyamid-Aufschlämmung (EMS Corp. #2120-1) enthielt 30% Polyamid in Suspension. Die Polyester-Aufschlämmung hatte die gleiche Konzentration. Das Verhältnis Graphit/Polymer war 35/65.
Beispiel 8
Unter Verwendung der Polyamidsuspension $2120-1 wurde Bsp. 3 wiederholt, wobei ein feines Silberpulver an Stelle des Graphits verwendet wurde. Die verwendeten Gewichtsverhältnisse von Silber/Polyamid waren 30/70 und 40/60. Die Aufschlämmung wurde durch ein Drucksieb aufgebracht und bei 149°C (300°F) getrocknet und verschmolzen. Das Gewebe war wie vorstehend mit der Bahn verbunden und es wurde eine hohe Bindungsstärke erhalten. Der spezifische Widerstand war niedrig.
Beispiel 9
Ein niedrig schmelzendes Ethylen-Vinylacetat-Copolymer (Evans Adhesive Co #07460), das bei 93°C (200°F) mit einer Schmelzviskosität von 800 cps bei 190°C (375°F) schmilzt, wurde als das Klebstoff-Bindemittel verwendet. Das Copolymer wurde geschmolzen und Silberpulver wurde unter Rühren zugesetzt, um eine Aufschlämmung, die eine 30%ige Konzentration an Silber enthielt, zu erhalten. Die geschmolzene Aufschlämmung wurde dann mit einer Heißschmelz-Pistole auf eine gedruckte Bahn aufgetragen, um Punkte mit 1/8 bis 1/4'' Durchmesser an ausgewählten Stellen der Bahn abzuscheiden. Sodann wurden zwischen den bepunkteten Gebieten und Streifen aus einem leitfähigen Aluminiumgewebe auf die vorstehend beschriebene Weise Versiegelungen hergestellt. Es wurde starke Haftung und geringer spezifischer Widerstand erhalten. Ähnliche Ergebnisse wurden mit einer 40%igen Konzentration an Silberpulver erhalten.
Beispiel 10 Verwendung von Duco^TM Cement als der einzige Klebstoff
Duco^TM Cement ist ein von DuPont hergestellter, über den Ladentisch verkaufter Klebstoff. Die Zusammensetzung ist nicht identifiziert, ist aber sehr wahrscheinlich ein Cellulosederivat, das in einem flüchtigen Keton-Ester-Lösungsmittel aufgelöst ist, das sehr schnell verdampft, um ein klares, festes Klebstoffpolymer zu ergeben. Ein Streifen aus Al-Gewebe wurde auf die Oberseite des Endes von einem Streifen der Ag-Bahn gelegt, und auf die Rückseite des Gewebes wurde ein Punkt aus Duco aufgetragen. Das Al wurde auf die Ag-Bahn hinunter gedrückt, um sicherzustellen, dass zwischen den beiden inniger Kontakt hergestellt wurde. Das Drücken wurden mit einem Spatel gemacht, der mit einer dünnen Schicht von Teflon-Fett vorbeschichtet worden war, um Verkleben zu verhindern. Das Al-Gewebe wurde während der Zeit, in welcher der Klebstoff noch beweglich war, in elektrischem Kontakt mit der Bahn gehalten. Wegen der Empfindlichkeit der Ag-Bahn gegenüber Lösungsmittel wurde die Verbindung nicht gestört, bis das Lösungsmittel vollständig verdampft war, Festigkeit und Leitfähigkeit waren hoch.

Claims

Verfahren zum mechanischen Verbinden eines elektrisch leitfähigen Leiters mit einer elektrisch leitfähigen gedruckten Bahn, wobei der elektrisch leitfähige Leiter und die elektrisch leitfähige gedruckte Bahn Teile einer iontophoretischen Vorrichtung sind, wobei die mechanische Verbindung eine elektrisch leitfähige Verbindung zwischen dem leitfähigen Leiter und der leitfähigen Bahn ergibt, umfassend die folgenden Schritte: (a) Abscheiden eines thermoplastischen Polymers zwischen der gedruckten Bahn und dem Leiter, (b) Anwenden von Wärme und Druck auf das thermoplastische Polymer, um das thermoplastische Polymer zu schmelzen, wodurch es veranlasst wird, an dem Leiter und der gedruckten Bahn zu haften, während gleichzeitig die Bahn und der Leiter in direkten mechanischen Kontakt gebracht werden, und (c) Abkühlen des thermoplastischen Polymers, um den Leiter und die gedruckte Bahn in direkten mechanischen Kontakt und elektrisch leitfähige Verbindung zu bringen.
Verfahren von Anspruch 1, wobei das thermoplastische Polymer aus der Gruppe bestehend aus Polyamiden, Polyestern, Ethylenvinylacetat, Acrylharzen, Cellulosen und Mischungen davon ausgewählt ist.
Verfahren von Anspruch 2, wobei der leitfähige Leiter aus der Gruppe bestehend aus Metallgewebe, Draht, gewebtem Draht und Mischungen davon ausgewählt ist.
Verfahren von Anspruch 1, wobei Schritt (a) ferner die folgenden Unterschritte beinhaltet: Erwärmen des abgeschiedenen thermoplastischen Polymers, um zuerst das thermoplastische Polymer auf den Leiter aufzuschmelzen, Abkühlen des thermoplastischen Polymers, und dann Verbringen des thermoplastischen Polymers zwischen den Leiter und die gedruckte Bahn.
Verfahren von Anspruch 1, wobei Schritt (a) ferner die folgenden Unterschritte beinhaltet: Erwärmen des abgeschiedenen thermoplastischen Polymers, um zuerst das thermoplastische Polymer auf die gedruckte Bahn aufzuschmelzen, Abkühlen des thermoplastischen Polymers, und Verbringen des thermoplastischen Polymers zwischen den Leiter und die gedruckte Bahn.
Verfahren nach irgendeinem vorhergehenden Anspruch, wobei das thermoplastische Polymer mit einem oder mehreren leitfähigen Füllstoffen kombiniert wird.
Verfahren von Anspruch 6, wobei das eine oder die mehreren leitfähigen Füllstoffe ausgewählt sind aus Vanadium, Platin, Palladium, Chrom, Magnesium, Nickel, Ruß, Graphit, Aluminium, Titan, Silber, Kupfer, leitfähigen organischen Polymeren und Mischungen davon.
Iontophoretische Vorrichtung (40), mit einem elektrisch leitfähigen Leiter, der elektrisch verbunden ist mit einer elektrisch leitfähigen gedruckten Bahn, umfassend: (a) ein Stromverteilungselement (24) mit einem elektrisch leitfähigen Leiter, der mechanisch mit einer elektrisch leitfähigen gedruckten Bahn verbunden ist, was eine elektrisch leitfähige Verbindung zwischen dem leitfähigen Leiter und der leitfähigen gedruckten Bahn ergibt, erhalten mittels eines Verfahrens, wie in Anspruch 1 definiert; (b) einen Vorratsbehälter für ionische Substanzen (21), umfassend eine ionische Substanz (25), die in elektrischer Verbindung mit dem Stromverteilungselement (24) steht und dazu angepasst ist, in ionische Verbindung mit einer Epitheloberfläche (36) gebracht zu werden; (c) einen Vorratsbehälter für Elektrolyt (11) enthaltend einen Elektrolyten (15), der in elektrischer Verbindung mit einer indifferenten Elektrode (14) steht und dazu angepasst, in ionischer Verbindung mit einer Epitheloberfläche (36) zu sein; und (d) eine elektrische Energiequelle (39) in elektrisch leitender Verbindung mit dem Stromverteilungselement (24) und der indifferenten Elektrode (14).
Vorrichtung von Anspruch 8, wobei die thermoplastische Verbindung aus einer Mischung von thermoplastischem Polymer und einem oder mehreren leitfähigen Füllstoffen gebildet wird.
Vorrichtung von Anspruch 9, wobei der eine oder die mehreren leitfähigen Füllstoffe ausgewählt sind aus Vanadium, Platin, Palladium, Chrom, Magnesium, Nickel, Ruß, Graphit, Aluminium, Titan, Silber, Kupfer, leitfähigen organischen Polymeren und Mischungen davon.