Trägt man einen Herzschrittmacher, werden dessen Batterien irgendwann leer und müssen ausgetauscht werden. Ein Forschungsteam stellt nun ein Gerät vor, das Sauerstoff aus dem körpereigenen Blut zur Energiegewinnung nutzt. Der Prototyp hat allerdings noch Schwächen.

Forschende haben eine Batterie entwickelt, die als Energiequelle Sauerstoff aus dem Blut nutzt. Sie könnte eines Tages genutzt werden, um etwa Herzschrittmacher mit elektrischer Energie zu versorgen. Bisher verwendete Batterien müssen nach einer gewissen Zeit ersetzt werden, wozu eine Operation erforderlich ist. Tests an Ratten zeigen, dass die neue Batterie biokompatibel ist und nach zwei Wochen konstant Strom liefert. Das berichtet die chinesische Gruppe um Xizheng Liu von der Tianjin University of Technology in der Fachzeitschrift "Chem".

"Wenn wir die kontinuierliche Sauerstoffversorgung des Körpers nutzen können, wird die Batterielebensdauer nicht durch die begrenzenden Materialien in herkömmlichen Batterien eingeschränkt", wird Liu in einer Mitteilung des Fachverlags zitiert. Die wichtigste Herausforderung für eine solche Batterie sei allerdings, dass sie keine Gefahr für den Körper darstelle, schreiben die Studienautoren.

Gold und Kunststoff für Batterie verwendet

Für das Gerät verwendeten sie Gold mit winzigen Poren und einen körperverträglichen Kunststoff (PLCL), der die Batterie umhüllt. Wie Tests zeigen, ist die Batterie selbst dann biokompatibel, wenn sie beschädigt wird und Bestandteile wie etwa Feststoffe oder andere Substanzen in den Körper gelangen.

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In einer Batteriekammer besteht die Anode - also eine der Elektroden - aus Kupferschaum mit einer Legierung aus Natrium, Gallium und Zinn. Von der Anode bis zu einer Membran aus Nafion bewegen sich Natrium-plus-Ionen als aktive Komponenten beim Be- und Entladen hin und her. In der zweiten Kammer, mit nanoporösem Gold als Kathode, ist Körperflüssigkeit einschließlich Blut der Elektrolyt und Sauerstoff die aktive Komponente. Der Sauerstoff wird immer wieder nachgeliefert, sodass theoretisch kein Batteriewechsel notwendig wird.

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Liu und Kollegen testeten die Batterie einerseits im Labor, andererseits pflanzten sie sie in einem Machbarkeitsnachweis Ratten am Rücken unter die Haut. Die Tiere vertrugen die Batterie demnach, die Wundheilung war normal. Doch anfangs lieferte die Batterie keine konstante Spannung, entsprechend floss nicht regelmäßig Strom durch die aus dem Rattenrücken herausragenden kleinen Drähte. "Es stellte sich heraus, dass wir der Wunde Zeit zum Heilen geben mussten, damit sich die Blutgefäße um die Batterie herum regenerieren und Sauerstoff liefern konnten, bevor die Batterie stabilen Strom liefern konnte", erklärt Liu. Das habe etwa zwei Wochen gedauert.

Noch zu wenig Power für Herzschrittmacher

Dann lieferte die Batterie 1,3 Volt Spannung und kontinuierlich Strom. Der reicht zwar noch nicht, um einen Herzschrittmacher zu betreiben, aber die Forschenden sind zuversichtlich, dass sie durch andere Materialien und ein verbessertes Design eine höhere Stromabgabe erreichen können.

Außerdem können sie sich weitere Anwendungen der Batterie vorstellen, etwa in der Krebsbehandlung: "Da Tumorzellen empfindlich auf den Sauerstoffgehalt reagieren, kann das Einpflanzen dieser Sauerstoff verbrauchenden Batterie dazu beitragen, Krebserkrankungen auszuhungern", sagt Liu.