Batterie läuft mit Körperflüssigkeit

Biokraftstoff-Zelle erhält Antrieb durch metabolische Energie

Menschen könnten eines Tages elektronische Implantate selbst antreiben. Chemiker der University of Texas/Austin haben eine Mini-Batterie entwickelt, die mit Körperflüssigkeiten betrieben werden könnte, um Sensoren zur Überwachung des Gesundheitszustandes in Gang zu bringen. Die Biokraftstoff-Zelle könnte in Kontakt mit Glukose-haltigen Körperflüssigkeiten unter die Haut oder in das Rückenmark eingesetzt werden. Die Batterie produziert Strom aus der Glukose-Sauerstoff-Reaktion, berichtet das Fachblatt Nature.

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 erhalten. Aber um in der Medizin Verwendung zu finden, müssen diese Zellen klein sein und bei der Temperatur, dem Säuregehalt und der Salzkonzentration des Blutes funktionieren. Darüber hinaus sollten die Zellen noch genügend Strom produzieren. Adam Heller und Kollegen behaupten, dass ihre Entwicklung alle Anforderungen erfüllt.

Die Zelle enthält zwei Kohlenstoff-Fasern mit zwei Zentimetern Länge und einem Siebentausendstel Millimeter Breite. Jede Faser ist mit 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 Kohlenstoff-Faser. Auf der anderen Elektrode fügt ein Polymer-verbundenes Enzym Elektroden an den gelösten Sauerstoff. Im Laufe der Reaktion werden die Elektronen in den Stromkreislauf gebracht.

Das Gerät 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 die Batterie 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 ihre Kraft“, so der Entwickler. Für Forschungszwecke eignete sie sich aber perfekt. Die Batterien könnten für einige Tage auf Insekten und Tieren angebracht werden. Im nächsten Schritt gilt es aber, die Biokraftstoff-Zellen weiterzuentwickeln, da echte Körperflüssigkeiten komplizierter als die Modell-Flüssigkeit, die Forscher bisher benutzten, sind.