无需电池,一层薄膜就能充当助听器

  有的人天生存在听力障碍,有的人则是由于年龄、感染或长期接触噪音而听力受损。在大多数情况下,听力受损都与内耳耳蜗中能让大脑识别电脉冲的微小绒毛遭到破坏有关。近日,中国华中科技大学的研究人员在《ACS Nano》杂志中发文阐述了一种能充当助听设备的导电膜。在模型实验中,这种导电膜成功地摆脱了外部电源,将声波转换成电信号。

助听器,电信号

  当内耳中的毛细胞停止工作时,听力损伤是无法逆转的。目前,听力受损的治疗方案仅限于让患者佩戴助听器或人工耳蜗。然而,这类设备必须接入外部电源,放大后的语音往往也并不准确。因此,研究人员提出了一种新的潜在解决方案:模拟健康的耳蜗毛发,将噪音转换成人脑可识别的电信号。

  为了达成该目标,研究人员此前已经尝试过自供电的压电材料和摩擦电材料。压电材料在声波产生压力压缩时会带电,而摩擦电材料在声波移动时会产生摩擦静电,但基于这两种材料的设备并不容易制造,也无法在人类语言对应的频率范围产生足够强的信号。为此,华中科技大学研究人员Yunming Wang等开始尝试用简单的方法制备一种兼具压电和摩擦电的材料,进而开发在更宽音频范围内高效、灵敏的声学传感装置。

助听器,电信号

  在制造过程中,研究人员首先将涂有二氧化硅的钛酸钡纳米颗粒混入一种导电聚合物中,并采用干燥技术使之变成一层薄而柔软的膜。接着,他们用碱性溶液除去二氧化硅,留下一层海绵状薄膜,为纳米粒子的运动留下空间。当声波击中薄膜时,纳米粒子就能相互碰撞。

  测试结果表明,与原始聚合物相比,纳米粒子和聚合物之间的接触使薄膜的电输出增加了55%。当研究人员将薄膜夹在两个薄金属栅格间时,声学传感装置产生的最大电信号为170赫兹,处于大多数成年人的发声频率范围之内。最后,研究人员将设备植入一个模型耳朵中,并播放了音乐文件。他们记录下电子输出,随后将其转换成新的音频文件。对比实验表明,新文件与原始文件非常相似。

  研究人员表示,这种自供电设备可响应的音域范围十分宽阔,将帮助用户听清绝大多数声音。

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