Forschern der Universität Oxford ist ein entscheidender Durchbruch gelungen: Sie entwickelten die weltweit kleinste Lithium-Bio-Batterie in Form einer „Droplet-Batterie“. Diese winzige, lichtaktivierte und biologisch abbaubare Batterie könnte künftig entscheidend zur Behandlung von Herzrhythmusstörungen beitragen, indem sie minimalinvasive und biokompatible Stromversorgung für medizinische Implantate bereitstellt.
Biokompatible Batterie für medizinische Anwendungen
Die neue Batterie besteht aus kleinen, mit Hydrogel verkapselten Tröpfchen, die eine Größe von nur 500 Nanolitern haben. Sie ist biokompatibel, wiederaufladbar und kann sich im Körper biologisch abbauen. Dank dieser Eigenschaften ist sie besonders geeignet für Anwendungen wie die Herzstimulation, die gezielte Medikamentenfreisetzung und sogar zur Energieversorgung von winzigen Mikrorobotern. Dr. Yujia Zhang, die Hauptforscherin und Assistant Professor an der École Polytechnique Fédérale de Lausanne, betont die einzigartige Energieeffizienz und Kompatibilität der Batterie mit lebendem Gewebe.
Eine neue Art der Energieversorgung
Biomedizinische Geräte werden immer kleiner und müssen daher auf ebenso kleine Energiespeicher zurückgreifen. Dies erfordert eine Batterie, die nicht nur kompakt, sondern auch flexibel, sicher und biokompatibel ist. Die von der Oxford-Gruppe entwickelte Hydrogel-Batterie kombiniert erstmals hohe Energiedichte, Biokompatibilität und minimale Invasivität in einer Lösung, die zudem fernsteuerbar ist und somit eine breite Anwendbarkeit im medizinischen Bereich bietet.
Um die Anforderungen der Biomedizin zu erfüllen, wurde die Droplet-Batterie durch eine spezielle Methode, die sogenannte „Surfactant-supported Assembly“, konstruiert. Dabei verbinden sich drei winzige Tröpfchen mit Hilfe von seifenähnlichen Molekülen. Zwei der Tröpfchen enthalten Lithium-Ionen, die miteinander interagieren und so Energie erzeugen können. Diese innovative Bauweise ermöglicht es der Batterie, Energie effizient bereitzustellen und zugleich sicher in biologischen Geweben zu arbeiten.
Vielversprechende Tests im Tierversuch
Die Batterie wurde bereits erfolgreich in Tierversuchen getestet, bei denen die Forscher die Herzschlagfrequenz und die Defibrillation von Mäuseherzen steuern konnten. Diese ersten Versuche zeigten, dass die Batterie potenziell als kabellose und biologisch abbaubare Lösung für das Management von Herzrhythmusstörungen eingesetzt werden kann, die weltweit zu den Hauptursachen für kardiovaskuläre Todesfälle zählen.
Professor Hagan Bayley, Leiter der Forschungsgruppe, lobte die „Droplet-Batterie“ als fortschrittlichste in einer Reihe von Mikrobatterien, die von Dr. Zhang entwickelt wurden. Laut Bayley könnte diese Technologie die Tür für eine neue Ära biokompatibler elektronischer Geräte öffnen, die unter physiologischen Bedingungen betrieben werden können.
Zukunftsperspektiven und Patentanmeldung
Die Forscher haben die Droplet-Batterie über Oxford University Innovation zur Patentierung angemeldet und hoffen, dass ihre Erfindung zukünftig breite Anwendung in der medizinischen Versorgung findet. Besonders vielversprechend sind die Möglichkeiten für bio-robotische Anwendungen, die minimalinvasive Behandlungen revolutionieren könnten. Die Droplet-Batterie eröffnet damit neue Chancen, Energiequellen für medizinische Implantate und biomedizinische Mikrosysteme zu schaffen, die biokompatibel und patientenschonend sind.