Niektorí ľudia sa so stratou sluchu narodia, iní ju získajú vekom, infekciami alebo dlhodobým vystavením hluku. V mnohých prípadoch sú poškodené drobné vláskové bunky vo vnútornom uchu, ktoré umožňujú mozgu rozpoznať elektrické impulzy ako zvuk. Ako krok smerom k pokročilej umelej kochlei výskumníci uvádzajú vodivú membránu, ktorá po implantácii do modelového ucha premieňa zvukové vlny na zodpovedajúce elektrické signály bez potreby externého napájania.
Niektorí ľudia sa so stratou sluchu narodia, iní ju získajú vekom, infekciami alebo dlhodobým vystavením hluku. V mnohých prípadoch sú poškodené drobné vláskové bunky vo vnútornom uchu, ktoré umožňujú mozgu rozpoznať elektrické impulzy ako zvuk. Ako krok smerom k pokročilej umelej kochlei výskumníci v ACS Nano uvádzajú vodivú membránu, ktorá pri implantácii do modelového ucha premieňa zvukové vlny na zodpovedajúce elektrické signály bez potreby externého napájania.
Keď vláskové bunky vo vnútornom uchu prestanú fungovať, neexistuje spôsob, ako toto poškodenie zvrátiť. V súčasnosti je liečba obmedzená na načúvacie prístroje alebo kochleárne implantáty. Tieto zariadenia si však vyžadujú externé zdroje napájania a môžu mať problém správne zosilniť reč tak, aby jej používateľ porozumel. Jedným z možných riešení je simulácia zdravých kochleárnych chĺpkov, premena hluku na elektrické signály spracované mozgom ako rozpoznateľné zvuky.
Aby to dosiahli, predchádzajúci výskumníci vyskúšali piezoelektrické materiály s vlastným pohonom, ktoré sa nabíjajú, keď sú stlačené tlakom, ktorý sprevádza zvukové vlny, a triboelektrické materiály, ktoré pri pohybe týmito vlnami produkujú trenie a statickú elektrinu. Zariadenia sa však nedajú ľahko vyrobiť a nevytvárajú dostatok signálu na frekvenciách, ktoré sa podieľajú na ľudskej reči. Yunming Wang a kolegovia teda chceli jednoduchý spôsob výroby materiálu, ktorý by využíval kompresiu aj trenie pre akustické snímacie zariadenie s vysokou účinnosťou a citlivosťou v širokom rozsahu zvukových frekvencií.
Na vytvorenie piezo-triboelektrického materiálu výskumníci zmiešali nanočastice titaničitanu bárnatého potiahnuté oxidom kremičitým do vodivého polyméru, ktorý vysušili do tenkého, flexibilného filmu. Potom odstránili škrupiny oxidu kremičitého alkalickým roztokom. Tento krok za sebou zanechal špongiu podobnú membránu s priestormi okolo nanočastíc, čo im umožnilo sa stlačiť, keď ich zasiahnu zvukové vlny. V testoch výskumníci ukázali, že kontakt medzi nanočasticami a polymérom zvýšil elektrický výkon membrány o 55 % v porovnaní s pôvodným polymérom.
Keď vložili membránu medzi dve tenké kovové mriežky, akustické snímacie zariadenie vytvorilo maximálny elektrický signál pri 170 hertzoch, čo je frekvencia v rozsahu hlasov väčšiny dospelých. Nakoniec výskumníci implantovali zariadenie do modelového ucha a prehrali hudobný súbor. Zaznamenali elektrický výstup a previedli ho do nového zvukového súboru, ktorý vykazoval výraznú podobnosť s pôvodnou verziou. Vedci tvrdia, že ich samonapájacie zariadenie je citlivé na široký akustický rozsah potrebný na počutie väčšiny zvukov a hlasov.
Pre nepočujúcich to bude veľká pomoc.
zdroje
Jiaqi Zheng, Zhaohan Yu, Yunming Wang, Yue Fu, Dan Chen, Huamin Zhou. Acoustic Core–Shell Resonance Harvester for Application of Artificial Cochlea Based on the Piezo-Triboelectric Effect. ACS Nano, 2021; DOI: 10.1021/acsnano.1c04242
American Chemical Society. „Flexible device could treat hearing loss without batteries.“ ScienceDaily. ScienceDaily, 27 October 2021.