Forum für Wissenschaft, Industrie und Wirtschaft

Hauptsponsoren:     3M 
Datenbankrecherche:

 

Bestrahlen statt Batterie wechseln

02.12.2011
Lichtbetriebener implantierbarer Stromerzeuger für bioelektronische Geräte

Herzschrittmacher und andere implantierte medizintechnische Systeme benötigen elektrischen Strom, um zu arbeiten. Um die Batterie zu tauschen, ist eine erneute Operation nötig – und damit eine erneute Belastung des Patienten.

Ein japanisches Team um Eijiro Miyako vom National Institute of Advanced Industrial Science and Technology stellt in der Zeitschrift Angewandte Chemie nun einen alternativen Ansatz vor: einen implantierbaren Stromerzeuger, der einfach durch die Haut mit Laserlicht bestrahlt wird.

Bioelektronische Geräte verhelfen inzwischen vielen Patienten zu einem längeren Leben und einer verbesserten Lebensqualität. Dabei sind Herzschrittmacher nicht die einzigen elektronischen Implantate. So gibt es inzwischen auch „Schmerzschrittmacher“ zur Linderung schwerer chronischer Schmerzen. Diese Neurostimulatoren senden elektrische Impulse direkt an das Rückenmark und blockieren so den Weg des Schmerzsignals zum Gehirn. Ein weiteres Beispiel sind implantierbare Medikamentenpumpen, die Schmerzmittel direkt in die Nähe des Rückenmarks leiten oder Diabetiker automatisch mit Insulin versorgen.

Solche elektronischen Implantate werden meist durch Lithiumbatterien angetrieben, die aber maximal 10 Jahre halten. Die Batterie muss in einer erneuten Operation gewechselt werden. Entsprechend groß ist der Wunsch nach wiederaufladbaren Varianten. Verschiedene Alternativen gibt es bereits, etwa elektrische Zellen, die durch körpereigene Glucose betrieben werden, oder Muskel-getriebene Dynamos. Der Nachteil: Die Stromerzeugung kann nicht geregelt werden. Andere Ansätze arbeiten mit Hilfe elektromagnetischer Stromerzeugung, die aber elektronische Geräte in der Umgebung stören kann.

Das japanische Team hat nun eine interessante Alternative entwickelt, ein Gerät, das bei Bestrahlung mit einem Laser Strom liefert. Herzstück des Systems sind feinst verteilt in eine Silikon-Matrix eingebettete Kohlenstoffnanoröhrchen. Diese absorbieren Laserlicht und wandeln die Lichtenergie sehr effektiv in Wärme um. Diese Wärmeenergie wird dann von dem winzigen Gerät wiederum in elektrischen Strom umgewandelt. Das funktioniert dank des „Seebeck-Effekts“: In einem Stromkreis aus zwei verschiedenen elektrischen Leitern – hier einer speziellen Anordnung von Halbleitermaterialien – entsteht bei einer Temperaturdifferenz zwischen den Kontaktstellen eine kleine elektrische Spannung. Nur die mit dem Silikon-Kohlenstoffnanoröhrchen-Komposit beschichtete, bestrahlte Seite der Anordnung erwärmt sich, so entsteht die benötigte Temperaturdifferenz. Da die Kohlenstoffnanoröhrchen sehr gut in einem Wellenlängenbereich absorbieren, der durch Gewebe dringt, könnte das Gerät, das nicht größer als ein Würfel mit ca. einem halben Zentimeter Kantenlänge sein muss, unter die Haut implantiert werden. Durch einfache Bestrahlung soll es später einmal genug Spannung erzeugen, um den Akku z.B. eines Herzschrittmachers wieder aufzuladen.

Die Forscher arbeiten nun daran, die Energieumwandlung des Stromerzeugers noch effizienter zu machen und seine Sicherheit für den medizinischen Einsatz zu erhöhen.

Angewandte Chemie: Presseinfo 47/2011

Autor: Eijiro Miyako, National Institute of Advanced Industrial Science and Technology (AIST), Ikeda (Japan), mailto:e-miyako@aist.go.jp

Angewandte Chemie, Permalink to the article: http://dx.doi.org/10.1002/ange.201106136

Angewandte Chemie, Postfach 101161, 69451 Weinheim, Germany

Dr. Renate Hoer | GDCh
Weitere Informationen:
http://presse.angewandte.de/

Weitere Nachrichten aus der Kategorie Biowissenschaften Chemie:

nachricht Software mit Grips
20.04.2018 | Max-Planck-Institut für Hirnforschung, Frankfurt am Main

nachricht Einen Schritt näher an die Wirklichkeit
20.04.2018 | Max-Planck-Institut für Entwicklungsbiologie

Alle Nachrichten aus der Kategorie: Biowissenschaften Chemie >>>

Die aktuellsten Pressemeldungen zum Suchbegriff Innovation >>>

Die letzten 5 Focus-News des innovations-reports im Überblick:

Im Focus: Software mit Grips

Ein computergestütztes Netzwerk zeigt, wie die Ionenkanäle in der Membran von Nervenzellen so verschiedenartige Fähigkeiten wie Kurzzeitgedächtnis und Hirnwellen steuern können

Nervenzellen, die auch dann aktiv sind, wenn der auslösende Reiz verstummt ist, sind die Grundlage für ein Kurzzeitgedächtnis. Durch rhythmisch aktive...

Im Focus: Der komplette Zellatlas und Stammbaum eines unsterblichen Plattwurms

Von einer einzigen Stammzelle zur Vielzahl hochdifferenzierter Körperzellen: Den vollständigen Stammbaum eines ausgewachsenen Organismus haben Wissenschaftlerinnen und Wissenschaftler aus Berlin und München in „Science“ publiziert. Entscheidend war der kombinierte Einsatz von RNA- und computerbasierten Technologien.

Wie werden aus einheitlichen Stammzellen komplexe Körperzellen mit sehr unterschiedlichen Funktionen? Die Differenzierung von Stammzellen in verschiedenste...

Im Focus: Spider silk key to new bone-fixing composite

University of Connecticut researchers have created a biodegradable composite made of silk fibers that can be used to repair broken load-bearing bones without the complications sometimes presented by other materials.

Repairing major load-bearing bones such as those in the leg can be a long and uncomfortable process.

Im Focus: Verbesserte Stabilität von Kunststoff-Leuchtdioden

Polymer-Leuchtdioden (PLEDs) sind attraktiv für den Einsatz in großflächigen Displays und Lichtpanelen, aber ihre begrenzte Stabilität verhindert die Kommerzialisierung. Wissenschaftler aus dem Max-Planck-Institut für Polymerforschung (MPIP) in Mainz haben jetzt die Ursachen der Instabilität aufgedeckt.

Bildschirme und Smartphones, die gerollt und hochgeklappt werden können, sind Anwendungen, die in Zukunft durch die Entwicklung von polymerbasierten...

Im Focus: Writing and deleting magnets with lasers

Study published in the journal ACS Applied Materials & Interfaces is the outcome of an international effort that included teams from Dresden and Berlin in Germany, and the US.

Scientists at the Helmholtz-Zentrum Dresden-Rossendorf (HZDR) together with colleagues from the Helmholtz-Zentrum Berlin (HZB) and the University of Virginia...

Alle Focus-News des Innovations-reports >>>

Anzeige

Anzeige

VideoLinks
Industrie & Wirtschaft
Veranstaltungen

Internationale Konferenz zur Digitalisierung

19.04.2018 | Veranstaltungen

124. Internistenkongress in Mannheim: Internisten rücken Altersmedizin in den Fokus

19.04.2018 | Veranstaltungen

DFG unterstützt Kongresse und Tagungen - Juni 2018

17.04.2018 | Veranstaltungen

VideoLinks
Wissenschaft & Forschung
Weitere VideoLinks im Überblick >>>
 
Aktuelle Beiträge

Grösster Elektrolaster der Welt nimmt Arbeit auf

20.04.2018 | Interdisziplinäre Forschung

Bilder magnetischer Strukturen auf der Nano-Skala

20.04.2018 | Physik Astronomie

Kieler Forschende entschlüsseln neuen Baustein in der Entwicklung des globalen Klimas

20.04.2018 | Geowissenschaften

Weitere B2B-VideoLinks
IHR
JOB & KARRIERE
SERVICE
im innovations-report
in Kooperation mit academics