耳鼻喉新型可植入式医疗设备,可靠耳蜗提供电能

2012-12-19

来自麻省理工学院、马萨诸塞眼耳医院等单位的研究人员,首次证明了这种“电池”能给植入的电子设备供电,而且不会损害听力.植入内耳的设备可用来监控生物活动,比如听到声音、平衡失调或对治疗的反应.最终,植入设备本身可发展成一种治疗手段.

哺乳动物的内耳深处都是一个天然电池：一个充满了离子的小室，能产生电压驱动神经信号。据物理学家组织网近日报道，来自麻省理工学院、马萨诸塞眼耳医院等单位的研究人员，首次证明了这种“电池”能给植入的电子设备供电，而且不会损害听力。植入内耳的设备可用来监控生物活动，比如听到声音、平衡失调或对治疗的反应。最终，植入设备本身可发展成一种治疗手段。相关论文发表在近期出版的《自然·生物技术》杂志上。

“60年前我们就知道有一种‘电池’对听力非常重要，但没人会用它给电器供电。”马萨诸塞眼耳医院耳外科医生康斯坦尼亚·斯坦科维奇说。

耳朵能把机械压力——耳膜的振动——转换为大脑可处理的电信号，而生物电池是信号电流的电源。电池室位于内耳一个叫做耳蜗的地方，由一层膜隔开，这里一些细胞已经特化成专用的离子泵。膜的另一边是不平衡的钾、钠离子，结合这些细胞泵的特殊排列形式，就产生了电压。虽然此处电压是体内最高的(至少对单个细胞而言)，但仍然非常低，而且为了不扰乱听力，可用电流只能占其很小一部分。

麻省理工学院微系统技术实验室研究员安纳萨·钱德拉卡珊小组开发的低功率芯片正好解决了这一问题。他们还在芯片上装了一种超低功率无线发射器，以获得所检测的数据。由于生物电池的电压不稳定，芯片上还装了电源转换线路，就像一般电子设备电源线两端的盒式转换器，能逐渐充电。充电时间一般为40秒到4分钟，就能给发射器供电。信号频率本身就指示了内耳的电化性质。

在实验中，研究人员在豚鼠内耳生物电池膜的两边植入了电极，并将低功率芯片与电极相连。芯片留在豚鼠体外，但它非常小，足以放入中耳腔内。植入电极设备后，豚鼠在听力测试中反应正常，该设备也能以无线方式传输数据，报告耳朵和外部接收器的化学情况。

凯斯西储大学耳鼻喉系董事长克利夫·梅杰利恩说，这项研究有三种可能的应用：耳蜗植入、诊断疾病及作为植入式助听器。用耳蜗本身的低压产生电流，这就让它变成了一种电源，给植入耳蜗的电子设备供电。此外，如果能检测出各种疾病状态下的电压，基于这种电流输出偏差，可能开发出一种诊断计算方法。

耳鼻喉新型可植入式医疗设备,可靠耳蜗提供电能

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