Batterie läuft mit Körperflüssigkeiten

Künftig könnten medizinische Implantate durch Bio-Brennstoffzellen, die mit metabolischer [im Stoffwechselprozess entstandener] Energie laufen, angetrieben werden.

Chemiker der University of Texas/Austin haben eine Mini-Batterie entwickelt, die mit Körperflüssigkeiten betrieben wird, um implantierte Sensoren zur Überwachung des Gesundheitszustandes mit Energie zu versorgen.

Die Batterie produziert Strom aus der Glukose-Sauerstoff-Reaktion des Stoffwechsels. In Kontakt mit glukosehaltigen Körperflüssigkeiten könnte die Biokraftstoff-Zelle unter die Haut oder in das Rückenmark eingesetzt werden.

Die Anforderungen
Batterien, die mit biologischen Flüssigkeiten betrieben werden, sind keine neue Idee. Bereits vor 40 Jahren wurden Geräte entwickelt, die Energie aus der Glukose-Sauerstoff-Reaktion beziehen. Aber um in der Medizin Verwendung zu finden, müssen diese Zellen genug Strom produzieren und den widrigen Bedingungen wie Temperatur, Säuregehalt und Salzkonzentration des Blutes trotzen können.

University of Texas

Funktionsweise

Adam Heller und sein Team von der University of Texas glauben, dass ihre Entwicklung alle Anforderungen erfüllt.

Die Zelle enthält zwei Kohlenstofffasern mit zwei Zentimetern Länge und einem Siebentausendstel Millimeter Breite. Jede Faser ist von einem Katalysator umhüllt, der die chemische Reaktion der Glukose-Verbrennung beschleunigt.

Die Reaktion findet an beiden Elektroden statt. Eine Elektrode ist mit einem Kunststoff [Polymer] und dem Enzym Glukoseoxidase ummantelt.

Das Enzym entzieht der Glukose Elektronen und das Polymer bildet eine elektronische Verbindung zwischen dem Enzym und der Kohlenstofffaser. Auf der anderen Elektrode fügt ein polymerverbundenes Enzym Elektroden an den gelösten Sauerstoff. Im Laufe der Reaktion werden die Elektronen in den Stromkreislauf gebracht.

Atombatterie soll Implantate über 50 Jahre lang mit Energie versorgen
Wissenschaftler der Cornell-Universität in Ithaca/New York haben unterdessen eine Atombatterie entwickelt. Sie bezieht ihre Energie aus radioaktiven Isotopen und könnte künftig Mikromessgeräte und Herzschrittmacher mindestens fünfzig Jahre lang mit Strom versorgen.

Atombatterie liefert jahrzehntelang Strom

Verliert täglich sechs Prozent der Energie

Die Bio-Batterie der texanischen Forscher soll bei einer Temperatur bzw. Alkalität nahe dem Blut mit einer Temperatur von rund 37 Grad Celsius und einem pH-Wert von 7.2 laufen. Dabei produziert sie ähnlich viel Energie wie eine Armbanduhr-Batterie mit 1,9 Mikrowatt.

"Dies reicht aus, um einen Mini-Glukosesensor für die Diabeteskontrolle anzutreiben", erklärte Heller. Für den Antrieb eines künstlichen Herzens reicht die Batterie aber nicht aus.

"Dafür ist das Gerät zu schwach und zu kurzlebig. Zurzeit verliert die Batterie täglich rund sechs Prozent ihrer Kraft", so der Entwickler.

Im nächsten Schritt gilt es, die Biokraftstoff-Zellen weiterzuentwickeln, da echte Körperflüssigkeiten komplizierter sind als die Modell-Flüssigkeit, die die Forscher bisher benutzten.