Wissenschaft: Brennstoffzelle wird mit Körperflüssigkeit betrieben

US-Wissenschaftler haben eine Brennstoffzelle entwickelt, die mit körpereigenem Zucker betrieben wird. Sie ist dazu gedacht, Implantate im Gehirn mit Strom zu versorgen.

Artikel veröffentlicht am 13. Juni 2012, 11:42 Uhr, Werner Pluta

Mehrere Glukose-Brennstoffzellen: keine Beeinträchtigung der Gehirnfunktionen (Bild: Sarpeshkar Lab/MIT)

Implantate im Gehirn mit Strom zu versorgen, ist nicht so einfach. Wissenschaftler am Massachusetts Institute of Technology (MIT) haben möglicherweise eine probate Lösung gefunden: Sie haben eine Brennstoffzelle entwickelt, die mit körpereigenem Zucker betrieben wird.

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Mehrere Brennstoffzellen auf einem Wafer. Die größte ist 63 x 63 mm groß. (Bild: Sarpeshkar Lab/MIT)

Die Brennstoffzelle ahmt die Vorgänge im Körper nach: Sie entzieht einem Glukosemolekül zwei Elektronen und erzeugt so einen geringen elektrischen Strom. Der Prototyp, den die Forscher um Rahul Sarpeshkar in der Open-Access-Fachzeitschrift Plos One vorstellen, hat eine Leistung von einigen hundert Mikrowatt. Das reiche aus, um ein Implantat mit einer sehr geringen Leistungsaufnahme anzutreiben.

Akku statt Brennstoffzelle

Ganz neu sei die Idee nicht, geben die Forscher zu: Schon in den 70er Jahren des vergangenen Jahrhunderts wurde eine solche Glukose-Brennstoffzelle vorgestellt, die einen Herzschrittmacher antrieb. Das Konzept wurde jedoch später zugunsten von Lithium-Ionen-Akkus aufgegeben, da die eine höhere Leistungsdichte haben. Zudem werden Glukose-Brennstoffzellen oft mit Enzymen beschichtet, die die Oxidation der Glukose effizienter machen, wodurch mehr Strom erzeugt wird.

Das Problem sei aber, sagte Projektleiter Sarpeshkar dem US-Wissenschaftsmagazin IEEE Spectrum, dass diese Enzyme mit der Zeit aufgebraucht würden und die Zelle dadurch ihre Funktionsfähigkeit verliere. Ihre Zelle generiere zwar weniger Energie. Aber dafür sei sie deutlich langlebiger: Das Trägermaterial der Zelle ist Silizium. Die Anode ist mit Platin beschichtet. Das Edelmetall soll praktisch ewig halten.

Hirnwasser

Die Brennstoffzelle soll in einer Region im Gehirn implantiert werden, die mit Hirnwasser oder Liquor cerebrospinalis gefüllt ist. Diese Flüssigkeit befindet sich beispielsweise zwischen dem Gehirn und dem Schädel und schützt das Gehirn vor Stößen.

Diese Flüssigkeit enthält nur wenige Zellen. Das bedeutet, eine Reaktion des Immunsystems ist unwahrscheinlich. Außerdem ist sie stark glukosehaltig, also sehr energiereich. Da die Brennstoffzelle aber nur wenig der verfügbaren Energie absorbiere, seien keine Auswirkungen auf die Gehirnfunktionen zu befürchten, sagten die Wissenschaftler.