تأمین نیروی دستگاههای الکتریکی با سلولهای گوش برای نخستین بار
این شیوه میتواند در آینده برای ارائه منبع نیروی مستقل در کاشتهای مغز و حلزون گوش مورد استفاده قرار گیرد.
سلولهای عصبی از حرکت یونهای سدیم با بار مثبت و یونهای پتاسیم منفی در یک غشا برای ایجاد یک شیب الکتروشیمیایی هدایت کننده علائم عصبی استفاده میکنند. برخی سلولها در بخش حلزونی از شیب مشابه برخوردار بوده و در تبدیل نیروی مکانیکی ارتعاش پرده گوش به علائم الکتریکی قابل درک برای مغز مورد استفاده هستند.
تنها چالش کنونی در این دستاورد، میزان کم ولتاژ تولید شده است که تنها کسری از نیروی ارائه شده توسط یک پیل قلمی محسوب میشود. اکنون این دانشمندان توانستهاند یک تراشه الکترونیکی را بسازند که از چندین الکترود کوچک با مقاومت پائین برای جمعآوری میزان کمی از این فعالیت الکتریکی بدون آسیب رساندن به شنوایی برخوردار است.
این کاشت در گوش داخلی یک خوکچه هندی قرار گرفته و الکترودهای آن به هر دو طرف قشر سلولی بخش حلزونی متصل شدند. همچنین یک فرستنده رادیویی با نیروی کم نیز به این تراشه متصل شده بود.
این دستگاه برای زمانهای کوتاه قابل استفاده بوده اما کاربرد طولانیمدت آن میتوان خطر آسیب به بافت حساس درون گوش را به همراه داشته باشد. گام بعدی این دانشمندان، کوچک سازی هر چه بیشتر این الکترودها برای کاهش تاثیر تهاجمی آنها است.
انتهای پیام
Batteries not required, just plug into ear cells
For the first time, an electrical device has been powered by the ear alone.
The team behind the technology used a natural electrochemical gradient in cells within the inner ear of a guinea pig to power a wireless transmitter for up to five hours.
The technique could one day provide an autonomous power source for brain and cochlear implants, says Tina Stankovic, an auditory neuroscientist at Harvard University Medical School in Boston, Massachusetts.
Nerve cells use the movement of positively charged sodium ions and negatively charged potassium ions across a membrane to create an electrochemical gradient that drives neural signals. Some cells in the cochlear have the same kind of gradient, which is used to convert the mechanical force of the vibrating eardrum into electrical signals that the brain can understand.
Tiny voltage
A major challenge in tapping such electrical potential is that the voltage created is tiny – a fraction of that generated by a standard AA battery.
"We have known about DC potential in the human ear for 60 years but no one has attempted to harness it," Stankovic says.
Now, Stankovic and her colleagues have developed an electronic chip containing several tiny, low resistance electrodes that can harness a small amount of this electrical activity without damaging hearing.
The implant was inserted into a guinea pig's inner ear and the electrodes attached to both sides of cochlear cell membranes. Attached to the chip was a low power radio transmitter.
Guinea pig
The device needed kick-starting with a short burst of radio waves, but was then able to use the electrical gradient running across the membrane to sustain the transmitter for up to five hours. Tests showed that the guinea pig's hearing was not affected.
The device works well for short durations but long-term use of the electrodes risks damaging the sensitive tissue inside the ear. The next step will be to make the electrodes even smaller, reducing their invasiveness.
Stankovic says that this is proof of concept that biological sources of energy exist that have not yet been fully considered. "A very futuristic view is that maybe we will be able to extract energy from individual cells using similar designs," she says.