植入人工耳蜗的女士

让耳部听觉辅助设备免受侵蚀:
严苛环境下的探针腐蚀试验


医疗技术

用于人工耳蜗语音处理器的改进型充电探针能够抵御耳部特殊环境条件,确保相应组件长期保持正常运作。

听觉对人非常重要,而语音理解更是重中之重,因为它是人际交流中不可或缺的要素。对于无法通过助听器(本质上是声音放大器)矫正的先天性或后天性听觉缺陷,还有另一种矫正手段可供选择:人工耳蜗 (CI) 可通过植入耳蜗的电极来刺激功能尚完好的听觉神经。整个系统包含发射线圈(外部)、接收线圈(内部)和带有麦克风的音频处理器。该处理器首先对所接收到的声音信号进行数字化处理,然后将其传输到内部,以此对听觉神经施加相应刺激。然而,通过这种方式感知到的语音与自然情况下有所不同。受植入者需要接受大量训练,几乎从零开始建立听力理解能力。这大致相当于学习一门外语。

植入组件由电磁感应供电(内部和外部线圈通过磁铁相互固定),外部语音处理器则由电池供电。处理器与电池通常佩戴在耳后,此例中通过 INGUN 弹簧探针 (GKS) 相连接。极其紧凑的短行程弹簧探针确保电池能够稳定可靠地向音频处理器供电(6 V,40 mA),并让人能够快速更换相关组件。

抵御体表附近的电化学腐蚀

人工耳蜗工作原理图解

尽管探针已经过相应表面处理,并已通过人工汗液试验,但实践经验表明,这种应用方式对抗腐蚀性能有着极高的要求。不同金属(焊料和镀层)、汗液、身体残留物(作为电解质)和电流的共同作用会产生非常恶劣的电化学环境,从而造成严重电化学腐蚀,甚至导致功能失效:如果所安装的弹簧受到严重侵蚀,将导致活塞卡住。分析显示,污染物中除了锡、锌、铜、金和镍等金属成分之外,还有来自体表残留物的钠、氯、碳和氧。

为了应对这一挑战,INGUN 与客户(一家人工耳蜗制造商)深入协商,并与康斯坦茨应用科学大学密切合作,开展了一次强化腐蚀试验。一方面,各方希望通过这次试验尽可能准确地确定腐蚀程度及其原因。该试验按照 DIN 50018 标准进行(在含有二氧化硫的大气环境下的冷凝水交变气候),并在此基础上额外增加了氯化物污染。另一方面,试验的主要目的是确定焊料和助焊剂对腐蚀程度的影响,并找到不易腐蚀的组合,以延长产品使用寿命。

通过腐蚀试验确定最佳材料组合

INGUN 短程弹簧探针安装在人工耳蜗中

INGUN 探针项目管理员(设计项目)Peter Breul 对背景情况作了介绍:“在此,我们面临的是相当复杂的化学难题:首先,我们的探针受到永久润滑,以确保接触良好。其次,安装过程中使用了不同焊料以及合适的助焊剂,以确保焊接妥当。对此,我们一方面需要考虑蚀刻印制电路板以形成电触点所需的腐蚀性,另一方面又需要保证足够的防腐蚀性能。我们需要在这二者之间取得最佳平衡。尤其是在边缘层,如焊点和通孔处,还经常发生难以预测的合金生成现象。”

四组 16 根探针的腐蚀试验结果大不相同,有的遭到了严重腐蚀,有的却仅有表面脏污(经过超声波浴清洁后几乎又“焕然一新”)。后续研究步骤最终表明,将银焊料与合适的助焊剂结合使用可以显著减少腐蚀。此外,探针中采用的不锈钢弹簧也大大有助于长期保持正常运作。“可以通过优化表面处理来进一步延长使用寿命,但客户没有提出这一要求。”Breul 表示。

在采用经过相应改进的弹簧探针后,终端客户方面再也没有发生过早失灵的情况——设备功能和表面状况都长时间经受住了强腐蚀性环境的考验。这表明,腐蚀试验能够可靠地确定充电和传输探针在恶劣工作条件或清洁条件下的性能表现。这不仅仅局限于医疗技术领域,而是适用于整个微小型设备和可穿戴设备行业。除了狭义的腐蚀试验之外,还可以针对其他行业采用其他试验方法,如盐雾试验或振动试验。如有需要,INGUN 可与客户协商执行此类老化试验,以优化弹簧探针和其他组件的性能和使用寿命。

您对 INGUN 产品在恶劣条件下的使用情况有疑问?我们的探针项目管理员 Peter Breul 将很乐意为您提供帮助。

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