مقدمة: مؤسسة المواد لإعادة إحياء مراجع الحسابات

وبالنسبة للأفراد الذين يعانون من فقدان سمعي حاد وشديد، والذين يحصلون على فائدة محدودة من وسائل الاستماع التقليدية، فإن الزرع الكولياري يمثل حلاً تحولياً، وهذه المواد المتطورة التي تُنتج عن الاصطناعية تُلحق أضراراً بخلايا الشعر في الكاشليا، وتحفز مباشرة على التعددية في مراجعة الحسابات مع الوصلات الكهربائية، وفي حين ظل المفهوم الأساسي ثابتاً منذ التجارب السريرية المبكرة في الثمانينات، فإن المواد المستخدمة في بناء هذه الأجهزة قد تطورت تطوراً كبيراً.

ويدمج الجيل الحالي من زرعات الكشليك المواد المصممة للتقليل إلى أدنى حد من استجابة الهيئات الأجنبية، والحفاظ على السلامة الهيكلية على مدى عقود من الزراع، وزيادة كفاءة المحاكاة الكهربائية إلى أقصى حد، وتستكشف هذه المادة المواد الرئيسية المستخدمة حاليا في هذه الأجهزة، وتشرح أدوارها الوظيفية، وتدرس كيف تترجم الابتكارات المادية مباشرة إلى نتائج أفضل في مجال الاستماع.

تطور المواد في المصانع

وقد استخدمت الزرعات الكهرومغناطيسية الأولى صفائف الكهروود الصلبة التي صنعت من الصلب اللاصق أو أسلاك الذهب المزروعة بمطاط السيليكون، وهذه المواد، في حين أنها عملية، قد شكلت قيودا كبيرة: فالذهب لين نسبيا ومعرض للتشوه، والفولاذ اللاصق في البيئة الكهروليكية العدائية للكوشيلي، وتسببت التركيبات الصهونية المبكرة في بعض الأحيان في زيادة في الأنسجة اللاصقة.

وقد بدأ التحول نحو المحار البلاستيكي في التسعينات عندما اعترف الباحثون بأن الفلوريديوم (Pt-Ir) يوفر مزيجاً أعلى من الاستقرار الكهروكيميائي، والقوة الميكانيكية، والقابلية للاختراق الأحيائي، ويتمتع البلاتينيوم بقدرة عالية على القذف، مما يعني أنه يمكن أن يوصل التحفيز الكهربائي اللازم دون أن يؤدي إلى تفاعلات كهروكيميائية ضارة في الشكل الكهرود.

وفي الوقت نفسه، تطورت المواد العزلة من الحرير الأساسي إلى القاع من السليكون الطبي المتقاطع مع مشغلات الحرير، ثم إلى مليئين متطورين مثل خلايا البوليوريثان - السيليكون، حيث أدت هذه المواد إلى الحد من التجاوزات في الطين، وزيادة قوة الدموع، وتقليل خطر فشل الأجهزة بمرور الوقت.

المواد الرئيسية في المصانع الحديثة

Electrode Arrays: Conductors of audity Information

إن صفيفة الكهرباء هي أهم عنصر في زرع الكوكليار، وهي تتألف من ناقل مرن (يُصنع عادة من السيليكون) مُجسّد بسلسلة من الاتصالات بالكهرباء الفلزية التي تُوصل نبضات كهربائية إلى خلايا العصابات اللعابية المُنظَّمة على نحو مُضنَّع في الكوشلي، ويتوقف أداء هذه المجموعة على المواد المستخدمة في كل من الاتصالات والناقل.

Platinum-Iridium Alloys

- أن تكون المحار [الريديوم - السائلة، التي تحتوي عادة على 90 في المائة من البلاتينيوم و10 في المائة من اليريديوم، هي مواد الاتصال بالكهرباء الغالبية، ويزيد محتوى الإيريديوم من القوة الميكانيكية والكهربية، مما يتيح اختلاق الكولرود بأبعاد صغيرة جدا دون كسر أثناء الدمج الجراحي، كما أن السائل يبدي مقاومة تآكل ممتازة في البيئة الغنية بالفلوريد الداخلي.

Graphene and Carbon-Based Electrode Candidates

كما أن البحوث التي أجريت في الجيل التالي من المواد الكهرومغناطيسية قد تركز تركيزاً كبيراً على الأنسب الكربونية، ولا سيما الغرافيون والنانووبات الكربونية (CNT)، حيث إن طبقة ذرية واحدة من الكربون مصممة في شكل بطانة سداسي، وتوفر القدرة الكهربائية غير العادية، والمرونة الميكانيكية، والقابلية للمقارنة الأحيائية، أما بالنسبة للزوارق الكهرومية فتعني بذلك حجم القنوات الكيمائية التقليدية.

منظمة " بولمر إيكرودز "

كما أن البوليمرات البولي (3،4،4،أكسيدات) (PEDOT) تخضع أيضاً للتحقيق النشط، وعندما تُدمَج الجزيئات البيولوجية أو الأويون، يمكن أن تحقق الشركة النمط السلوكي الذي يقترب من المعادن، بينما تقدم صورة ميكانيكية أكثر سهولة، ويمكن أن يؤدي الكهرباء المزودة بالأجهزة إلى الحد من سوء السمع الواعد بين الصدمة الواعدة والمخدرع.

Insulating Materials: Protecting the Signal and the Body

ويجب أن يكون كل موصل داخل زرع كوكليار معزولاً كهربائياً عن الأنسجة المحيطة ومن موصلين آخرين، ويجب أن تكون المواد العزلة رقيقة بما يكفي للسماح بصفيفة مرنة ومدمجة، ومع ذلك تكون قوية بما يكفي لتحمل البيئة البيولوجية التآكلية والضغوط الميكانيكية المستمرة للحياة اليومية، وتهيمن فئتان من المواد على: القاع السليكونية والبوليوريثان، مع تركيبات المربحية الجديدة.

الطب - غراد سيليكون

وقد كانت البوليمرات القائمة على السلورسين (السيليكون) هي مجموعة من العزلات المزروعة لعدة عقود، حيث أصبحت درجة المطابقة الأحيائية فيها، وقابلية التحلل المنخفضة للمياه، ودرجة المرونة ملائمة تماماً لمسح الأسلاك الحساسة التي تربط بين كل اتصال الكهرومغناطيسي وبين جهاز التحفيز الداخلي.

Polyurethane and Co-Polymer Blends

ويعرض البوليوريثان الحراري قوة عالية التوتر ومقاومة الارتفاع بالمقارنة مع السليكون، غير أن الفشل في البوليوريثان في مرحلة مبكرة قد تعرض لظاهرة معروفة بتصدع الإجهاد البيئي، حيث تولدت خلاطات صغيرة تحت مزيج من الإجهاد الميكانيكي والتعرض لسوائل الجسم.

نانويكومسيت بولمر

وقد تشمل آخر الحدود في العزل دمج الجسيمات النانوية (مثل النانوية أو النانسي أو ثاني أكسيد التيتانيوم) في مصفوفة البوليمر، وقد تخلق هذه المواد النانوكولية مساراً شاقاً للجزيئات المائية، مما يقلل بشكل كبير من الظواهر الوبائية، كما أنها تحسن من الخصائص الميكانيكية، بما في ذلك قوة الفول السوداني والتوتر، دون أن تضاهي من المرونة.

المجهزون الخارجيون: التنميط وإثبات الصفة

ويلتقط جهاز معالجة الصوت الخارجي، الذي يرتدى خلف الأذن أو كوحدة مجهزة بالجسد، الصوت ويعالجه في الرمز الرقمي، وينقل الطاقة والبيانات عبر الجلد إلى الزرع الداخلي، وتؤثر المواد المستخدمة في المعالج، ولوحات الدوائر، وقطع النقل تأثيرا مباشرا على راحة الملبس، وأدائه السمعي، وجهاز الموثوقية.

بلاستيكية خفيفة الوزن وجهاز " سيليكون "

أما المساكن الحديثة المجهزة فهي عادة مصنوعة بالحقن من البوليكربونات أو بولياميد (النيلون) معززة بالألياف الزجاجية، وهي توفر مقاومة ممتازة للأثر، واستقراراً في البُعد، والقدرة على إنتاجها في أجزاء من الجدار العازل، إذ أن الكيمياء الممتدين من الكبسولة تشكل عناصر الأذن الواقية ومكونات الاحتفاظ بها، مما يتيح لها اختتاماً قابلاً للتطابق يساعد على منع حدوث ارتداد في عملية الارتداد.

Graphene and Carbon Nanotube-Enhanced components

ويستفيد من هذا النوع من المواد النانوية من مواد التناسليية التي تستخدمها أجهزة النقل، ومن خصائص الإدارة الحرارية للكربون، وقد وضعت بعض أفرقة البحث أدوات للانتقال الأولي باستخدام البوليمرات التي تعمل بالأشعة السينية أو بالأشعة المشبع بالنفط والتي تقلل من التدخل الكهرومغناطيسي وتزيد من كفاءة الفحم، وفي وحدة معالجة الإشارات الرقمية التي تقوم بها المعالجات، تساعد المواد ذات الحجم الحراري المتطور

التكتل الهيدروفي والبرومائي

أما الابتكارات المادية التي كثيرا ما تُستخدم في استخدام المسامير الرقيقة في السطح الداخلي والخارجي على حد سواء، فتتمثل في أن المعاطف الهيدروفوبية القائمة على البوليمرات المفلورة أو الجسيمات النانوية تخلق سطحاً يبدد المياه، والسكرين، والحطام الآخر، مما يقلل من خطر التلقيح الأحيائي على موانئ الميكروفونات للمعالجات الخارجية.

التوافق البيولوجي والسلامة: الأداء الطويل الأجل

وكل ما يربط الأنسجة الحية يجب أن يفي بمعايير صارمة للتوافق البيولوجي تحددها الجهات التنظيمية مثل إدارة الأغذية والمخدرات في الولايات المتحدة والمنظمة الدولية للتوحيد القياسي، وقد تم اختبار المواد التي نوقشت أعلاه لتوثيقها، والتوعية، والتهيج، والسمية الحادة والمزمنة، والاستجابة للزراعة على مدى سنوات عديدة.

ومن الاعتبارات الرئيسية المتعلقة بالسلامة التفاعل الميكانيكي بين صفيفة الكهرودين والنسيج الجامح الحساس للغاز الحاد والزبيب، إذا كان الصنف شديد الاتساع، فإنه يمكن أن يسبب صدمة مباشرة أثناء الضم؛ ومرن جداً، وقد لا يتطور بشكل سليم أو قد يهاجر بعد التنسيب؛ أما الهيكل المركب لحامل الفول السوداني الذي يُخضع لصدمات متعددة.

ومن الأبعاد الأخرى للسلامة احتمال تدهور المواد من دورات التعقيم المتكررة، ويجب تعقيم مكونات زراعة الكوكليار بغاز أكسيد الإيثيلين أو بلازما أكسيد الهيدروجين، حيث أن معظم المواد المثبتة في المدى الطويل يمكن أن تلحق الضرر ببوليمرات وأجهزة إلكترونية، وقد صيغت المواد لتتعطل هذه الأساليب الميكانيكية ذات الحرارة المنخفضة.

الأثر على نوعية الصوت وخبرة المستعملين

The ultimate measure of material innovation is whether it improves the patient’s ability to hear speech and environmental voice. The electrode material determines how effectively the implant can stimulate different populations of auditory neurons. Platinum-iridium with roughened or oxide-coide-coides offers high charge-injection capacities, enabling the delivery of precise frequencyses that mimic the natural firing patterns of the ear21.

أما المواد الزرعية فهي تؤثر بصورة غير مباشرة على نوعية الصوت بضمان سلامة الإشارة، وإذا كان العزل يسمح حتى بتيار التسرب الميكروبي بين القنوات الكهروودية المتاخمة، فإن قدرة الزرع على تقديم تحفيز مستقل، مما يؤدي إلى توجيه التفاعل و " المطاردة " التي تخلط بين الاستجابة العصبية، كما أن البوليمرات الميكانيكية التي وصفها سابقاً ستحد من هذا الخطر بالاحتفاظ بمقاومة عالية على مدى سنوات عديدة.

كما تسهم المواد المجهزة الخارجية في تجربة المستعملين اليومية، فالوزن الخفيف واللدائن الدائمة يعني أن الجهاز مرتاح للارتداء لساعات طويلة، كما أن المعاطف المقاومة للمياه تتيح للمستعملين السباحة والحمام واللعب في أثناء السمع، كما أن استخدام السكائن المحسنة الشكل يتيح سرعة معدلات نقل البيانات، التي تدعم التجهيز الصوتي العالي التعريف الذي يحفظ التفاصيل الدقيقة للخطابات والتقديرات اللازمة للموسيقى.

الابتكارات المستقبلية والتوجيهات البحثية

ويعود العقد المقبل باختراقات مادية أخرى يمكن أن تعيد تعريف أداء الشلط الذي يزرعه الكشليك، ويقوم الباحثون بنشاط بتطوير بوليمرات التعبئة الذاتية التي يمكن أن تصلح الشق المجهري في العزلة المستقلة، ويمكن أن تزيل واحدة من أكثر أساليب الفشل شيوعا.

ويمكن أن تؤدي المواد المهجنة البيولوجية التي تجمع بين البوليمرات الاصطناعية والخلايا الحية أو عوامل النمو إلى إحياء النسيج العصبي والحد من تكوين الأنسجة النادرة، فعلى سبيل المثال، يمكن أن تؤدي مجموعة من الكهروود المُنَقَلة بالكهرباء مع عامل الزهري العصبي المستمد من الدماغ إلى تحفيز كل من الكيمياء الكهربائية والأحيائية لتشجيع تكوين الأنسجة الاصطناعية، بينما لا تزال هذه المواد في الاختبارات الافتراضية.

وثمة اتجاه مثير آخر هو استخدام المواد القابلة للتحلل الأحيائي في هياكل الدعم المؤقت، ففي أثناء الدمج الجراحي، تستخدم بعض الزرع قوقعاً للتشتيت يساعد على توجيه الصفوف؛ وبعد الإدخال، من الأفضل حل الغفران، بحيث لا يترك سوى الصفوف المرنة، ويمكن أن تلحق أضراراً ببوليمرات قابلة للتحلل الأحيائي مثل حمض البوليتكات، وزمان البوليغليليك.

كما أن التقدم في التصنيع مثل الطباعة 3D للصفوف الكهربائية الخاصة بالمرضى استنادا إلى التصوير المسبق للتصوير على الأفق، كما أن المصفوفات التي تُصنع على شكل زراعي من الصف الطبي 3D - البلازمونية وأجهزة النانوبوم يمكن أن توفر مستوى غير مسبوق من التجهيزات اللاذعية، بما يكفل أن يكون كل اتصال بالكهرباء متوقفا تماما عن المسافات القصوى للمرضى.

خاتمة

المواد المبتكرة هي الأبطال غير المُستنَقَدين وراء تحسين نوعية وموثوقية وراحة الزراعات الحديثة من الكوكليل، ومن خلال الاتصالات التي تجري في البلازمين - العريدية التي تؤدي إلى توليد نبضات كهربائية مأمونة إلى البوليمرات النانوية التي توفر ترابطاً دائماً، كل فوائد من مكونات البحوث في المواد المركزة.