मैसाचुसेट्स आई और ईयर, बोस्टन में हार्वर्ड के एक शिक्षण अस्पताल, निकोल ब्लैक और उसके सहपाठियों को एक दूसरे के कानों के अंदर देखने के लिए ओटोस्कोप का उपयोग करके अपने कानों को रोशन करने के लिए कहा गया था। ब्लैक के साथियों ने देखा कि उसके कान नहर में निशान ऊतक थे और प्रशिक्षकों ने सुझाव दिया कि कान की नलियों के कारण स्कारिंग हो सकती है जो आवर्ती संक्रमण का इलाज करने के लिए उसके बचपन के दौरान शल्य चिकित्सा द्वारा डाली गई थी।
क्योंकि काला उस समय एक बच्चा था, उसे ठीक से याद नहीं है कि कान की नलियों के साथ उसका खुद का अनुभव कैसा था, जो कान को ठीक से हवादार रखने और दर्दनाक क्लॉगिंग को रोकने के लिए ईयरड्रम में डाले गए छोटे सिलेंडर होते हैं। लेकिन फिर भी, उन्होंने एक स्थायी निशान छोड़ दिया, और एक दिन, इस निशान ऊतक को सुनवाई हानि हो सकती है। इस वर्ग के अभ्यास के समय, ब्लैक के भतीजे ने कान की नली की सर्जरी की। वास्तव में, कई अन्य टीम के सदस्यों ने भी प्रियजनों को प्यार किया था, जिन्हें ट्यूब प्रत्यारोपित किया जा रहा था। मन में अपने भतीजे के साथ, ब्लैक को एक समाधान की तलाश करने के लिए प्रेरित किया गया था, ताकि भविष्य में शायद, कम उम्र में कान के संक्रमण होने से किसी व्यक्ति को पूरे जीवन के लिए प्रभावित न होना पड़े।
ब्लैक, एक हार्वर्ड विश्वविद्यालय के बायोइन्जिनियरिंग पीएचडी उम्मीदवार, अन्य मध्य कान उपकरणों पर मैसाचुसेट्स आई और इयर, आरोन रेमेन्शिनइडर और इलियट कोज़िन में सर्जनों के साथ काम कर रहे थे। कान की नलियों को सुधारने के तरीकों की जांच करने का निर्णय लेने के बाद, उन्होंने हार्वर्ड के सामग्री विज्ञान के शोधकर्ताओं के साथ मिलकर PionEar- एक छोटे जैव-प्रेरित, 3 डी-प्रिंटेड कान ट्यूब का निर्माण किया, जो कि निशान को कम करने के साथ-साथ बार-बार सम्मिलन सर्जरी की आवश्यकता को भी कम करता है।
काले और उसके भतीजे विसंगतियाँ नहीं हैं: अनुमानित 80 प्रतिशत बच्चों को कम से कम एक कान में संक्रमण होगा जब तक वे तीन साल के नहीं हो जाते हैं, और ये संक्रमण कम से कम 25 मिलियन डॉक्टर की सालाना यात्रा के लिए होता है। अधिकांश संक्रमणों का उपचार एंटीबायोटिक दवाओं से किया जा सकता है - या तो मौखिक रूप से या कान की बूंदों के माध्यम से। लेकिन बच्चों के एनकाउंटर की पूरी श्रृंखला के लिए इस्तेमाल की जाने वाली ओरल एंटीबायोटिक दवाओं के दुष्प्रभाव का एक मेजबान पाया गया है, प्रति वर्ष लगभग 70, 000 आपातकालीन कमरे के दौरे के लिए लेखांकन, और अक्सर अति प्रयोग किया जाता है। रोग नियंत्रण और रोकथाम केंद्र का अनुमान है कि क्लीनिक, डॉक्टर के कार्यालयों और ईआरएस में निर्धारित सभी एंटीबायोटिक दवाओं का 30 प्रतिशत अनावश्यक है। कान की बूंदें प्रभावी हो सकती हैं, लेकिन जटिलताओं या कानों के साथ मामलों के लिए जो विशेष रूप से भरा हुआ है, वास्तव में बूंदों को मध्य कान में लाना एक चुनौती है। 15 साल से कम उम्र के लगभग 700, 000 बच्चे, जो बार-बार वापस आने वाले कान के संक्रमण के शिकार होते हैं, हर साल संयुक्त राज्य अमेरिका में ओटोलर्यनोलोजी-हेड एंड नेक सर्जरी के अनुसार शल्य-प्रत्यारोपित कान की नलियों से इलाज किया जाता है।
कान की नलियां अक्सर (बाएं) या बहुत जल्दी (बीच में) फैल जाती हैं। वर्तमान डिजाइन भी कान की बूंदों (दाएं) के साथ कान के संक्रमण का इलाज करने की क्षमता को सीमित करते हैं। (PionEar) हालाँकि, कान की नलियाँ एक मूर्ख समाधान भी नहीं हैं। अंततः, उनका उद्देश्य दर्द को कम करने के लिए कान को हवादार करना है, न कि वास्तव में संक्रमण का इलाज करना। ऐतिहासिक रूप से, कान के ट्यूब डॉक्टरों द्वारा बनाए गए थे - न कि इंजीनियरों या भौतिकविदों-संभवतः चुटकी में अपने रोगियों को राहत देने के लिए। पहली कान की नली 1845 में जर्मन वैज्ञानिकों गुस्ताव लिनेके और मार्टेल फ्रैंक द्वारा बनाई गई थी, और लगभग आधा दर्जन मॉडल 1875 तक विभिन्न सामग्रियों का उपयोग करके पेश किए गए थे, जिसमें सोना, चांदी, एल्यूमीनियम और रबर शामिल थे। 1950 के दशक में, बेवर्ली आर्मस्ट्रांग ने पहली नॉटेड विनाइल-आधारित ट्यूब पेश की जो आज भी इस्तेमाल होने वाले आधार है। मूल डिजाइन में बहुत कम बदलाव हुए हैं।
ब्लैक और टीम ने पाया कि जब डॉक्टर कान की नलियों से मरीजों को कान की बूंदें देते हैं, तो अक्सर बूंदें मध्य कान में या तो ट्यूब के साथ नहीं पहुंचती हैं, और इसके बजाय, ट्यूब की सतह पर पूलिंग को समाप्त करती हैं। क्या अधिक है, ट्यूब अक्सर बहुत जल्द ही गिर जाते हैं, जो बच्चों को दूसरे ऑपरेशन के लिए अस्पताल भेजते हैं, जो आक्रामक, महंगा और थकावट हो सकता है।
"हमने पाया कि लगभग 40 प्रतिशत कान की नलिकाएं एक या दूसरे तरीके से विफल हो जाती हैं, " ब्लैक कहते हैं, जो भाषण और सुनने के बायोसाइंस और तकनीक में एक नाबालिग का पीछा कर रहे हैं। “इसलिए ये बच्चे वापस ऑपरेटिंग रूम में जा रहे हैं। यह विशेष रूप से मेरे लिए यह जानने से संबंधित है कि मेरा भतीजा इसका सामना कर सकता है। ”
एक समाधान खोजना जो लंबे समय तक उपचार करने के बजाय उपचार प्रक्रिया को तेज करता है, विशेष रूप से छोटे बच्चों के लिए जो भाषा विकसित कर रहे हैं। जब कान के संक्रमण वास्तव में खराब होते हैं और बलगम मध्य कान में बनता है, तो बच्चे "मूल रूप से सुनते हैं कि वे पानी के नीचे हैं, " ब्लैक कहते हैं। यदि वे अपनी आवाज या अपने माता-पिता को नहीं सुन सकते हैं, तो यह भाषण विकास पर भारी प्रभाव डाल सकता है।
PionEar इन मुद्दों को कई तरीकों से संबोधित करता है। सबसे पहले और सबसे महत्वपूर्ण, PionEar एक पारंपरिक ईयर ट्यूब से छोटा है और स्कारिंग को कम करने के लिए मध्य कान में धीरे-धीरे फिट बैठता है और उनमें से जल्दी बाहर गिरने का खतरा होता है। दूसरे, उपकरण जीवाणु संक्रमण और अतिरिक्त क्लॉगिंग की संभावना को कम करता है। अंत में, PionEar कान की नलियों की ज्यामिति बलगम के निर्माण को कान से बाहर निकालने और दवा को मध्य कान में प्रवाहित करने और प्रभावी रूप से एक संक्रमण का इलाज करने की अनुमति देती है।
PionEar के सह-आविष्कारक और एक लागू भौतिकी पीएचडी उम्मीदवार जो हार्वर्ड के प्रोफेसर जोआना एज़ेन्बर्ग के बायोमैकेनिक्स में काम करता है, कहते हैं, "इस आविष्कार की नवीनता का एक प्रमुख घटक एक उपकरण में इन प्रभावों का संयोजन है, जो काफी चुनौतीपूर्ण है"। प्रयोगशाला।
उस दूसरे लक्ष्य को हासिल करने के लिए, टीम ने नेपेंथेसिया परिवार के मांसाहारी उष्णकटिबंधीय घड़े के पौधों से प्रेरणा ली, जिनमें से अधिकांश अपने विशिष्ट शैंपेन बांसुरी जैसी आकृति के लिए जाने जाते हैं। अधिकांश घड़े के पौधों के कप के आकार के पत्तों के भीतर छोटे झरझरा नैनोकण हैं और "कप" के रिम को लुब्रिकेट करते हैं, ताकि एक बार पौधे पर एक स्वादिष्ट कीट उतर जाए, यह अपनी मौत के लिए एक स्लिप-एंड-स्लाइड को नीचे भेज देता है। पाचन एंजाइमों से भरे पौधे के आधार पर एक गड्ढा।
घड़े के पौधों से अलग, Kreder और उनके सहयोगियों ने PionEar की अंतर्निहित ठोस सामग्री को एक तरल परत के साथ मास्क किया। यह निर्माण अंततः कान की नली पर बैक्टीरिया की फिल्मों को बनने से रोकता है और लगातार संक्रमण का कारण बनता है।
PionEar ने हाल ही में कॉलेजिएट इन्वेंटर्स प्रतियोगिता में शीर्ष सम्मान जीता, $ 10, 000 का स्वर्ण पुरस्कार प्राप्त किया। नेशनल इन्वेंटर्स हॉल ऑफ फ़ेम ने संयुक्त राज्य अमेरिका के पेटेंट और ट्रेडमार्क कार्यालय के साथ साझेदारी में प्रतियोगिता में भाग लिया। (यूएसपीटीओ स्मिथसोनियन डॉट कॉम के साथ स्मिथसोनियन इंस्टीट्यूशन और उससे आगे की कहानियों पर कहानियों का समर्थन करने के लिए।) टीम ने अनंतिम पेटेंट के लिए आवेदन किया है।
2018 कॉलेजिएट इन्वेंटर्स प्रतियोगिता में ग्रेजुएट डिवीजन गोल्ड मेडल जीतने के बाद, PionEar टीम के सदस्य माइकल क्र्रेडर और निकोल ब्लैक ने एंथोनी स्कार्डिनो, USPTO मुख्य वित्तीय अधिकारी के साथ मंच पर बात की। (नेशनल इन्वेंटर्स हॉल ऑफ फ़ेम) इस साल की प्रतियोगिता के निर्णायकों में से एक, उत्तरी कैरोलिना स्टेट यूनिवर्सिटी के बायोमेडिकल इंजीनियर फ्रांसेस लिगलर, जो बायोसेंसर के साथ अपने काम के लिए सबसे ज्यादा जाने जाते हैं, ध्यान दें कि PionEar विशेष रूप से रोमांचक है कि इसकी विशाल क्षमता तक कैसे पहुंचे।
लियोन कहते हैं, "PionEar में अपने भाषण के विकास में महत्वपूर्ण समय पर बच्चों को सुनने में सुधार करने की क्षमता है, दोहराए जाने वाले सर्जरी के दर्द और लागत को कम करते हैं, और संबंधित स्थायी सुनवाई हानि के साथ इयरड्रम के निशान को कम करते हैं, " लिगियर कहते हैं।
लिगलर को उम्मीद है कि वह PionEar को व्यावसायिकरण के अगले चरणों के माध्यम से जल्दी से देखेगा, जिसमें पेटेंट अनुमोदन, उनकी सामग्री का FDA अनुमोदन, पशु परीक्षण और नैदानिक परीक्षण शामिल हैं। "जितनी जल्दी बेहतर हो, " वह कहती हैं।
ब्लैक का कहना है कि टीम हार्वर्ड के प्रोफेसर जेनिफर लुईस की बायोइंजीनियरिंग लैब में 3 डी प्रिंटिंग विधियों का उपयोग करके डिवाइस के डिज़ाइन में सुधार करना जारी रखेगी। जल्द ही, वे ओटोलरींगोलोजी के स्टार लैब एनिमल, चींचीला में अपने कान की नलियों का परीक्षण करने की ओर बढ़ेंगे, जो कृंतक के बड़े कानों और कान के संक्रमण के लिए समान संवेदनशीलता के लिए धन्यवाद-मनुष्यों में आंतरिक और मध्य कान के रोगों के अध्ययन में महत्वपूर्ण भूमिका निभाता है। दशकों। रेमेन्सक्नाइडर मैसाचुसेट्स आई एंड इयर अस्पताल में पशु अध्ययन का नेतृत्व करेंगे। वाइज इंस्टीट्यूट फॉर बायोलॉजिकल इंस्पायर्ड इंजीनियरिंग के तहत आइजन पावलिचेंको के मार्गदर्शन में एविज़नबर्ग की लैब में एक टेक्नोलॉजी डेवलपमेंट रिसर्चर जो कि PionEar के जैव-प्रेरित पहलुओं के एक इंस्ट्रूमेंटल सह-आविष्कारक हैं।
"दो अन्वेषकों ने एक समस्या के अपने समाधान का पता लगाया, जिसके परिणामस्वरूप व्यापक रूप से पीड़ित, विशेष रूप से बच्चों के कई पहलुओं से, " लिगलर कहते हैं। "किसी ने भी पहले ऐसा कुछ नहीं किया है।"
