新研究: 体内設置のマイクロフォンで完全内蔵型人工内耳が可能に

TokyoMIT、マサチューセッツ・アイ・アンド・イヤー、ハーバード・メディカルスクール、コロンビア大学の研究者たちは、体内に埋め込むことができる小型マイクを開発しました。この革新により、完全に内部装着型の人工内耳が可能になるかもしれません。現在の人工内耳は外部に装着する機器を使用するため、ユーザーにとって不便を感じることがあります。新しいマイクはこの問題を解決する可能性があります。

チームは、安全な素材を使って小さなセンサーを製作しました。このセンサーは動くと電気を生み出すことができ、鼓膜の微細な動きを感知します。この特徴を利用して、マイクは音を拾います。

インプラント可能なマイクにはいくつかの主要な特徴があります。

• 生体適合性の圧電材料
• 3ミリメートル×3ミリメートルのサイズ
• 厚さ200マイクロメートル
• 信号を増幅するための低ノイズアンプ

マイクは中耳の一部であるアンボを狙っています。アンボは数ナノメートルほどわずかに動きます。チームはこれらの小さな動きを検出するために「UmboMic」を開発しました。UmboMicは、柔軟なプリント基板を挟む形で2層のポリフッ化ビニリデン（PVDF）で構成されています。このデバイスは非常に小さく、米粒程度のサイズです。

PVDF層はウンボが動くと曲がり、電荷を発生させます。PCB層上の電極はこれらの電荷を測定します。この装置は「PVDFサンドイッチ」設計によってノイズを最小限に抑えます。一方の層が正の電荷を作り出し、もう一方が負の電荷を生み出します。この設計により電気的干渉が打ち消されます。

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センサーの製作は困難でした。PVDFは高温での性能が良くありませんが、チタンは高温が必要でした。チームはチタンをゆっくりと追加し、ヒートシンクを使用してPVDFを冷却することでこの問題を解決しました。

チームは、低ノイズアンプを構築して、雑音をほとんど伴わずにウムボの小さな振動を増幅しました。彼らはこれを死体の耳骨でテストし、UmboMicがうまく機能することを確認しました。それは人体の音声範囲内で動作し、非常に静かな音を背景のノイズから区別することができました。

研究者たちは、耳の構造によってセンサーの性能が変わることを発見しました。人々には、鼓室柄の動きにわずかな違いがあります。次に、研究者たちは生きている動物を使って、この違いをよりよく理解するための研究を行います。これらの研究は、UmboMicが埋め込まれた際にどのように機能するかを示すでしょう。

チームはセンサーを覆う方法を模索しており、10年間体内で安全に保護され、振動を感知するのに十分な柔軟性を持たせる必要があります。チタンのような一般的なインプラント素材は「UmboMic」には硬すぎます。チームは様々な素材や方法を検討し、それをパッケージングし取り付ける手段を探ります。

本研究は「Micromechanics and Microengineering」誌に掲載され、アメリカ国立衛生研究所、アメリカ国立科学財団、スイスのチューリッヒにあるクロエッタ財団、およびスイスのバーゼル大学の研究資金によって支援されました。