Energy Harvesting: Viren in der Schuhsohle liefern Strom fürs Smartphone

US-Wissenschaftler haben einen piezoelektrischen Generator aus Viren entwickelt. Werden die Viren zusammengedrückt, erzeugen sie elektrischen Strom. Künftig könnten solche Generatoren in die Schuhsohle eingelassen beim Gehen Strom für mobile Geräte erzeugen.

Artikel veröffentlicht am 16. Mai 2012, 11:58 Uhr, Werner Pluta

Fest drücken: Der Strom aus dem Virengenerator lässt eine Zahl auf dem LCD erscheinen. (Bild: Lawrence Berkeley National Laboratory)

Viren für das Smartphone? Diese schon: Wissenschaftler vom Lawrence Berkeley National Laboratory haben aus M13-Viren einen Generator entwickelt, der Strom erzeugt, mit dem der Akku des Gerätes geladen werden kann. Einen Bildschirm bringt er schon zum Leuchten.

Geladene Proteine

Der Generator erzeugt Strom aufgrund des piezoelektrischen Effekts: Mechanische Energie in Form von Druck wird in elektrische gewandelt. Die Wissenschaftler fanden heraus, dass das M13-Virus piezoelektrisch ist. Diese Eigenschaft verleihen ihm rund 2.700 geladene Proteine, die das Virus bedecken.

Das M13-Virus ist 880 Nanometer lang und hat einen Durchmesser von 6,6 Nanometern. Die Viren ordnen sich selbst zu einem Film an - so wie sich Essstäbchen in einer Schachtel ausrichten, vergleichen die Entwickler Byung Yang Lee, Seung-Wuk Lee und Ramamoorthy Ramesh. Drückt man diesen Film zusammen, erzeugen die Viren Strom.

20 Lagen

Um die Ausbeute zu erhöhen, fügten sie den Proteinen vier negativ geladene Reste von Aminosäure hinzu. Dadurch wird der Ladungsunterschied zwischen den positiv und negativ geladenen Enden der Proteine größer. Zudem setzten die Forscher mehrere Virenlagen ein - bei Experimenten zeigte sich, dass 20 Lagen den größten piezoelektrischen Effekt aufweisen.

Die Forscher haben einen Akku gebaut, der aus mehreren, jeweils einen Quadratzentimeter großen Lagen der Viren und zwei goldbeschichteten Elektroden besteht. Durch Druck erzeuge er Strom mit der Stärke von sechs Nanoampere und einer Spannung von 400 Millivolt, schreiben sie in der Fachzeitschrift Nature Nanotechnology. Das entspreche in etwa dem Viertel der Spannung einer AAA-Batterie und reiche aus, um eine Ziffer auf einem kleinen Flüssigkristallbildschirm aufleuchten zu lassen.

Erster biologischer Piezogenerator

Der Generator sei der erste, der Strom unter Ausnutzung der piezoelektrischen Eigenschaften von biologischem Gewebe erzeuge, sagen die Wissenschaftler vom Berkeley Lab. Sie hätten gezeigt, dass das Konzept funktioniere, allerdings gebe es noch Verbesserungsmöglichkeiten, erklärt Lee, glaubt aber, dass solche Generatoren künftig in großen Stückzahlen hergestellt werden. "Da die biotechnischen Mittel für die Massenproduktion gentechnisch veränderter Viren verfügbar sind, könnten piezoelektrische Materialien auf der Basis von Viren den Weg für neue Mikroelektronik ebnen."

Das M13-Virus gehört zu den Bakteriophagen und ist für den Menschen ungefährlich. Ihre Selbstorganisation macht die Viren für verschiedene Anwendungen in der Nanotechnologie interessant. So haben Forscher des Massachusetts Institute of Technology die Viren dazu benutzt, die Anode für einen Akku zu konstruieren.