Gesundheit

Nanogenerator: Winzige Faser gewinnt Energie aus Blutkreislauf

Sabine Berger Autorin, Hemd & Hoodie

Ein flexibler Nanogenerator aus Kohlestoffröhrchen soll Strom mit Hilfe des Blutes erzeugen, das in unseren Adern fließt.

Seit Jahrtausenden wird fließendes Wasser als Energiequelle genutzt. Bis zu Beginn des 20. Jahrhunderts diente Wasserkraft meist dazu, um Mühlen mechanisch anzutreiben, heute wird mit ihr vornehmlich elektrischer Strom erzeugt. Dieses Prinzip wollen Wissenschaftler nun in Miniaturform auch im menschlichen Körper anwenden, um beispielsweise Energie für implantierte medizinische Geräte zu liefern.

Ein Forscherteam der Fudan University in Shanghai hat einen winzigen Stromgenerator aus Kohlenstoff-Nanoröhren-Fasern entwickelt, der die Energie des fließenden Blutes in den Adern in Elektrizität umwandelt. Die Faser mit einem Durchmesser von weniger als einem Millimeter ist relativ einfach aufgebaut: Sie besteht aus einem Polymerfaserkern, der mit winzigen Röhrchen aus aufgerollten Kohlestofflagen umwickelt ist. Den auf diese Weise entstehenden Faden bezeichnen die Forscher als Fiber-shaped Fluidic Nanogenerator (FFNG).

strom durch oberflächenreibung

Die Kohlestoffröhrchen zeichnen sich nicht nur durch ihre hohe mechanische Stabilität aus, sie weisen auch optimale elektrische Eigenschaften auf: Werden sie in fließendes Wasser gehalten oder wiederholt in eine Salzlösung getaucht und wieder herausgezogen, verschieben sich die elektrischen Ladungen auf der Oberfläche des Fadens und es baut sich ein elektrochemischer Gradient auf. „Durch die relative Bewegung zwischen dem FFNG und der Lösung wird Elektrizität erzeugt”, erklärt Wissenschaftler Huisheng Peng.

Die Wasserbewegung erzeugt Strom an der Obefläche des Nanogenerators.
Die Wasserbewegung erzeugt Strom an der Obefläche des Nanogenerators. Bild: Wiley – Huisheng Peng(Montage)

Der Nanogenerator ist nicht der erste Versuch, eine solche Technologie zu entwickeln, die elektrischen Strom in Blutgefäßen gewinnt. Bereits 2011 stellten Schweizer Forscher eine Mini-Turbine vor, die beispielsweise zum Betreiben von Herzschrittmachern dienen sollte. Doch die Technik barg ein enorm hohes Risiko, gefährliche Blutgerinnsel zu verursachen und setzte sich daher nicht durch.

Der Nanogenerator könnte medizinische Geräte wie Herzschrittmacher antreiben.
Der Nanogenerator könnte medizinische Geräte wie Herzschrittmacher antreiben.

Solche Nebeneffekte wollen die chinesischen Forscher mit ihrer Nanofaser verhindern. Diese ist so schmal und elastisch, dass sie sich flexibel den Blutgefäßen anpasst und diese nicht verstopft. Zudem besitzt sie laut den Forschern einen Wirkungsgrad von über 20 Prozent – so hoch wie keine andere vergleichbare Technik. Wenn als Basis für die Nanokohlenstofflagen ein elastisches Substrat verwendet würde, könnte sogar ein dehnbarer FFNG hergestellt werden, so die Forscher. Damit seien neben der medizinischen Anwendung auch andere innovative Einsatzmöglichkeiten denkbar, etwa im Bereich elektronischer Gewebe und Textilien.

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