Forum für Wissenschaft, Industrie und Wirtschaft

Hauptsponsoren:     3M 
Datenbankrecherche:

 

Biobrennstoffzellen als Antrieb für Miniaturmaschinen im Körper

19.05.2010
Ein Mini für die Blutbahn / Mit neuen Materialien Elektronenfluss erhöhen und die Leistung steigern

Alarm im Blutstrom nahe dem Herzen – Reparaturmaschinen aktivieren, um den beginnenden Aderverschluss der Koronargefäße zu entfernen. Ist dieses Szenario Science-Fiction?

Der erste Schritt auf dem weiten Weg zu biobetriebenen Miniaturmaschinen, die im menschlichen Körper ihre Arbeit verrichten, wird getan. Am Zentrum für Elektrochemie forscht Prof. Dr. Wolfgang Schuhmann (Analytische Chemie – Elektroanalytik und Sensorik) mit seinem Team daran, Brennstoffzellen zu miniaturisieren, die vollständig von im Blut vorhandenen Substanzen angetrieben werden. Diese Technik könnte eines Tages Motor für Miniaturmaschinen sein.

Kleine Zelle, große Herausforderung

Für die Vision einer blutbetriebenen Brennstoffzelle im menschlichen Körper müssen die Forscher eine Vielzahl von Problemen meistern. Die zentrale Herausforderung: Biobrennstoffzellen müssen sehr klein, aber trotzdem leistungsstark sein. Aufgrund der geringen Größe können die Elektroden nicht in separate Kompartimente eingeschlossen werden, da das Volumen der Wand überproportional groß im Verhältnis zum Volumen der gesamten Zelle wäre. Eine wandlose Zelle erfordert wiederum, dass Anode und Kathode im selben Medium funktionieren. Das Geheimnis für den Bau einer solchen leistungsstarken Biobrennstoffzelle steckt in der Konstruktion der Elektrodenmaterialien. Bereits mit den zurzeit verfügbaren Materialkombinationen erfüllt die Biobrennstoffzelle der Bochumer Elektrochemiker alle Anforderungen und erreicht eine Leistung von 0,1 mW cm-2 . Damit sind die Forscher nur noch eine Zehnerpotenz von der Zielmarke von 1 mW cm-2 entfernt.

Nano-Wald

Für die biobetriebenen Brennstoffzellen belegen die Forscher zunächst Graphit-Elektroden mit Biokatalysatoren (Enzymen), die für den Elektronenaustausch mit im Blut vorhandenen Substanzen sorgen. Um den Elektronenfluss zu steigern, wird eine große Anzahl von Enzymen an ein dreidimensionales Gerüst (Redoxpolymer) gebunden, das Elektronen effizient zwischen Elektrode und Enzym weiterleitet. Damit die nutzbare Fläche größer wird, experimentiert Schuhmanns Team zudem mit Kohlenstoffnanoröhren, die wie ein Wald die Elektrodenoberfläche überziehen. Das nächste Ziel der Forscher ist es, den Nano-Wald mit Redoxpolymeren zu bestücken. Erste Tests mit „Nano-Wald“-beschichteten Elektroden ohne Redoxpolymer ergaben bereits einen 400fach erhöhten Elektronenfluss im Vergleich zu den Systemen ohne Nanoröhren.

Themen RUBIN Frühjahr 2010

Schwerpunkt Energie: Editorial – Energien des 21. Jahrhunderts (Prof. Dr.-Ing. H.-J. Wagner), Intelligente Membranen sollen Strom aus Kohlekraftwerken sauberer machen, Verbundprojekt „change“ zum Energienutzungsverhalten im Öffentlichen Dienst, Osmosekraftwerke: Potentialanalyse für eine Zukunftstechnologie, Integration von Elektrofahrzeugen in dezentrale Energieversorgungssysteme, Biobrennstoffzellen in Millimetergröße als Antrieb für Miniaturmaschinen im Körper, Wie sicher unsere Energieversorgung ist – ein Gespräch mit dem Wirtschaftsweisen Prof. Christoph M. Schmidt, weitere Themen: Sportspielspezifische Leistungsdiagnostik im Fußball und Tennis, Testamente geben Aufschluss über die Motivation mittelalterlicher Pilger, Nervenschmerzen: neue Diagnostik ermöglicht mechanismenbasierte Therapie, Alterssicherung: Gesetzeslücke trifft Alleinerziehende

Weitere Informationen

Prof. Dr. Wolfgang Schuhmann, Analytische Chemie - Elektroanalytik & Sensorik, Fakultät für Chemie und Biochemie, Tel.: 0234/32-26200, E-Mail: Wolfgang.Schuhmann@rub.de

Redaktion
Julia Weiler

Dr. Josef König | idw
Weitere Informationen:
http://www.rub.de/rubin

Weitere Nachrichten aus der Kategorie Biowissenschaften Chemie:

nachricht Licht zur Herstellung energiereicher Chemikalien nutzen
22.05.2018 | Friedrich-Schiller-Universität Jena

nachricht Junger Embryo verspeist gefährliche Zelle
22.05.2018 | Rudolf-Virchow-Zentrum für Experimentelle Biomedizin der Universität Würzburg

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: Bose-Einstein-Kondensat im Riesenatom - Universität Stuttgart untersucht exotisches Quantenobjekt

Passt eine ultrakalte Wolke aus zehntausenden Rubidium-Atomen in ein einzelnes Riesenatom? Forscherinnen und Forschern am 5. Physikalischen Institut der Universität Stuttgart ist dies erstmals gelungen. Sie zeigten einen ganz neuen Ansatz, die Wechselwirkung von geladenen Kernen mit neutralen Atomen bei weitaus niedrigeren Temperaturen zu untersuchen, als es bisher möglich war. Dies könnte einen wichtigen Schritt darstellen, um in Zukunft quantenmechanische Effekte in der Atom-Ion Wechselwirkung zu studieren. Das renommierte Fachjournal Physical Review Letters und das populärwissenschaftliche Begleitjournal Physics berichteten darüber.*)

In dem Experiment regten die Forscherinnen und Forscher ein Elektron eines einzelnen Atoms in einem Bose-Einstein-Kondensat mit Laserstrahlen in einen riesigen...

Im Focus: Algorithmen für die Leberchirurgie – weltweit sicherer operieren

Die Leber durchlaufen vier komplex verwobene Gefäßsysteme. Die chirurgische Entfernung von Tumoren ist daher oft eine schwierige Aufgabe. Das Fraunhofer-Institut für Bildgestützte Medizin MEVIS hat Algorithmen entwickelt, die die Bilddaten von Patienten analysieren und chirurgische Risiken berechnen. Leberkrebsoperationen werden damit besser planbar und sicherer.

Jährlich erkranken weltweit 750.000 Menschen neu an Leberkrebs, viele weitere entwickeln Lebermetastasen aufgrund anderer Krebserkrankungen. Ein chirurgischer...

Im Focus: Positronen leuchten besser

Leuchtstoffe werden schon lange benutzt, im Alltag zum Beispiel im Bildschirm von Fernsehgeräten oder in PC-Monitoren, in der Wissenschaft zum Untersuchen von Plasmen, Teilchen- oder Antiteilchenstrahlen. Gleich ob Teilchen oder Antiteilchen – treffen sie auf einen Leuchtstoff auf, regen sie ihn zum Lumineszieren an. Unbekannt war jedoch bisher, dass die Lichtausbeute mit Elektronen wesentlich niedriger ist als mit Positronen, ihren Antiteilchen. Dies hat Dr. Eve Stenson im Max-Planck-Institut für Plasmaphysik (IPP) in Garching und Greifswald jetzt beim Vorbereiten von Experimenten mit Materie-Antimaterie-Plasmen entdeckt.

„Wäre Antimaterie nicht so schwierig herzustellen, könnte man auf eine Ära hochleuchtender Niederspannungs-Displays hoffen, in der die Leuchtschirme nicht von...

Im Focus: Erklärung für rätselhafte Quantenoszillationen gefunden

Sogenannte Quanten-Vielteilchen-„Scars“ lassen Quantensysteme länger außerhalb des Gleichgewichtszustandes verweilen. Studie wurde in Nature Physics veröffentlicht

Forschern der Harvard Universität und des MIT war es vor kurzem gelungen, eine Rekordzahl von 53 Atomen einzufangen und ihren Quantenzustand einzeln zu...

Im Focus: Explanation for puzzling quantum oscillations has been found

So-called quantum many-body scars allow quantum systems to stay out of equilibrium much longer, explaining experiment | Study published in Nature Physics

Recently, researchers from Harvard and MIT succeeded in trapping a record 53 atoms and individually controlling their quantum state, realizing what is called a...

Alle Focus-News des Innovations-reports >>>

Anzeige

Anzeige

VideoLinks
Industrie & Wirtschaft
Veranstaltungen

48V im Fokus!

21.05.2018 | Veranstaltungen

„Data Science“ – Theorie und Anwendung: Internationale Tagung unter Leitung der Uni Paderborn

18.05.2018 | Veranstaltungen

Visual-Computing an Bord der MS Wissenschaft

17.05.2018 | Veranstaltungen

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

48V im Fokus!

21.05.2018 | Veranstaltungsnachrichten

Bose-Einstein-Kondensat im Riesenatom - Universität Stuttgart untersucht exotisches Quantenobjekt

18.05.2018 | Physik Astronomie

Countdown für Kilogramm, Kelvin und Co.

18.05.2018 | Physik Astronomie

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