Ugradbeni mikrofon za unutarnje kohlearne implantata

Kohlearni implantati, maleni elektronički uređaji koji mogu pružiti sluh gluhim ili nagluhim osobama, pomogli su poboljšati sluh za više od milijun ljudi diljem svijeta.

Međutim, danas se kohlearni implantati samo djelomično ugrađuju i oslanjaju se na vanjski hardver koji se obično nalazi s vanjske strane glave/uha. Ove komponente ograničavaju korisnike, koji ne mogu, na primjer, plivati, vježbati ili spavati dok nose vanjsku jedinicu.

Na putu ka stvaranju potpuno unutarnjeg kohlearnog implantata, multidisciplinarni tim istraživača s tehničkog Sveučilišta MIT iz Massachusettsa, fakulteta medicine Harvard Medical School i sveučilišta Columbia University, proizveo je implantabilni mikrofon koji radi jednako dobro kao i komercijalni vanjski mikrofoni za slušna pomagala. Mikrofon je do sada bio jedna od najvećih prepreka usvajanju potpuno unutarnjeg kohlearnog implantata.

Ovaj maleni mikrofon, proizveden od biokompatibilnog piezoelektričnog materijala, mjeri minijaturne pokrete na donjoj strani bubnjića. Piezoelektrični materijali stvaraju električni naboj kada se sabijaju ili istežu. Kako bi maksimizirao performanse uređaja, tim je također razvio niskošumno pojačalo koje poboljšava signal dok minimalizira šum elektronike.

Za novi mikrofon, tim je ciljao na dio srednjeg uha, najuvučeniji dio bubnjića koji se zove umbo.

Iako umbo ima najveći raspon kretanja od kostiju srednjeg uha, pomiče se samo nekoliko nanometara pa razvoj uređaja za mjerenje tako malih vibracija predstavlja velike izazove.

Istraživači su stvorili UmboMic, trokutasti senzor kretanja dimenzija 3 milimetra puta 3 milimetra sastavljen od dva sloja biokompatibilnog piezoelektričnog materijala koji se zove poliviniliden difluorid (PVDF). Ovi PVDF slojevi su u sendviču s obje strane fleksibilne tiskane ploče (PCB), tvoreći mikrofon koji je otprilike veličine zrna riže i debljine 200 mikrometara.

Kada umbo vibrira i gura piezoelektrični materijal, PVDF slojevi se savijaju i stvaraju električne naboje, koji se mjere elektrodama u PCB sloju.

Ali razvoj senzora bio je samo pola bitke. Umbo vibracije su toliko male da je tim trebao pojačati signal bez unošenja previše šuma. Kad nisu mogli pronaći odgovarajuće niskošumno pojačalo koje bi trošilo vrlo malo energije, napravili su vlastito. 

S oba prototipa na mjestu, istraživači su testirali UmboMic u ljudskim ušnim kostima i otkrili da ima robusne performanse unutar intenziteta i frekvencijskog raspona ljudskog govora. Mikrofon i pojačalo zajedno također imaju nisku razinu buke, što znači da mogu razlikovati vrlo tihe zvukove od ukupne razine buke.

Istraživači se pripremaju pokrenuti studije na živim životinjama kako bi dodatno istražili ovo otkriće, a ovi eksperimenti će im također pomoći da utvrde kako UmboMic reagira na implantaciju.

Osim toga, proučavaju načine za kapsuliranje senzora tako da može ostati u tijelu sigurno do 10 godina, ali i dalje biti dovoljno fleksibilan da uhvati vibracije.

Istraživanje objavljeno u časopisu IOP Scence možete pronaći na ovoj poveznici.