A kutatók természetes elemeket csapnak a fülbe - DER SPIEGEL
Új fejlesztésű chip: a belső fülbe ültetve áramellátást kell biztosítania
Fotó: Patrick P. Mercier
A fülük mélyén az emlősöknek - és ezért az embereknek is - természetes akkumulátoruk van: egy kamra, amely ionokat használ fel elektromos potenciál létrehozására és az idegek stimulálására. A kutatóknak most egy apró implantátummal sikerült megérinteni ezt a fülelemet. Remélik, hogy a technológia egy nap képes lesz a hallásimplantátumok és egyéb fülhallgatói eszközök áramellátására - írják a Patrick Mercier által vezetett tudósok a Massachusettsi Műszaki Intézetből (MIT) a "Nature Biotechnology" folyóiratban.
A hallás érdekében a fül mechanikai jelet, a dobhártya rezgéseit elektrokémiai jellé alakítja, amelyet az agy megfejt. Ebben a folyamatban a fülben lévő akkumulátor döntő szerepet játszik: biztosítja az elektrokémiai jeleket előállító áramot. A fülhallgatóban ülve az elemkamrát egy speciális membrán két részre választja el. A káliumionok és a membrán másik oldalán lévő nátriumionok egyensúlyhiánya elektromos feszültséget hoz létre, amelyet speciális szivattyúk stimulálnak, amelyek az ionokat egyik oldalról a másikra mozgathatják.
Ilyen nagy, áramtermelő szerkezettel rendelkező állat testében nincs más hely. Ahhoz azonban, hogy a fülakkumulátort maguk is felhasználhassák, a kutatóknak le kellett küzdeniük az akadályt: A szerkezetnek a testben van a legnagyobb elektromos feszültsége - legalábbis az egyes cellákon kívül. Elektrotechnikai szempontból azonban ez rendkívül alacsony. Ezen túlmenően, hogy a hallást ne zavarják, a kutatóknak csak az energia kis részét kellett felhasználniuk technológiájukhoz.
Hozam: egy nanowatt villamos energia öt órán át
Ezeknek a feltételeknek megfelelően a kutatók egy rádióadóval ellátott chipet fejlesztettek ki, amely rendkívül kevés energiára támaszkodik. Ezután a kis alkatrészt egy tengerimalac testére tették, és elektródák segítségével az állat fülében lévő természetes elemhez csatlakoztatták.
A technológia bevált: a kutatók öt óra alatt körülbelül egy nanowatt teljesítményt tudtak elérni, és folyamatosan működtetni tudták a rádiót - ez idő alatt információkat küldött az állat belső fülében zajló kémiai folyamatokról.
"60 éve tudjuk, hogy ez az akkumulátor a fülben van, és nagyon fontos a halláshoz" - mondja Konstantina Stankovic, a massachusettsi szem- és fülgyógyászat. "Eddig azonban senki sem próbálta az akkumulátort az elektronika áramellátására használni." Ez elsősorban annak köszönhető, hogy a legmagasabb potenciállal rendelkező régió nagyon érzékenynek számít. A tengerimalac azonban problémamentesen túlélte az eljárást: A technológia beültetése után is ugyanúgy reagált, mint korábban a hallásvizsgálatok során.
A technológia még mindig a fejlődés közepén tart, a következő lépés a chip közvetlen beültetése a fülbe, majd a képességeinek bizonyítása. Egy nap azonban a kutatók azt remélik, hogy képesek lesznek felhasználni a technológiát az orvostudományban. Például elképzelhető, hogy a belső fül közelében elhelyezkedő cochleáris implantátumok vagy hallókészülékek áramellátását biztosíthatják.
Egy másik lehetséges alkalmazás a kicsi, beültetett eszközök energiaellátása, amelyek bizonyos időközönként gyógyszert juttatnak el. Az ilyen alkalmazások jelenleg fejlesztés alatt állnak - úgyszólván a bőr alatti gyógyszertárként.