Herzschrittmacher und andere
Implantate sollen vom Stoffwechel des Menschen selbst angetrieben werden können. Chemiker der University of
Texas/Austin haben eine Batterie entwickelt,
die die elektrochemische Energie aus Körperflüssigkeiten beziehen soll. Die
"Metabolismus-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 Dienstag.
Die Idee zu
Batterien, die mit biologischen
Flüssigkeiten betrieben werden, ist nicht neu. Geräte, die mit der
Energie aus der Glukose-Sauerstoff-Reaktion gespreist werden, wurden bereits vor 40 Jahren entwickelt. 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 Batterie-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 unter physiologischen Bedingungen, also einer Temperatur bzw. Alkalität nahe dem
Blut mit
einer Temperatur von rund 37 Grad Celsius und einem
pH-Wert von 7.2,
arbeiten. 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.