Ein elektrischer Herzschrittmacher ist als Therapieform für mehrere Herzrhytmusstörungen weit verbreitet. Das Problem an derartigen Implantaten: Der benötigte Strom stammt aus einem Akku, der nach einiger Zeit leer ist und ausgetauscht werden muss. Um diesen Austausch zu umgehen, abrbeiten Forscher an Systemen, die ohne Akkus auskommen. Ein Team rund um Han Ouyang vom Institut für Nanoenergie und Nanosysteme in Peking hat nun einen Herzschrittmacher entwickelt, der seine Energie aus den Bewegungen des Herzens bezieht.


Herzmuskel
Foto: Untitled, Charlotte Astrid, Flickr, CC BY-SA 2.0

Energie aus den Bewegungen des Herzmuskels

Die Forscher haben ein sogenanntes triboelektrisches System entwickelt, dass die Bewegungen des Herzens beim Pumpen nutzt, um Strom zu erzeugen. Möglich wird dies durch den beim Pumpen erzeugten periodischen Druck, der zwei Materialschichten abwechselnd in Kontakt und auf Abstand bringt, was Elektronen freisetzt.

Die Hauptkomponenten des Systems sind eine Schicht polarisierten Polytetrafluorethylens (PTFE) und eine Aluminiumschicht. Letztere dien als Elektronendonor. Die beiden Schichten werden von einer schwammartigen Schicht getrennt. Diese Trennschicht wird durch die Herzbewegungen zusammengedrückt. Die Folge ist ein Elektronentransfer, der Spannung erzeugt, die über eine Elektrode abgeleitet wird. Ein kleiner Kondensator speichert die Energie dann und versorgt den Herzschrittmacher damit.


Test in Schweinekörpern

Das Problem an derartigen System war bisher, dass die erzeugte Energie nicht ausreichte, um einen Herzschrittmacher zu betreiben. Um ihr System dahingehend zu testen, haben die Forscher es mit einem gängigen Herzschrittmacher verbunden und diesen in Schweine implantiert. Anschließend löste das Team bei den Tieren reversible Rhythmusstörungen durch starkes Kühlen des Herzens aus.

In dem Versuch zeigte sich, dass das triboelektrische System der Herausforderung gewachsen war und genug Energie zur Verfügung stellte, um den Herzschrittmacher zu betreiben. Der Herzrhythmus der Tiere normalisierte sich daraufhin.

Diese Ergebnisse bestätigen, dass dieses triboelektrische Schrittmachersystem auch bei großen Tieren erfolgreich die Herztätigkeit regulieren kann„, so die Forscher. Das System sei außerdem gut haltbar und löse keine körperinternen Reaktionen aus. Das Anwendungsgebiet solcher Energieerzeuger in der Medizin ist breit gefächert – vom Schrittmacher über Stimulatoren für Nerven bis hin zu elektrisch angeregten Zellaktivierungen wäre viel denkbar. Bis es soweit ist, muss das System allerdings noch kompakter gestaltet und außerdem effizienter gemacht werden. Triboelektrische Systeme sind indes ein vielversprechender Ansatz und könnten in der Medizin vielseitig eingesetzt werden.

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1 Kommentar

  1. Achmed Khammas

    25. April 2019 at 15:12

    Muskuläre Systeme gibt es schon länger – auch welche, die ‚von Herzen‘ betrieben werden… ;-))

    Hier gibt es eine aktuelle Zusammenfassung: http://www.buch-der-synergie.de/c_neu_html/c_01_10_micro_energy_12_musk_a.htm

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