Kraftwerk im Körper

Nanogenerator kann genug Strom für implantierte Sensoren zur Messung von Blutdruck und Zuckerspiegel gewinnen

Prototyp des Kombi-Kraftwerks (Grafik)
Prototyp des Kombi-Kraftwerks (Grafik)

Atlanta (USA) - Implantierte Minisensoren könnten in Zukunft Körperfunktionen wie Blutdruck oder Zuckerspiegel überwachen. Um diese Module auch mit Strom zu versorgen, entwickelten Wissenschaftler nun ein winziges Kraftwerk, das - ebenfalls implantiert - Batterien überflüssig machen könnte. Wie sie in der Fachzeitschrift "Angewandte Chemie" berichten, besteht ihr erster Prototyp aus einer Bio-Brennstoffzelle und einen Generator, der aus Bewegungen elektrischen Strom erzeugt.

"In lebenden Organismen gibt es allein mechanische und biochemische Energie", erklären Zhong Lin Wang und seine Kollegen vom Georgia Institute of Technology in Atlanta. Genau diese beiden Quellen wollen sie mit ihrem winzigen Kombikraftwerk anzapfen, um kleine Strommengen zu erhalten. Dazu ließen die Forscher entlang eines filigranen Trägers aus Kohlefasern Schichten aus Zinkoxid-Nanodrähten wachsen. Druckschwankungen in einem Flüssigkeitsstrom - wie beispielsweise in pulsierenden Blutgefäßen - reichten aus, um drei Volt Spannung bei 100 Nanoampere zu erzeugen. Genutzt wurde dazu der sogenannte piezoelektrische Effekt von Zinkoxid, bei dem mechanische Bewegungen einen Stromfluss erzeugen. Um auch aus biochemischer Energie Strom zu erzeugen, ergänzten die Forscher das Mini-Kraftwerk mit einer Bio-Brennstoffzelle. An ein Ende der Kohlenfasern setzten sie dazu spezielle Elektroden, um aus einer biochemischen Reaktion von Zuckermolekülen ebenfalls Strom mit weiteren 100 Nanoampere bei 0,1 Volt zu "ernten".

Reif für den Einsatz im Körper ist diese Technologie allerdings noch nicht. So müsste der erste Prototyp des Kombi-Kraftwerks, das noch wenige Zentimeter lang ist, weiter schrumpfen. Gelingt dieser Schritt jedoch, könnte in Zukunft ein Stromgenerator etwa an die Wand eines Blutgefäßes geheftet werden. Sowohl über die regelmäßigen Druckschwankungen des Blutkreislaufs als auch mit den im Blut enthaltenen Zuckermolekülen würde dieses Kraftwerk gespeist werden. In der Medizin ist der Weg zur dieser Anwendung noch sehr weit. Doch schon vorher könnten solche Kraftwerks-Module in Öl- oder Gaspipelines eingesetzt werden, um autark etwa Druck und Durchflussmengen zu messen.