„Bio-Batterie“ lädt sich durch Hautpigmente

Forscher entdecken Melanin als sicheren, effizienten Energiespeicher.

Materialforscher der Carnegie Mellon University in Pittsburgh sind einer besonders kreativen Idee auf der Spur, wie sich elektronische Geräte im Inneren des menschlichen Körpers mit Energie versorgen lassen. Um etwa Implantaten oder Sensoren, die im Körper verschiedene Aufgaben wahrnehmen, ausreichend Strom bieten zu können, greifen sie einfach auf einen Stoff zurück, der dort ohnehin bereits natürlich vorkommt: den Hautpigmentstoff Melanin. Dieser wird von den Wissenschaftlern kurzerhand in eine Art „Bio-Batterie“ umfunktioniert, die durch ihre speziellen chemischen Eigenschaften in der Lage sein soll, elektrische Ladungen besonders effizient zu speichern.

„Wenn es uns gelingen könnte, verschiedene Geräte ohne Probleme sicher in den menschlichen Körper zu integrieren, wäre es uns möglich, eine ganze Reihe von Kernfragen zu klären, die uns heute noch in Bezug auf Implantate beschäftigen“, zitiert der NewScientist Projektleiter Christopher Bettinger vom Department of Materials Science and Engineering der Carnegie Mellon University. In diesem Zusammenhang verweist er beispielsweise auf die Problematik von Infektionen und Entzündungen. „Unsere Forschung verfolgt die ziemlich clevere Idee, Batterien aus biologisch abbaubaren Materialien zu produzieren, die bereits auf natürliche Weise im Körper vorhanden sind“, erklärt Bettinger die Zielsetzung.

Fünf Stunden Laufzeit

Um die neuartige Bio-Batterie herstellen zu können, haben der Materialforscher und sein Team aus einer Mixtur mit hohem Melaninanteil – jener Hautstoff, der beim Menschen und bei vielen Tieren für die Pigmentierung zuständig ist – positiv geladene Anoden gebastelt. Diese wurden daraufhin auf einer Stahldrahtkonstruktion angebracht und mit Natrium-Ionen angereichert. „Die einzigartige chemische Struktur von Melanin erlaubt es, prinzipiell recht viele Ionen unterzubringen. Je mehr Ionen hineinpassen, desto größer wird die Ladekapazität der Batterie“, erläutert Bettinger. Im aktuellen Versuchsstadium schafft diese Variante bis zu fünf Stunden Laufzeit, hat aber eine geringere Ausgangsleistung als herkömmliche Batterien.

Bevor die US-Wissenschaftler Melanin als vielversprechenden Werkstoff entdeckt haben, wurde auch mit einigen anderen Materialien experimentiert. Diese hatten aber alle das Problem, dass zusätzliche chemische Modifizierungen notwendig waren, um eine elektrische Ladung aufrechterhalten zu können. „Im Gegensatz dazu kann Melanin in seiner natürlichen Form eingesetzt werden und es ist sogar gut möglich, dass es ganz einfach aus der menschlichen Haut gewonnen werden kann“, betont Bettinger.

Vorreiter USA

Dass die Forschung im Bereich von auf Silizium basierenden Elektroimplantaten und -sensoren bereits seit geraumer Zeit mit Hochdruck vorangetrieben wird, ist längst kein Geheimnis mehr. Vorreiter sind wieder einmal die USA. Dort forschen Wissenschafter und verschiedene Start-ups an einer völlig neuen Form der Computertechnologie, die sich zur Gänze in winzige Pillenkapseln zwängen lässt. Diese können einfach geschluckt werden, um dann im Körper verschiedene Aufgaben zu erfüllen. Einige Modelle überwachen beispielsweise die Körpertemperatur oder sammeln Gesundheitsdaten, andere wiederum verschicken E-Mails oder öffnen Garagentore (Computer-Pille überwacht User-Gesundheit).

Quelle

pressetext.redaktion 2013Markus Steiner 2013