Vedci využívajú prirodzené batérie v uchu - DER SPIEGEL
Novo vyvinutý čip: implantovaný do vnútorného ucha, mal by si sám dodávať elektrinu
Foto: Patrick P. Mercier
V hĺbke uší majú cicavce - a teda aj ľudia - prírodnú batériu: komoru, ktorá využíva ióny na generovanie elektrického potenciálu a stimuláciu nervov. Vedcom sa teraz podarilo preniknúť do tejto ušnej batérie pomocou malého implantátu. Dúfajú, že táto technológia bude jedného dňa schopná napájať sluchové implantáty a ďalšie lekárske prístroje do uší, píšu vedci vedení Patrickom Mercicom z Massachusetts Institute of Technology (MIT) v časopise „Nature Biotechnology“.
Za účelom počutia ucho prevádza mechanický signál, vibrácie bubienka, na elektrochemický, ktorý dokáže dešifrovať mozog. V tomto procese hrá batéria v uchu rozhodujúcu úlohu: dodáva elektrinu, ktorá generuje elektrochemické signály. Komora pre batérie je v slúchadle oddelená špeciálnou membránou na dve časti. Nerovnováha draselných iónov na jednej strane a sodíkových iónov na druhej strane membrány vytvára elektrické napätie stimulované špeciálnymi pumpami, ktoré môžu pohybovať iónmi z jednej strany na druhú.
V tele zvieraťa s takou veľkou štruktúrou generujúcou elektrinu nie je iné miesto. Aby však mohli ušnú batériu používať sami, museli vedci prekonať prekážku: Štruktúra má najvyššie elektrické napätie v tele - minimálne mimo jednotlivých článkov. Z hľadiska elektrotechniky je to však extrémne málo. Navyše, aby nerušili sluch, vedcom bolo dovolené odčerpávať iba malú časť energie pre svoju technológiu.
Výnos: Jeden nanowatt elektriny po dobu piatich hodín
V súlade s týmito podmienkami vyvinuli vedci čip s rádiovým vysielačom, ktorý vyžaduje extrémne málo energie. Potom malú súčasť umiestnili na telo morčaťa a pomocou elektród ju spojili s prírodnou batériou v uchu zvieraťa.
Technológia fungovala: vedci dokázali získať výkon okolo jedného nanowattu za päť hodín a udržať rádio v chode - za ten čas posielal informácie o chemických procesoch vo vnútornom uchu zvieraťa.
„Už 60 rokov vieme, že táto batéria existuje v uchu a že je veľmi dôležitá pre sluch,“ hovorí Konstantina Stankovič z Massachusettskej očnej a ušnej ošetrovne. „Zatiaľ sa však nikto nepokúsil použiť batériu na napájanie elektroniky.“ Je to hlavne z toho dôvodu, že región s najvyšším potenciálom sa považuje za veľmi citlivý. Morča však zákrok prežilo bez problémov: aj po implantácii technológie stále reagovalo pri testoch sluchu rovnako dobre ako predtým.
Táto technológia je stále v polovici vývoja, ďalším krokom je implantácia čipu priamo do ucha a následné preukázanie jeho schopností. Jedného dňa však vedci dúfajú, že budú schopní túto technológiu využiť v medicíne. Bolo by si napríklad možné predstaviť, že by mohli dodávať energiu kochleárnym implantátom alebo načúvacím prístrojom, ktoré sú umiestnené v blízkosti vnútorného ucha.
Ďalšou možnou aplikáciou by bolo zásobovanie energiou malými implantovanými prístrojmi, ktoré dodávajú lieky v určitých intervaloch. Aj v súčasnosti sa vyvíjajú takéto aplikácie - teda takpovediac ako lekáreň pod kožou.