Электроэнергия внутреннего уха — источник питания энергонезависимых устройств
Кто мог подумать, что организм человека способен сам вырабатывать энергию для питания своих имплантатов? Оказалось, что это так! Патрик Мерсье с коллегами, представляющие Массачусетский технологический университет предлагают использовать для подпитки энергией имплантатов естественный источник тока, вырабатываемый одним из органов внутреннего уха млекопитающих – «улиткой». Исследователи успешно использовали так называемую биологическую «электрическую батарею» — естественную разность потенциалов, создающуюся в «улитке». Тут надо вспомнить, что же такой за орган «улитка»? Это – свернутая в спираль утка, заполненная жидкостью, которая отвечает за восприятие звуков. Внутри нее – делящая мембрана. С одной стороны мембраны – перилимфа с высокой концентрацией ионов натрия, с другой стороны – находится эндолимфа с большим содержанием ионов калия. Вот между перилифой и эндолимфой и создается разность потенциалов в 70-100 милливольт. Эту разницу и решили использовать ученые из группы Патрика Мерсье.
В результате ряда экспериментов, проведенных учеными на морских свинках, анатомия и физиология очень похожа на человеческую, выяснилось, что улитка морских свинок выделяет ток от 14 до 28 микроампер и напряжением от 30 до 55 милливольт, что дает возможность получить «батарейку» мощностью от 1.1 до 6.3 нановатт. Безусловно, это ничтожно мало, для работы электроники на базе транзисторов необходимо напряжение минимум в сотни милливольт.
Для увеличения энергии применили специально созданную схему, которая могла быть запущена извне по принципу беспроводного считывателя для бесконтактных карт в турникетах метро. Энергия принимается антенной микросхемы, она начинала работать, при этом энергии ей требовалось в сотни раз меньше, чем другим существующим схемам.
В ходе эксперимента на ушном электричестве морской свинки микрочип размером 9х11 мм смог проработать почти пять часов, при этом он передавал данные о напряжении в улитке на частоте 2.4 гигагерца. Хотя сам чип не был имплантирован в полость среднего уха животного, ученые утверждают, что созданное устройство вполне могло там поместиться. Попутно было установлено, что электроды не существенно влияют на слух – он понижается примерно на 23 килогерца.
Конечно, существует и определенный риск при имплантации микросхемы в среднее ухо, например, при некоторых заболеваниях, однако, выгода от такой имплантации энергонезависимых устройств очень велика.
«В будущем метод получения энергии из улитки может быть использован и для людей. Хирургическая имплантация устройств, таких как слуховые аппараты или протезы стремечка (косточки внутреннего уха), уже возможна с минимальным риском для нормального или остаточного слуха», — утверждают исследователи.
