Neue Studie: Implantierbares Mikrofon könnte vollständig interne Cochlea-Implantate ermöglichen

BerlinForscher des MIT, des Massachusetts Eye and Ear, der Harvard Medical School und der Columbia University haben ein winziges Mikrofon entwickelt, das im Körper implantiert werden kann. Diese Innovation könnte komplett interne Cochlea-Implantate ermöglichen. Aktuell verwenden Cochlea-Implantate externe Geräte, was für die Nutzer umständlich sein kann. Das neue Mikrofon könnte dieses Problem lösen.

Das Team entwickelte einen kleinen Sensor aus einem biokompatiblen Material, das durch Bewegung Strom erzeugt. Dieser Sensor erfasst winzige Bewegungen des Trommelfells. Das Mikrofon nutzt diese Eigenschaft zur Schallaufnahme.

Das implantierbare Mikrofon zeichnet sich durch verschiedene Hauptmerkmale aus:

• Biokompatibles piezoelektrisches Material
• Größe: 3 mal 3 Millimeter
• Dicke: 200 Mikrometer
• Rauscharm-Verstärker zur Signalverstärkung

Das Mikrofon zielt auf das Umbo ab, einen Teil des Mittelohrs. Das Umbo bewegt sich minimal, nur um ein paar Nanometer. Das Team hat das "UmboMic" entwickelt, um diese winzigen Bewegungen zu erfassen. Das UmboMic besteht aus zwei Schichten Polyvinylidenfluorid (PVDF) um eine flexible Leiterplatte (PCB). Das Gerät ist sehr klein, etwa so groß wie ein Reiskorn.

Die PVDF-Schichten biegen sich und erzeugen elektrische Ladungen, wenn sich das Umbo bewegt. Elektroden auf der PCB-Schicht messen diese Ladungen. Das Gerät minimiert Rauschen mit einem „PVDF-Sandwich“-Design. Eine Schicht erzeugt eine positive Ladung, während die andere eine negative Ladung erzeugt. Diese Anordnung eliminiert elektrische Störungen.

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Die Herstellung des Sensors war schwierig. PVDF funktioniert nicht gut bei hohen Temperaturen, aber Titan benötigte hohe Hitze zur Anwendung. Das Team löste dieses Problem, indem sie das Titan langsam hinzufügten und einen Kühlkörper verwendeten, um das PVDF kühl zu halten.

Das Team entwickelte einen rauscharmen Verstärker, um die kleinen Vibrationen des Umbo zu verstärken, ohne viel Rauschen zu erzeugen. Sie testeten ihn an Gehörknöchelchen von Kadavern und stellten fest, dass das UmboMic gut funktionierte. Es konnte im Bereich der menschlichen Sprache operieren und sehr leise Geräusche vom Hintergrundrauschen unterscheiden.

Die Forschenden stellten fest, dass die Leistung des Sensors vom Aufbau des Ohrs abhängt. Menschen haben kleine Unterschiede in der Bewegung ihres Umbo. Nun sollen lebende Tiere untersucht werden, um ein besseres Verständnis zu erlangen. Diese Studien werden zeigen, wie der UmboMic funktioniert, wenn er implantiert ist.

Das Team sucht nach einer Möglichkeit, den Sensor zu schützen, sodass er bis zu 10 Jahre sicher im Körper verbleiben und dennoch flexibel genug sein kann, um Vibrationen aufzunehmen. Übliche Implantatmaterialien wie Titan sind für den UmboMic zu steif. Das Team wird verschiedene Materialien und Methoden zur Verpackung und Befestigung untersuchen.

Die Studie, die in der Zeitschrift für Mikromechanik und Mikroingenieurwesen veröffentlicht wurde, erhielt finanzielle Unterstützung vom Nationalen Gesundheitsinstitut, der Nationalen Wissenschaftsstiftung, der Cloetta Stiftung in Zürich, Schweiz, und dem Forschungsfonds der Universität Basel, Schweiz.