Регистрация пройдена успешно!
Пожалуйста, перейдите по ссылке из письма, отправленного на
Супертег РИА Наука
РИА Наука

Ученые впервые добыли электроэнергию из внутреннего уха

© Mercier et al.Электронная схема, использованная в эксперименте по получению электроэнергии из внутреннего уха
Электронная схема, использованная в эксперименте по получению электроэнергии из внутреннего уха
Читать ria.ru в
Патрик Мерсье из Массачусетского технологического института и его коллеги решили использовать естественный источник тока в одном из органов внутреннего уха млекопитающих - в улитке.

МОСКВА, 7 ноя — РИА Новости. Ученые впервые смогли использовать естественную разность потенциалов во внутреннем ухе млекопитающих — биологическую "электрическую батарею" — для питания миниатюрного радиопередатчика, что открывает большие возможности для создания энергонезависимых имплантатов для человека, говорится в статье, которая будет опубликована в журнале Nature Biotechnology.

Имплантируемые приборы требуют достаточно большого количества энергии. Пациентам приходится либо мириться с необходимостью повторных операций для замены источников питания, либо использовать громоздкие беспроводные источники энергии. "Местные" источники энергии, такие как тепло тела или движение мышц нельзя использовать без внешних термо- или пьезоэлектрических устройств.

Патрик Мерсье (Patrick Mercier) из Массачусетского технологического института и его коллеги решили использовать естественный источник тока в одном из органов внутреннего уха млекопитающих — в улитке.

Этот орган представляет собой заполненную жидкостью и свернутую в спираль трубку и отвечает за восприятие звуков. Внутри трубка разделена мембраной, с одной ее стороны находится перилимфа с высокой концентрацией ионов натрия, а с другой — эндолимфа с большим содержанием ионов калия. Между ними создается разность потенциалов от 70 до 100 милливольт, которую и решила использовать группа Мерсье.

Ученые провели серию экспериментов на морских свинках (Cavia porcellus) — у этих грызунов анатомия и физиология уха схожа с человеческой. Замеры показали, что улитка морских свинок генерирует ток от 14 до 28 микроампер с напряжением от 30 до 55 милливольт. Полученная на выходе мощность этой "батарейки" с учетом сопротивления электродов и других ограничений составила от 1,1 до 6,3 нановатт.

Такая низкая сила тока и мощность поставила перед исследователями две проблемы. Первая из них заключалась в том, что электроника на базе транзисторов требует для работы напряжение как минимум в сотни милливольт. Вторая состояла в том, что даже самые энергоэффективные электронные схемы требуют мощности в сотни раз больше.

Ученые решили проблему, создав специальную схему, которая запускалась в работу извне, с помощью беспроводного микроволнового излучателя энергии (работающего по тому же принципу, что и беспроводные считыватели для бесконтактных карт в турникетах метро). Антенна на микросхеме принимала энергию, схема начинала работать, потребляя мощность в сотни раз меньшую, чем существовавшие до сих пор схемы.

Во время эксперимента микрочип размером 9 на 11 миллиметров проработал на "ушном" электричестве грызуна в течение пяти часов, передавая на частоте 2,4 гигагерца данные о напряжении в улитке. Исследователи не стали имплантировать сам чип, но они отмечают, что устройство вполне могло бы поместиться в полость среднего уха морской свинки. Кроме того, авторы статьи проверили, как электроды повлияли на слух — как оказалась, слух у грызунов понизился только в области около 23 килогерц.

"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", — говорится в статье.

Хотя, отмечают ученые, риск для слуха при внедрении в улитку электродов велик, в некоторых случаях, например при некоторых разновидностях глухоты, выгоды от имплантации энергонезависимых устройств могут быть велики.

Чат0
Рекомендуем
София Конкина
В Москве погибла дочь актера Владимира Конкина
Председатель Государственной Думы РФ Вячеслав Володин выступает на пленарном заседании Государственной Думы РФ
В Госдуме не поддержали индексацию пенсий работающим пенсионерам
Лента новостей
0
Сначала новыеСначала старые
loader
Онлайн
Заголовок открываемого материала
Чтобы участвовать в дискуссии
авторизуйтесь или зарегистрируйтесь
loader
Чаты
Заголовок открываемого материала