基于压电摩擦电效应的人工耳蜗应用的声学核壳共振收集器

[导读]：

对用于修复因毛细胞功能障碍引起的感音神经性听力损失的灵活、高效和自供电的人工耳蜗的需求仍然迫切。在此，报告了一种基于压电摩擦电效应的用于人工耳蜗应用的声学核壳共振采集器。声学采集器在录音方面表现出令人钦佩的可行性和灵敏度，并显示出人工耳蜗的潜在应用。

有些人天生就有听力损失，而另一些人则是随着年龄、感染或长期接触噪音而获得的。在许多情况下，内耳耳蜗中的细毛使大脑能够将电脉冲识别为声音。作为迈向先进人工耳蜗的一步，ACSNano（“基于压电摩擦电效应的人工耳蜗应用的声学核壳共振收集器”）报告了一种导电膜，在植入时将声波转换为匹配的电信号在模型耳内，无需外部电源。

当内耳内的毛细胞停止工作时，就无法逆转这种损伤。目前，治疗仅限于助听器或人工耳蜗。但是这些设备需要外部电源，并且很难正确放大语音以便用户理解。

一种可能的解决方案是模拟健康的耳蜗毛发，将噪声转换为由大脑处理为可识别声音的电信号。为了实现这一点，以前的研究人员尝试过自供电压电材料，当它们被声波伴随的压力压缩时会带电，而摩擦电材料在这些声波移动时会产生摩擦和静电。

然而，这些设备并不容易制造，并且不能在人类语音所涉及的频率上产生足够的信号。因此，YunmingWang及其同事想要一种简单的方法来制造一种材料，该材料同时使用压缩和摩擦，用于声学传感设备，在广泛的音频范围内具有高效率和灵敏度。

为了制造压电摩擦电材料，研究人员将涂有二氧化硅的钛酸钡纳米粒子混合到导电聚合物中，然后将其干燥成薄而柔韧的薄膜。接下来，他们用碱性溶液去除二氧化硅壳。这一步留下了海绵状的膜，纳米粒子周围有空间，当它们被声波击中时，它们可以相互推挤。

在测试中，研究人员表明，与原始聚合物相比，纳米颗粒和聚合物之间的接触使膜的电输出增加了55%。当他们将薄膜夹在两个薄金属网格之间时，声学传感装置产生了赫兹的最大电信号，这个频率在大多数成年人的声音范围内。

最后，研究人员将该设备植入模型耳内并播放音乐文件。他们记录了电输出并将其转换为新的音频文件，该文件与原始版本具有很强的相似性。研究人员表示，他们的自供电设备对听到大多数声音和声音所需的广泛声学范围很敏感。