חומרים חדשניים המשמשים את השתלות הקול המודרנית עבור איכות סאונד משופרת

מקור: The Materials Foundation of Auditory Recovery

עבור אנשים עם אובדן שמיעה עמוק חיישןי ראייה אשר מקבלים תועלת מוגבלת מסיוע שמיעה קונבנציונלי, שתלים cochlear מייצגים פתרון טרנספורמטיבי. אלה pros אלה עקפים תאי שיער פגומים ב cochlea וממריץ ישירות את העצב השמע עם דחפים חשמליים. בעוד הרעיון הבסיסי נשאר עקבי מאז ניסויים קליניים מוקדמים בשנות השמונים, החומרים המשמשים לבניית מכשירים אלה התפתחו באופן דרמטי מנגנונים ביולוגיים, המאפשרים סגסוגת גבוהה יותר, כדי ליצור חומרים כימיים, אשר הם כבר יותר, כדי ליצור חומרים כימיים.

הדור הנוכחי של שתלים cochlear משלב חומרים שנועדו למזער תגובה של גוף זר, לשמור על שלמות מבנית לאורך עשרות שנים של השתלה, למקסם את היעילות של גירוי חשמלי. מאמר זה חוקר את החומרים המרכזיים כיום במכשירים אלה, מסביר את התפקידים הפונקציונליים שלהם, ובחן כיצד החידושים החומריים מתרגמים ישירות לתוצאות שמיעה טובות יותר.

התפתחות חומרים ב-Cochlear Implants

שתלים קוכללר המוקדמים השתמשו במערך אלקטרודה קשיח שנוצר מפלדה אל-חלד או חוטי זהב מבודדים עם גומי סיליקון.חומרים אלה, בעוד פונקציונלי, הציגו מגבלות משמעותיות: זהב הוא רך יחסית ופרון לעיוות, נירוסטה פלדה קורטס בסביבה אלקטרוליטית העוינת של cochlea, ונוסחאות סיליקון מוקדמות לפעמים גרמו לרקמות יתר על פני שלושת העשורים האחרונים, מדענים חומר רפואי טיפלו באופן שיטתי ושיטתי, הם מטופלים אלה.

השינוי לעבר ⁇ מבוססי פלטינה החל בשנות ה-90 כאשר החוקרים הכירו כי פלטינה-iridium (Pt-Ir) הציע שילוב מעולה של יציבות אלקטרו-כימית, כוח מכני, ו ביו-תחרותיות. פלטינום יש יכולת גבוהה מאוד של חדירה מטען גבוה, כלומר זה יכול לספק את הגירוי החשמלי הדרוש ללא גרימת תגובה אלקטרו-כימית מזיקה בממשק אלקטרו-מדיום אלקטרו-ד.

באופן סימולטני, חומרים ממריצים התפתחו מסיליקון בסיסי לסיליקון רפואי ברמה רפואית סיליקון elastomers חוצה קישור עם מילויים של סיליקה, ולאחר מכן לעמיתים מתקדמים כגון תערובת פוליאוריטאן-סיאליזון. חומרים אלה להפחית לחות באגרסיביות, להגביר את כוח הדמעות, ולהקטין את הסיכון של כשל לאורך זמן.

חומרים מרכזיים ב-Cochlear Implants

אלקטרודה אריות: נושאי מידע ביקורתי

מערך אלקטרודה הוא המרכיב הקריטי ביותר של שתל קוכללר.הוא מורכב מנושא גמיש (בדרך כלל עשוי מסיליקון) מוטבע עם סדרה של אנשי קשר אלקטרודה מתכתיים המספקים דופקים חשמליים לתאי הכנופיות הספירליגנטיים המאורגן ב cochlea. ביצועי מערך זה תלויים בחומרים המשמשים הן עבור אנשי הקשר והן את המוביל.

פלטינום-Iridium Alloys

סגסוגת פלטינום-iridium, המכילה בדרך כלל 90% פלטינה ו 10%iridium, הם חומר מגע אלקטרודה הדומיננטי.תוכן שלiridium מגביר את קשיות וכוח מכני, ומאפשר אלקטרודה להיות מוטבע עם ממדים קטנים מאוד ללא fracturing במהלך ההשתלה כירורגית יותר, תצוגות סגסוגת אלטרנס מעולה עמידות לסביבה עשירה יותר של האוזן הפנימית.

Graphene ו- Carbon-based Electrode מועמדים

מחקר לתוך חומרים אלקטרודה הדור הבא התמקד בכבדות על צינורות פחמן, במיוחד גרפן פחמן nanotubes (CNTs) Graphene, שכבת פחמן אטומית אחת מסודרים בלחיצת hexagonal, מציעה מוליכות חשמלית יוצאת דופן, גמישות מכנית, ו ביו-קופטימיות נמוכה יותר.

מוליכים Polymer Electrodes

פולימרים מוליכים כגון פולי(3,4-ethylenedioxythiophene) הם גם תחת חקירה פעילה.כאשר הם תואמים עם מולקולות ביולוגיות או ions, PEDOT יכול להשיג מוליכות מתקרבת לזה של מתכות בעת המציעה פרופיל מכני רך יותר, יותר ידידותי רקמות. AED ⁇ ⁇ ⁇ עשוי להפחית את הנוקשות בין השתלים לבין מבנים רגישים, תוך שמירה על אינטגרציה יעילה יותר עם חומרים מכניים עמידת, תוך שמירה על ידי הדבקה יעילה יותר.

חומרים מעצימים: הגנה על האות והגוף

כל מנצח בתוך השתל cochlear חייב להיות מבודד מבחינה חשמלית מן הרקמה שמסביב וממוליכים אחרים.חומרים בידוד חייב להיות דק מספיק כדי לאפשר מערך גמיש וקומפקטי אך חזק מספיק כדי לעמוד בסביבה הביולוגית הקורוזית ואת הלחץ המכני הקבוע של חיי היומיום. שתי קטגוריות של חומרים לשלוט: סיליקון elastomers ופוליאורגנימות, עם חדש nanocomsites צובר עניין.

בית הספר לרפואה -Grade Silicone

פולימרים מבוססי Siloxane (Silicones) היו הכפייה של בידוד השתל במשך עשרות שנים. התואר הגבוה שלהם של ביו-תחרות, לחות נמוכה מים, ואלסטיות להפוך אותם מתאימים היטב לעטוף את החוטים העצומים המחברים כל מגע אלקטרודה בחזרה ל-Dellow-stimulator הפנימי שלה, שימוש סיליקון-דרגות גבוהות במשקל פולימילולי (מסוגים) עם סיליקון ארוך מאוד, לעומת סיליקון ארוך-מסוגל-מסוגל-מסוגל-מסוגל-מסוגל-מסוגל-מסוגל-מסוגל-מסוגל-מסוגל) עם סיליקון (מסוגל-מסוגל-מסוגד) עם סיליקון) עם סיליקון) עם סיליקון) עם סיליקון) עם סיליקון ארוך-מסוגל-מסוגלטווח ארוך-מסוגל-מסוגל-מסוגל-מסוגל-מסוגל-מסוגד (מסוגל-מסוגד (מסוגל-מסוגל-מסוגל-מסוגל-מסוגל-מסוגל-מסוגל-מסוגל-מסוגד (מסוגל-מסוג

Polyurethane ו-Co-Polymer בלנדרים

פוליאורת אנדרופלסטים (TPUs) מציעים כוח רבילי גבוה יותר והתנגדות בטן גבוהה יותר בהשוואה סיליקון.עם זאת, שתלים פוליאורתטן טהורים רגישים לתופעה המכונה לחץ סביבתי סדק (ESC), שבו החומר שפותח מיקרו-קracks תחת השילוב של מתח מכני וחשיפה לפתרונות מודרניים.

המונחים: polymer Insulators

הגבול האחרון ב בידוד כולל הטמעת חלקיקים (כגון ננו-סיליקה, ננוקליות, או טיטניום דו-חמצני) לתוך הממטריקס פולימריא. nanocomposites אלה ליצור נתיב מתפתל למולקולות מים, צמצום דרמטי לחות באגרסיביות.הם גם לשפר תכונות מכניות, כולל Modulus ו- Tenile כוח, ללא להקריב גמישות.

מעבדים חיצוניים: Miniaturization and Signal Fidelity

מעבד הקול החיצוני, שחוקים מאחורי האוזן או כיחידה של הגוף, קולט קול, מעבד אותו קוד דיגיטלי, ומעביר את הכוח והמידע על פני העור לשתל הפנימי.חומרים המשמשים במעבד דיור, לוחות מעגלים, וקווי שידור משפיעים ישירות על הנוחות של הטלטל, ביצועי השמיעה והאמינות של המכשיר.

פלסטיק במשקל אור וסיליקון Elastomers

דיור מעבד מודרני הם בדרך כלל הזרקת מפוליפחאט (PC) או פולימיד (nylon) מתחזק עם סיבים זכוכית.חומרים אלה מספקים עמידות השפעה מעולה, יציבות ממדית, ואת היכולת להיות מיוצר בחלקים אולטרה-אין של קיר.סיליקון elastomers ליצור את עובש האוזן המגן ואת מרכיבי השימור, המציע חותם רך, תואם עוזר להבטיח את המעבד תוך מניעת מראש חומרים כימיים רבים ניתן עכשיו כדי סיליקון סיליקון סיליקון, 000 סיליקון, 000 סיליקון סיליקון סיליקון, 000 סיליקון סיליקון סיליקון סיליקון סיליקון סיליקון סיליקון סיליקון מחסנים של חומרים ממין, 000 סיליקון סיליקון סיליקון סיליקון סיליקון סיליקון סיליקון סיליקון סיליקון סיליקון סיליקון סיליקון סיליקון סיליקון סיליקון סיליקון סיליקון סיליקון סיליקון , 000 מחסנים ⁇ ⁇ סיליקון סיליקון ⁇ סיליקון , 000 סיליקון סיליקון , 000 , 000 סיליקון סיליקון סיליקון סיליקון סיליקון סיליקון סיליקון סיליקון סיליקון ⁇ ⁇ סיליקון סיליקון סיליקון סיליקון סיליקון ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇

Graphene ו Carbon Nanotube-Enhanced Components

השידור coil ועיגול הפנים ליהנות מן מוליכות חשמלית גבוהה וניהול תרמי תכונות של פחמן ננומטרים. כמה צוותי מחקר פיתחו סלילי העברת אב טיפוס באמצעות גרפן או CNT-אי מבולבלים אשר להפחית את ההתערבות האלקטרומגנטית ולהגדיל את יעילות coil.ביחידת עיבוד אותות דיגיטליים של מעבד עדיין לא אחיד, פחמן nanotube מבוסס חומרים תרמיים המבוססים על פחמן מופעל על ידי מעבדי מהירות גבוהה ללא צורך של מעבדים ריקים יותר.

הידרופובי ואנטימיקרוביקל קאטינגס

לעתים קרובות-Overlook חומר חדשנות הוא היישום של ציפויים דק-סרטים אל פני השטח הפנימי והחיצוניים. ציפויי הידרופוביים המבוססים על פולימרים פלואורניים או חלקיקים יוצרים משטחים הדוחים מים, צוואר הרחם, ופסולות אחרות, להפחית את הסיכון של ביו-פוחיות על המיקרופון של מעבדים חיצוניים.

ביו-קו-אופטימיות ובטיחות: ביצועים ארוכי-התעל

כל חומר שמגעים חיים רקמות חייב לספק תקני ביו-התאמה קפדניים שנקבעו על ידי הרגולטורים כגון מינהל המזון והתרופות האמריקאי (FDA) והארגון הבינלאומי לתקינה (ISO) החומרים שנדונו לעיל נבדקו עבור ציטוטוקינות, רגישות, גירוי, גירוי, רעילות חריפה וכרונית, ותגובה השתלת יתר על פני שנים רבות.

שיקול בטיחות מפתח הוא האינטראקציה המכנית בין מערך אלקטרודה לבין הבזיליקה העדין של cochlea ו- ligament ספירלי (אם המערך נוקשה מדי, זה יכול לגרום לטראומה ישירה במהלך הכנס; גמיש מדי, וזה עשוי לא להתקדם כראוי או עשוי להגר באופן משמעותי לאחר מיקום.המבנה המורכב של מערך - נושאת עם חוטים משובצים - פרוספקים מבוקרים פוליליטרציה מסוימת של שימוש בלייזר (למשל, כלומר, עם תאורה אחורית) עם שימוש ב-דלקת לייזר (למשל, עם שימוש ב-דלקת לייזר) עם חומר בעל טווח מתכתי) עם שימוש ישיר עם חומר סיליקון) עם שימוש ב-דלקתי (חומצה פשוטה יותר מגורם אחד בלבד, כלומר, כלומר, כלומר, עם חומר בעל טווח מתכתי) עם חומר בעל טווח מתכתי) עם שימוש ב-דלקת לייזר (חומצה אחורי).

מימד בטיחות נוסף הוא הרגישות של חומרים להידרדרות מחזורי סטריליזציה חוזרים. רכיבי השתלת קוצ'לאר חייבים להיות סטריליות על ידי תחמוצת אתלין (EtO) גז או מימן peroxide פלזמה, כמו קיטור חשמלי בטמפרטורה גבוהה יכול להזיק פולימרים ואלקטרוניקה.חומרים כבר פורמול לעמוד בשיטות סטיות איטיות אלה ללא איבוד שלמות מכנית או סימולציה של מחקרים ארוכי טווח של מזג אוויר.

השפעה על איכות הקול וחווית המשתמש

המדד האולטימטיבי של חדשנות חומרית הוא האם זה משפר את יכולתו של המטופל לשמוע דיבור וצלילים סביבתיים בבירור.חומר אלקטרודה קובע כמה יעיל השתל יכול לעורר אוכלוסיות שונות של נוירונים אודינומיים עם משטחים מחוספסים או חד-חמצני-חמצני מציע יכולות של השתלות מטען גבוה (HDR) עם ציון גבוה יותר של מחסנים מדויקים המחקה את דפוסי הירי הטבעיים של האוזן.

החומר המבודד משפיע באופן עקיף על איכות הקול על ידי הבטחת שלמות אות.אם בידוד מאפשר אפילו זרמי דליפות מיקרוסקופיים בין ערוצי אלקטרודה סמוכים, יכולת ההשתלה לספק גירוי עצמאי נפגע, המוביל לאינטראקציה ו "מדבר" כי טשטש את התגובה העצבית.הפולימרים הננו-פוביה תיארו קודם לכן להפחית את הסיכון הזה על ידי שמירה על עמידות גבוהה לאורך שנים רבות.

חומרי מעבד חיצוניים תורמים גם לחוויה היומית של המשתמש.קל משקל, פלסטיק עמיד פירושו המכשיר נוח ללבוש במשך שעות ארוכות, ציפוי עמיד למים מאפשר למשתמשים לשחות, להתקלח ולשחק ספורט תוך כדי שימוע. השימוש של סלילים גרפיניים-enhanced מאפשר שיעורי העברת נתונים מהירים יותר, אשר תומך עיבוד צליל גבוה הגנה כי משמר את הזמן הנכון ואת ספקטרום עבור חדרי מוסיקה חיוני כדי הבנה מעמיקה עבור מיומנויות דיבור.

חידושים עתידיים ודרכים מחקר

העשור הבא מבטיח פריצות דרך חומרים נוספות שיכולות להגדיר מחדש ביצועי השתל של קוכלאר. החוקרים מפתחים באופן פעיל פולימרים המניחים העצמי שיכולים לתקן סדקים מיקרוסקופיים ב בידוד אוטונומי, עלולים לחסל אחד מדרכי הכישלון הנפוצים ביותר. Shape-memory ⁇ , כגון ניקל-טיניום (ניטי), נחקרים עבור תצורה אלקטרודה שניתן להכניס באופן טבעי, תצורה ואז לצורה לאחור כדי לחזור לאנטומיה.

חומרים biohybrid המשלבים פולימרים סינתטיים עם תאים חיים או גורמי צמיחה יכולים לקדם ניוון עצבי ולהפחית היווצרות רקמת צלקות.לדוגמה, מערך אלקטרודה המצופה עם הידרוגל מוליכים חשמלית עם גורם נוירוטרופיק המוח (BDNF) יכול לעורר הן מבחינה חשמלית והן ביוכימית כדי לעודד היווצרות סינפסה.

כיוון מרגש נוסף הוא השימוש בחומרים ביו-דידת עבור מבני תמיכה זמניים.במהלך ההשתלה כירורגית, כמה שתלים משתמשים בכתמה נוקשה המסייעת להנחות את המערך; לאחר החדירה, הית' יתמוסס באופן אידיאלי, וישאירו רק את המערך הגמיש במקום.פולימרים בעלי יכולת ריכוזית כגון חומצה פולילאקטית (PLA) וחומצה פוליגליקולית (PGA) ניתן להנדסה במשך יותר ממזג אווירי במשך יותר מתקופה מבוקרת של זמן - בעוד שבועות - בעוד שפורשים - בעוד שמפוזרים חומרים ממתכתיים - בעוד שמפוזרים חומרים מסוכנים - בעוד שמפוזרים - בעוד שמפוזרים - בעוד שמפוזרים - בעוד שמפוזרים חומרים מסוכנים - בעוד שמפוזרים - בעוד שמפוזרים - בעודם מסוכנים - בעודם של זמן - בעודם - בעוד שבועות - בעוד שמפוזרים חומרים נוגדי חומצה פולילא יעילים (PLA) וחומצה פולילא מזיקים (PLA) וחומצה פולילא מזיקים (PLA) וחומצה פולילא מזיקים (PGA) וחומצה פולילא מזיקים (PGA) וחומצה פולילקטים (PG) וחומצה פולילקטים (PGA) וחומצה פולילקטים (PGA) ו

התקדמות ייצור כגון הדפסה תלת-ממדית של מערך אלקטרודה ספציפי לחולה המבוסס על הדמיה טרום-אקטיבית הם גם באופק. תצורה בצורת Custom עשוי מסיליקון בעל 3D ונו חלקיקים ננו-חלקיק פלטינה יכול להציע רמה חסרת תקדים של התאמה אנטומית, להבטיח שכל מגע אלקטרודה ממוקם בדיוק במרחק האופטימלי מן הכנופיה הספירלית.

מסקנה

חומרים חדשניים הם הגיבורים הלא-סמויים מאחורי איכות הקול המשופרת, האמינות והנוחות של שתלים קוכללר מודרני.ממגעי ⁇ הפלטינה-iridium המספקים בבטחה דופקים חשמליים לפולימרים הננו-קומפואר המספקים בידוד עמיד, כל היתרונות של רכיבים מעשרות שנים של חומרים מתחום השיקום, צינורות פחמן, פולימרים התנהגותיים וציפוי ביולוגים טבעיים דוחקים ביצועים מתקדמים יותר של מדע בדיונים, כמו גם עם חומרים מתחומים חדשים, כמו גם עם ניסיון מקצועי מבטיח, כמו גם עם ניסיון יעיל יותר, כמו גם עם ניסיון מדעי המחשב הנייד, כמו גם עם ניסיון יעיל יותר.