Brennstoffzellen Strom aus Blutzucker und Sauerstoff für Implantate

Implantate, die ihre Energie aus Blutzucker und Sauerstoff gewinnen: Mit dem Ziel, eine unerschöpfliche Elektrizitätsquelle im menschlichen Körper zu erschließen, forscht Dr. Sven Kerzenmacher am Institut für Mikrosystemtechnik (IMTEK) der Universität Freiburg an der Entwicklung biologischer Brennstoffzellen.

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IMTEK Institut für Mikrosystemtechnik Albert-Ludwigs-Universität

Bisher haben Forscherinnen und Forscher noch keine optimale Lösung gefunden, um implantierbare medizinische Mikrosysteme mit elektrischer Energie zu versorgen. Die Batterien eines Herzschrittmachers müssen zum Beispiel nach etwa acht Jahren ersetzt werden – ein für die Patientinnen und Patienten belastender und teurer chirurgischer Eingriff.

Alternative Ansätze sehen vor, wiederaufladbare Batterien zu verwenden. Allerdings mindert das Aufladen der Batterien die Lebensqualität der Betroffenen erheblich.

Der menschliche Körper als Energiequelle für Implantate

Ein Ausweg wäre die Bereitstellung elektrischer Leistung aus körpereigenen Energiequellen, die sich über das Leben des Patienten hinweg nicht erschöpfen. Beispiele für solche Energiequellen sind der Blutzucker oder die periodische Kontraktion des Herzmuskels.

Das Konzept, das Sven Kerzenmacher als Grundlage seiner Forschung dient, sieht hingegen implantierbare Glukosebrennstoffzellen auf der Basis von Edelmetall-Katalysatoren wie Platin vor. Solche Katalysatoren sind vor allem im Hinblick auf die Langzeitstabilität und Sterilisierbarkeit für Implantatsysteme geeignet. Diese Systeme könnten zukünftig mit Hilfe der Brennstoffzellen durch die ständige elektrochemische Umsetzung von Blutzucker (Glukose) und Sauerstoff aus der Gewebeflüssigkeit mit Strom versorgt werden.

Brennstoffzelle erzeugt Strom aus Blutzucker und Sauerstoff

Die von Kerzenmacher und seinem Team neu entwickelte Brennstoffzelle soll als dünne Beschichtung auf der Oberfläche des Implantats angebracht werden. Die Vorteile gegenüber dem bisherigen Stand der Technik: Die Brennstoffzellen sind nur noch halb so dick und erbringen etwa 30% mehr Leistung. Zudem sind Platinelektroden gegen ungewollte chemische Reaktionen wie Hydrolyse und Oxidation unempfindlich. Kerzenmacher und seine Forschungsgruppe, an der Wissenschaftlerinnen und Wissenschaftler aus der Biologie, Chemie und den Ingenieurswissenschaften beteiligt sind, entwickeln derzeit neue Materialien und Techniken, um die Leistung der Brennstoffzellen zu steigern.

Auszeichnung vom Forum Angewandte Mikrosystemtechnik

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