Doorbraak: interne microfoon opent deur naar volledig interne cochleair implantaten

AmsterdamOnderzoekers van MIT, Massachusetts Eye and Ear, Harvard Medical School en Columbia University hebben een piepkleine microfoon ontwikkeld die in het lichaam geïmplanteerd kan worden. Deze doorbraak zou volledig interne cochleaire implantaten mogelijk kunnen maken. Op dit moment maken cochleaire implantaten gebruik van externe apparaten, wat voor gebruikers onhandig kan zijn. De nieuwe microfoon zou dit probleem kunnen verhelpen.

Het team heeft een kleine sensor gemaakt van een lichaamsvriendelijk materiaal dat elektriciteit opwekt wanneer het beweegt. Deze sensor detecteert subtiele bewegingen van het trommelvlies. De microfoon maakt gebruik van deze eigenschap om geluid op te vangen.

Het implantaatmicrofoon biedt meerdere belangrijke eigenschappen:

• Biocompatibel piëzo-elektrisch materiaal
• Afmetingen: 3 bij 3 millimeter
• Dikte: 200 micrometer
• Lage-ruisversterker om het signaal te versterken

De microfoon richt zich op de umbo, een onderdeel van het middenoor. De umbo beweegt heel licht, slechts een paar nanometers. Het team heeft de "UmboMic" ontwikkeld om deze kleine bewegingen te detecteren. De UmboMic bestaat uit twee lagen polyvinylideenfluoride (PVDF) rondom een flexibele printplaat (PCB). Het apparaatje is zeer klein, ongeveer zo groot als een rijstkorrel.

Wanneer de umbo beweegt, buigen de PVDF-lagen en genereren ze elektrische ladingen. Deze ladingen worden gemeten door elektroden op de PCB-laag. Het apparaat reduceert ruis met een "PVDF-sandwich" ontwerp: één laag genereert een positieve lading, terwijl de andere een negatieve lading genereert. Dit ontwerp elimineert elektrische interferentie.

Lees ook:

Vandaag · 01:33

Betovering door geluid: magie voor blinden mogelijk?

Het maken van de sensor was een uitdaging. PVDF presteert niet goed bij hoge temperaturen, maar titanium vereist juist veel hitte. Het team loste dit op door het titanium langzaam toe te voegen en een warmteafleider te gebruiken om de PVDF koel te houden.

Het team ontwikkelde een versterker met weinig ruis om de kleine trillingen van de umbo te vergroten zonder veel achtergrondgeluid. Ze testten het apparaat op gehoorbeentjes van overledenen en ontdekten dat de UmboMic uitstekend functioneerde. Het werkte binnen het bereik van menselijke spraak en kon zeer zachte geluiden onderscheiden van het achtergrondgeluid.

De onderzoekers ontdekten dat de prestaties van de sensor variëren afhankelijk van de structuur van het oor. Mensen hebben kleine verschillen in hoe hun umbo beweegt. De onderzoekers zullen nu levend weefsel bestuderen om dit beter te begrijpen. Deze studies zullen aantonen hoe de UmboMic functioneert wanneer deze wordt geïmplanteerd.

Het team probeert een manier te vinden om de sensor te beschermen zodat deze tot 10 jaar veilig in het lichaam kan blijven en flexibel genoeg is om trillingen waar te nemen. Gebruikelijke implantatiematerialen zoals titanium zijn te stijf voor de UmboMic. Het team zal onderzoek doen naar verschillende materialen en methoden voor de verpakking en bevestiging ervan.

De studie, gepubliceerd in het Journal of Micromechanics and Microengineering, is gefinancierd door de National Institutes of Health, de National Science Foundation, de Cloetta Foundation in Zurich en het Onderzoeksfonds van de Universiteit van Basel, Zwitserland.