Stromspeicher so klein wie ein Staubkorn soll Elektronik im menschlichen Körper versorgen

Mit Stromspeichern aus biologischen Werkstoffen, die vom menschlichen Körper nicht abgestoßen werden, lassen sich elektronische Implantate mit Strom versorgen. Das kleinste <Gerät dieser Art, einen Bio-Superkondensator, habe forscher aus Chemnitz und Dresden entwickelt. Es ist der weltweit kleinste seiner Art. Bei Tests in einer künstlichen Blutbahn stellte er seine Funktionsfähigkeit unter Beweis. Er lieferte genug Strom für die Versorgung eines winzigen Sensors zur Messung des pH-Wertes. Das kann bei der Früherkennung von Krebs helfen.

Biologie erobert die Mikroelektronik

Dieser Stromspeicher kann intravaskuläre (im Blut befindliche) Implantate und Mikroroboter für die Biomedizin der nächsten Generation versorgen, die in schwer zugänglichen kleinen Räumen tief im Inneren des menschlichen Körpers agieren. „Es ist äußerst ermutigend zu sehen, wie eine neue, extrem flexible und adaptive Mikroelektronik in die miniaturisierte Welt der biologischen Systeme vordringt“, zeigt sich Forschungsgruppen-Leiter Oliver G. Schmidt, Schmidt, Inhaber der Professur Materialsysteme der Nanoelektronik an der Technischen Universität Chemnitz und Direktor am Leibniz-Institut für Festkörper- und Werkstoffforschung (IFW) Dresden, von diesem Forschungserfolg äußerst angetan. An der Entwicklung beteiligt waren zudem Wissenschaftler des Leibniz-Instituts für Polymerforschung Dresden-

Gängige Stromspeicher sind ungeeignet

Man kann bereits Energiespeicher im Submillimeterbereich – so genannte Mikro-Superkondensatoren – für immer kleinere mikroelektronische Bauteile herstellen. Für den -Einsatz im menschlichen Körper sind sie jedoch nicht geeignet, denn sie bestehen aus Materialien, die nicht biokompatibel sind wie korrosive Elektrolyten. Bei Defekten und Verunreinigungen entladen sie sich zudem schnell von selbst. Beide Aspekte machen sie für biomedizinische Anwendungen im Körper ungeeignet. Eine Lösung sind Biosuperkondensatoren (BSCs). Sie sind vollständig biokompatibel, das heißt, dass sie in Körperflüssigkeiten wie Blut eingesetzt und für weitere medizinische Studien genutzt werden können.

Körper hilft mit bei Stromspeichern

Zudem können Biosuperkondensatoren das Selbstentladungsverhalten durch bioelektrochemische Reaktionen kompensieren. Dabei profitieren sie sogar noch von körpereigenen Reaktionen. Denn zusätzlich zu typischen Ladungsspeicherreaktionen eines Superkondensators steigern Redox-Enzyme und lebende Zellen, die natürlicherweise im Blut vorhanden sind, die Leistung des Bauteils um 40 Prozent.

3000-fache Verkleinerung

Die derzeit kleinsten derartigen Energiespeicher sind etwa drei Kubikmillimeter groß. Dem Team um Schmidt ist es nun gelungen, einen 3000 Mal kleineren röhrenförmigen Biosuperkondensator herzustellen, der mit einem Volumen von nur einem Nanoliter weniger Raum als ein Staubkorn einnimmt und dennoch eine Versorgungsspannung von bis zu 1,6 Volt liefert, genauso viel wie eine handelsübliche AAA-Batterie.

via TU Chemnitz