Der Körper als Energiequelle für Implantate

Dem Wissenschaftler Sven Kerzenmacher ist es gelungen, Blutzucker und Sauerstoff als Energiequelle für Implantate zu nutzen. Mit dem Ziel, eine unerschöpfliche Elektrizitätsquelle im menschlichen Körper zu erschließen, forscht Kerzenmacher an der Entwicklung biologischer Brennstoffzellen.

Für die Medizin war es bisher ein Problem, Implantate mit elektrischer Energie zu versorgen. Die Batterien eines Herzschrittmachers müssen zum Beispiel nach etwa acht Jahren ersetzt werden – ein für die Betroffenen belastender chirurgischer Eingriff. Das Forum Angewandte Mikrosystemtechnik (FAM) hat Kerzenmacher dafür den hauseigenen Förderpreis verliehen.

Alternative Ansätze sehen vor, wieder aufladbare Batterien zu verwenden. Allerdings mindert das Aufladen der Batterien die Lebensqualität der Betroffenen erheblich. Kerzenmacher nutzt als Energiequelle implantierbare Glukosebrennstoffzellen auf der Basis von Edelmetall-Katalysatoren wie Platin. Solche Katalysatoren sind lange Zeit stabil und einfach steril zu halten. Diese Systeme könnten mit Hilfe der Brennstoffzellen durch die ständige elektrochemische Umsetzung von Blutzucker und Sauerstoff aus der Gewebeflüssigkeit mit Strom versorgt werden.

Bereits in den 60ern angedacht
„Das Konzept der Glukosebrennstoffzellen wurde bereits in den 60er-Jahren als Alternative zu den damals verwendeten Batterien entwickelt – allerdings geriet es in den 70ern mit dem Aufkommen der damals für die Versorgung eines Herzschrittmachers ausreichenden Lithium-Batterien in Vergessenheit“, sagt Katrin Grötzinger, Sprecherin des Instituts für Mikrosystemtechnik (IMTEK), im pressetext-Gespräch.

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 Prozent mehr Leistung. Zudem sind Platinelektroden gegen ungewollte chemische Reaktionen unempfindlich.

„Die Verträglichkeit im menschlichen Körper testet Kerzenmacher und sein Team bislang noch im Labor“, sagt Grötzinger. Die Brennstoffzelle laufe dort in einem Medium, das der Gewebeflüssigkeit sehr nahe kommt. Bis eine Implantierung möglich wird, muss zuvor das Problem der Degradation durch körpereigene Aminosäuren vollständig gelöst sein.