如何實現耳朵供電驅動醫療電子芯片？
2021-2-22 19:36:35??????點擊：
哺乳動物的內耳深處都是一個天然電池：一個充滿了離子的小室，能產生電壓驅動神經信號。據物理學家組織網近日報道，來自麻省理工學院、馬薩諸塞眼耳醫院等單位的研究人員，首次證明了這種“電池”能給植入的電子設備供電，而且不會損害聽力。植入內耳的設備可用來監控生物活動，比如聽到聲音、平衡失調或對治療的反應。最終，植入設備本身可發展成一種治療手段。
“60年前我們就知道有一種‘電池’對聽力非常重要，但沒人會用它給電器供電。”馬薩諸塞眼耳醫院耳外科醫生康斯坦尼亞·斯坦科維奇說。
耳朵能把機械壓力——耳膜的振動——轉換為大腦可處理的電信號，而生物電池是信號電流的電源。電池室位于內耳一個叫做耳蝸的地方，由一層膜隔開，這里一些細胞已經特化成專用的離子泵。膜的另一邊是不平衡的鉀、鈉離子，結合這些細胞泵的特殊排列形式，就產生了電壓。雖然此處電壓是體內最高的(至少對單個細胞而言)，但仍然非常低，而且為了不擾亂聽力，可用電流只能占其很小一部分。
麻省理工學院微系統技術實驗室研究員安納薩·錢德拉卡珊小組開發的低功率芯片正好解決了這一問題。他們還在芯片上裝了一種超低功率無線發射器，以獲得所檢測的數據。由于生物電池的電壓不穩定，芯片上還裝了電源轉換線路，就像一般電子設備電源線兩端的盒式轉換器，能逐漸充電。充電時間一般為40秒到4分鐘，就能給發射器供電。信號頻率本身就指示了內耳的電化性質。
在實驗中，研究人員在豚鼠內耳生物電池膜的兩邊植入了電極，并將低功率芯片與電極相連。芯片留在豚鼠體外，但它非常小，足以放入中耳腔內。植入電極設備后，豚鼠在聽力測試中反應正常，該設備也能以無線方式傳輸數據，報告耳朵和外部接收器的化學情況。
凱斯西儲大學耳鼻喉系董事長克利夫·梅杰利恩說，這項研究有三種可能的應用：耳蝸植入、診斷疾病及作為植入式助聽器。用耳蝸本身的低壓產生電流，這就讓它變成了一種電源，給植入耳蝸的電子設備供電。此外，如果能檢測出各種疾病狀態下的電壓，基于這種電流輸出偏差，可能開發出一種診斷計算方法。
“60年前我們就知道有一種‘電池’對聽力非常重要，但沒人會用它給電器供電。”馬薩諸塞眼耳醫院耳外科醫生康斯坦尼亞·斯坦科維奇說。
耳朵能把機械壓力——耳膜的振動——轉換為大腦可處理的電信號，而生物電池是信號電流的電源。電池室位于內耳一個叫做耳蝸的地方，由一層膜隔開，這里一些細胞已經特化成專用的離子泵。膜的另一邊是不平衡的鉀、鈉離子，結合這些細胞泵的特殊排列形式，就產生了電壓。雖然此處電壓是體內最高的(至少對單個細胞而言)，但仍然非常低，而且為了不擾亂聽力，可用電流只能占其很小一部分。
麻省理工學院微系統技術實驗室研究員安納薩·錢德拉卡珊小組開發的低功率芯片正好解決了這一問題。他們還在芯片上裝了一種超低功率無線發射器，以獲得所檢測的數據。由于生物電池的電壓不穩定，芯片上還裝了電源轉換線路，就像一般電子設備電源線兩端的盒式轉換器，能逐漸充電。充電時間一般為40秒到4分鐘，就能給發射器供電。信號頻率本身就指示了內耳的電化性質。
在實驗中，研究人員在豚鼠內耳生物電池膜的兩邊植入了電極，并將低功率芯片與電極相連。芯片留在豚鼠體外，但它非常小，足以放入中耳腔內。植入電極設備后，豚鼠在聽力測試中反應正常，該設備也能以無線方式傳輸數據，報告耳朵和外部接收器的化學情況。
凱斯西儲大學耳鼻喉系董事長克利夫·梅杰利恩說，這項研究有三種可能的應用：耳蝸植入、診斷疾病及作為植入式助聽器。用耳蝸本身的低壓產生電流，這就讓它變成了一種電源，給植入耳蝸的電子設備供電。此外，如果能檢測出各種疾病狀態下的電壓，基于這種電流輸出偏差，可能開發出一種診斷計算方法。
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