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
82 квартал, д. 2, офис 1
+7 (3955) 52 19 98
+7 (950) 060 07 20
Троицкий проспект, д. 158
+7 (8182) 27 54 69
+7 (921) 292 52 72
ул. Ленина/ Дарвина, д. 52/2, литер А, помещение 09
+7 (8512) 52 28 90
микрорайон Юго-Восточный, д. 35
+7 (39151) 3-61-15
+7 (958) 514-27-58
ул. Шевченко, д. 52а (пр-т Ленина, д. 56)
+7 (3852) 39 03 09
+7 (3852) 36 77 00
проспект Богдана Хмельницкого, д. 77
+7 (4722) 33 05 36
ул. Ленина, 23А
+7 (962) 838-37-68
ул. В. Максимовой, д. 5
+7 (3854) 22 11 50
Центральный жилой район, ул. Мира, 42
+7 (3953) 41 11 42
ул. Захарова, д. 5
+7 (423) 242 19 20
ул. Горького, д. 58
+7 (915) 792 46 25
+7 (4922) 53 70 71
+7 (991) 320 53 78
ул. Невская, д.11а, офис № 19
+7 (8442) 37 37 09
г. Вологда ул. Октябрьская д.44
+7 (8172) 21 02 92
Коминтерновский р-н, Московский пр-т, д. 80
+7 (473) 224 79 66
Коммунистический пр-т, 51
+7( 38822) 2 23 10
+7 (913) 693 50 40
пр-т Ленина, 10
+7 (343) 379 05 10
+7 (906) 810 80 67
ул. Любимова, д.3
+7 (915) 820 14 55
+7 (4932) 50 14 55
ул. Ленина, д.79
+7 (3412) 68 66 45
+7 (3412) 56 93 30
+7 (919) 916 93 30
ул. Дзержинского, д. 25, офис 204
+7 (3952) 29 11 94
+7 (914) 895 01 19
ул. Cаид-Галеева, д. 25
+7 (843) 528 09 26
+7 (843) 250 31 36
ул. 9 Апреля, д.7
+7 (4012) 33 92 78 (предв. запись)
ул. Ленина, д. 80
+7 (4842) 777 101
+7 (991) 215 17 43
пр-т Ленина, д. 103
+7 (983) 212 05 36
ул. Карла Маркса, 62
+7 (8332) 37 37 73
ул. Красногвардейская д.16
+7 (4217) 23 22 50
+7 (909) 826 98 80
ул. Советская, д. 109
+7 (4942) 46 64 87
+7 (930) 386 64 87
ул. Постовая, 18 литер А
+7 (861) 267 20 36
+7 (988) 243 05 11
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
ул. Радищева, д. 25
+7 (4712) 70 12 13
+7 (919) 170 38 09
ул. Московская, д. 91
+7 (4742) 31 48 38
+7 (960) 152 30 06
+7 (900) 989 82 72
ул. Портовая, д. 4
+7 (4132) 21 11 66
ул. Привокзальная, д. 10
+7 (8152) 45 31 77
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
ул. Бекетова, д. 21/16
+7 (831) 435 12 88
+7 (999) 072 13 12
ул. Папанина, д. 21
+7 (912) 229 09 54
Октябрьский Проспект, д.7
+7 (3843) 70 11 08
+7 (996) 415 01 43
ул. Советов, д. 12
+7 (8617) 64 57 47
+7 (989) 769 71 81
ул. Челюскинцев, д. 30
+7 (383) 347 36 06
ул. Курчатова, д. 19а
+7 (903) 816 95 50
ул. Губкина, д. 9
+7 (34767) 7 09 18
+7 (937) 497 85 50
пр-т Карла Маркса, д. 49
+7 (3812) 46 85 16
ул. Московская, д. 36
+7 (4862) 25 45 78
ул. Кобозева, д. 25а, каб. №34.
+7 (3532) 77 80 71
Предварительная запись
ул. Краматорская, д. 52
+7 (3537) 34 03 53
ул. Суворова, д. 139
+7 (8412) 54 14 15
Мотовилихинский район, ул. Крупской, д. 38
+7 (342) 258 03 23
пр-т Ленина, д. 30
+7 (963) 744 70 13
+7 (8142) 78 37 29
ул. Ленинградская, д. 100
+7 (4152) 43 39 08
+7 (914) 991 32 93
ул. Ноградская, 1
+7 (3846) 64-36-23
+7 (950) 584-03-22
ул. Советская, д. 64
+7 (8112) 68 20 24
проспект Михаила Нагибина, д. 37
+7 (863) 294 98 80
+7 (863) 22 72 072
+7 (918) 554 98 80
ул. Соборная, д. 17
+7 (4912) 994 944
+7 (4912) 28 44 58
пр-т Масленникова, д. 6
+7 (846) 263 39 18
+7 (846) 263 53 75
Проспект Ленина, д. 32
+7 (8342) 47 26 74
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
просп. Гагарина, д. 27
+7 (4812) 62 32 50
ул. Красноармейская, д.15
+7 (8622) 54 12 38
+7 (988) 163 01 40
ул. Семашко, д. 1
+7 (8652) 75 54 24
+7 (8652) 29 53 15
м-н Королёва, 32в
+7 (4725) 42 06 12
ул. Коммунистическая, д. 15.
+7 (3473) 22 29 93
ул. Советская, д. 10
+7 (8212) 24 50 75
ул. Московская, д. 29
+7 (4752) 79 67 99
ул. Советская, 64
+7 (991) 351 85 81
бульвар Баумана, д. 5
+7 (8482) 55 95 44
проспект Фрунзе, д. 25
+7 (3822) 530 535
+7 (953) 915 43 12
ул. Советская, д. 17
+7 (910) 150 05 83
ул. 50 лет Октября, д. 54/2
+7 (3452) 54 62 50
ул. Кирова, д. 31
+7 (3012) 37 90 98
ул. Гончарова, д. 56/2.
+7 (8422) 67 53 52
Октябрьский район, ул. Ростовская, д. 3
+7 (347) 248 53 90
ул. Ленинградская, 56А
+7 (4212) 30 03 04
+7 (909) 843 32 33
ул. Комсомольская, д. 29
+7 (3467) 33 58 03
+7 (958) 153 94 05
проспект Ленина, д.53
+7 (8352) 55 10 11
ул. М. Горького, д. 43
+7 (8202) 58 73 73
Предварительная запись
ул. Коханского, 14
+7 (3022) 28 37 77
6-й микрорайон, д. 1
+7 (847-22) 6 87 11
+7 (937) 463 87 11
ул. Максименко, д. 24
+7 (38451) 5 06 82
ул. Ярославского, д. 24
+7 (4112) 43 50 45
проспект Октября, д. 3.
+7 (4852) 72 07 26