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».


Отправить
Отправить
Поделиться
Поделиться

Возврат к списку

ул. Ленина, д. 29
+7 (8553) 42 42 90
+7 (939) 310 42 90
Предварительная запись
ул. Новороссийская, 150
+7 (988) 140-08-37
Предварительная запись
82 квартал, д. 2, офис 1
+7 (3955) 52 19 98
+7 (950) 060 07 20
Предварительная запись
Троицкий проспект, д. 158
+7 (8182) 27 54 69
+7 (921) 292 52 72
Предварительная запись
ул. Ленина/ Дарвина, д. 52/2, литер А, помещение 09
+7 (8512) 52 28 90
Предварительная запись
микрорайон Юго-Восточный, д. 35
+7 (39151) 3-61-15
+7 (958) 514-27-58
Предварительная запись
ул. Шевченко, д. 52а (пр-т Ленина, д. 56)
+7 (3852) 39 03 09
+7 (3852) 36 77 00
Предварительная запись
проспект Богдана Хмельницкого, д. 77
+7 (4722) 33 05 36
Предварительная запись
ул. Ленина, 23А
+7 (962) 838-37-68
Предварительная запись
ул. В. Максимовой, д. 5
+7 (3854) 22 11 50
Предварительная запись
Центральный жилой район, ул. Мира, 42
+7 (3953) 41 11 42
Предварительная запись
ул. Захарова, д. 5
+7 (423) 242 19 20
Предварительная запись
ул. Горького, д. 58
+7 (915) 792 46 25
+7 (4922) 53 70 71
+7 (991) 320 53 78
Предварительная запись
ул. Невская, д.11а, офис № 19
+7 (8442) 37 37 09
Предварительная запись
ул. Октябрьская, д. 44
+7 (8172) 21 02 92
Предварительная запись
Коминтерновский р-н, Московский пр-т, д. 80
+7 (473) 224 79 66
Предварительная запись
Коммунистический пр-т, 51
+7( 38822) 2 23 10
+7 (913) 693 50 40
Предварительная запись
пр-т Ленина, 10
+7 (343) 379 05 10
+7 (906) 810 80 67
Предварительная запись
ул. Любимова, д.3
+7 (915) 820 14 55
+7 (4932) 50 14 55
Предварительная запись
ул. Ленина, д.79
+7 (3412) 68 66 45
+7 (3412) 56 93 30
+7 (919) 916 93 30
Предварительная запись
ул. Дзержинского, д. 25, офис 204
+7 (3952) 29 11 94
+7 (914) 895 01 19
Предварительная запись
ул. Cаид-Галеева, д. 25
+7 (843) 528 09 26
+7 (843) 250 31 36
Предварительная запись
ул. 9 Апреля, д.7
+7 (4012) 33 92 78
Предварительная запись
ул. Ленина, д. 80
+7 (4842) 777 101
+7 (991) 215 17 43
Предварительная запись
пр-т Ленина, д. 119
+7 (983) 212 05 36
Предварительная запись
ул. Карла Маркса, 62
+7 (8332) 37 37 73
Предварительная запись
ул. Красногвардейская д.16
+7 (4217) 23 22 50
+7 (909) 826 98 80
Предварительная запись
ул. Советская, д. 109
+7 (4942) 46 64 87
+7 (930) 386 64 87
Предварительная запись
ул. Постовая, 18 литер А
+7 (861) 267 20 36
+7 (988) 243 05 11
Предварительная запись
ул. Партизана Железняка, д. 3-Б
+7 (391) 220 15 63
+7 (923) 450 81 89
Предварительная запись
ул. Станционная, д. 41
+7 (3522) 43 34 60
Предварительная запись
ул. Радищева, д. 25
+7 (4712) 70 12 13
+7 (919) 170 38 09
Предварительная запись
ул. Московская, д. 91
+7 (4742) 31 48 38
+7 (960) 152 30 06
+7 (900) 989 82 72
Предварительная запись
ул. Портовая, д. 4
+7 (4132) 21 11 66
Предварительная запись
ул. Привокзальная, д. 10
+7 (8152) 45 31 77
Предварительная запись
пр-т Сююмбике, д. 17
+7 (8552) 92 32 38
+7 (967) 469 94 45
Предварительная запись
ул. Корабельная, д. 27
+7 (8555) 32 33 53
Предварительная запись
ул. Бекетова, д. 21/16
+7 (831) 435 12 88
+7 (999) 072 13 12
Предварительная запись
ул. Папанина, д. 21
+7 (912) 229 09 54
Предварительная запись
Октябрьский Проспект, д.7
+7 (3843) 70 11 08
+7 (996) 415 01 43
Предварительная запись
ул. Советов, д. 12
+7 (8617) 64 57 47
+7 (989) 769 71 81
Предварительная запись
ул. Челюскинцев, д. 30
+7 (383) 347 36 06
Предварительная запись
ул. Курчатова, д. 19а
+7 (903) 816 95 50
Предварительная запись
ул. Губкина, д. 9
+7 (34767) 7 09 18
+7 (937) 497 85 50
Предварительная запись
пр-т Карла Маркса, д. 49
+7 (3812) 46 85 16
Предварительная запись
ул. Московская, д. 36
+7 (4862) 25 45 78
+7 (991) 095 88 10
Предварительная запись
ул. Кобозева, д. 25а, каб. №34.
+7 (3532) 77 80 71
Предварительная запись
ул. Краматорская, д. 52
+7 (3537) 34 03 53
Предварительная запись
ул. Суворова, д. 139
+7 (8412) 54 14 15
Предварительная запись
Мотовилихинский район, ул. Крупской, д. 38
+7 (342) 258 03 23
Предварительная запись
пр-т Ленина, д. 30
+7 (963) 744 70 13
+7 (8142) 78 37 29
Предварительная запись
ул. Ленинградская, д. 100
+7 (4152) 43 39 08
+7 (914) 991 32 93
Предварительная запись
ул. Ноградская, 1
+7 (3846) 64-36-23
+7 (996) 332-98-67
Предварительная запись
ул. Советская, д. 64
+7 (8112) 68 20 24
+7 (992) 296 69 52
Предварительная запись
проспект Михаила Нагибина, д. 37
+7 (863) 294 98 80
+7 (863) 200 33 29
+7 (918) 554 98 80
Предварительная запись
ул. Соборная, д. 17
+7 (4912) 994 944
+7 (4912) 28 44 58
Предварительная запись
пр-т Масленникова, д. 6
+7 (846) 263 39 18
+7 (846) 263 53 75
Предварительная запись
Проспект Ленина, д. 32
+7 (8342) 47 26 74
Предварительная запись
Деловой тупик, 3
+7 (8452) 35 46 34
+7 (991) 195 64 65
Предварительная запись по телефону
проспект Победы, д. 54
+7 (3652) 57 39 34
+7 (978) 980 02 16
Предварительная запись
просп. Гагарина, д. 27
+7 (4812) 62 32 50
Предварительная запись
ул. Чайковского, д. 33
+7 (862) 254 62 06
+7 (988) 402 69 99
Предварительная запись
ул. Семашко, д. 1
+7 (8652) 75 54 24
+7 (8652) 29 53 15
Предварительная запись
м-н Королёва, 32в
+7 (4725) 42 06 12
Предварительная запись
ул. Коммунистическая, д. 15.
+7 (3473) 22 29 93
Предварительная запись
ул. Советская, д. 10
+7 (8212) 24 50 75
Предварительная запись
ул. Московская, д. 29
+7 (4752) 79 67 99
Предварительная запись
ул. Советская, 64
+7 (991) 351 85 81
Предварительная запись
бульвар Баумана, д. 5
+7 (8482) 55 95 44
+7 (902) 152 70 51
Предварительная запись
проспект Фрунзе, д. 25
+7 (3822) 530 535
+7 (953) 915 43 12
Предварительная запись
ул. Советская, д. 17
+7 (910) 150 05 83
Предварительная запись
ул. 50 лет Октября, д. 54/2
+7 (3452) 54 62 50
Предварительная запись
ул. Коммунистическая, д. 16/2
+7 (3012) 37 90 98
Предварительная запись
ул. Гончарова, д. 56/2.
+7 (8422) 67 53 52
Предварительная запись
Октябрьский район, ул. Ростовская, д. 3
+7 (347) 248 53 90
Предварительная запись
ул. Ленинградская, 56А
+7 (4212) 30 03 04
+7 (909) 843 32 33
Предварительная запись
ул. Комсомольская, д. 29
+7 (3467) 33 58 03
+7 (958) 153 94 05
Предварительная запись
пр-т Ленина, 53
+7 (8352) 55 10 11
Предварительная запись
ул. М. Горького, д. 43
+7 (8202) 58 73 73
Предварительная запись
ул. Коханского, 14
+7 (3022) 28 37 77
Предварительная запись
6-й микрорайон, д. 1
+7 (847-22) 6 87 11
+7 (937) 463 87 11
Предварительная запись
ул. Максименко, д. 24
+7 (38451) 5 06 82
Предварительная запись
ул. Ярославского, д. 24
+7 (4112) 43 50 45
Предварительная запись
проспект Октября, д. 3.
+7 (4852) 72 07 26
+7 (980) 707 33 88
Предварительная запись