Гибкое устройство для лечения потери слуха без батареек

Некоторые люди рождаются с потерей слуха, другие приобретают её с возрастом, инфекциями или длительным воздействием шума. Во многих случаях повреждаются крошечные волосковые клетки в улитке внутреннего уха, которые позволяют мозгу распознавать электрические импульсы как звук. В качестве шага к созданию продвинутого искусственного уха исследователи в ACS Nano сообщают о проводящей мембране, которая преобразовывала звуковые волны в соответствующие электрические сигналы при имплантации в модель уха, не требуя внешнего источника питания.

Когда волосковые клетки внутреннего уха перестают работать, повреждение необратимо. В настоящее время лечение ограничивается слуховыми аппаратами или кохлеарными имплантами. Но этим устройствам нужны внешние источники питания, и они могут некорректно усиливать речь для понимания пользователем. Одно из возможных решений — имитировать здоровые волосковые клетки улитки, преобразуя шум в электрические сигналы, обрабатываемые мозгом как узнаваемые звуки. Для этого ранее исследователи пробовали использовать самогенерирующие пьезоэлектрические материалы (которые заряжаются при сжатии давлением звуковых волн) и трибоэлектрические материалы (которые создают трение и статическое электричество при движении этими волнами). Однако такие устройства сложно изготовить, и они не производят достаточного сигнала в диапазоне частот человеческой речи. Поэтому Юньмин Ван и коллеги хотели найти простой способ создания материала, использующего и сжатие, и трение для акустического сенсора с высокой эффективностью и чувствительностью в широком диапазоне звуковых частот.

Чтобы создать пьезо-трибоэлектрический материал, исследователи смешали наночастицы титаната бария, покрытые диоксидом кремния (SiO₂), с проводящим полимером и высушили его в тонкую гибкую плёнку. Затем они удалили оболочки из диоксида кремния щелочным раствором. Этот шаг создал губчатую мембрану с пространствами вокруг наночастиц, позволяющими им колебаться при воздействии звуковых волн. В тестах контакт между наночастицами и полимером увеличил электрическую мощность мембраны на 55% по сравнению с исходным полимером. Когда мембрану поместили между двумя тонкими металлическими сетками, акустический сенсор выдавал максимальный электрический сигнал на частоте 170 герц, что находится в диапазоне голоса большинства взрослых людей. Наконец, исследователи имплантировали устройство в модель уха и воспроизвели музыкальный файл. Они записали электрический выходной сигнал, преобразовали его в новый аудиофайл, который показал сильное сходство с оригиналом. Исследователи заявляют, что их самогенерирующее устройство чувствительно к широкому акустическому диапазону, необходимому для восприятия большинства звуков и голосов.