Eine Anordnung von 90 flexiblen und implantierbaren Nano-Biosupercapacitors (nBFCs) ermöglicht den autarken Betrieb von Mikrosensorik für den Einsatz unter anderem im Blut. (Quelle: Prof. Dr. Oliver G. Schmidt)
Autonom arbeitende Mikrosysteme wie intravaskuläre Implantate für den Einsatz im menschlichen Körper müssen nicht nur biokompatibel sein, sondern erfordern auch winzige und dennoch effiziente Energiespeicher. Einen solchen hat ein Forschungsteam der TU Chemnitz, des IFW Dresden und des IPF Dresden entwickelt. Der Prototyp des sogenannten Biosuperkondensators (BSC) funktioniert bereits in (künstlichen) Blutbahnen und dient als Energiequelle für ein winziges Sensorsystem zur Messung des pH-Wertes.
BSCs sind vollständig biokompatibel, lassen sich also in Körperflüssigkeiten wie Blut einsetzen und für weitere medizinische Studien nutzen. Zudem können sie das Selbstentladungsverhalten durch bioelektrochemische Reaktionen kompensieren und profitieren dabei sogar noch von körpereigenen Reaktionen. Denn zusätzlich zu typischen Ladungsspeicherreaktionen eines Superkondensators steigern Redox-Enzyme und lebende Zellen, die natürlicherweise im Blut vorhanden sind, die Leistung des Bauteils um 40 %.
Während die derzeit kleinsten derartigen Energiespeicher größer als 3 mm3 sind, gelang es dem Team einen 3000 Mal kleineren röhrenförmigen Biosuperkondensator herzustellen. Er nimmt mit einem Volumen von 0,001 mm3 (1 nl) weniger Raum als ein Staubkorn ein und liefert dennoch bis zu 1,6 V Versorgungsspannung für zum Beispiel mikroelektronische Sensorik im Blut. Die röhrenförmige Geometrie schützt vor Deformationen durch pulsierendes Blut oder Muskelkontraktion. Bei voller Kapazität kann der Nano-Biosuperkondensator ein komplexes, vollintegriertes Sensorsystem zur Messung des pH-Wertes im Blut betreiben. Tests in mikrofluidischen Kanälen ergaben, dass die Nano-Biosuperkondensatoren ihre Leistung unter physiologisch relevanten Bedingungen gut und stabil bereitstellen.
