Deutsche Forscher haben einen Stromspeicher aus biologischen Stoffen geschaffen, der vom menschlichen Körper nicht abgestoßen wird. Das kann unter anderem bei der Früherkennung von Krebs hilfreich sein.

Wenn es um Mikro- und Nanoelektronik geht, ist es mittlerweile offensichtlich, dass sie großartige Anwendungsmöglichkeiten haben – insbesondere in der Gesundheitsbranche. Das beweisen zum Beispiel Microbots, die innerhalb des Nervensystems standortspezifisch Medikamente liefern. Die Miniaturisierung der mikroelektronischen Sensorik schreitet rasant voran. So rasant, dass nun die Herausforderung besteht, winzige, aber effiziente Energiespeicher herzustellen, die den Betrieb autonom arbeitender Mikrosysteme ermöglichen.

Ein Forschungsteam aus Chemnitz und Dresden hat das kleinste Gerät dieser Art entwickelt. Sie sind kleiner als ein Staubkorn, haben aber eine ähnliche Spannung wie eine gewöhnliche AAA-Batterie. Die bisher kleinsten Mikro-Superkondensatoren funktionieren bereits in (künstlichen) Blutgefäßen und dienen als Energiequelle für ein winziges Sensorsystem. Dieser Bio-Superkondensator hat bei Tests genug Strom für die Versorgung eines Sensors geliefert, der den pH-Wert misst. Mit der Bestimmung des pH-Werts kann eine Früherkennung von Krebs ermöglicht werden.

Die für diese Forschung verwendeten „Biosuperkondensatoren“ (BSCs) sind vollständig biokompatibel. Das macht sie ideal für den Einsatz in Körperflüssigkeiten wie dem Blut. Außerdem können diese Biosuperkondensatoren bioelektrochemische Reaktionen kompensieren und entladen sich bei Defekten und Verunreinigungen nicht von selbst.

Aktuelle Energiegeräte sind größer als 3 Kubikmillimeter. Diesem Team ist es jedoch gelungen, 3.000 Mal kleinere röhrenförmige Speicher herzustellen, die mit einem Volumen von 0,001 mm3 (1 Nanoliter) kleiner sind als ein Staubkorn. Diese winzigen Geräte können Energie erfolgreich speichern, wenn sie in Kochsalzlösung, Blutplasma oder Blut eingesetzt werden.

Bei der Apparatur wurde die Origami-Strukturtechnologie https://www.tu-chemnitz.de/tu/pressestelle/aktuell/9574 eingesetzt, bei der die Kondensatorkomponenten unter hoher mechanischer Spannung auf eine hauchdünne Oberfläche gelegt werden. Werden im Anschluß die Materialschichten kontrolliert von der Oberfläche gelöst, wird die Dehnungsenergie freigesetzt und die Schichten entwinden sich mit hoher Genauigkeit und einer Ausbeute von bis zu 95% zu kompakten 3D-Bauteilen.


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Bild: TU Chemnitz