Профессор DGIST Хунсу Чой (Департамент робототехники) и его исследовательская группа разработали первую в мире искусственную базилярную мембрану, которая имитирует функцию улитки за счет применения генетического принципа электрического трения. Искусственная базилярная мембрана имеет решающее значение для преодоления ограничений существующей технологии кохлеарной имплантации. Технология была разработана совместно профессором Чхве и профессором Джонхун Чанг (Университетская больница Аджу).
Команда создала искусственную базилярную мембрану на основе трибоэлектрика (TEABM), применив функции разделения частоты улитки и преобразования энергии, критичные для слуховой системы человека, в электричестве трения, генерируемом между полиимидной пленкой и алюминиевой пленкой. Кроме того, они доказали, что TEABM, полученный в ходе экспериментов на животных, можно использовать для восстановления слуха у животных с нарушением слуха.
Cochlear имеет гибкую базилярную мембрану с внутренней стороны. Частота звуковых сигналов, передаваемых через внешнее и среднее ухо, механически разделяется физическими характеристиками базилярной мембраны. Кроме того, активность базилярной мембраны перемещает волосковую клетку улитки и генерирует биоэлектрические сигналы. При стимуляции нейрона сигналы будут передаваться в мозг для распознавания звука.
Для пациента с нейросенсорной тугоухостью, страдающего тяжелой потерей слуха, операция кохлеарного импланта была известна как единственный способ восстановить слух. Однако осложнения из-за воздействия на внешнее тело, сложная схема обработки электрических сигналов, частая зарядка аккумулятора и высокая стоимость единицы были названы основными проблемами кохлеарного имплантата.
Для решения этих проблем корейские исследователи уже разработали искусственную базилярную мембрану с использованием пьезоэлектрических материалов. Однако известно, что TEABM имеет такие недостатки, как относительно высокий диапазон частотной характеристики по сравнению с человеческим голосом и низкий уровень приема, сложность пьезоэлектрических материалов и производство искусственных базилярных мембран на основе кремния.
Команда профессора Чоя применила трибоэлектрический наногенератор (TENG) с использованием электричества трения при создании искусственной базилярной мембраны. TENG преобразует механическую энергию в электрическую, используя электростатическую индукцию и трибоэлектрические заряды двух материалов. Исследовательская группа создала TEABM для того, чтобы ширина и длина луча соответствовали частоте звуковой сцены с помощью электричества трения, генерируемого между полиимидной и алюминиевой пленками.
TEABM, разработанный командой, может генерировать электрические сигналы, отвечая на акустическую стимуляцию менее 4 кГц, которая рассматривается как слуховая сцена. TEABM затем механически разделил частоту акустического сигнала и сгенерировал слуховой нерв для слухового нерва.
Кроме того, исследовательская группа измерила электрически вызванную слуховую реакцию ствола мозга (eABR) у слабослышащих животных с помощью генерируемых электрических сигналов. Результат показал, что сцена рабочей частоты близка к слуховой, а его чувствительность приема в семь раз выше, доказывая, что TEABM будет использоваться в качестве ключевой технологии кохлеарного имплантата следующего поколения для восстановления потери слуха.
Профессор Чой сказал, "TEABM – это ключевая технология, позволяющая разработать кохлеарный имплант следующего поколения, не требующий питания от батареи или сложной схемы обработки электрических сигналов. Мы и дальше будем прилагать усилия для коммерциализации технологий для пациентов с тяжелой потерей слуха.
Результат исследования был опубликован на обложке международного журнала о биоматериалах Advanced Healthcare Materials 12 октября (среда) 2016 г.