カラム

接着剤の開発者が、なぜ皮膚に接着するのが非常に難しいのか、ウェアラブル デバイス用の皮膚接着剤のオプションを検討するのに早すぎるということはない理由、および皮膚に接着する接着剤の寿命における最近のマイルストーンについて説明します。

ウェアラブル デバイスのエンジニアは、これまで以上に小型化されたデバイスからより多くのパフォーマンスを引き出すという奇跡を起こしています。 センサー技術、バッテリー、材料の進歩により、ほんの数年前には不可能だった革新が可能になりました。 これらの進歩により、デバイス開発の初期段階で見落とされがちな層の 1 つは、皮膚に貼り付ける接着剤です。

感圧接着剤 (PSA) の開発者に理想的な基材について尋ねると、クリーンやドライなどの言葉が含まれる可能性があります。 「表面エネルギーは低くない」（LSE）と言う人もいるでしょう。 ほとんどの開発者にとって当然のことと考えられている 2 つの項目は、厳密で一貫性があります。

次に、皮膚に貼り付ける接着剤の課題のリストを考えてみましょう。皮膚は曲がり、伸び、圧縮されます。 ポリエチレンよりも表面エネルギーが低いです。 どれだけ清潔で乾燥しているかをコントロールすることはできません。 そして、これらすべての基準は、デバイスを着用する個人によって大きく異なる可能性があります。 皮膚は生きていて呼吸する基質であり、覆われることを嫌い、不適切な素材の痕跡はアレルギー反応を引き起こす可能性があることをリストに加えてください。 最後に、中程度から極度までの範囲にある汗と皮脂による問題について考えてみましょう。

このような条件下で接着剤を数日間接着し続けることは非常に困難です。 最新のデバイスの接着剤は、用途によっては 1 か月持続し、皮膚を傷つけず、理想的には残留物を残さずに剥がすことが求められます。

皮膚への粘着性 PSA 障害の最も一般的な原因は次の 2 つです。

1. 汗、皮脂、死んだ皮膚細胞により接着剤または皮膚と接着剤の界面で起こる変化により、接着力がゆっくりと失われます。 。 PSAが汗や油分を吸収すると柔らかくなり、変形しやすくなります。 汗による軟化は通常、短期間の問題であり、一定期間の運動の直後にピークに達します。 乾燥すると粘着力が回復することが期待できます。 逆に、油の吸収は接着剤に累積的な影響を与える可能性があります。 油吸収の結果は、体の部位、個人の肌タイプ、PSA に対する要求、および油によるレオロジーの正確な変化に応じて、無視できる場合もあれば壊滅的な場合もあります。 鼻と額は、主に皮膚が油っぽいため、接着するのが難しいことで知られています。

油分や汗は皮膚と PSA の界面で一時的なものであり、接着剤によって吸収される可能性がありますが、皮膚接着剤の下に蓄積する最も明白なものは死んだ皮膚細胞です。 これらの細胞の層は、皮膚の最上層である角質層を構成します。 時間の経過とともに、接着剤の下にある死んだ皮膚細胞の数が増加し、皮膚の下層との接着力が低下します。 十分な時間が経過すると、PSA が貼り付けられている表面層が剥がれ落ち、接着剤も一緒に剥がれてしまいます。

2. 突然力が加わった（別名「弾き飛ばされた」） 。 ウェアラブル デバイスの皮膚への接着に対する最大の脅威は、身体上の位置に応じて、着替えの際に剥がれたり、家具やドア枠にぶつかって剥がれたりすることです。 このリスクは、デバイスの外形を最小限にすること、および/または皮膚に貼り付けるパッチをデバイスの設置面積を超えて拡張することによって軽減できます。 デバイスが身体から引き離される重要な瞬間に、パッチの延長境界の接着剤はせん断破壊モードに陥ります。 この比較的広い面積の接着剤は、皮膚接着剤がデバイスの端で終わっている場合よりもはるかに剥離に耐えることができます。

ウェアラブル デバイス開発者にとって朗報なのは、1 ～ 4 週間の装着時間を必要とするデバイスによってもたらされる最新の課題に対処しようとする際に、当社には数十年の経験と皮膚に貼り付ける PSA シリーズ全体が活用できるということです。 現在の材料セットは大多数の人に十分に許容されており、非常に若い人や非常に高齢者の脆弱な皮膚にも適した PSA が入手可能です。

長期耐摩耗性接着剤の探索は、材料の確固たる基盤から始まりましたが、長期耐用性の状況はまったく地図にありませんでした。 私たちのチームがこの市場向けに最初の耐久性の高い接着剤の製造に着手したとき、利用可能な皮膚に貼付できる PSA 臨床研究の最長期間はわずか 7 日間でした。 さらに、研究の参加者には、活動を制限し（運動はしない）、シャワーを浴びる際にサンプルが水にさらされるのを最小限に抑えるよう指示されていました。 臨床におけるこのような制限は、機器市場にとっては不発であり、顧客は活動を制限する機器を容認しません。

1 週間を超える装着時間を追求する場合の大きな問題は、主に、長期にわたる咬合後の皮膚の健康と、長期間にわたる汗や油分の処理方法に関係していました。 6年前、PSAの持続的な着用が皮膚の健康に及ぼす影響に関する知識が非常に不足していたので、最初の21日間の臨床では、研究参加者の皮膚に損傷を与えていないことを確認するために12日目にサンプルの半分を除去することが含まれていました。

これらの最初の研究では、多くの優れた接着剤が検討対象から除外され、皮膚への長期使用に重要であることがわかった特性のいくつかが明らかになりました。 最も初期の教訓の 1 つは、ピーリング値が高いからといって持続時間が長いわけではないということです。 チューブの固定などの重要な用途向けに非常に高い接着力を持つように設計された PSA は、多くの場合、摩耗時間がわずか数日であることが判明しました。 強力な粘着剤を除去すると皮膚を刺激したり損傷したりする可能性があることを考えると、剥離値と着用時間の間に相関関係がないことは安心できました。

当社は、より長く持続する PSA の探求において長い道のりを歩んできており、新たなマイルストーンに到達し続けています。 最近発売された皮膚に貼り付けるテープは、腕の後ろ側の皮膚に最長 28 日間 90% 以上の生存率があり、ライナーを剥がした後でも少なくとも 12 か月間粘着性を維持できることが臨床的に実証されています。

接着剤のオプションについての議論を始めるのに最適な時期は、デバイスの最初のプロトタイプ ハウジングを印刷する前です。 モックアップを完成させて反復を開始するには、転写接着剤とテープのサンプルを手元に用意する必要があります。 どの種類の接着剤があなたの素材に最も適しているかについて専門家のアドバイスが得られ、行き止まりに陥ることを回避できる可能性があります。 医療用接着剤の提供者は、身体の対象部位と希望する装着時間に基づいて、実証済みのソリューションを推奨できます。 異なるバッキングを備えたさまざまなテープを検討してください。 一部のバッキングはエンド ユーザーにとって利点があり、他のバッキングは変換によってより適切な処理を提供する場合があります。

皮膚への接着には多くの課題があり、長時間の装着が望まれる場合にはさらに困難になりますが、最近の PSA の進歩により、皮膚接着剤がデバイスの寿命を制限する要素になることはありません。

皮膚は常に変化する器官です。 その複雑さにより、ウェアラブル デバイスを設計する際の課題となっています。 皮膚に貼り付ける接着剤やデバイスを設計するときは、考慮すべきことがたくさんあります。 肌を念頭に置いてデザインを始めましょう。

BlackHôgen の HFE チームと、UX チームなどの他の重要なユーザビリティに重点を置いた設計グループの拡大は、より広範囲の MedTech 顧客に専門知識を提供する同社の能力をサポートします。

接着剤の選択は、肌に貼り付けるウェアラブル デバイスの成功を左右する可能性があります。 この記事では、次回、弱い肌に着用することを目的としたデバイスを設計するときに尋ねるべき 6 つの質問について検討します。

デバイスとユーザーとの間に密接なつながりを生み出し、機能性にとって最も重要な不可欠な素材として、接着剤については設計プロセスの最初に考慮する必要があります。

ブレット・ルートヴィヒは博士号を取得しました。 1995 年にノースダコタ州立大学でポリマー科学の博士号を取得し、3M で 20 年以上製品を開発してきました。