Радуга Звуков

Ученые снабдили радио-чип энергией от «природного аккумулятора» в ухе

Ученые снабдили радио-чип энергией от «природного аккумулятора» в ухе
Исследователям Массачусетского технологического института (MIT) впервые удалось снабдить энергией имплантируемое электронное устройство, используя электрические потенциалы, которые находятся во внутреннем ухе.

Глубоко во внутреннем ухе млекопитающих существует природный аккумулятор, точнее, отсек, наполненный ионами, который генерирует электрический потенциал, чтобы проводить нервные сигналы. Группа исследователей из MIT, а также Массачусетской отоларингологической клиники и отделения медицинских наук и технологий Гарвард-MIT, представила доказательства того, что аккумулятор во внутреннем ухе может питать энергией имплантируемые электронные устройства без ущерба для слуха.

Такие устройства способны отслеживать биологическую активность в ушах пациентов с нарушениями слуха или вестибулярного аппарата или контролировать реакцию на лечение. В конечном счете, они сами могут применяться для лечения.

В ходе экспериментов хирург-отоларинголог Массачусетской клиники Константин Станкович и аспирант MIT Эндрю Лысаг имплантировали электроды в биологические аккумуляторы ушей морских свинок. К электродам прилагались маломощные электронные устройства, разработанные Лабораторией технологии микросистем (MTL) при MIT. После имплантации морские свинки нормально реагировали на слуховые тесты, а устройства смогли беспроводным путем передавать на внешний приемник данные о химическом составе в ухе.

Чип для внутреннего уха

На фото чип для внутреннего уха, разработанный в MIT.
 
 «Раньше было принято считать, что пространство, в котором имеется высокий потенциал, недоступно для имплантируемых устройств, потому что проникновение в него крайне опасно для организма, - говорит Станкович. – В течение 60 лет мы знали, что этот аккумулятор существует и что он чрезвычайно важен для нормального слуха, но никто не пытался использовать его для питания полезной электроники».

Ухо преобразует механическое усилие (вибрации барабанной перепонки) в электрохимический сигнал, который может обрабатывать мозг, а биологический аккумулятор является источником тока для этого сигнала. Расположенный в улитке аккумуляторный отсек делится пополам мембраной, некоторые клетки которой предназначены для закачки ионов. Дисбаланс ионов калия и натрия на противоположных сторонах мембраны, в сочетании с конкретным расположением насосов, создает электрическое напряжение.

Хотя это напряжение имеет самый высокий уровень в организме (по крайней мере, за пределами отдельных клеток), на самом деле оно очень низкое. Кроме того, чтобы не повредить слух, устройство, питаемое от этого биологического аккумулятора, должно использовать только малую часть его мощности. Ученые обратились к группе под руководством Ананты Чандракасана в MTL, которая оснастила чип радиопередатчиком со сверхнизким потреблением энергии, благодаря чему ученые смогли получать свои результаты измерений.

При этом, хотя радиопередача и является гораздо более эффективной, чем передача, которая используется в сотовых телефонах, она все же не может работать напрямую от биологического аккумулятора. Поэтому чип MTL также содержит схему преобразования мощности, которая постепенно накапливает заряд в конденсаторе. Напряжение биологического аккумулятора колеблется, поэтому схеме управления требуется примерно от 40 секунд до 4 минут, чтобы накопить заряд, достаточный для питания радио. Таким образом, частота сигнала сама по себе свидетельствует об электрохимических свойствах внутреннего уха.

Чтобы снизить потребление энергии, схему управления пришлось радикально упростить, но, как и радиопередача, она все еще требует более высокого напряжения, чем то, которое может предоставить биологический аккумулятор. Как только схема управления запущена, она начинает работать сама по себе; проблема заключается в том, как заставить ее заработать.

Исследователи MTL решили эту проблему путем единовременного импульса радиоволн. «В самом начале мы должны дать системе толчок, чтобы запустить ее, - говорит Чандракасан. – Как только мы сделаем это, мы сможем перейти на автономную работу. Схема начинает управлять выходным сигналом».
 
Станкович и Лысаг имплантировали электроды, подсоединенные к чипу MTL, с обеих сторон мембраны, разделяющей биологический аккумулятор каждого уха морской свинки. В ходе экспериментов сам чип оставался за пределами тела морской свинки, но он достаточно мал для того, чтобы разместиться в полости среднего уха.

Клифф Мегерян, президент по отоларингологии университета Case Western Reserve и университетской клиники, сказал, что он видит три возможных области применения результатов данного исследования: кохлеарные импланты, диагностика и имплантируемые слуховые аппараты.

«Тот факт, что генерировать питание для маломощных схем может улитка сама по себе, повышает возможность использования этого механизма для питания кохлеарного импланта, - говорит Мегерян. – Представьте себе, что мы могли бы измерить это напряжение при разных заболеваниях. Это могло бы дать нам диагностический алгоритм на основе отклонения электрического выходного сигнала. Я не готов сказать, что мы уже располагаем действующей технологией», - продолжает ученый. Однако он добавляет: «Если бы мы могли задействовать природный источник электричества в улитке, это могло бы стать движителем слуховой технологии будущего».



Возврат к списку

Альметьевск
ул. Ленина, д. 29
+7 (8553) 42 42 90
+7 (939) 310 42 90
Ангарск
82 квартал, д. 2, офис 1
+7 (3955) 52 19 98
+7 (950) 060 07 20
Архангельск
Троицкий пр-т, д. 158
+7 (8182) 27 54 69
+7 (921) 292 52 72
Астрахань
ул. Ленина/ Дарвина, д. 52/2, литер А, помещение 09
+7 (8512) 52 28 90
Ачинск
микрорайон Юго-Восточный, д. 35
+7 (39151) 3-61-15
+7 (958) 514-27-58
Барнаул
ул. Шевченко, д. 52а (пр-т Ленина, д. 56)
+7 (3852) 39 03 09
+7 (3852) 36 77 00
Белгород
проспект Богдана Хмельницкого, д. 77
+7 (4722) 33 05 36
Бийск
ул. В. Максимовой, д. 5
+7 (3854) 22 11 50
Братск
Центральный жилой район, ул. Мира, 42
+7 (3953) 41 11 42
Владивосток
ул. Захарова, д. 5
+7 (423) 242 19 20
Владимир
ул. Горького, д. 58
+7 (915) 792 46 25
+7 (4922) 53 70 71
+7 (991) 320 53 78
Волгоград
ул. Невская, д.11а, офис № 19
+7 (8442) 37 37 09
Вологда
г. Вологда ул. Октябрьская д.44
+7 (8172) 21 02 92
Воронеж
Коминтерновский р-н, Московский пр-т, д. 80
+7 (473) 224 79 66
Горно-Алтайск
Коммунистический пр-т, 51
+7( 38822) 2 23 10
+7 (913) 693 50 40
Екатеринбург
пр-т Ленина, 10
+7 (343) 379 05 10
+7 (906) 810 80 67
Иваново
ул. Любимова, д.3
+7 (915) 820 14 55
+7 (4932) 50 14 55
Ижевск
ул. Ленина, д.79
+7 (3412) 68 66 45
+7 (3412) 56 93 30
+7 (919) 916 93 30
Иркутск
ул. Дзержинского, д. 25, офис 204
+7 (3952) 29 11 94
+7 (914) 895 01 19
Казань
ул. Cаид-Галеева, д. 25
+7 (843) 528 09 26
+7 (843) 250 31 36
Калининград
ул. 9 Апреля, д.7
+7 (4012) 33 92 78 (предв. запись)
Калуга
ул. Суворова, д. 142а
+7 (4842) 777 101
Кемерово
пр-т Ленина, д. 103
+7 (983) 212 05 36
Киров
ул. Карла Маркса, 62
+7 (8332) 37 37 73
Комсомольск-на-Амуре
ул. Красногвардейская д.16
+7 (4217) 23 22 50
+7 (909) 826 98 80
Кострома
ул. Советская, д. 109
+7 (4942) 46 64 87
+7 (930) 386 64 87
Краснодар
ул. Постовая, 18 литер А
+7 (861) 267 20 36
+7 (988) 243 05 11
Красноярск
ул. Партизана Железняка, д. 3-Б
+7 (391) 220 15 63
+7 (923) 450 81 89
Курган
ул. Станционная, д. 41
+7 (3522) 43 34 60
Курск
ул. Радищева, д. 25
+7 (4712) 70 12 13
+7 (919) 170 38 09
Липецк
ул. Московская, д. 91
+7 (4742) 31 48 38
+7 (960) 152 30 06
+7 (900) 989 82 72
Магадан
ул. Портовая, д. 4
+7 (4132) 21 11 66
Мурманск
ул. Привокзальная, д. 10
+7 (8152) 45 31 77
Набережные Челны
проспект Сююмбике, д. 17, пом. 181 (41/03)
+7 (8552) 92 32 38
+7 (967) 469 94 45
Нижнекамск
ул. Корабельная, д. 27
+7 (8555) 32 33 53
Нижний Новгород
ул. Бекетова, д. 21/16
+7 (831) 435 12 88
+7 (999) 072 13 12
Нижний Тагил
ул. Папанина, д. 21
+7 (912) 229 09 54
Новокузнецк
Октябрьский Проспект, д.7
+7 (3843) 70 11 08
+7 (996) 415 01 43
Новороссийск
ул. Советов, д. 12
+7 (8617) 64 57 47
+7 (989) 769 71 81
Новосибирск
ул. Челюскинцев, д. 30
+7 (383) 347 36 06
Обнинск
ул. Курчатова, д. 19а
+7 (903) 816 95 50
Октябрьский
ул. Губкина, д. 9, помещение 18
+7 (34767) 7 09 18
+7 (937) 497 85 50
Омск
пр-т Карла Маркса, д. 49
+7 (3812) 46 85 16
Орел
ул. Московская, д. 36
+7 (4862) 25 45 78
Оренбург
ул. Кобозева, д. 25а, каб. №34.
+7 (3532) 77 80 71
Орск
ул. Краматорская, д. 52
+7 (3537) 34 03 53
Пенза
ул. Суворова, д. 139
+7 (8412) 54 14 15
Пермь
Мотовилихинский район, ул. Крупской, д. 38
+7 (342) 258 03 23
Петрозаводск
пр-т Ленина, д. 30
+7 (963) 744 70 13
+7 (8142) 78 37 29
Петропавловск-Камчатский
ул. Ленинградская, д. 100
+7 (4152) 43 39 08
+7 (914) 991 32 93
Прокопьевск
ул. Ноградская, 1
+7 (3846) 64-36-23
Псков
ул. Советская, д. 64
+7 (8112) 68 20 24
Ростов-на-Дону
проспект Михаила Нагибина, д. 37
+7 (863) 294 98 80
+7 (863) 22 72 072
+7 (918) 554 98 80
Рязань
ул. Соборная, д. 17
+7 (4912) 994 944
+7 (4912) 28 44 58
Самара
пр-т Масленникова, д. 6
+7 (846) 263 39 18
+7 (846) 263 53 75
Саранск
Проспект Ленина, д. 32
+7 (8342) 47 26 74
Саратов
Деловой тупик, 3
+7 (8452) 35 46 34
+7 (991) 195 64 65
Симферополь
проспект Победы, д. 54
+7 (3652) 57 39 34
+7 (978) 980 02 16
Смоленск
просп. Гагарина, д. 27
+7 (4812) 62 32 50
Сочи
ул. Красноармейская, д.15
+7 (8622) 54 12 38
+7 (988) 163 01 40
Ставрополь
ул. Семашко, д. 1
+7 (8652) 75 54 24
+7 (8652) 29 53 15
Старый Оскол
м-н Королёва, 32в
+7 (4725) 42 06 12
Стерлитамак
ул. Коммунистическая, д. 15.
+7 (3473) 22 29 93
Сыктывкар
ул. Советская, д. 10
+7 (8212) 24 50 75
Тамбов
ул. Московская, д. 29
+7 (4752) 79 67 99
Тверь
ул. Советская, 64
+7 (991) 351 85 81
Тольятти
ул. Максима Горького, д. 61
+7 (8482) 25 18 29
Томск
проспект Фрунзе, д. 25
+7 (3822) 530 535
+7 (953) 915 43 12
Тула
ул. Советская, д. 17
+7 (910) 150 05 83
Тюмень
ул. 50 лет Октября, д. 54/2
+7 (3452) 54 62 50
Улан-Удэ
ул. Кирова, д. 31
+7 (3012) 37 90 98
Ульяновск
ул. Гончарова, д. 56/2.
+7 (8422) 67 53 52
Уфа
Октябрьский район, ул. Ростовская, д. 3
+7 (347) 248 53 90
Хабаровск
ул. Ленинградская, 56А
+7 (4212) 30 03 04
+7 (909) 843 32 33
Ханты-Мансийск
ул. Комсомольская, д. 29
+7 (3467) 33 58 03
+7 (958) 153 94 05
Чебоксары
проспект Ленина, д.53
+7 (8352) 55 10 11
Череповец
ул. М. Горького, д. 43
+7 (8202) 58 73 73
Чита
ул. Коханского, 14
+7 (3022) 28 37 77
Элиста
6-й микрорайон, д. 1
+7 (847-22) 6 87 11
+7 (937) 463 87 11
Юрга
ул. Максименко, д. 24
+7 (38451) 5 06 82
Якутск
ул. Ярославского, д. 24
+7 (4112) 43 50 45
Ярославль
проспект Октября, д. 3.
+7 (4852) 72 07 26