Di Massachusetts Eye and Ear, sebuah hospital pengajaran Harvard di Boston, Nicole Black dan rakan-rakannya diberitahu untuk melihat di dalam telinga masing-masing menggunakan otoskop untuk menerangi gendang-gendang mereka. Rakan-rakan kulit hitam menyedari bahawa dia mempunyai tisu parut di telinga telinga dan pengajar mencadangkan parut mungkin disebabkan oleh tiub telinga yang dimasukkan melalui pembedahan semasa kecil untuk merawat jangkitan telinga yang berulang.
Kerana Black adalah kanak-kanak pada masa itu, dia tidak betul-betul mengingati apa pengalamannya sendiri seperti dengan tiub telinga, yang silinder kecil dimasukkan ke dalam gendang telinga untuk memastikan telinga betul-betul pengudaraan dan mencegah penyumbatan yang menyakitkan. Namun, mereka meninggalkan tanda kekal, dan pada suatu hari, tisu parut ini boleh mengakibatkan kehilangan pendengaran. Sekitar masa latihan kelas ini, anak saudara lelaki Hitam menjalani pembedahan tabung telinga. Malah, beberapa ahli pasukan lain juga mempunyai orang yang tersayang yang mendapat tiub yang ditanam. Dengan anak saudaranya dalam fikiran, Black bermotivasi untuk mencari penyelesaian, supaya mungkin pada masa depan, mendapat jangkitan telinga pada usia muda tidak akan memberi kesan kepada seseorang untuk seluruh hidup.
Black, seorang calon PhD bioengineering Harvard University, telah bekerja dengan pakar bedah di Massachusetts Eye and Ear, Aaron Remenschneider dan Elliott Kozin, pada peranti telinga tengah lain. Setelah membuat keputusan untuk menyiasat cara untuk meningkatkan telinga, mereka bekerja sama dengan penyelidik bahan sains dari Harvard untuk membuat PionEar-tiub telinga yang terinspirasi bio, yang diselaraskan dengan 3D yang mengurangkan parut serta keperluan pembedahan dimasukkan secara berulang.
Hitam dan anak saudaranya tidak anomali: kira-kira 80 peratus kanak-kanak mempunyai sekurang-kurangnya satu jangkitan telinga pada masa mereka berusia tiga tahun, dan jangkitan ini menyumbang sekurang-kurangnya 25 juta kunjungan doktor setiap tahun. Kebanyakan jangkitan boleh dirawat dengan antibiotik-sama ada secara lisan atau melalui titisan telinga. Tetapi antibiotik oral yang digunakan untuk pelbagai jangkitan bakteria yang dihadapi oleh anak-anak telah didapati mempunyai pelbagai kesan sampingan, yang menyumbang hampir 70, 000 lawatan bilik kecemasan setiap tahun, dan sering diguna pakai. Pusat Kawalan dan Pencegahan Penyakit menganggarkan bahawa 30 peratus daripada semua antibiotik yang ditetapkan di klinik, pejabat doktor dan ER tidak diperlukan. Titik telinga boleh menjadi berkesan, tetapi bagi kes-kes yang mempunyai komplikasi atau telinga yang tersumbat, sebenarnya mendapat titisan ke telinga tengah adalah satu cabaran. Hampir 700, 000 kanak-kanak di bawah umur 15 tahun, yang terdedah kepada jangkitan telinga yang datang kembali dan lagi, dirawat di Amerika Syarikat setiap tahun dengan tiub telinga yang diimplan dengan pembedahan, menurut American Academy of Otolaryngology-Ketua dan Pembedahan Leher.
Tiub telinga kerap menjadi tersumbat (kiri) atau melepaskan terlalu cepat (tengah). Reka bentuk semasa juga mengehadkan keupayaan untuk merawat jangkitan telinga dengan titisan telinga (kanan). (PionEar) Walau bagaimanapun, tiub telinga bukanlah satu penyelesaian yang baik. Tujuannya adalah untuk mengalihkan telinga untuk mengurangkan kesakitan, bukan untuk merawat jangkitan. Dari segi sejarah, tiub telinga telah dicipta oleh doktor-bukan jurutera atau ahli fizik-mungkin dalam secubit untuk memberikan kelegaan pesakit mereka. Tiub telinga pertama dibuat pada tahun 1845 oleh ahli sains Jerman Gustav Lincke dan Martell Frank, dan kira-kira separuh sedozen model diperkenalkan pada tahun 1875 menggunakan bahan yang berbeza, termasuk emas, perak, aluminium dan getah. Pada tahun 1950-an, Beverly Armstrong memperkenalkan tabung berasaskan vinil bertekuk pertama yang masih menjadi asas kepada apa yang digunakan hari ini. Terdapat sedikit perubahan kepada reka bentuk asal.
Hitam dan pasukan mendapati bahawa apabila doktor menetapkan titisan telinga kepada pesakit dengan tiub telinga, sering kali titisan tidak benar-benar mencapai telinga tengah dengan tiub sama ada, dan sebaliknya, akhirnya disatukan di permukaan tiub. Lebih-lebih lagi, tiub sering jatuh terlalu lama, yang menghantar anak-anak kembali ke hospital untuk operasi lain, yang boleh menyerang, mahal dan meletihkan.
"Kami mendapati bahawa hampir 40 peratus tiub telinga berakhir gagal dalam satu cara atau yang lain, " kata Black, yang juga mengejar kecil dalam ucapan dan pendengaran biosains dan teknologi. "Jadi anak-anak ini akan kembali ke bilik operasi. Ini terutamanya mengenai saya mengetahui bahawa anak saudara saya boleh menghadapi ini. "
Mencari penyelesaian yang mempercepatkan proses penyembuhan daripada memanjangkannya adalah penting, terutamanya untuk anak-anak muda yang sedang membangun bahasa. Apabila jangkitan telinga benar-benar buruk dan lendir dibina di telinga tengah, kanak-kanak "pada dasarnya mendengar seperti mereka di bawah air, " kata Black. Sekiranya mereka tidak dapat mendengar suara mereka sendiri atau ibu bapa mereka, ini boleh memberi impak besar kepada perkembangan ucapan.
PionEar menangani isu-isu ini dalam beberapa cara. Pertama sekali, PionEar lebih kecil daripada tiub telinga tradisional dan sesuai dengan telinga tengah untuk mengurangkan parut dan risiko mereka jatuh awal. Kedua, peranti mengurangkan kemungkinan jangkitan bakteria dan penyumbatan tambahan. Akhir sekali, geometri tiub telinga PionEar membolehkan lendir membuang air ke dalam telinga dan ubat untuk mengalir ke telinga tengah dan berkesan merawat jangkitan.
"Komponen utama dari rekaan ini ialah gabungan kesan-kesan ini dalam satu peranti, yang agak mencabar, " kata Michael Kreder, seorang pencipta bersama PionEar dan seorang calon PhD fizik yang menggunakan biomekanik profesor Harvard Joanna Aizenberg makmal.
Untuk mencapai matlamat kedua, pasukan menarik inspirasi dari tumbuhan periuk karnivor tropika dari keluarga Nepenthaceae, yang kebanyakannya terkenal dengan bentuk seperti seruling mereka seperti seruling. Struktur nano berliang kecil di dalam daun berbentuk cawan dari kebanyakan tumbuhan periuk merapikan kelembapan dan melincirkan pinggir "cangkir", supaya sekali serangga yang lazat mendarat di kilang itu, ia akan diturunkan slip dan slaid sehingga kematiannya lubang di dasar tumbuhan yang dipenuhi dengan enzim pencernaan.
Meresap dari tumbuhan periuk, Kreder dan rakan-rakannya menyembunyikan bahan pepejal PionEar dengan lapisan cair. Pembinaan ini akhirnya membantu menghalang filem bakteria daripada membentuk tiub telinga dan menyebabkan jangkitan berterusan.
PionEar baru-baru ini memenangi penghormatan tertinggi di Pertandingan Pencipta Collegiate, menerima anugerah emas bernilai $ 10, 000. Hall of Fame Penasihat Kebangsaan meletakkan persaingan dengan perkongsian dengan Pejabat Paten dan Tanda Dagangan Amerika Syarikat. (Rakan kongsi USPTO dengan Smithsonian.com untuk menyokong cerita mengenai inovasi di Institusi Smithsonian dan seterusnya.) Pasukan telah memfailkan paten sementara.
Ahli pasukan PionEar, Michael Kreder dan Nicole Black bercakap di atas pentas dengan Anthony Scardino, ketua pegawai kewangan USPTO, selepas memenangi pingat emas Divisi Siswazah di Pertandingan Pencipta Kolej 2018. (Hall of Fame Inventors Kebangsaan) Salah satu hakim pertandingan tahun ini, jurutera biomedikal Frances Ligler dari North Carolina State University, yang paling terkenal dengan karyanya dengan biosensors, menyatakan bahawa PionEar sangat menarik kerana sejauh mana potensi yang dicapai.
"PionEar mempunyai potensi untuk meningkatkan pendengaran di kalangan kanak-kanak lebih selamat pada masa yang kritikal dalam perkembangan ucapan mereka, mengurangkan kesakitan dan kos pembedahan berulang, dan dengan ketara mengurangkan parut telinga dengan kehilangan pendengaran kekal yang berkaitan, " kata Ligler.
Ligler berharap dapat melihat PionEar bergerak dengan cepat melalui fasa seterusnya pengkomersialan, termasuk kelulusan paten, kelulusan FDA bahan, ujian haiwan dan ujian klinikal. "Semakin cepat semakin baik, " katanya.
Black berkata, pasukan itu akan terus memperbaiki reka bentuk peranti menggunakan kaedah percetakan 3D di makmal bioengineering profesor Harvard, Jennifer Lewis. Tidak lama lagi, mereka akan bergerak ke arah menguji tiub telinga mereka di dalam makmal bintang bintang otolaryngology, chinchilla, yang-terima kasih kepada telinga besar dan kerentanan yang serupa dengan jangkitan telinga-telah memainkan peranan penting dalam mengkaji penyakit telinga dalam dan tengah manusia untuk dekad. Remenschneider akan memimpin kajian haiwan di hospital Massachusetts Eye & Ear. Usaha pengkomersialan sedang dijalankan dengan Institut Wyss untuk Kejuruteraan Biokimia yang diilhamkan di bawah bimbingan Ida Pavlichenko, penyelidik pembangunan teknologi di makmal Aizenberg yang juga pencipta bersama penting aspek-aspek bio yang diilhamkan oleh PionEar.
"Kedua pencipta meneroka penyelesaian mereka kepada masalah yang mengakibatkan penderitaan yang meluas, terutama anak-anak, dari banyak aspek, " kata Ligler. "Tiada siapa yang melakukan perkara seperti ini sebelumnya."
